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1、第五章 异步电动机本讲稿第一页，共九十一页 三相异步电动机的工作原理、用途、分类及结构，三相异步电动三相异步电动机的工作原理、用途、分类及结构，三相异步电动机的不同状态下的电磁关系，三相异步电动机的功率和转矩关系，工作机的不同状态下的电磁关系，三相异步电动机的功率和转矩关系，工作特性、机械特性、参数测定，三相异步电动机的启动、调速。特性、机械特性、参数测定，三相异步电动机的启动、调速。1.熟练掌握异步电动机的工作原理。熟练掌握异步电动机的工作原理。2.了解异步电动机的用途、分类、结构、额定值及运行方式。了解异步电动机的用途、分类、结构、额定值及运行方式。3.掌握异步电动机的运行原理。掌握异步电
2、动机的运行原理。4.掌握异步电动机的功率、转矩及运行性能、参数测定。掌握异步电动机的功率、转矩及运行性能、参数测定。5.掌握异步电动机的启动、调速方法。掌握异步电动机的启动、调速方法。教学内容：教学内容：教学目的和要求：教学目的和要求：重点重点难点：难点：三相感应电动机的工作原理，运行原理，功率和转矩关系，工作特性、三相感应电动机的工作原理，运行原理，功率和转矩关系，工作特性、机械特性、参数测定，三相异步电动机的启动、调速。机械特性、参数测定，三相异步电动机的启动、调速。本讲稿第二页，共九十一页5.1 5.1 异步电动机的结构和工作原理异步电动机的结构和工作原理5.1.1 5.1.1 异步电动
3、机的主要用途和分类异步电动机的主要用途和分类异步电动机的异步电动机的缺点缺点:功率因数较差。异步电动机运行时，必须从电网里功率因数较差。异步电动机运行时，必须从电网里吸收落后性的无功功率，它的功率因数总是小于。吸收落后性的无功功率，它的功率因数总是小于。异步电机主要作用电动机，异步电机主要作用电动机，作用作用是去拖动各种生产机械是去拖动各种生产机械。异步电动机的异步电动机的优点优点:结构结构简单、容易制造、价格低廉、运行可简单、容易制造、价格低廉、运行可靠、坚固耐用、运行效率较高和具有适用的工作特征。靠、坚固耐用、运行效率较高和具有适用的工作特征。本讲稿第三页，共九十一页 此外，根据电机定子绕
4、组上所加电压的大小，又有高压异此外，根据电机定子绕组上所加电压的大小，又有高压异步电动机、低压异步电动机之分。从其它角度看，还有高起动步电动机、低压异步电动机之分。从其它角度看，还有高起动转矩异步电机、高转差率异步电机、高转速异步电机等等。转矩异步电机、高转差率异步电机、高转速异步电机等等。分类分类（1）按定子相数分有）按定子相数分有 单相异步电动机；单相异步电动机；两相异步电动机；两相异步电动机；三相异步电动机。三相异步电动机。（2）按转子结构分有）按转子结构分有 绕线式异步电动机；绕线式异步电动机；鼠笼式异步电动机。鼠笼式异步电动机。后者又包括单鼠笼异步电动机、双鼠笼异步电动机和深槽式异步
5、电动机后者又包括单鼠笼异步电动机、双鼠笼异步电动机和深槽式异步电动机。本讲稿第四页，共九十一页异步电动机在结构上主要由定子、转子、气隙组成。异步电动机在结构上主要由定子、转子、气隙组成。5.1.2 异步电动机的主要结构异步电动机的主要结构本讲稿第五页，共九十一页一、异步电动机的定子一、异步电动机的定子：异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定子绕组三个部分组成的。1 1、定子铁心定子铁心：是电动机磁路的一部分，装在机座里。为：是电动机磁路的一部分，装在机座里。为了降低定子铁心里的铁损耗，定子铁心常用了降低定子铁心里的铁损耗，定子铁心常用0.5mm0.5mm厚的厚的硅钢片叠压而成的，在硅钢片的两面
6、还应途上绝缘漆。硅钢片叠压而成的，在硅钢片的两面还应途上绝缘漆。下图所示为定子槽下图所示为定子槽,其中其中(a a)是开口槽，用于大、中型容是开口槽，用于大、中型容量的高压异步电动机中；量的高压异步电动机中；(b b)是半开口槽，用于中型是半开口槽，用于中型500V500V以下的异步电动机中；以下的异步电动机中；(c c)是半闭口槽，用于低压小型异是半闭口槽，用于低压小型异步电动机中。步电动机中。本讲稿第六页，共九十一页3、机座机座：主要是为了固定与支撑定子铁心。如果是端盖轴承：主要是为了固定与支撑定子铁心。如果是端盖轴承电机，还要支撑电机的转子部分。因此，机座应有足够的机械电机，还要支撑电机
7、的转子部分。因此，机座应有足够的机械强度和刚度。对中、小型异步电动机，通常用铸铁机座。对大强度和刚度。对中、小型异步电动机，通常用铸铁机座。对大型电机，一般采用钢板焊接的机座，整个机座和座式轴承都固型电机，一般采用钢板焊接的机座，整个机座和座式轴承都固定在同一个底板上。定在同一个底板上。2、定子绕组定子绕组：高压大、中型容量的异步电动机定子绕组常采用高压大、中型容量的异步电动机定子绕组常采用Y接，只接，只有三根引出线，如图有三根引出线，如图(a)所示。对中、小容量低压异步电动机，通常把所示。对中、小容量低压异步电动机，通常把定子三相绕组的六根出线头都引出来，根据需要可接成定子三相绕组的六根出线
8、头都引出来，根据需要可接成Y形或形或形，形，如图如图(b)所示。定子绕组用绝缘的铜（或铝）导线绕成，嵌在定所示。定子绕组用绝缘的铜（或铝）导线绕成，嵌在定子槽内。子槽内。本讲稿第七页，共九十一页 1）笼型转子：笼型绕组是一个自己短路的绕组。在转子的每个槽里放）笼型转子：笼型绕组是一个自己短路的绕组。在转子的每个槽里放上一根导体，在铁心的两端用端环连接起来，形成一个短路的绕组。如上一根导体，在铁心的两端用端环连接起来，形成一个短路的绕组。如果把转子铁心拿掉，则可看出，剩下来的绕组形状像个松鼠笼子，如图果把转子铁心拿掉，则可看出，剩下来的绕组形状像个松鼠笼子，如图（a)所示，因此又叫鼠笼转子。导条
9、的材料有用铜的，也有用铝的。所示，因此又叫鼠笼转子。导条的材料有用铜的，也有用铝的。异步电动机的气隙比同容量直流电动机的气隙小得多，在异步电动机的气隙比同容量直流电动机的气隙小得多，在中、小型异步电动机中，气隙一般为中、小型异步电动机中，气隙一般为0.21.5mm左右。左右。三、异步电动机的转子：三、异步电动机的转子：二、气隙：二、气隙：异步电动机的转子是由转子铁心、转子绕组和转轴组成的异步电动机的转子是由转子铁心、转子绕组和转轴组成的。1、转子铁心转子铁心：是电动机磁路的一部分，它用是电动机磁路的一部分，它用0.5mm厚的硅钢片厚的硅钢片叠压而成。铁心固定在转轴或转子支架上，整个转子的外表呈
10、叠压而成。铁心固定在转轴或转子支架上，整个转子的外表呈圆柱形。圆柱形。2、转子绕组转子绕组：分为笼型和绕线型两类。分为笼型和绕线型两类。本讲稿第八页，共九十一页 2）绕线型转子：绕线型转子的槽内嵌放有用绝缘导线组成的三）绕线型转子：绕线型转子的槽内嵌放有用绝缘导线组成的三相绕组，一般都联接成相绕组，一般都联接成Y形。转子绕组的三条引线分别接到三个形。转子绕组的三条引线分别接到三个滑环上，用一套电刷装置引出来，如图所示。这就可以把外接滑环上，用一套电刷装置引出来，如图所示。这就可以把外接电阻串联到转子绕组回路里去，以改善电动机的启动性能或调电阻串联到转子绕组回路里去，以改善电动机的启动性能或调节
11、电动机的转速。节电动机的转速。与笼型转子相比较，绕线型转子结构稍复杂，价格稍贵，因此只与笼型转子相比较，绕线型转子结构稍复杂，价格稍贵，因此只在要求起动电流小，起动转距大，或需平滑调速的场合使用。在要求起动电流小，起动转距大，或需平滑调速的场合使用。本讲稿第九页，共九十一页 电机产品的型号一般采用大写印刷体的汉语拼音字母和阿拉伯数电机产品的型号一般采用大写印刷体的汉语拼音字母和阿拉伯数字组成。其中汉语拼音字母是根据电机的全名称选择有代表意义的汉字组成。其中汉语拼音字母是根据电机的全名称选择有代表意义的汉字，再用该汉字的第一个拼音字母组成。例如字，再用该汉字的第一个拼音字母组成。例如Y系列三相异
12、步电动机系列三相异步电动机表示如下：表示如下：Y 100 L 1 2 异步电动机 极数 铁心长度代号 机座中心高 机座长度代号5.1.3 异步电动机的铭牌数据异步电动机的铭牌数据三相异步电动机的铭牌上标明电机的型号、额定数据等。三相异步电动机的铭牌上标明电机的型号、额定数据等。一、异步电动机的型号一、异步电动机的型号：本讲稿第十页，共九十一页我国生产的异步电动机种类很多，下面列出一些常见的产品系列。我国生产的异步电动机种类很多，下面列出一些常见的产品系列。Y系列为小型鼠笼全封闭自冷式三相异步电动机。用于金属切削机床、通用机械、系列为小型鼠笼全封闭自冷式三相异步电动机。用于金属切削机床、通用机械
13、、矿山机械、农业机械等。也可用于拖动静止负载或惯性负载较大的机械，如压缩机、矿山机械、农业机械等。也可用于拖动静止负载或惯性负载较大的机械，如压缩机、传送带、磨床、锤击机、粉碎机、小型起重机、运输机械等。传送带、磨床、锤击机、粉碎机、小型起重机、运输机械等。JQ2 和和JQO2系列是高起动转矩异步电动机，用在起动静止负载或惯性负载较大的机械上。系列是高起动转矩异步电动机，用在起动静止负载或惯性负载较大的机械上。JQ2 是防护式和是防护式和JQO2是封闭式的。是封闭式的。JS系列是中型防护式三相鼠笼异步电动机。系列是中型防护式三相鼠笼异步电动机。JR系列是防护式三相绕线式异步电动机。用在电源容量
14、小、不能用同容量鼠笼式电动机起动的生产系列是防护式三相绕线式异步电动机。用在电源容量小、不能用同容量鼠笼式电动机起动的生产机械上。机械上。JSL2 和和JRL2系列是中型立式水泵用的三相异步电动机，其中系列是中型立式水泵用的三相异步电动机，其中JSL2 是鼠笼式，是鼠笼式，JRL2是绕线式。是绕线式。JZ2 和和JZL2系列是起重和冶金用的三相异步电动机，系列是起重和冶金用的三相异步电动机，JZ2是鼠笼式，是鼠笼式，JZL2是绕线式。是绕线式。JD2 和和JDO2系列是防护式和封闭式多速异步电动机。系列是防护式和封闭式多速异步电动机。BJO2 系列是防爆式鼠笼异步电动机。系列是防爆式鼠笼异步电
15、动机。JPZ系列是旁磁式制动异步电动机。系列是旁磁式制动异步电动机。JZZ系列是锥形转子制动异步电动机。系列是锥形转子制动异步电动机。JZT系列是电磁调速异步电动机。系列是电磁调速异步电动机。其他类型的异步电动机可参阅产品目录。其他类型的异步电动机可参阅产品目录。本讲稿第十一页，共九十一页（6）额定功率因数）额定功率因数 指电动机定子加额定负载时，定指电动机定子加额定负载时，定子边的功率因数。子边的功率因数。二、异步电动机的额定值二、异步电动机的额定值：异步电动机的额定值包含下列内容：异步电动机的额定值包含下列内容：（1）额定功率）额定功率 PN 指电动机在额定运行时轴上输出的机械功率，单指电
16、动机在额定运行时轴上输出的机械功率，单位是位是kw。（2）额定电压）额定电压 UN 指额定运行状态下加在定子绕组上的线电压，单指额定运行状态下加在定子绕组上的线电压，单位为位为V。（3）额定电流）额定电流IN 指电动机在定子绕组上加额定电压、轴上输出额指电动机在定子绕组上加额定电压、轴上输出额定功率时，定子绕组中的线电流，单位为定功率时，定子绕组中的线电流，单位为A。（4）额定频率）额定频率f 指我国规定工业用电的频率是指我国规定工业用电的频率是50Hz。（5）额定转速）额定转速n 指电动机定子加额定频率的额定电压，且轴端输指电动机定子加额定频率的额定电压，且轴端输出额定功率时电机的转速，单位
17、为出额定功率时电机的转速，单位为r/min。本讲稿第十二页，共九十一页5.1.4 5.1.4 异步电动机的工作原理异步电动机的工作原理 三相异步电动机定子接三相电源三相异步电动机定子接三相电源后，电机内便形成圆形旋转磁动势，后，电机内便形成圆形旋转磁动势，圆形旋转磁密，设其方向为逆时针转，圆形旋转磁密，设其方向为逆时针转，如图所示。若转子不转，转子鼠笼导如图所示。若转子不转，转子鼠笼导条与旋转磁密有相对运动，导条中有条与旋转磁密有相对运动，导条中有感应电动势感应电动势e，方向由右手定则确定。，方向由右手定则确定。由于转子导条彼此在端部短路，于是由于转子导条彼此在端部短路，于是导条中有电流，不考
18、虑电动势与电流导条中有电流，不考虑电动势与电流的相位差时，电流方向同电动势方向。的相位差时，电流方向同电动势方向。这样，导条就在磁场中受力这样，导条就在磁场中受力f，用左手，用左手定则确定受力方向，如图所示。定则确定受力方向，如图所示。动画本讲稿第十三页，共九十一页 转子受力，产生转矩转子受力，产生转矩T，为电磁转矩，方向与旋转磁动势同方向，转子便在该方，为电磁转矩，方向与旋转磁动势同方向，转子便在该方向上旋转起来。转子旋转后，转速为向上旋转起来。转子旋转后，转速为n，只要，只要nn1（n1为同步转速），转子导条与磁为同步转速），转子导条与磁场仍有相对运动，产生与转子不转时相同方向的电动势、电
19、流及受力，电磁转矩场仍有相对运动，产生与转子不转时相同方向的电动势、电流及受力，电磁转矩T仍旧仍旧为逆时针方向，转子继续旋转，稳定运行在为逆时针方向，转子继续旋转，稳定运行在T=TL情况下。情况下。转差率是异步电机的一个基本物理量，它反映电机的各种运行情况。转差率是异步电机的一个基本物理量，它反映电机的各种运行情况。转子未转动转动时，电机理想空载时电机理想空载时，作为电动机，转速在范围内变化，转差率在01范围内变化。额定运行时，转差率一般在额定运行时，转差率一般在0.010.06之间，即电机转速接近同步转速。之间，即电机转速接近同步转速。sn)nn(nn为转差率转差率的比值称与同步转速之差和转
20、子转速同步转速111-本讲稿第十四页，共九十一页异步电机的三种运行状态根据转差率的大小和正负根据转差率的大小和正负,异步电机有三种运行状态异步电机有三种运行状态机械能转变为电机械能转变为电能能电能和机械能变电能和机械能变成内能成内能电能转变为机电能转变为机械能械能能量关系制动制动制动制动驱动驱动电磁转矩转差率转速外力使电机快速旋转外力使电机沿磁场反方向旋转定子绕组接对称状态状态电动电动电磁制动电磁制动发电发电实现10s本讲稿第十五页，共九十一页5.2 5.2 异步电动机的运行分析异步电动机的运行分析5.2.15.2.1 三相异步电动机转子不转、转子绕组开路时的电磁关系三相异步电动机转子不转、转
21、子绕组开路时的电磁关系一、正方向的规定：一、正方向的规定：转子不转的三相异步电机，相当于一台副边开路的三相变压器，其中定子转子不转的三相异步电机，相当于一台副边开路的三相变压器，其中定子绕组是原绕组，转子绕组是副绕组，只是在磁路中，异步电机定、转子铁心中绕组是原绕组，转子绕组是副绕组，只是在磁路中，异步电机定、转子铁心中多了一个空气隙磁路而已。多了一个空气隙磁路而已。本讲稿第十六页，共九十一页二、二、磁通及磁动势：磁通及磁动势：1、励磁磁动势：励磁磁动势：我们给异步电动机通入对称的三相交流电我们给异步电动机通入对称的三相交流电时，将会在气隙中会产生一个旋转的气隙磁场，这个旋转的时，将会在气隙中
22、会产生一个旋转的气隙磁场，这个旋转的磁场会同时切割定转子绕组，这样，在两个绕组内会产生相磁场会同时切割定转子绕组，这样，在两个绕组内会产生相应的感应电动势，但是由于转子绕组是开路的所以，没有电应的感应电动势，但是由于转子绕组是开路的所以，没有电流，即没有磁动势，由此可见，在这种情况下，整个气隙磁流，即没有磁动势，由此可见，在这种情况下，整个气隙磁场全部是由定子绕组内的三相对称电流产生，为此，这时定场全部是由定子绕组内的三相对称电流产生，为此，这时定子磁动势子磁动势 又叫又叫励磁磁动势，励磁磁动势，定子电流定子电流 亦叫亦叫励磁电流。励磁电流。本讲稿第十七页，共九十一页4）瞬间位置：）瞬间位置：
23、正如前面所分析的，当A相电流达到正最大 时，它所对应的磁动势也达到正最大。而由于整个分析过程是完全对称的，所以我们在分析时仅以而由于整个分析过程是完全对称的，所以我们在分析时仅以A相为例来进行相为例来进行讲解。可见，由电流产生的旋转磁场的磁动势的特点是：讲解。可见，由电流产生的旋转磁场的磁动势的特点是：1）幅值）幅值：2）转向）转向：逆时针转向。A1B1C13）转速）转速：相对于定子绕组以角频率 旋转。本讲稿第十八页，共九十一页 漏磁通漏磁通：只交链定子绕组就形成闭合回路只交链定子绕组就形成闭合回路，用用 表示表示。它主要包括有槽部漏磁通、端部漏磁通、谐波漏磁通。它主要包括有槽部漏磁通、端部漏
24、磁通、谐波漏磁通。2、主磁通和漏磁通：主磁通和漏磁通：主磁通主磁通：同时交链定子、转子、气隙构成闭和回路的磁通，气隙里每同时交链定子、转子、气隙构成闭和回路的磁通，气隙里每极主磁通量用极主磁通量用m 表示；表示；本讲稿第十九页，共九十一页 由于气隙是均匀的，励磁磁动势由于气隙是均匀的，励磁磁动势F F0 0产生的主磁通产生的主磁通m m所对应所对应的气隙磁密是一个在气隙中旋转、在空间按正弦分布的磁密。的气隙磁密是一个在气隙中旋转、在空间按正弦分布的磁密。用空间向量表示为用空间向量表示为 ，的位置在其最大值处，的位置在其最大值处，为是气为是气隙磁密的最大值。气隙里每极主磁通为：隙磁密的最大值。气
25、隙里每极主磁通为：气隙磁密和励磁磁动势同方向，这是因为磁动势达到最大值处，该处气隙磁密和励磁磁动势同方向，这是因为磁动势达到最大值处，该处的磁密也为最大。（不考虑磁滞、涡流的影响）的磁密也为最大。（不考虑磁滞、涡流的影响）本讲稿第二十页，共九十一页设：定、转子设：定、转子A相磁链为相磁链为则则三、感应电动势三、感应电动势:本讲稿第二十一页，共九十一页 定子、转子每相电动势之比叫电压变比，用定子、转子每相电动势之比叫电压变比，用k ke e表示，即表示，即:旋转磁场同时切割定转子绕组旋转磁场同时切割定转子绕组,在定、转子绕组内将会产生感应电动势，在定、转子绕组内将会产生感应电动势，其有效值为其有
26、效值为E1、E2。令令则则E1、E2用复数表示为用复数表示为这种情况的异步电机实际是个移相器。这种情况的异步电机实际是个移相器。本讲稿第二十二页，共九十一页四、励磁电流：四、励磁电流：和前面分析变压器的情况是一样的，励磁电流也是由和前面分析变压器的情况是一样的，励磁电流也是由I0a 和和I0r两分量组两分量组成。成。五、电压方程式：五、电压方程式：从前面的图中，我们可以得到相应的电动势平衡方程式，但是在这里需要注意的一点是：定子绕组的漏磁通在定子绕组内也会产生一个电动势，我们称之为定子漏电动势，用 表示，所以，电压方程式为：式中Z1=R1+j 为定子一相绕组的漏阻抗。本讲稿第二十三页，共九十一
27、页与三相变压器空载时一样，异步电动机也能找出并联或串联的等值电路。已知：所以，可得等值电路等值电路如右图示：转子回路电压方程为：转子回路电压方程为：六、等值电路：六、等值电路：于是，电压平衡方程为 本讲稿第二十四页，共九十一页 异步电动机转子被短路的情况和变压器副边短路的情况类似。由于转子被短异步电动机转子被短路的情况和变压器副边短路的情况类似。由于转子被短路路,所以所以,当在定子绕组内通入三相对称电流后当在定子绕组内通入三相对称电流后,产生的沿逆时针方向旋转的磁场产生的沿逆时针方向旋转的磁场,不仅在定子绕组内产生磁动势不仅在定子绕组内产生磁动势,在转子绕组内也会产生磁动势。在转子绕组内也会产
28、生磁动势。5.2.25.2.2 三相异步电动机转子堵转时的电磁关系三相异步电动机转子堵转时的电磁关系1）幅值：一、磁动势和磁通一、磁动势和磁通:1、磁动势磁动势:在三相对称的转子绕组里流过三相对称电流在三相对称的转子绕组里流过三相对称电流 时，产生的时，产生的转子空间旋转磁动势转子空间旋转磁动势 的特点：的特点：本讲稿第二十五页，共九十一页2）转向：）转向：假设气隙旋转磁密是逆时针方向旋转，在转子绕组内感应假设气隙旋转磁密是逆时针方向旋转，在转子绕组内感应产生的电动势及电流的相序就应为产生的电动势及电流的相序就应为A2B2C2。3）转速：）转速：相对于转子绕组为相对于转子绕组为 可见，转子绕组
29、短路的三相异步电机，作用在磁路上的磁动势有可见，转子绕组短路的三相异步电机，作用在磁路上的磁动势有两个：一为定子旋转磁动势；一为转子旋转磁动势。由于它们的旋转两个：一为定子旋转磁动势；一为转子旋转磁动势。由于它们的旋转方向相同，转速又相等，只是一前一后地旋转着，我们称它们为同步方向相同，转速又相等，只是一前一后地旋转着，我们称它们为同步旋转。旋转。既然它们是同步旋转，又作用在同一个磁路上，把它们按向既然它们是同步旋转，又作用在同一个磁路上，把它们按向量的关系加起来，得到合成的磁动势仍用量的关系加起来，得到合成的磁动势仍用 表示。即表示。即:本讲稿第二十六页，共九十一页 这个合成的旋转磁动势这个
30、合成的旋转磁动势 ，才是产生气隙每极主磁通，才是产生气隙每极主磁通 的磁动势。主磁通的磁动势。主磁通 在定、转子相绕组里感应电动势在定、转子相绕组里感应电动势 和和 。称为称为 转子磁动势转子磁动势 可见，当转子侧电流不为零时，它也会产生一个磁动势，而此时定子可见，当转子侧电流不为零时，它也会产生一个磁动势，而此时定子侧的磁动势此时变成了侧的磁动势此时变成了 ，这就可以认为定子旋转磁动势里包，这就可以认为定子旋转磁动势里包含着两个分量：一个分量是大小等于含着两个分量：一个分量是大小等于 ，而方向与，而方向与 相反，用相反，用 表示，表示，它的作用是抵消转子旋转磁动势对主磁通的影响；另一个分量就
31、是励磁磁它的作用是抵消转子旋转磁动势对主磁通的影响；另一个分量就是励磁磁动势动势 。它是用来产生气隙旋转磁密的。由于这种情况下定子磁动势已变。它是用来产生气隙旋转磁密的。由于这种情况下定子磁动势已变为为 了，定子绕组里的电流也就变为了，定子绕组里的电流也就变为 了。了。将：将：或改写成：或改写成：称为称为 定子磁动势定子磁动势本讲稿第二十七页，共九十一页注意注意：变压器中的主磁通是脉振的，变压器中的主磁通是脉振的，是它的最大振幅。在异步电动机是它的最大振幅。在异步电动机中，气隙里主磁通的却是旋转的，它对应的磁密波沿气隙圆周方向是正弦中，气隙里主磁通的却是旋转的，它对应的磁密波沿气隙圆周方向是正
32、弦分布的，以同步转速相对于定子旋转，分布的，以同步转速相对于定子旋转，表示气隙里每极的磁通量。表示气隙里每极的磁通量。2、漏磁通漏磁通：这种情况下这种情况下,除定子侧的漏磁通外除定子侧的漏磁通外,转子侧也要产生漏磁转子侧也要产生漏磁通通,表现每相漏电抗为表现每相漏电抗为 ，其压降为，其压降为二、定、转子回路方程二、定、转子回路方程:1、定子回路的电压方程：、定子回路的电压方程：本讲稿第二十八页，共九十一页2、转子回路的方程：、转子回路的方程：式中式中:为转子绕组的一相漏阻抗为转子绕组的一相漏阻抗。根据前面的分析可知根据前面的分析可知:转子相电流为转子相电流为:式中：式中：为转子绕组回路的功率因
33、数角。为转子绕组回路的功率因数角。本讲稿第二十九页，共九十一页显然，上式中的转子侧的感应电动势和电流、电抗等的频率显然，上式中的转子侧的感应电动势和电流、电抗等的频率都是都是 ，转子电流在相位上滞后与电动势，转子电流在相位上滞后与电动势 时间时间电角度。从前面的分析我们可以看出，分别对定转子进行分析太过麻从前面的分析我们可以看出，分别对定转子进行分析太过麻烦，异步电动机定、转子之间没有电路上的联结，只有磁路的烦，异步电动机定、转子之间没有电路上的联结，只有磁路的联系，这点和变压器的情况相类似联系，这点和变压器的情况相类似 ，所以在这里我们仍采用，所以在这里我们仍采用折算的方法，把转子折算到定子
34、侧，用一个新转子，它的相数、折算的方法，把转子折算到定子侧，用一个新转子，它的相数、每相串联匝数以及绕组系数都分别和定子的一样（三相、每相串联匝数以及绕组系数都分别和定子的一样（三相、）。）。三、转子绕组的折合（折算）：三、转子绕组的折合（折算）：本讲稿第三十页，共九十一页根据定、转子磁通势的关系：根据定、转子磁通势的关系：可以写成可以写成 但是关键的一点是：要保证转子侧在折算前后对整个磁场的影响不能但是关键的一点是：要保证转子侧在折算前后对整个磁场的影响不能发生改变，即折算前后转子的总视在功率、有功功率、转子的铜耗和漏磁发生改变，即折算前后转子的总视在功率、有功功率、转子的铜耗和漏磁场储能均
35、保持不变。简单的说就是只要维持转子侧的磁动势的大小及相位场储能均保持不变。简单的说就是只要维持转子侧的磁动势的大小及相位没有改变，就不影响定子边。没有改变，就不影响定子边。令本讲稿第三十一页，共九十一页可简化为可简化为：称为电流变比电流变比。式中式中 是转子绕组的相数，只有绕线式三相异步电动机转子绕组是是转子绕组的相数，只有绕线式三相异步电动机转子绕组是三相，鼠笼式异步电动机转子绕组一般不是三相，而是三相，鼠笼式异步电动机转子绕组一般不是三相，而是 相。相。可得可得：折算前后的电流的关系为：折算前后的电流的关系为：本讲稿第三十二页，共九十一页 这样就可以对相关的量进行折算，折算后的量我们全部用
36、这样就可以对相关的量进行折算，折算后的量我们全部用“”“”来表示。来表示。折合后转子漏阻抗与折合前转子漏阻抗的关系为：折合后转子漏阻抗与折合前转子漏阻抗的关系为：折合前后的功率关系（转子铜耗、无功功率）不变。折合前后的功率关系（转子铜耗、无功功率）不变。转子回路的电压方程：转子回路的电压方程：本讲稿第三十三页，共九十一页四、基本方程式、等值电路和相量图：四、基本方程式、等值电路和相量图：整理可得基本方程式基本方程式为：由此可画出其等值电路、相量图等值电路、相量图为：本讲稿第三十四页，共九十一页5.2.3 5.2.3 三相异步电动机转子旋转时的电磁关系三相异步电动机转子旋转时的电磁关系一、转差率
37、一、转差率：当转子以转速当转子以转速 开始旋转时，气隙磁场不再以同步转速开始旋转时，气隙磁场不再以同步转速 切割转切割转子绕组，同步转速和转子转速之间有一个同方向的相对运动，即此时的气子绕组，同步转速和转子转速之间有一个同方向的相对运动，即此时的气隙磁场是以一个隙磁场是以一个 切割转子绕组：切割转子绕组：它的大小也能反映电动机转子的转速。它的大小也能反映电动机转子的转速。转子回路的电压方程式为：转子回路的电压方程式为：二、转子电动势二、转子电动势：此时一些相应的物理量将要结合转差率发生相应的变化.本讲稿第三十五页，共九十一页转子漏抗 是对应转子频率时的漏电抗。它与转子不转时转子漏电抗 (对应于
38、频率 Hz)的关系为：正常运行的异步电动机，上式表明：当转子旋转时，每相感应电动势与转差率s成正比。本讲稿第三十六页，共九十一页三、定、转子磁动势及磁动势关系：三、定、转子磁动势及磁动势关系：下面对转子旋转时，定、转子绕组电流产生的空间合成磁动势进行分析。下面对转子旋转时，定、转子绕组电流产生的空间合成磁动势进行分析。1、定子磁动势、定子磁动势 ：同前2、转子旋转磁动势、转子旋转磁动势 ：（1）幅值：(2(2）转向转向：由于现在的气隙磁场在切割转子绕组时仅是切割：由于现在的气隙磁场在切割转子绕组时仅是切割速度发生了变化，而它的旋转方向并没有发生改变，所以此速度发生了变化，而它的旋转方向并没有发
39、生改变，所以此时是以时是以 的速度沿逆时针方向切割转子绕组，因此产的速度沿逆时针方向切割转子绕组，因此产生电流的相序仍然是生电流的相序仍然是 ，由转子电流入产生的三相合成旋转磁动势的转向，相对于转由转子电流入产生的三相合成旋转磁动势的转向，相对于转子绕组而言，仍为逆时针方向旋转。子绕组而言，仍为逆时针方向旋转。本讲稿第三十七页，共九十一页（4 4）瞬间位置瞬间位置：当转子绕组哪相电流达正最大值时，正好位于该相绕：当转子绕组哪相电流达正最大值时，正好位于该相绕组的轴线上。组的轴线上。（3）转速转速3、合成、合成(励磁励磁)磁动势：磁动势：（1）幅值幅值：关于定、转子磁势的幅值，不因站在定子上看而
40、有什么改变，：关于定、转子磁势的幅值，不因站在定子上看而有什么改变，仍为前面分析的结果。仍为前面分析的结果。（2 2）转向转向：二者的转向相对于定子都为逆时针方向旋转。：二者的转向相对于定子都为逆时针方向旋转。本讲稿第三十八页，共九十一页 可见，转子磁动势和定子磁动势的转速在空间总是等于同步转速，可见，转子磁动势和定子磁动势的转速在空间总是等于同步转速，始终保持相对静止，即始终保持相对静止，即定、转子磁势之间没有相对运动！所以，感应定、转子磁势之间没有相对运动！所以，感应电机在任何异步转速下均能产生恒定的电磁转矩，并实现机电能量转电机在任何异步转速下均能产生恒定的电磁转矩，并实现机电能量转换。
41、换。于是，转子旋转磁动势相对于定子绕组的转速为：于是，转子旋转磁动势相对于定子绕组的转速为：所以，合成的总磁动势仍用所以，合成的总磁动势仍用 来表示。即来表示。即（3 3）转速转速：相对与定子绕组而言，定子磁动势：相对与定子绕组而言，定子磁动势 的转速的转速为为 ，而转子我们分开看，首先转子磁动势相对于转子的，而转子我们分开看，首先转子磁动势相对于转子的转速为转速为 ，而转子本身又是以转速，而转子本身又是以转速 旋转，为此站在定子上旋转，为此站在定子上看转子旋转磁动势的转速则为看转子旋转磁动势的转速则为本讲稿第三十九页，共九十一页 通过对转子旋转的分析可知通过对转子旋转的分析可知,转子旋转后转
42、子旋转后,转子频率的大小仅转子频率的大小仅仅影响转子旋转磁动势相对于转子本身的转速仅影响转子旋转磁动势相对于转子本身的转速 ,转子旋转磁转子旋转磁动势相对于定子的转速永远为同步转速动势相对于定子的转速永远为同步转速,与转子电流的频率无关与转子电流的频率无关,另外另外,定、转子之间是通过磁动势相联系的定、转子之间是通过磁动势相联系的,所以只要保持转子旋所以只要保持转子旋转磁动势的大小不变转磁动势的大小不变,至于电流的频率是多少无所谓至于电流的频率是多少无所谓.根据这个概根据这个概念念,我们对下式进行变换我们对下式进行变换:同时，在频率变换的过程中，除了电流有效值保持不变外，同时，在频率变换的过程
43、中，除了电流有效值保持不变外，转子电路的功率因数角也没有发生任何变化。即转子电路的功率因数角也没有发生任何变化。即四、转子绕组频率的折合四、转子绕组频率的折合:本讲稿第四十页，共九十一页由此可见由此可见,频率折算是用一个静止的电阻为频率折算是用一个静止的电阻为 的等效转子去的等效转子去代替电阻为代替电阻为R2的实际旋转的转子的实际旋转的转子,等效转子将与实际转子具有等效转子将与实际转子具有相同的转子磁动势。相同的转子磁动势。此时，转子电路虽然经过这种变换，但是从定子边看转子旋转磁通此时，转子电路虽然经过这种变换，但是从定子边看转子旋转磁通势并没有发现任何不同，两个情况下产生的磁通势的幅值大小是
44、完全一势并没有发现任何不同，两个情况下产生的磁通势的幅值大小是完全一样的，这就是转子电路的频率折算，即：样的，这就是转子电路的频率折算，即：把转子旋转时实际频率为把转子旋转时实际频率为f2的的电路，变成了转子不转、频率为电路，变成了转子不转、频率为f1的电路。的电路。本讲稿第四十一页，共九十一页 我们知道在转子旋转时有机械能产生，在经过了频率折算后，我们知道在转子旋转时有机械能产生，在经过了频率折算后，得到转子侧的频率和定子侧的频率相等，而我们知道在转子静止得到转子侧的频率和定子侧的频率相等，而我们知道在转子静止转子短路的情况下，我们得到两侧的频率相等的情况，能量是不转子短路的情况下，我们得到
45、两侧的频率相等的情况，能量是不能凭空消失的，所以，显然，此时我们是用一个静止的转子电阻能凭空消失的，所以，显然，此时我们是用一个静止的转子电阻来代替旋转的转子电阻，即来代替旋转的转子电阻，即用在静止的转子上消耗的电功率来等用在静止的转子上消耗的电功率来等值代替旋转的时候产生的机械能值代替旋转的时候产生的机械能。而把上式得到的电阻的形式再进行变形，而把上式得到的电阻的形式再进行变形，很明显和转子不转时相比，转子侧多了一个电阻。很明显和转子不转时相比，转子侧多了一个电阻。本讲稿第四十二页，共九十一页 再考虑把转子绕组的相数、匝数以及绕组系数都折合到定子边，再考虑把转子绕组的相数、匝数以及绕组系数都
46、折合到定子边，转子回路的转子回路的电压方程式电压方程式则变为：则变为：当异步电动机转子电路进行了频率折合后，当异步电动机转子电路进行了频率折合后，转子旋转磁通势的转子旋转磁通势的幅值幅值可写成可写成:再考虑转子绕组的相数、匝数折合，又可写成再考虑转子绕组的相数、匝数折合，又可写成:这样一来，由定、转子旋转磁动势的关系这样一来，由定、转子旋转磁动势的关系 又可得到又可得到:本讲稿第四十三页，共九十一页 与异步电动机转子绕组短路并把转子堵住不转时相比较，在基与异步电动机转子绕组短路并把转子堵住不转时相比较，在基本方程式中，只有转子绕组回路的电压方程式有所差别，其他本方程式中，只有转子绕组回路的电压
47、方程式有所差别，其他几个方程式都一样。于是得到异步电动机转子旋转时的几个方程式都一样。于是得到异步电动机转子旋转时的基本方程基本方程式式为为:五、基本方程式、等值电路和时五、基本方程式、等值电路和时-空相量图空相量图:1、异步电动机转子旋转时的基本方程式、异步电动机转子旋转时的基本方程式本讲稿第四十四页，共九十一页2 2、异步电动机转子旋转时的异步电动机转子旋转时的等值电路等值电路:异步电动机空载时，转子的转速接近同步转速，转差率异步电动机空载时，转子的转速接近同步转速，转差率s s很小，很小，/s/s趋于趋于 ，电流，电流 可认为等于零可认为等于零,这时定子电流就是励磁电流这时定子电流就是励
48、磁电流,电动机的功电动机的功率因数很低。率因数很低。当电动机运行于额定负载时，转差率当电动机运行于额定负载时，转差率 ，/s /s 约为约为 的的2020倍左右，等值电路里转子边呈电阻性，功率因数倍左右，等值电路里转子边呈电阻性，功率因数 较高。这时定子较高。这时定子边的功率因数边的功率因数 也比较高，可达也比较高，可达0.80.80.85.0.85.从等值电路图从等值电路图上可以看出，转子上可以看出，转子电路中多了一个表电路中多了一个表征机械负载的等效征机械负载的等效电阻电阻 而在这个电阻上消而在这个电阻上消耗的电功率在数值耗的电功率在数值上刚好和转子旋转上刚好和转子旋转时的机械功率相等。时
49、的机械功率相等。本讲稿第四十五页，共九十一页 由于异步电动机定子漏阻抗不大,异步电动机从空载到额定负载运行时，由于定于电压不变，主磁通1基本上也是固定的数值。因此励磁电流也差不多是个常数。但是，当异步电动机刚起动时，转速n0（s=1），这时定子电压全部降落在定、转子的漏阻抗上，已知定、转子漏阻抗，这样，定、转子漏阻抗上的电压降近似为定子电压一半左右。也就是说，近似是的一半左右，气隙主磁通1也将变为空载时的一半左右,这样,根据上述五个基本方程式画出的异步电动机时时-空相量图空相量图，与三相变压器带纯电阻负载运行时的相量图相似。3 3、异步电动机时、异步电动机时-空相量图空相量图本讲稿第四十六页，
50、共九十一页5.3 5.3 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性三相异步电动机以转速三相异步电动机以转速n稳定运行时，从电源输入的有功功率为稳定运行时，从电源输入的有功功率为 正常情况下，转子转速接近与同步转速，转子回路铁耗很小，正常情况下，转子转速接近与同步转速，转子回路铁耗很小，可忽略，因此只计定子回路的铁耗：可忽略，因此只计定子回路的铁耗：从等值电路看，传输给转子回路的电磁功率等于转子回路全部电阻从等值电路看，传输给转子回路的电磁功率等于转子回路全部电阻的消耗。的消耗。5.3.1 三相异步电动机的功率与转矩三相异步电动机的功率与转矩定子铜损耗为定子铜损耗为:一、功率关系一、功率