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1、第第5 5章章 感应电机感应电机1感应电动机的主要用途：感应电动机的主要用途：感应电机主要用作电动机使用，特殊场合也可作为发感应电机主要用作电动机使用，特殊场合也可作为发电机使用。电机使用。感应电动机的感应电动机的优点优点:结构结构简单、容易制造、价格低廉、运行可靠、坚固耐简单、容易制造、价格低廉、运行可靠、坚固耐用、环境适应性强。用、环境适应性强。感应电动机的感应电动机的缺点缺点:功率因数较差。感应电动机运行时，必须从电网里吸功率因数较差。感应电动机运行时，必须从电网里吸收滞后的无功功率，它的功率因数总是小于。收滞后的无功功率，它的功率因数总是小于。2感应电动机的分类方法：感应电动机的分类方
2、法：（1 1）按定子相数分有按定子相数分有单相；单相；三相；多相。三相；多相。（2 2）按转子结构分有按转子结构分有 绕线式；绕线式；鼠笼式。后者又包鼠笼式。后者又包括单鼠笼感应电动机、双鼠笼感应电动机和深槽式感应电括单鼠笼感应电动机、双鼠笼感应电动机和深槽式感应电动机。动机。（3 3）按机壳的不同防护方式分：开启式、防漏式、封闭按机壳的不同防护方式分：开启式、防漏式、封闭式，防暴式。式，防暴式。（4 4）按电机的容量分：微电机；小型（千瓦）；中型按电机的容量分：微电机；小型（千瓦）；中型（100-1000100-1000千瓦）；大型（千瓦）；大型（10001000千瓦以上）。千瓦以上）。此外
3、，根据电机定子绕组上所加电压的大小，又有高此外，根据电机定子绕组上所加电压的大小，又有高压和低压感应电动机之分。从其它角度看，还有高起动转压和低压感应电动机之分。从其它角度看，还有高起动转矩感应电机、高转差率感应电机、高转速感应电机等等。矩感应电机、高转差率感应电机、高转速感应电机等等。35.1 5.1 感应电机的结构和运行状态感应电机的结构和运行状态1 1、感应电机的结构、感应电机的结构 感应电机在结构上主要由定子、转子、气隙组成。感应电机在结构上主要由定子、转子、气隙组成。451 1、定子：、定子：定子由定子由机座机座、定子铁心定子铁心和和定子绕组定子绕组三个部分组成的。三个部分组成的。定
4、子铁心：定子铁心：电动机磁路的一部分，装在机座里。为了降低定子铁电动机磁路的一部分，装在机座里。为了降低定子铁心损耗，定子铁心用厚的硅钢片叠压而成的，在硅钢片的心损耗，定子铁心用厚的硅钢片叠压而成的，在硅钢片的两面还应涂上绝缘漆。下图为定子槽两面还应涂上绝缘漆。下图为定子槽,其中其中(a a)是开口槽，是开口槽，用于大中型容量的高压感应电动机；用于大中型容量的高压感应电动机；(b b)是半开口槽，用是半开口槽，用于中型于中型500V500V以下的感应电动机；以下的感应电动机；(c c)是半闭口槽，用于低是半闭口槽，用于低压小型感应电动机中，另外还有闭口槽。压小型感应电动机中，另外还有闭口槽。6
5、7机座：机座：主要是为了固定与支撑定子铁心。端盖轴承还要支撑主要是为了固定与支撑定子铁心。端盖轴承还要支撑电机的转子部分。因此，机座应有足够的机械强度和刚度。电机的转子部分。因此，机座应有足够的机械强度和刚度。对中、小型感应电动机，通常用铸铁或铸铝机座。对大型对中、小型感应电动机，通常用铸铁或铸铝机座。对大型电机，一般采用钢板焊接的机座。电机，一般采用钢板焊接的机座。定子绕组：定子绕组：定子绕组用绝缘的铜或铝导线（电磁线）绕成，嵌在定子绕组用绝缘的铜或铝导线（电磁线）绕成，嵌在定子槽内。高压大、中型容量的感应电动机定子绕组常定子槽内。高压大、中型容量的感应电动机定子绕组常采采用用Y接接，只有三
6、根引出线，如图，只有三根引出线，如图(a a)所示。对中、小容量所示。对中、小容量低压感应电动机，通常低压感应电动机，通常把定子三相绕组的六根把定子三相绕组的六根出线头都引出来，根据出线头都引出来，根据需要可接成需要可接成Y形或形或形，形，如图如图(b b)所示。所示。8 定子铁心散嵌线圈 三相对称交流绕组模型9102 2、转子：、转子：转子主要由转子铁心、转子绕组和转子轴组成。转子主要由转子铁心、转子绕组和转子轴组成。转子铁心：转子铁心：磁路的一部分，它用厚的硅钢片叠压而成，固定在转磁路的一部分，它用厚的硅钢片叠压而成，固定在转轴上，整个转子的外表呈圆柱形。轴上，整个转子的外表呈圆柱形。转子
7、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。1 1）笼型转子：）笼型转子：在转子的每个槽里放上一根导体，在铁心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，形成一个闭合的绕组。如果把的两端用端环连接起来，形成一个闭合的绕组。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转子铁心拿掉，则可看出，剩下来的绕组形状像个松鼠笼子。导条的材料有用铜的，也有用铸铝的。笼子。导条的材料有用铜的，也有用铸铝的。11121314 2 2）绕线型转子：）绕线型转子：绕线型转子的槽内嵌放有用绝缘导线组绕线型转子的槽内嵌放有用绝缘导线组成的三相绕组，一般都联接成成的三相绕组，一般都
8、联接成Y形。转子绕组的三条引线形。转子绕组的三条引线分别接到三个集电环（滑环）上，用一套电刷装置引出来，分别接到三个集电环（滑环）上，用一套电刷装置引出来，如图所示。这就可以如图所示。这就可以把外接电阻串联到转子绕组回路里去，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节电动机的转速。以改善电动机的启动性能或调节电动机的转速。与笼型转子相比，与笼型转子相比，绕线型转子的结构较复绕线型转子的结构较复杂，价格稍贵，可靠性杂，价格稍贵，可靠性也低，因此只在要求起也低，因此只在要求起动电流小，起动转矩大，动电流小，起动转矩大，或需平滑调速的场合使或需平滑调速的场合使用。用。15163
9、3、气隙：、气隙：感应电动机的气隙比同容量直流电动机的气隙小得感应电动机的气隙比同容量直流电动机的气隙小得多，在中、小型感应电动机中，多，在中、小型感应电动机中，气隙气隙一般为一般为mmmm左右。左右。17三相感应电动机的工作原理三相感应电动机的工作原理对称三相绕组对称三相绕组通入对称三相电流通入对称三相电流旋转磁场旋转磁场(磁场能量磁场能量)旋转磁场切旋转磁场切割转子绕组割转子绕组转子绕组中转子绕组中产生产生e 和和i转子绕组在磁场中转子绕组在磁场中受到电磁力的作用受到电磁力的作用转子旋转起来转子旋转起来机械负载旋转起来机械负载旋转起来三相交流电能三相交流电能输出机械能量输出机械能量18三相
10、感应电动机的工作原理三相感应电动机的工作原理三相电源给定子绕组供电，产生以同步转速旋三相电源给定子绕组供电，产生以同步转速旋转的磁场，磁场相对于转子绕组转动，在转子转的磁场，磁场相对于转子绕组转动，在转子绕组中感应电动势。转子绕组闭合，有电流流绕组中感应电动势。转子绕组闭合，有电流流过，转子电流在磁场中受力并产生电磁转矩，过，转子电流在磁场中受力并产生电磁转矩，带动转子和负载旋转。带动转子和负载旋转。19由由工工作作原原理理可可知知：转转子子的的转转速速n（电电动动机机的的转转速速）恒恒比比旋旋转转磁磁场场的的旋旋转转速速度度n0（同同步步速速度度）要要小小。因因为为如如果果两两种种速速度度相
11、相等等时时，转转子子和和旋旋转转磁磁场场没没有有相相对对运运动动，转转子子导导体体不不切切割割磁磁力力线线，因因此此，不不能能产产生生电电磁磁转转矩矩，转转子子将将不不能能继继续续旋旋转转。因因此此，转转子子与与旋旋转转磁磁场场之之间间的的转转速速差差是是保保证证转转子子转速的主要因素，也是转速的主要因素，也是感应电动机感应电动机的由来。的由来。w注意：注意：转子旋转的转速不能与定子绕组产生的磁转子旋转的转速不能与定子绕组产生的磁场转速相同，两者没有固定的严格关系，故也称为场转速相同，两者没有固定的严格关系，故也称为异步电机异步电机。202 2、感应电机的运行状态、感应电机的运行状态 转差率：
12、转差率：转差率是指同步转速与实际转速的转差与同步转速的转差率是指同步转速与实际转速的转差与同步转速的比值，通常用百分数表示。比值，通常用百分数表示。转差率是感应电机的一个基本物理量，它反映电机转差率是感应电机的一个基本物理量，它反映电机的各种运行情况。的各种运行情况。21感应电机的三种运行状态感应电机的三种运行状态:u异步电机正常运行时，转差率异步电机正常运行时，转差率s很小。很小。u通常通常s223 3、额定值、额定值感应电动机的额定值包含下列内容：感应电动机的额定值包含下列内容：（1 1）额定功率额定功率PN ：指电动机在额定运行时转轴输出的机：指电动机在额定运行时转轴输出的机械功率，单位
13、是械功率，单位是kW。（2 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：指额定运行状态下加在定子绕组上的线电压，单位为线电压，单位为V。（3 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、：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，单位为轴上输出额定功率时，定子绕组中的线电流，单位为A。（4 4）额定频率额定频率fN ：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50Hz50Hz。（5 5）额定转速额定转速nN ：指电动机施加额定频率的额定电压，：指电动机施加额定频率的额定电压，且轴端输出额定功率时的电动机转速，单位为且轴端
14、输出额定功率时的电动机转速，单位为r/min 。（6 6）额定功率因数额定功率因数 ：指电动机施加额定电压，输出：指电动机施加额定电压，输出额定功率时，额定功率时，定子边定子边的功率因数。的功率因数。23 另外，铭牌上还标注有产品型号、相数、接法、绝缘另外，铭牌上还标注有产品型号、相数、接法、绝缘等级以及允许温升。等级以及允许温升。例如：例如：Y112S-6极数极数6极极短机座（分为短机座（分为L、M、S）规格代号：中心高规格代号：中心高112mm产品代号：感应电动机产品代号：感应电动机245.2 5.2 三相感三相感应电动应电动机的磁机的磁动势动势和磁和磁场场1、空、空载载运行运行时时的磁的
15、磁动势动势和磁和磁场场 u1i10F1FmmE1 1E1当定子接入当定子接入对对称三相称三相电压电压u1后，定子中便流后，定子中便流过对过对称三称三相相电电流流I10(空空载电载电流流)产产生一基波合成旋生一基波合成旋转转磁磁场场F1。因空载运行时，因空载运行时，nns，所以，所以E2=0，I2=0，所以空载运，所以空载运行时定子磁动势行时定子磁动势F1基本上为产生气隙主磁场的激磁磁动势基本上为产生气隙主磁场的激磁磁动势Fm，空载时电流就近似等于激磁电流，空载时电流就近似等于激磁电流Im，考虑铁心损耗时，考虑铁心损耗时，Bm滞后滞后Fm铁心损耗角铁心损耗角FeFe。25定、转子磁动势的空间矢量
16、图定、转子磁动势的空间矢量图A CB X Y Z 26当气隙中主磁当气隙中主磁场场以同步以同步转转速旋速旋转时转时，m将在定子将在定子绕绕组组中感中感应电势应电势E1，因在相位上因在相位上E1滞后滞后m900电电角度，所角度，所以用向量表示有：以用向量表示有：与与变压变压器分析一器分析一样样，我，我们们引入引入Zm，把，把E1作作为电压为电压降降来来处处理。理。Zm激磁阻抗，它是表征激磁阻抗，它是表征铁铁心磁化特性和心磁化特性和铁铁耗的一个耗的一个综综合参数。合参数。Xm激磁激磁电电抗，表征气隙主磁通的抗，表征气隙主磁通的电电抗。抗。Rm激磁激磁电电阻，表征阻，表征铁铁耗的一个等效耗的一个等效
17、电电阻。阻。27定子漏磁通和定子漏定子漏磁通和定子漏电电抗：抗：除除产产生生m外，定子外，定子电电流流还产还产生生仅仅与定子与定子绕组绕组交交链链的漏的漏磁通磁通 1，漏磁通，漏磁通将在定子绕组中感应漏电动势将在定子绕组中感应漏电动势E1。，I1：定子：定子电电流流X1：定子漏：定子漏电电抗抗 漏磁通主要是通过空气而闭和，受磁路饱和的影响较漏磁通主要是通过空气而闭和，受磁路饱和的影响较小，在电机分析时把两种磁通分开处理。小，在电机分析时把两种磁通分开处理。282、负载负载运行运行时时的的转转子磁子磁动势动势和磁和磁动势动势方程方程转转子磁子磁动势动势：当当负载负载运行运行时时nns，E2I2F
18、2,F2也为旋转磁势。也为旋转磁势。若定子旋转磁场顺时针旋转若定子旋转磁场顺时针旋转，则转子感应电流的相序也为则转子感应电流的相序也为顺时针，产生的磁动势顺时针，产生的磁动势F2即为顺时针旋转，即为顺时针旋转，即即F2与与F1转转向相同。如定子旋转磁场的转速为向相同。如定子旋转磁场的转速为ns，转子转速为，转子转速为n，此，此时定子旋转磁场以时定子旋转磁场以n=ns-n=sns的速度切割转子，所以在的速度切割转子，所以在转子中感应电动势的频率转子中感应电动势的频率：29 转子磁动势相对转子的转速：转子磁动势相对转子的转速：转子磁动势相对定子的转速：转子磁动势相对定子的转速：n+n=sns+(1
19、-s)ns=ns 转子磁动势相对定子磁动势的转速：转子磁动势相对定子磁动势的转速：0定、转子磁动势之间的速度关系定、转子磁动势之间的速度关系30即无即无论转论转子的子的实际转实际转速速为为多少，多少，转转子磁子磁势势F2和定子磁和定子磁势势F1在空在空间间的的转转速速总总是等于是等于ns，它，它们们之之间间没有相没有相对对运运动动。由于由于F1与与F2相相对对静止，就可以把静止，就可以把F1和和F2合成起来，合成起来，所以感所以感应电应电机机负载时负载时在气隙内在气隙内产产生的旋生的旋转转磁磁场场是定、是定、转转子子合成磁合成磁势势即：即：或：或：31转转子反子反应应：负载时负载时感感应电动应
20、电动机的机的转转子磁子磁势对势对气隙磁气隙磁场场的影响称的影响称为为转转子反子反应应。其作用：其作用：1）使气隙磁）使气隙磁场场的大小和空的大小和空间间相位相位发发生生变变化。化。2）转转子磁子磁势势与主磁与主磁场场相互作用，相互作用，产产生所需生所需电电磁磁转转矩。矩。定子磁势定子磁势F1包含两个分量，一个是产生主磁通的激磁包含两个分量，一个是产生主磁通的激磁磁动势磁动势Fm，另一个是抵消转子磁动势（，另一个是抵消转子磁动势（-F2)的的F1L。因因Fm基本不基本不变变，当，当F2增加增加时时，F1也相也相应应的增加以的增加以补偿补偿F2，对应的电流：对应的电流：,.32负载时的磁势方程式：
21、负载时的磁势方程式：F1=Fm+（-F2）考虑到：考虑到：代入代入得：得：33 现在我们将现在我们将I2前面的系数加以变换前面的系数加以变换(用定子绕组参数用定子绕组参数取代转子绕组参数取代转子绕组参数），使其与，使其与I1、Im前面的系数前面的系数一样，并一样，并令令I2=I2/ki,则磁动势的矢量关系就可变成对应电流的相量则磁动势的矢量关系就可变成对应电流的相量关系。关系。电流比电流比34定、转子磁动势的空间矢量图和定、转子电流相量图定、转子磁动势的空间矢量图和定、转子电流相量图35定、转子中的感应电动势定、转子中的感应电动势定子定子转子转子定子绕定子绕组内组内转子绕转子绕组内组内5.3
22、三相感应电动机的电压方程和等效电路三相感应电动机的电压方程和等效电路36 定子电压方程：定子电压方程：取其中一相进行分析。取其中一相进行分析。1 1、电压方程、电压方程37转子电压方程：转子电压方程：带下标带下标s s的为转子旋转时（或频率为的为转子旋转时（或频率为f f2 2）的量）的量不带下标不带下标s s的为转子静止时（或频率为的为转子静止时（或频率为f f1 1）的量）的量 38感应电动机定、转子耦合电路图感应电动机定、转子耦合电路图2 2、等效电路、等效电路 由上图可见，两个电路只有由上图可见，两个电路只有磁的耦合磁的耦合，没有电的联系，没有电的联系，且定、转子的，且定、转子的相数、
23、匝数、绕组系数相数、匝数、绕组系数不同，两电路不同，两电路频率频率也不同，因此需要归算，把一个电路归算到另一个电路中也不同，因此需要归算，把一个电路归算到另一个电路中去，得出所谓的等效电路。去，得出所谓的等效电路。39 频率归算：频率归算：频率归算是指在保持整个电磁系统的频率归算是指在保持整个电磁系统的电磁性能电磁性能不变的不变的前提下，用一个具有定子电路频率的等效转子电路去取代前提下，用一个具有定子电路频率的等效转子电路去取代实际的转子电路。实际的转子电路。频率归算的原则频率归算的原则：(1)(1)归算前后的电磁效应不变。归算前后的电磁效应不变。(2)(2)归算前后的电磁性能不变。归算前后的
24、电磁性能不变。（转子磁动势不变：同空间转速、同幅值、空间相位）（转子磁动势不变：同空间转速、同幅值、空间相位）频率归算的依据：频率归算的依据：(1)f2=sf1(2)F1与与F2相对静止。相对静止。40频率归算的方法：频率归算的方法：转子静止时，转子电路具有定子电路的频率，所以我转子静止时，转子电路具有定子电路的频率，所以我们用一个静止的转子电路去取代实际的转子电路。们用一个静止的转子电路去取代实际的转子电路。E2ssE2X2ssX2 从以上推导可看出，与频率有关的转子参数都具有了从以上推导可看出，与频率有关的转子参数都具有了定子频率，但此时转子电阻由定子频率，但此时转子电阻由R2变为变为R2
25、/s。41 可看出：只要用可看出：只要用R2/s去代替去代替R2，就可认为转子电路具，就可认为转子电路具有了定子电路的频率，且转子电流没有变化，从而保证了有了定子电路的频率，且转子电流没有变化，从而保证了归算前后转子电路的电磁关系和电磁性能不变。归算前后转子电路的电磁关系和电磁性能不变。分析分析R2/s：电阻电阻 （1-s)R2/s 在实际电路中并不存在，实质上他在实际电路中并不存在，实质上他产生的损耗产生的损耗 I22（1-s)R2/s表征了异步电动机的表征了异步电动机的机械功率机械功率，我们称，我们称（1-s)R2/s为为附加电阻附加电阻。42频率归算后频率归算后的的感应电动机定、转子耦合
26、电路图感应电动机定、转子耦合电路图43（二）绕组归算（二）绕组归算 对异步电机进行了频率归算后，还不能把定、转子电路对异步电机进行了频率归算后，还不能把定、转子电路联系起来联系起来,还需要进行绕组归算。所谓绕组的归算，就还需要进行绕组归算。所谓绕组的归算，就是人为的用一个是人为的用一个相数、匝数以及绕组因数相数、匝数以及绕组因数和定子一样的和定子一样的绕组去代替原来的转子绕组，在归算中必须保证归算前绕组去代替原来的转子绕组，在归算中必须保证归算前后转子的后转子的电磁效应电磁效应不变。不变。由转子磁势不变由转子磁势不变 得出归算后转子电流得出归算后转子电流,44由电动势与匝数和绕组因数成正比，得
27、出：由电动势与匝数和绕组因数成正比，得出：45由转子铜耗和漏磁场储能不变，得出：由转子铜耗和漏磁场储能不变，得出：46频率和绕组归算后的频率和绕组归算后的感应电动机定、转子耦合电路图感应电动机定、转子耦合电路图47T形等效电路和向量图：形等效电路和向量图：归算后的相关定、转子电压方程为：归算后的相关定、转子电压方程为：48异步电动机的异步电动机的T形等效电路形等效电路等效电路中参数的特点：等效电路中参数的特点：ZmZ1、Z2XR49用等效电路分析几种典型的运行情况：用等效电路分析几种典型的运行情况：1 1、异步电动机异步电动机空载空载时，转子的转速接近同步转速，转差时，转子的转速接近同步转速，
28、转差率率s00，附加电阻附加电阻（1-s)R2/s 趋于趋于 ，相当于转子电路，相当于转子电路开路，由于回路中电抗开路，由于回路中电抗Xm、X1 Rm、R1这时电路呈感性，这时电路呈感性，电动机的功率因数很低。（此时定子电流就是励磁电流，电动机的功率因数很低。（此时定子电流就是励磁电流，仅仅建立了磁场。）仅仅建立了磁场。）50 2 2、异步电动机在、异步电动机在额定负载额定负载下运行时，转差率下运行时，转差率sN大约大约55，附加电阻附加电阻（1-s)R2/s 约为约为R2的的2020倍左右，此时转子电路呈倍左右，此时转子电路呈电阻性，功率因数较高。这时定子边的功率因数电阻性，功率因数较高。这
29、时定子边的功率因数COS可达可达（滞后）。（滞后）。3 3、电动机、电动机启动启动时，时，n=0，s=1，附加电阻，附加电阻（1-s)R2/s=0，相当于转子电路短路，所以启动电流相当于转子电路短路，所以启动电流 Ist大。一般情况下大。一般情况下Ist=(58)IN。由于转子回路中电抗。由于转子回路中电抗X2 R2，此时转子电流的，此时转子电流的有功分量不大，故异步电动机的启动转矩有功分量不大，故异步电动机的启动转矩Tst不大。不大。51异步电动机的异步电动机的近似近似等效电路等效电路近似等效电路（也称近似等效电路（也称“”型等效电路）：型等效电路）：“T”型等效电路是一个串、并联电路，计算
30、和分析型等效电路是一个串、并联电路，计算和分析都比较复杂，因此在实际应用中可以简化计算。都比较复杂，因此在实际应用中可以简化计算。52相量图：相量图：535 5.4 4 感应电动机的功率方程和转矩方程感应电动机的功率方程和转矩方程 感应电动机的能量转换过程与直流电动机相似。感应电动机的能量转换过程与直流电动机相似。功率转换过程功率转换过程:感应电动机从电源输入的电功率感应电动机从电源输入的电功率P1 1扣除定子绕组的铜扣除定子绕组的铜损耗损耗pCu1定子铁损耗定子铁损耗pFe，就是电磁功率，就是电磁功率Pe e,电磁功率借助电磁功率借助气隙磁场由定子传送到转子，扣除转子铜耗气隙磁场由定子传送到
31、转子，扣除转子铜耗pcu2，转子铁转子铁耗忽略不计（因耗忽略不计（因f2很小）。得到总机械功率很小）。得到总机械功率P,再扣除再扣除机械损耗机械损耗p和杂散损耗和杂散损耗p 即为电机轴输出的功率即为电机轴输出的功率P2。54 杂散损耗杂散损耗p p与气隙大小及一些制造工艺等因素有关，与气隙大小及一些制造工艺等因素有关，很难准确计算。通常对于中、小型电动机额定输出时为输很难准确计算。通常对于中、小型电动机额定输出时为输出功率的出功率的1%3%；对大型电机为；对大型电机为0.5%。55功率流程图56感应电动机从电源输入的电功率：感应电动机从电源输入的电功率：消耗于定子绕组的电阻而变成铜耗：消耗于定
32、子绕组的电阻而变成铜耗：消耗于定子铁心变为铁耗：消耗于定子铁心变为铁耗：从定子通过气隙传送到转子的电磁功率：从定子通过气隙传送到转子的电磁功率：1 1、电磁功率和转换功率、电磁功率和转换功率57功率方程为：功率方程为：其中：其中：58重要公式：重要公式：P=(1-s)Pe pcu2=sPe Pe=P+pcu2 以上表明，电磁功率以上表明，电磁功率Pe中，一部分变为转子铜耗中，一部分变为转子铜耗sPe 一部分转换为机械功率一部分转换为机械功率(1-s)pe,sPe为转差功率。为转差功率。592 2、转矩方程和电磁转矩转矩方程和电磁转矩转矩方程：转矩方程：电磁转矩：电磁转矩：60计算题计算题一台三
33、相一台三相4极感应电动机，额定功率，额定电压为极感应电动机，额定功率，额定电压为380V，定子绕组为，定子绕组为接法。额定频率为接法。额定频率为50Hz，额定，额定转速为转速为1425 r/min，额定功率因数为，额定功率因数为，定子铜耗为，定子铜耗为500 W，铁耗为，铁耗为230 W，机械损耗为，机械损耗为50W，附加损，附加损耗忽略不计。求该电动机额定运行时耗忽略不计。求该电动机额定运行时（1）转差率；）转差率；（2）转子电流频率；）转子电流频率；（3）转子铜耗；）转子铜耗；（4）效率；）效率；（5）定子线电流。）定子线电流。61 5.6 5.6 感应电动机参数的测定感应电动机参数的测定
34、 空载试验空载试验电动机空载运行，当电源电压、频率为额定值时，让电动机运电动机空载运行，当电源电压、频率为额定值时，让电动机运行一段时间，使其机械损耗达到稳定值。用调压器调节电动机行一段时间，使其机械损耗达到稳定值。用调压器调节电动机定子定子绕组上的电压，使其从（）绕组上的电压，使其从（）U1N开始，逐渐降低电压至开始，逐渐降低电压至1N，直到，直到电动机的转速发生明显的变化为止。记录电动机的电动机的转速发生明显的变化为止。记录电动机的端电压端电压U1、空载、空载电流电流I10、空载功率、空载功率P0和转速和转速n，并画成曲线。，并画成曲线。62励磁参数与铁耗及机械损耗的确定励磁参数与铁耗及机
35、械损耗的确定 电动机空载运行时，电动机空载运行时，s0，I20，即转子电路开路，可得：，即转子电路开路，可得：P10m1I102R1+pFe+p P10-m1I102R1pFe+p其中其中R1可实测（伏安法或电桥），可实测（伏安法或电桥），铁耗及机械损耗可用曲线求得。铁耗及机械损耗可用曲线求得。励磁参数励磁参数的确定的确定 X1可由堵转试验确定。可由堵转试验确定。632.2.短路实验短路实验(堵转实验）堵转实验）试验时将电动机转子卡住，一般从试验时将电动机转子卡住，一般从U1U1N开始，逐渐降低输入开始，逐渐降低输入电压。记录定子绕组的电压。记录定子绕组的端电压端电压U1、定子电流定子电流I1
36、k1k和和定子输入功率定子输入功率P1k。根据测得的数据，可以算出短路阻抗、短路电阻和短路电抗。根据测得的数据，可以算出短路阻抗、短路电阻和短路电抗。即：即：大中型电动机：大中型电动机：100kW以下的小型异步电动机：以下的小型异步电动机：X2Xk(2(2、4 4、6 6极极)；X2Xk(8(8、1010极极)。645.7 5.7 感应电动机的转矩感应电动机的转矩-转差率曲线转差率曲线1 1、转矩、转矩-转差率特性转差率特性65 三相感应电动机在电压、频率均为额定值，定、转子三相感应电动机在电压、频率均为额定值，定、转子回路不串入任何元件时的机械特性称为固有机械特性。回路不串入任何元件时的机械
37、特性称为固有机械特性。T-s曲线：曲线：固有机械特性曲线固有机械特性曲线:sms0-1-Te66转速与转矩的关系：（转速与转矩的关系：（T-n曲线）曲线）从曲线可看出，有从曲线可看出，有三个点就能确定特性曲三个点就能确定特性曲线的形状。线的形状。只要改变了特性曲只要改变了特性曲线的形状就能改变异步线的形状就能改变异步电动机的机械特性。电动机的机械特性。nsTn0TstTmsm67w三相异步电动机的机械特性是指在定子电压、三相异步电动机的机械特性是指在定子电压、频率和参数固定的条件下，电磁转矩频率和参数固定的条件下，电磁转矩T 与转速与转速n 或转差率或转差率s 之间的函数关系之间的函数关系Tf
38、(n)。w用曲线表示时，常以转速用曲线表示时，常以转速n 或转差率或转差率s 为纵坐标，为纵坐标，以电磁转矩以电磁转矩T 为横坐标，简称为横坐标，简称 T-s曲线。曲线。68机械特性的参数表达式机械特性的参数表达式电磁转矩电磁转矩T 与转差率与转差率s 的关系的关系w电电磁磁转转矩矩T与与转转差差率率s（或或转转速速n）之之间间不不是是线线性性关系。关系。w当当定定子子相相电电压压U1和和频频率率f1一一定定时时，电电机机参参数数可可视视为常数，电磁转矩为常数，电磁转矩T 仅和转差率仅和转差率s 有关。有关。69固有机械特性固有机械特性固有机械特性：电压、频率均固有机械特性：电压、频率均为额定
39、值不变，定、转子回路为额定值不变，定、转子回路不串任何电路元件时的机械特不串任何电路元件时的机械特性（性（T-s曲线）。曲线）。70固有机械特性固有机械特性固有机械特性电动机状态电动机状态发电机状态发电机状态电制动状态电制动状态71固有机械特性固有机械特性C点：额定运行点点：额定运行点B点：最大转矩点点：最大转矩点A点：堵转点（最点：堵转点（最初起动点）初起动点）l 固有机械特性的关键点固有机械特性的关键点72额定电磁转矩额定电磁转矩TN：额定运行时的：额定运行时的电磁转矩。电磁转矩。固有机械特性固有机械特性w额定运行点额定运行点C额定输出转矩额定输出转矩T2N：（kW）73堵转转矩堵转转矩T
40、s：在额定电压和额定：在额定电压和额定频率下堵转时（频率下堵转时（s1）的电磁转）的电磁转矩矩。固有机械特性固有机械特性w堵转点堵转点A堵堵转转转转矩矩倍倍数数kst：堵堵转转转转矩矩Ts与与额额定定转转矩矩TN之之比比。反反映映电动机带负载起动的能力。电动机带负载起动的能力。堵转电流堵转电流Is，堵转电流倍数，堵转电流倍数ksi74固有机械特性固有机械特性w堵转点堵转点ATs与电压与电压U1的平方成正比。的平方成正比。漏电抗增大，漏电抗增大，Ts减小。减小。75最大转矩最大转矩Tm：在额定电压和额定：在额定电压和额定频率下稳态运行时能产生的最大频率下稳态运行时能产生的最大电磁转矩电磁转矩。固
41、有机械特性固有机械特性w最大转矩点最大转矩点B过过载载能能力力km：最最大大转转矩矩Tm与与额额定定转转矩矩TN之之比比。反反映映电电动动机的短时过载能力。机的短时过载能力。76固有机械特性固有机械特性w最大转矩点最大转矩点B临界转差率临界转差率sm：产生最大电磁转矩时的转差率。：产生最大电磁转矩时的转差率。令令，得：，得：正、负号分别对应为电动机、正、负号分别对应为电动机、发电机状态。发电机状态。77固有机械特性固有机械特性w最大转矩点最大转矩点B忽略定子电阻忽略定子电阻R1，c1时：时：最大转矩最大转矩Tm与电压与电压U1的平方成正比。的平方成正比。Tm近似与定、转子漏电抗之和成反比。近似
42、与定、转子漏电抗之和成反比。Tm与转子电阻与转子电阻R2无关。无关。临临界界转转差差率率sm与与R2成成正正比比，与与定定、转转子子漏漏电电抗抗之和成反比，与电压之和成反比，与电压U1无关。无关。78人为机械特性人为机械特性人为机械特性：在外施电压或频率不是额定值，或定、转人为机械特性：在外施电压或频率不是额定值，或定、转子回路串入电路元件时的机械特性。子回路串入电路元件时的机械特性。wn1与与U1无关；无关；wsm与与U1无关；无关；w电磁转矩电磁转矩T 与与U1的平方的平方成正比。成正比。l改变定子端电压的人为机械特性改变定子端电压的人为机械特性降降低低定定子子电电压压U1，其其他他量量不
43、变时的机械特性。不变时的机械特性。79人为机械特性人为机械特性l转子串接电阻的人为机械特性转子串接电阻的人为机械特性wn1与与U1无关；无关；wsm与转子回路电阻与转子回路电阻成正比；成正比；wTm与与转转子子回回路路电电阻无关。阻无关。三相绕线转子异步电动机转子回路串接对称电阻。三相绕线转子异步电动机转子回路串接对称电阻。Rs2Rs1转子回路串接适当的电阻可转子回路串接适当的电阻可以增大堵转转矩。以增大堵转转矩。80机械特性l稳定运行问题电动机能稳定运行电动机能稳定运行电动机不能稳定运行电动机不能稳定运行1电动机电动机2负载负载81分析：分析：Tm近似与定、转子漏电抗之和成反比。近似与定、转
44、子漏电抗之和成反比。Tm与转子电阻与转子电阻R2无关。无关。最大转矩最大转矩Tm与电压与电压U1的平方成正比。的平方成正比。临临界界转转差差率率sm与与R2成成正正比比，与与定定、转转子子漏漏电电抗抗之之和和成成反反比，与电压比，与电压U1无关。无关。简易记法：简易记法：82 异步电动机的工作特性是指异步电动机的工作特性是指 ，时电动机的转速时电动机的转速n、定子电流、定子电流I1 1、功率因数、功率因数 、电磁转矩电磁转矩T T、效率、效率等与输出功等与输出功率率P P2 2的关系。可以通过直接给异步电动机带负载测得，也可以利用的关系。可以通过直接给异步电动机带负载测得，也可以利用等效电路计
45、算而得。等效电路计算而得。一、转速特性一、转速特性：三相异步电动机空载时，转子的转三相异步电动机空载时，转子的转速速 n 接近于同步转速接近于同步转速ns。随着负载的增加，。随着负载的增加，转速转速 n 要略微降低，这时转子电动势要略微降低，这时转子电动势E2S增大，转子电流增大，转子电流I2也增大，以产生大的电也增大，以产生大的电磁转矩来平衡负载转矩。因此，随着磁转矩来平衡负载转矩。因此，随着P2 的增加，转子转速的增加，转子转速n下降，转差率下降，转差率s增大。增大。二、定子电流特性：二、定子电流特性：空载时空载时,转子电流基本上为零转子电流基本上为零,此时此时的定子电流就是励磁电流的定子
46、电流就是励磁电流 I I0 0,随着负载随着负载的增加的增加,转速降低转速降低,转子电流增大转子电流增大,定子电定子电流也增大。流也增大。5.8 5.8 感应电动机的工作特性感应电动机的工作特性83三、功率因数特性三、功率因数特性：空载时定子侧的功率因数很低，不超过，额定负载时，定子电流中的有功电空载时定子侧的功率因数很低，不超过，额定负载时，定子电流中的有功电流增加，使功率因数提高，但是如果进一步增大负载，由于转差率的增大，使功流增加，使功率因数提高，但是如果进一步增大负载，由于转差率的增大，使功率因数角增大，则功率因数减小。率因数角增大，则功率因数减小。四、电磁转矩特性：四、电磁转矩特性：
47、稳定运行时异步电动机的转矩稳定运行时异步电动机的转矩平衡方程为平衡方程为Te=T0+T2，输出功率，输出功率P2=T2。电动机空载时。电动机空载时T=T0，随着，随着负载增加，负载增加，T增大，由于增大，由于变化不变化不大，电磁转矩大，电磁转矩T 随随P2 2 的变化近似的变化近似地为一条直线。地为一条直线。五、效率特性五、效率特性：空载时，空载时，P2 2=0=0，=0=0，随着输出功率的增加，效率也增加。当不变损耗等于，随着输出功率的增加，效率也增加。当不变损耗等于可变损耗时，电动机的效率达到最大。对中、小型异步电动机，大约可变损耗时，电动机的效率达到最大。对中、小型异步电动机，大约P2P
48、N时，效时，效率最高。如果负载继续增大，效率反而要降低。一般来说，电动机的容量越大，率最高。如果负载继续增大，效率反而要降低。一般来说，电动机的容量越大，效率越高。效率越高。845.9 5.9 感应电动机的的起动，深槽和双笼电动机感应电动机的的起动，深槽和双笼电动机起动要求：起动要求：（1 1）能产生足够大的起动转矩）能产生足够大的起动转矩Tst，使电动机顺利地转动，使电动机顺利地转动起来。起来。（2 2）起动电流）起动电流I Istst不要太大，不要太大，避免起动时大电流在电网上避免起动时大电流在电网上产生较大的压降而影响电网上的其它电气设备和电动机的产生较大的压降而影响电网上的其它电气设备
49、和电动机的正常运行正常运行。（3 3）起动的经济性：包括设备简单和低起动损耗等。起动的经济性：包括设备简单和低起动损耗等。85直接起动：直接起动：将定子三相绕组直接接在三相电源上起动，称为直接将定子三相绕组直接接在三相电源上起动，称为直接起动。起动。一般一般kW以下的小容量鼠笼感应电动机都可以直接以下的小容量鼠笼感应电动机都可以直接起动。如果变压器容量足够大，直接起动的电动机容量还起动。如果变压器容量足够大，直接起动的电动机容量还可相应增大，一般按经验公式核定：可相应增大，一般按经验公式核定：式中：式中：kI为起动电流倍数；为起动电流倍数；I1st为电动机的起动电流；为电动机的起动电流；I1N
50、为电为电动机的额定电流；动机的额定电流；SN为电源变压器总容量；为电源变压器总容量；PN为电动机的为电动机的额定功率。额定功率。1.笼型感应电动机的启动笼型感应电动机的启动86例例：有有一一台台要要求求经经常常启启动动的的鼠鼠笼笼式式感感应应电电动动机机，其其PN=20kW,Ist/IN=6.5，如如果果供供电电变变压压器器（电电源源）容容量量为为560kVA，且且有有照照明明负负载载，问问可可否否直直接接启启动动？同同样样的的Ist/IN比比值值，功功率率为为多多大大的的电电动动机机则则不允许直接启动？不允许直接启动？解：根据经验公式算出解：根据经验公式算出满足上述关系，故允许直接启动。满足