第5章 异步电动机.ppt

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1、电机与拖动异步电动机异步电动机第第 五五 章章电机与拖动本章要求本章要求掌握交流电机三相绕组掌握交流电机三相绕组构成原则构成原则。掌握基波磁场下集中、分布绕组线圈组电势计算。掌握基波磁场下集中、分布绕组线圈组电势计算。掌握基波磁场下双层、短距分布绕组相电势计算。掌握基波磁场下双层、短距分布绕组相电势计算。掌握交流绕组产生磁势的条件、性质及其主要结论。掌握交流绕组产生磁势的条件、性质及其主要结论。熟练掌握异步电机工作原理、主要结构熟练掌握异步电机工作原理、主要结构、额定值及铭牌。额定值及铭牌。掌握几种运行情况下的物理状态及分析方法。掌握几种运行情况下的物理状态及分析方法。正确理解并熟用基本方程、

2、等效电路及相量图。正确理解并熟用基本方程、等效电路及相量图。熟练掌握异步电动机的功率和转矩平衡方程。熟练掌握异步电动机的功率和转矩平衡方程。掌握异步电动机电磁力矩的三种表达形式且能正确使用。掌握异步电动机电磁力矩的三种表达形式且能正确使用。一般掌握三相异步电动机工作特性的意义及其大概形状一般掌握三相异步电动机工作特性的意义及其大概形状 。电机与拖动主要内容主要内容 5.1 三相异步电动机的结构及额定值三相异步电动机的结构及额定值 5.2 异步电动机的定子绕组异步电动机的定子绕组 5.3 三相异步电动机的定子磁动势与磁场三相异步电动机的定子磁动势与磁场 5.4三相异步电动机的感应电动势三相异步电

3、动机的感应电动势 5.5三相异步电动机的工作原理及运行状态三相异步电动机的工作原理及运行状态 5.6三相异步电动机的电磁关系三相异步电动机的电磁关系 4.7三相异步电动机的基本方程式、等效电路和相量图三相异步电动机的基本方程式、等效电路和相量图 4.8三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 4.9三相异步电动机的参数测定三相异步电动机的参数测定5.10三相异步电动机的工作特性三相异步电动机的工作特性5.11单相异步电动机单相异步电动机电机与拖动 与其它种类的旋转电机一样，异步电机主要由静止的定子和运动的转子两大部分组成，定、转子之间有一很小的空气隙。5.1三相异步电动机的结构及额

4、定值三相异步电动机的结构及额定值5.1.1三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构 电机与拖动5.1三相异步电动机的结构及额定值三相异步电动机的结构及额定值1、定子、定子异步电机的定子由定子铁心、定子绕组和机座等三部分组成。图5-1 异步电机定、转子冲片(a)半闭口槽 (b)半开口槽 (c)开口槽 图5-2感应电动机的定子槽形 电机与拖动5.1三相异步电动机的结构及额定值三相异步电动机的结构及额定值定子：定子：铁芯、芯、绕组、机座、端盖等、机座、端盖等电机与拖动电机与拖动电机与拖动电机与拖动2转子子铁芯、芯、线圈等圈等分鼠分鼠笼式式转子和子和绕线式式转子。子。电机与拖动电机与拖动鼠笼式转子鼠笼

5、式转子电机与拖动电机与拖动电机与拖动电机与拖动电机与拖动异步鼠异步鼠笼电机定机定转子子电机与拖动5.1三相异步电动机的结构及额定值三相异步电动机的结构及额定值 (a)星接 (b)角接图5-3异步电动机接线板电机与拖动5.1三相异步电动机的结构及额定值三相异步电动机的结构及额定值3、气隙、气隙 在定、转子之间有一气隙，气隙大小对感应电机的性能有很大的影响。气隙大，则磁阻大，要产生同样大小的旋转磁场就需较大的激磁电流。激磁电流基本上是无功电流，因此气隙应尽量小。电机与拖动5.1三相异步电动机的结构及额定值三相异步电动机的结构及额定值5.1.2三相异步电动机额定值及主要系列三相异步电动机额定值及主要

6、系列（1）额定功率：指额定运行时输出的机械功率，单位为W或kW；（2）定子额定电压：指额定运行状态下定子绕组应加的线电压，单位为V或kV；（3）定子额定电流：指额定电压和额定功率下运行时的定子绕组线电流，单位为A或kA；（4）额定功率：指电动机供电电压的频率。我国规定工频为50赫兹（Hz）；（5）额定转速：指电机额定运行时的转速，单位为 转/分（r/min）。1、异步电动机额定值、异步电动机额定值对于三相异步电动机，额定功率为对于三相异步电动机，额定功率为电机与拖动5.1三相异步电动机的结构及额定值三相异步电动机的结构及额定值2、国产异步电机的主要系列、国产异步电机的主要系列异步电动机基本系列

7、为J2、JO2系列，采用了E级绝缘；1979年开始进行了 Y系列电动机的统一设计，采用B级别绝缘，性能良好，运行可靠。3、异步电动机的分类、异步电动机的分类 按定子相数的不同按定子相数的不同，可分为单相和三相异步电动机；按转子结构不同按转子结构不同，可分为鼠笼式（普通鼠笼、深槽鼠笼、双鼠笼）和绕线式异步电动机；按防护方式的不同按防护方式的不同，可分为开启式、封闭式，防爆式等；按电机的容量的大小按电机的容量的大小，可分为微型、小型、中型和大型。电机与拖动5.2异步电动机的定子绕组异步电动机的定子绕组5.2.1交流绕组的构成原则及分类交流绕组的构成原则及分类交流绕组是将属于同一相的导体串联起来绕成

8、线圈，再按一定规律将线圈串联或并联起来。交流绕组的构成原则交流绕组的构成原则:（1）电动势和磁动势波形要接近正弦波，在一定导体数下力求获得较大基波电动势和基波磁动势；（2）三相绕组的电动势、磁动势必须对称，电阻、电抗要平衡；（3）绕组铜耗小，用铜量少；（4）绕组的绝缘可靠，机械强度高，散热条件要好，制造方便；电机与拖动5.2异步电动机的定子绕组异步电动机的定子绕组5.2.2交流绕组的基本知识交流绕组的基本知识1、电角度与机械角度、电角度与机械角度 电机圆周在几何上分为3600，这个角度称为机械角度。若磁场在空间按正弦波分布，则经过N、S一对磁极即为3600。若电机有P对极电角度=P360 =P

9、机械角度02、线圈线圈 组成绕组的基本单元是线圈。由一匝或多匝组成，两个引出端，一个叫首端，一个叫末端。（a）叠绕组线圈 （b）波绕组线圈图5-6 绕组的线圈 电机与拖动5.2异步电动机的定子绕组异步电动机的定子绕组4、节距节距 线圈两边所跨定子圆周上的距离，用y1表示，y1应接近极距 极距 Q：定子槽数 ：极对数3、极距、极距 相邻两磁极对应位置两点之间的距离称为极距，若用定子槽数表示，则 电机与拖动6、每极每相槽数每极每相槽数 m:相数 P:极对数 即每一个极下每相所占的槽数5、槽距角槽距角 相邻槽之间的电角度 7、相带相带为了使绕组对称，通常令每个极面下每相绕组所占的范围相等，这个范围称

10、为相带。即：每极下每相所占有的区域每极下每相所占有的区域称为相带称为相带。有600相带 和1200相带两种，一般采用600相带 5.2异步电动机的定子绕组异步电动机的定子绕组电机与拖动5.2异步电动机的定子绕组异步电动机的定子绕组5.2.3三相双层绕组三相双层绕组1、三相双层绕组的特点、三相双层绕组的特点双层绕组的特点是每一个槽内有上、下两个线圈边，每个线圈的一个边嵌放在某一个槽的上层，另一个边则嵌放在相隔节距为y1槽的下层，如图5-7 所示。由于每槽内放置上下两个导体边，所以双层绕组的线圈数等于槽数双层绕组的线圈数等于槽数。图5-7双层绕组电机与拖动5.2异步电动机的定子绕组异步电动机的定子

11、绕组2、槽电动势星形图和相带划分、槽电动势星形图和相带划分当把各槽内导体按正弦规律变化的感应电动势分别用矢量表示时，这些矢量构成一个辐射星形图，称为槽电动势星形图。下面以一台4极、36槽三相异步电机为例说明槽电势星形图的绘制和相带的划分。（1）绘槽电动势星形图）绘槽电动势星形图槽电动势星形图 电机与拖动5.2异步电动机的定子绕组异步电动机的定子绕组相带划分（2）划分相带）划分相带 表5-1 各个相带槽号分布相带A Z B X C Y第一对极1，2，34，5，67，8，910，11，1213，14，1516，17，18第二对极19，20，2122，23，2425，26，2728，29，3031，

12、32，3334，35，36其相带划分如图所示，以A相为例，A相在每极下应占有3个槽，整个定子中A相共有12个槽，在第一个N极下取1、2、3三个槽作为A相带，在第一个S极下取10、11、12三个槽作为X相带，而10、11、12三个槽分别于1、2、3三个槽相差一个极距，即相差180电角度，这两个线圈组（极相组）反接以后合成电动势代数相加，其合成电动势最大。电机与拖动5.2异步电动机的定子绕组异步电动机的定子绕组3、三相双层绕组展开图、三相双层绕组展开图绘制绕组展开图是根据星形图上分相的结果，把属于各相的导体按一定规律连接起来，组成对称三相绕组。根据线圈的形状和连接规律的不同，双层绕组又分为叠绕组和

13、波绕组两类，本书仅对双层叠绕组进行介绍。绘制绕组展开图的步骤是：a、绘槽电势星形图 b、划分相带 c、把各相绕组按一定规律连接成对称三相绕组。电机与拖动5.2异步电动机的定子绕组异步电动机的定子绕组 图5-9 双层叠绕组A相展开图 下面以一台三相、4极、36槽异步电机为例绘制双层叠绕组展开图(a)一条并联支路电机与拖动5.2异步电动机的定子绕组异步电动机的定子绕组(b)两条并联支路叠绕组的优点是短距时能节省端部用铜及得到较多的并联支路，缺点是由于极相组间连接线较长，在极相组较多时浪费铜材。主要用在10千瓦以上的中小型同步电机和异步电机的定子绕组中。电机与拖动5.2异步电动机的定子绕组异步电动机

14、的定子绕组5.2.4三相单层绕组三相单层绕组单层绕组的特点是每个槽内只有一个线圈边，所以单层绕组单层绕组的线圈数等于槽数的一半的线圈数等于槽数的一半。1、同心式、同心式以2极、三相、24槽电机为例说明 图5-11 同心式绕组展开图（2p=2，Q=24）电机与拖动5.2异步电动机的定子绕组异步电动机的定子绕组2、链式绕组、链式绕组以6极、三相、36槽电机为例说明 图5-12 链式绕组展开图（2p=6，Q=36）电机与拖动5.2异步电动机的定子绕组异步电动机的定子绕组3、交叉式绕组、交叉式绕组 以4极、三相、36槽电机为例说明 图5-13交叉式绕组展开图（2p=4，Q=36）电机与拖动5.3三相异

15、步电动机的定子磁动势与磁场三相异步电动机的定子磁动势与磁场5.3.1单相绕组的磁势单相绕组的磁势因组成一相绕组的基本单元是线圈，所以在分析单相绕组产生的磁势时，我们先从分析一个线圈的磁势入手，进而分析一个线圈组的磁势，最后推出一相绕组产生的磁势。电机与拖动5.3三相异步电动机的定子磁动势与磁场三相异步电动机的定子磁动势与磁场1、整距线圈的磁势、整距线圈的磁势 图5-14 整距线圈产生的磁场下图表示一台两极电机，设定子上有一整距线圈AX，匝数为NC，当通入交流电ic时，电流方向如图所示图5-15 整距线圈产生的磁势电机与拖动5.3三相异步电动机的定子磁动势与磁场三相异步电动机的定子磁动势与磁场因

16、交流绕组中通入的电流是交变电流，假设其随时间按余弦规律变化，即 电机与拖动5.3三相异步电动机的定子磁动势与磁场三相异步电动机的定子磁动势与磁场矩形波的高度跟着变号，正变负，负变正。这种空间位置固这种空间位置固定不动，但幅值的大小随时间变化的磁势称为脉振磁势定不动，但幅值的大小随时间变化的磁势称为脉振磁势。将上述的矩形分布的脉振磁势应用富氏级数进行分解，得电机与拖动5.3三相异步电动机的定子磁动势与磁场三相异步电动机的定子磁动势与磁场基波磁势为 次谐波磁势为 电机与拖动5.3三相异步电动机的定子磁动势与磁场三相异步电动机的定子磁动势与磁场2、整距线圈组的磁势、整距线圈组的磁势 整距线圈组是由若

17、干个节距相等、匝数相同、依次沿定子圆周错开同一角度的整距线圈串联而成，由上述单个整距线圈磁势，很容易推出整距线圈组的磁势。电机与拖动5.3三相异步电动机的定子磁动势与磁场三相异步电动机的定子磁动势与磁场图5-16 整距线圈分布绕组的磁势（a）合成磁势波 （b）合成磁势的基波 图5-17 线圈组的合成磁势 为基波分布因数基波分布因数 电机与拖动5.3三相异步电动机的定子磁动势与磁场三相异步电动机的定子磁动势与磁场同理可证明 次谐波的分布因数为 电机与拖动5.3三相异步电动机的定子磁动势与磁场三相异步电动机的定子磁动势与磁场3、双层短距线圈组的磁势、双层短距线圈组的磁势 一两极18槽交流电机，、极

18、距 、线圈节距 的双层短距绕组在电机定子槽内实际分布情况 图5-18双层短距绕组一相的线圈组在定子槽内的分布 电机与拖动5.3三相异步电动机的定子磁动势与磁场三相异步电动机的定子磁动势与磁场 (b)上、下层基波磁势的波形 (c)矢量求基波合成磁势（a)等效的整距线圈组图5-19 双层短距分布线圈组的磁势电机与拖动5.3三相异步电动机的定子磁动势与磁场三相异步电动机的定子磁动势与磁场 ，为基波短距因数基波短距因数 为基波绕组因数基波绕组因数 同理可证明 电机与拖动4、单相绕组的磁势、单相绕组的磁势5.3三相异步电动机的定子磁动势与磁场三相异步电动机的定子磁动势与磁场由于每对极下的磁势和磁阻组成一

19、个对称的分支磁路，若电机有P对极，就有条并联的对称分支磁路，所以一一相绕组的基波磁势是指每对极下一相绕组的磁势，相绕组的基波磁势是指每对极下一相绕组的磁势，即等于上述推出的线圈组的磁势。上已推出双层线圈组的磁动势幅值为 电机与拖动5.3三相异步电动机的定子磁动势与磁场三相异步电动机的定子磁动势与磁场因每相串联总匝数为：（单层）（双层）且 或 IC：导体电流 I：相电流 单相绕组基波磁势的幅值电机与拖动其单相绕组基波磁势的瞬时值为 5.3三相异步电动机的定子磁动势与磁场三相异步电动机的定子磁动势与磁场对于单相绕组产生的 次谐波磁势，仿照基波磁势的分析方法得 电机与拖动5.3三相异步电动机的定子磁

20、动势与磁场三相异步电动机的定子磁动势与磁场5.3.2三相绕组的合成磁势三相绕组的合成磁势 前面分析了单相绕组的磁势为脉振磁势。将A、B和C三个单相绕组产生的三个单相脉振磁势波逐点相加，即得三相绕组的合成磁势。因为异步电机定子绕组采用分布和短距后谐波磁势大大削弱，所以重点分析对称三相绕组基波和合成磁势，对于三相合成磁势中的高次谐波进行简要介绍。电机与拖动1、对称三相绕组的基波合成磁势、对称三相绕组的基波合成磁势 5.3三相异步电动机的定子磁动势与磁场三相异步电动机的定子磁动势与磁场（1）解析法）解析法利用三角公式 将三个脉振磁动势分解得 电机与拖动5.3三相异步电动机的定子磁动势与磁场三相异步电

21、动机的定子磁动势与磁场由上式可见，各相电流产生的正向旋转磁势在空间上同相位，反向旋转磁势在空间上互差120。求合成磁势时，正向旋转磁动势直接相加，反向旋转磁势互相抵消，所以三相基波合成磁势为 电机与拖动5.3 三相异步电动机的定子磁动势与磁场三相异步电动机的定子磁动势与磁场图5-21 时磁动势的分布 称为同步转速 电机与拖动5.3三相异步电动机的定子磁动势与磁场三相异步电动机的定子磁动势与磁场（2）图解法）图解法下面用图解法分析三相基波合成磁势，图5-22中左边三个图表示三个不同瞬间的三相电流的相量，右边三个图表示相应的磁势空间矢量图。电机与拖动5.3三相异步电动机的定子磁动势与磁场三相异步电

22、动机的定子磁动势与磁场 图5-22 三相绕组基波合成磁势图解 可以看出，合成磁动势幅值的位置将先与A相绕组轴线重合，再依次与B相、C相绕组轴线重合，所得到的合成磁势是一个正向推移的旋转磁势波。三相交流电流变化一个周期，旋转磁势相应地转过360电角度电机与拖动 从以上分析可知：三相对称绕组通入三相对称电流后，所形成的合成磁势为幅值不变的旋转波。综合上述分析，得出三相基波合成磁势具有以下特性三相合成磁势为正弦分布旋转磁势，转向由超前电流相转到滞后电流相。要改变磁场转向，只须改变三相电流的相序。幅值F1不变，为各相脉振磁势幅值的3/2倍，且旋转幅值的轨迹是圆，所以称为圆形旋转磁场。当某相电流达最大值

23、时，合成旋转磁势的幅值恰在这一相绕组轴线上。5.3三相异步电动机的定子磁动势与磁场三相异步电动机的定子磁动势与磁场电机与拖动2、三相合成磁势中的高次谐波、三相合成磁势中的高次谐波5.3三相异步电动机的定子磁动势与磁场三相异步电动机的定子磁动势与磁场将A、B、C三相绕组所产生的次谐波相加可得三相次谐波合成磁势 电机与拖动5.3三相异步电动机的定子磁动势与磁场三相异步电动机的定子磁动势与磁场1、当 即=3，9，15 时 计算结果表明：2、当 即=7，13，19 时 合成磁势为一正向旋转、转速为 ns/、幅值为 的旋转磁动势，转向与基波相同。电机与拖动5.3三相异步电动机的定子磁动势与磁场三相异步电

24、动机的定子磁动势与磁场3、当 即=5,11,17时 合成磁势为一反向旋转、转速为ns/、幅值为 的旋转磁动势。谐波磁势的存在将影响电机的运行性能。在异步电机中，谐波磁势引起附加损耗、振动、噪音和产生附加转矩，使电机性能变坏。电机与拖动5.4三相异步电动机定子绕组的感应电动势三相异步电动机定子绕组的感应电动势5.4.1导体的感应电动势导体的感应电动势(a)二极异步电机 (b)主极磁场在空间的分布 (c)导体中感应电动势的波形图5-23 气隙磁场正弦分布时导体内的感应电动势 设主极磁场在气隙内按正弦规律分布，则：Bm：磁场幅值 ：离开原点的电角度 设电机与拖动5.4三相异步电动机定子绕组的感应电动

25、势三相异步电动机定子绕组的感应电动势2、导体感应电动势的频率、导体感应电动势的频率 若p=1，电角度=机械角度，转子转一周感应电势交变一次，设转子每分钟转ns转（即每秒转ns/60转），于是导体中电势交变的频率应为：电机与拖动5.4三相异步电动机定子绕组的感应电动势三相异步电动机定子绕组的感应电动势 若电机为P对极，则转子每旋转一周，导体中感应电势将交变P次，此时电势频率为：在我国，工业用电的标准频率为50Hz，所以 电机与拖动5.4三相异步电动机定子绕组的感应电动势三相异步电动机定子绕组的感应电动势3、导体感应电动势有效值、导体感应电动势有效值：一极下磁通量：平均磁密电机与拖动5.4三相异步

26、电动机定子绕组的感应电动势三相异步电动机定子绕组的感应电动势5.4.2整距线圈的感应电动势整距线圈的感应电动势 ，则线圈的一根导体位于N极下最大磁密处时，另一根导体恰好处于S极下的最大磁密处。所以两导体感应电势瞬时值总是大小相等，方向相反，设线圈匝数NC=1，则整距线圈的电势为 （a）整距与短距线圈 （b）整距线圈的感应电动势 （c）短距线圈的感应电动势图5-24 整距和短距线圈的感应电动势电机与拖动5.4三相异步电动机定子绕组的感应电动势三相异步电动机定子绕组的感应电动势若线圈有NC匝，则 5.4.3短距线圈的感应电动势短距线圈的感应电动势两导体中的感应电势不是差1800，而是相差 节距因数

27、（基波）y1 因此节距小于180 电机与拖动5.4三相异步电动机定子绕组的感应电动势三相异步电动机定子绕组的感应电动势5.4.4线圈组的电动势线圈组的电动势 （a）（b）图5-25 线圈组的合成电动势根据几何关系 为基波分布因数 电机与拖动5.4三相异步电动机定子绕组的感应电动势三相异步电动机定子绕组的感应电动势即考虑了短距和分布后整个绕组合成电势所打的折扣。电机与拖动5.4三相异步电动机定子绕组的感应电动势三相异步电动机定子绕组的感应电动势5.4.5相电动势和线电动势相电动势和线电动势 根据设计要求，将线圈组串联或并联起来得一相的绕组，只要将每相串联总匝数代入线圈组方程中得一相绕组的电势，设

28、一相绕组串联总匝数为N，则：为单层绕组每相串联的总匝数 为双层绕组每相串联的总匝数 电机与拖动5.5三相异步电动机的工作原理及运行状态三相异步电动机的工作原理及运行状态异步电动机是一种应用广泛的交流电机。它的转速与电源频率间没有严格不变的关系，而是随负载的变化而变化，但转速范围变化不大。与直流电机不同的是，异步电机转子电流是靠感应产生的，定子和转子之间没有电的联系，能量的传递靠电磁感应，所以也称为所以也称为感应电机感应电机。电机与拖动5.5三相异步电动机的工作原理及运行状态三相异步电动机的工作原理及运行状态5.5.1三相异步电动机的基本工作原理三相异步电动机的基本工作原理 感应电势的方向：感应

29、电势的方向：右手右手定则判定定则判定导体导体受力的方向：受力的方向：左手左手定则判定定则判定在电磁力F的作用下，转子顺旋转磁场方向旋转，转速为n。图5-26 感应电动机工作原理图电机与拖动5.5三相异步电动机的工作原理及运行状态三相异步电动机的工作原理及运行状态5.5.2三相异步电机的转差率与三种运行状态三相异步电机的转差率与三种运行状态定义相对速度（n-ns）与同步速ns之比为转差率s转差率是异步电机的一个主要参数，根据s的正负和大小可以判断电机的运行状态。图5-27 感应电机的三种运行状态电机与拖动1、作为电动机的运行状态、作为电动机的运行状态 当转子的转向与ns相同且小于ns时（即1s0

30、）为电动机运行状态，由下图知此时电磁转矩的方向与n相同，它拖动转子旋转。5.5三相异步电动机的工作原理及运行状态三相异步电动机的工作原理及运行状态电机与拖动2、作为发电机的运行状态、作为发电机的运行状态 如用原动机拖动感应电机，使感应电机nns(即sns,这时转子从原动机输入机械功率，通过电磁感应由定子输出电功率，电机处于发电机状态。5.5三相异步电动机的工作原理及运行状态三相异步电动机的工作原理及运行状态电机与拖动3、电磁制动的运行状态、电磁制动的运行状态 如果由于外力的作用使转子逆着ns旋转，（即s1）此时转子导条中电势电流方向仍与电动状态一样，电磁转矩的方向与n相反，所以电磁转矩为制动性

31、质的，称为电磁制动状态。在这种情况下，从转子输入机械功率，从定子输入电功率，两部分功率一起变为电机内部的损耗。5.5三相异步电动机的工作原理及运行状态三相异步电动机的工作原理及运行状态电机与拖动5.6三相异步电动机的电磁关系三相异步电动机的电磁关系5.6.1三相异步电动机空载运行电磁关系三相异步电动机空载运行电磁关系空载时由激磁磁势建立空载磁场 图5-28 四极感应电机主磁通分布图图5-29 槽漏磁通和端部漏磁通电机与拖动5.6三相异步电动机的电磁关系三相异步电动机的电磁关系异步电动机空载运行时的电磁关系 图5-30 异步电动机空载运行时的电磁关系 电机与拖动5.6三相异步电动机的电磁关系三相

32、异步电动机的电磁关系5.6.2三相异步电动机负载运行电磁关系三相异步电动机负载运行电磁关系图5-31 感应电动机负载运行时的电磁关系上式为异步电动机的磁势平衡方程 转子中产生感应电动势 电机与拖动5.6三相异步电动机的电磁关系三相异步电动机的电磁关系5.6.3转子静止时的三相异步电动机转子静止时的三相异步电动机主磁通在定、转子绕组中感应的电势分别为 漏磁通在定、转子绕组中感应的电势分别为 电机与拖动5.6三相异步电动机的电磁关系三相异步电动机的电磁关系5.6.4转子转动时的三相异步电动机转子转动时的三相异步电动机主磁通在定、转子绕组中感应的电势分别为 漏磁通在定、转子绕组中感应的电势分别为 上

33、式中与转子频率有关的物理量下标都标注了s，表示转差频率 电机与拖动5.7异步电动机基本方程、等效电路和相量图异步电动机基本方程、等效电路和相量图5.7.1三相异步电动机的基本方程三相异步电动机的基本方程1、电流方程、电流方程因为 所以或为电流变比 为归算到定子边的转子电流 电机与拖动5.7异步电动机基本方程、等效电路和相量图异步电动机基本方程、等效电路和相量图2、电压方程、电压方程考虑定、转子绕组电阻分别产生电压降，则 电机与拖动5.7异步电动机基本方程、等效电路和相量图异步电动机基本方程、等效电路和相量图 (a)定子等效电路 (b)转子等效电路 图5-32 定、转子等效电路与上式对应的电路为

34、 5.7.2异步电动机的等效电路异步电动机的等效电路图5-33 定、转子耦合电路示意图电机与拖动5.7异步电动机基本方程、等效电路和相量图异步电动机基本方程、等效电路和相量图1、频率归算、频率归算频率归算是指在保持电磁系统的电磁性能不变的前提下，把一种频率的物理量换算成另一种频率的物理量。上式中经过数学代换与频率有关的各物理量的频率已变为定子的频率 图5-34 静止电动机定、转子耦合电路示意图电机与拖动5.7异步电动机基本方程、等效电路和相量图异步电动机基本方程、等效电路和相量图由归算前后转子铜耗和漏磁场储能保持不变得 整理得 经频率和绕组归算后，异步电动机的基本方程为 电机与拖动5.7异步电

35、动机基本方程、等效电路和相量图异步电动机基本方程、等效电路和相量图3、异步电动机的等效电路、异步电动机的等效电路图5-35 异步电动机的“T”型等效电路图5-36 感应电动机的“”型等效电路电机与拖动5.7异步电动机基本方程、等效电路和相量图异步电动机基本方程、等效电路和相量图5.7.3异步电动机的相量图异步电动机的相量图根据基本方程式及等效电路可画出异步电动机的相量图，借助相量图可以更清楚地理解异步电动机的各物理量在数值上和相位上的关系 图5-37 感应电动机的相量图电机与拖动5.7异步电动机基本方程、等效电路和相量图异步电动机基本方程、等效电路和相量图 图5-37 感应电动机的相量图由图可

36、见，异步电动机的定子电流总是滞后于定子电压，这主要是由激磁电流和定、转子的漏抗压降引起的。产生气隙磁通需要一定的感性无功功率，产生定、转子漏磁场也需要一定的无功功率。电机与拖动5.8三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5.8.1三相异步电动机的功率流程图及功率平衡方程式三相异步电动机的功率流程图及功率平衡方程式异步电动机从外部电源吸收电能，经电磁作用转换为转子轴上的机械能，在能量转换过程中要产生损耗 1、功率关系功率关系图5-38 感应电动机功率流程图电机与拖动5.8三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2、功率方程、功率方程上述各种功率可在感应电动机“T”型等效

37、电路中利用各种电阻上的损耗来表示 图5-39等效电路表示各种功率电机与拖动5.8三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5.8.2三相异步电动机的转矩平衡方程式三相异步电动机的转矩平衡方程式由功率方程式得转矩方程式电机与拖动5.9三相异步电动机的参数测定三相异步电动机的参数测定5.9.1空载实验空载实验1、空载试验、空载试验 图5-40 空载特性曲线 图5-41 铁耗和机械损耗的确定空载试验的目的是测取激磁参数，以及分离出铁耗和机械损耗。试验时电机轴上不带负载，定子绕组接到额定频率的对称三相电源，调节定子端电压从1.11.2开始逐步降低至0.3U1N为止，测 79组数据。电机与拖动

38、5.9三相异步电动机的参数测定三相异步电动机的参数测定2、铁耗与机械损耗的分离、铁耗与机械损耗的分离3、激磁参数的确定、激磁参数的确定 图5-42 空载运行时的等效电路电机与拖动5.9三相异步电动机的参数测定三相异步电动机的参数测定5.9.2短路实验及短路参数的测定短路实验及短路参数的测定1、短路试验、短路试验 图5-43 短路特性曲线短路试验也称为堵转试验，试验时将转子堵住，即在n=0的情况下进行。电机堵转时电流很大，所以试验应在较低的电压下进行，一般从0.4U1N开始，逐渐降低电压。电机与拖动5.9三相异步电动机的参数测定三相异步电动机的参数测定2、短路参数的确定、短路参数的确定 图5-4

39、4 短路时的等效电路可将激磁支路去掉，得短路时近似等效电路 图5-45 短路时的近似等效电路电机与拖动5.10三相异步电动机的工作特性三相异步电动机的工作特性感应电动机的工作特性：当 ，时 n,Te,=f(P2)与直流机相比，要多考虑 标志感应电动机工作性能的主要指标有：过载能力。电机与拖动5.10三相异步电动机的工作特性三相异步电动机的工作特性5.10.1三相异步电动机的工作特性三相异步电动机的工作特性1、转速特性、转速特性因n=ns(1-s)所以可讨论转差率与输出功率的关系当P2=0 I2=0 S=0 n=ns当P2 I2 Pcu2Sn因异步电动机 是很小的，所以在额定负载时S=（2-5）

40、%，相应地n=ns(1-s)=(0.98-0.95)ns，所以转速特性曲线是一条略微下降的曲线。电机与拖动5.10三相异步电动机的工作特性三相异步电动机的工作特性2、定子电流特性、定子电流特性U1=U1N f=fN I1=f（P2）当P2=0 P2 I2 I1I1几乎随P2按正比例增加图5-46 异步电动机工作特性曲线3、功率因数特性、功率因数特性 U1=U1N f=fN cos1=f(P2)电机与拖动5.10三相异步电动机的工作特性三相异步电动机的工作特性4、转矩、转矩特性特性Te=f（P2）U1=U1N f=fN从空载至满载范围内转速几乎不变，且T0认为基本不变。所以可近似认为是一条斜率为

41、 的直线电机与拖动5.10三相异步电动机的工作特性三相异步电动机的工作特性5、效率特性、效率特性U1=U1N f=fN 从空载到满载运行，由于主磁通和转速变化很小，所以PFe和P基本不变，可视为不不变变损损耗耗。而Pcu1,Pcu2,P随负载变化而变化，称为可变损耗可变损耗。电机与拖动5.10三相异步电动机的工作特性三相异步电动机的工作特性5.10.2用直接负载法计算工作特性用直接负载法计算工作特性 先 由 空 载 实 验 测 出 ，用 电 桥 测 R1,再 做 负 载 实 验：改变负载分别记录下不同负载时的 ，然后计算出不同负载下的电机与拖动5.11单相异步电动机单相异步电动机 由单相电源供

42、电的电动机既为单相异步电动机，与同容量的三相感应电动机相比，单相感应电动机的体积较大，运行性能稍差，因此只做成几十到几百瓦的小容量电机。单相感应电动机的基本原理是建立在三相感应电动机的基础上，但在结构和性能上有不少差别。电机与拖动5.11单相异步电动机单相异步电动机5.11.1单相异步电动机的工作原理单相异步电动机的工作原理图5-47 单相感应电机接线图 单相感应电动机的定子铁心与普通三相感应电动机相同。定子上通常装有两个绕组，一个为工作绕组，另一个为起动绕组，起动绕组一般只在起动时接入，当转速接近正常转速时，离心开关或继电器触点就将起动绕组从电源断开。电机与拖动5.11单相异步电动机单相异步

43、电动机图5-48 单相异步电动机的转矩转差率曲线相对于正向磁场，转子的转差率分别为 电机与拖动5.11单相异步电动机单相异步电动机由曲线可以看出单相感应电动机有两个特性由曲线可以看出单相感应电动机有两个特性 (1)电机不转时无起动转矩，(2)若用外力拖动电机转动，去掉外力，电机会被加速到接近同步速，且转向取决于外力的方向。电机与拖动5.11单相异步电动机单相异步电动机5.11.2等效电路等效电路利用上述分析可推出单相异步电动机的等效电路 图5-49 单相异步电动机的等效电路电机与拖动5.11单相异步电动机单相异步电动机由等效电路可得到定、转子电流为 电机与拖动5.11单相异步电动机单相异步电动

44、机5.11.3起动方法起动方法由上述分析可知，单相异步电动机的定子磁动势是一个脉振磁动势，不能产生起动转矩，如何解决起动问题是单相异步电动机的关键。下面讨论其起动方法。电机与拖动5.11单相异步电动机单相异步电动机1、分相式电动机、分相式电动机（1）电阻分相起动电动机）电阻分相起动电动机 电阻分相电动机的起动绕组用较细的导线制成，使其阻值较大，起动绕组的电流超前于工作绕组的电流，产生旋转磁场，使电机起动，当电机转速到达75%左右的同步速时，利用离心开关将起动绕组从电源断开。电机与拖动5.11单相异步电动机单相异步电动机（2）电容分相起动电动机）电容分相起动电动机 选择合适的电容，使起动绕组中电流超前工作绕组电流90，从而在气隙中建立一个接近圆形的旋转磁场，并产生较大的起动转矩，使电机起动。图5-50电容分相起动电动机电机与拖动5.11单相异步电动机单相异步电动机2、罩极式电动机、罩极式电动机 图5-51凸极式罩极电动机电机与拖动END