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1、第一节第一节 异步电动机结构与工作原理异步电动机结构与工作原理第二节第二节 转子绕组开路的三相异步电动机转子绕组开路的三相异步电动机第三节第三节 转子堵转的三相异步电动机转子堵转的三相异步电动机第四节第四节 转子旋转的三相异步电动机转子旋转的三相异步电动机第七章第七章 异步电动机异步电动机第五节第五节 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第六节第六节 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性第七节第七节 三相异步电动机的工作特性三相异步电动机的工作特性第八节第八节 三相异步电动机参数的测定三相异步电动机参数的测定第七章第七章 异步电动机异步电动机本章小结本章小结第一节第
2、一节 异步电动机结构与工作原理异步电动机结构与工作原理一、异步电动机主要用途与分类异步电动机主要用途与分类 异步电机是一种交流电机，也叫感应电机。主要作电动异步电机是一种交流电机，也叫感应电机。主要作电动机使用，也可以作为发电机使用。机使用，也可以作为发电机使用。广泛用于工农业生产，家广泛用于工农业生产，家用电器，小型水电站和风力发电等场合。用电器，小型水电站和风力发电等场合。机床机床 水泵水泵 矿山设备矿山设备 电风扇电风扇 异步电机的优缺点：异步电机的优缺点：(1)(1)异步电机的优点：结构简单、运行可靠、制造方便、异步电机的优点：结构简单、运行可靠、制造方便、有较高的效率和较好的工作特性
3、、有较高的效率和较好的工作特性、价格低廉、坚固耐用、适应性强价格低廉、坚固耐用、适应性强 (2)(2)异步电机的缺点：功率因数较低异步电机的缺点：功率因数较低洗衣机洗衣机 空调空调 风力发电机风力发电机 第一节第一节 异步电动机结构与工作原理异步电动机结构与工作原理第一节第一节 异步电动机结构与工作原理异步电动机结构与工作原理异步电动机的种类很多，从不同的方面可以有不同的分类：异步电动机的种类很多，从不同的方面可以有不同的分类：（1）按定子相数分类：三相异步电动机、两相异步电动机）按定子相数分类：三相异步电动机、两相异步电动机 和单相异步电动机和单相异步电动机（2）按转子结构分类）按转子结构分
4、类：鼠笼式异步电动机和绕线式异步电：鼠笼式异步电动机和绕线式异步电 动机动机（3）按有无换向器分类：有换向器异步电动机和无换向器）按有无换向器分类：有换向器异步电动机和无换向器 异步电动机异步电动机 二、三相异步电动机的结构二、三相异步电动机的结构 异步电机由定子和转子两部分组成，定、转子之间有气异步电机由定子和转子两部分组成，定、转子之间有气隙，隙，在定子两端有端盖支撑转子。在定子两端有端盖支撑转子。1转轴，转轴，2轴承盖，轴承盖，3轴承，轴承，4轴承盖，轴承盖，5端盖，端盖，6定子绕组，定子绕组，7转子，转子，8定子铁心，定子铁心，9机座，机座，10吊环，吊环，11出线盒，出线盒，12端盖
5、，端盖，13风扇，风扇，14风罩风罩图图7.1 三相鼠笼式异步电动机结构图三相鼠笼式异步电动机结构图第一节第一节 异步电动机结构与工作原理异步电动机结构与工作原理1.定子定子 异步电动机的定子由定子铁心、定子绕组和机座三部分异步电动机的定子由定子铁心、定子绕组和机座三部分组成。组成。图图7.2 定子铁心定子铁心 作用：作用：（1）电机磁路的一部分）电机磁路的一部分（2）嵌放定子绕组）嵌放定子绕组铁心一般采用铁心一般采用0.5mm厚的硅厚的硅钢片叠成。钢片叠成。（1 1）定子铁心）定子铁心第一节第一节 异步电动机结构与工作原理异步电动机结构与工作原理 （a）（b）（c）异步电机的定子槽形状异步电
6、机的定子槽形状(a)(a)是是开开口口槽槽图图7.3 7.3 异步电机的定子槽异步电机的定子槽第一节第一节 异步电动机结构与工作原理异步电动机结构与工作原理(c)(c)是半闭口槽是半闭口槽(b)(b)是半开口槽是半开口槽 定子绕组的作用是感应电动势、流过电流。定子绕组定子绕组的作用是感应电动势、流过电流。定子绕组与铁心之间必须有可靠的槽绝缘。与铁心之间必须有可靠的槽绝缘。（2）定子绕组）定子绕组第一节第一节 异步电动机结构与工作原理异步电动机结构与工作原理 固定和支撑定子铁心，要有足够的机械强度。固定和支撑定子铁心，要有足够的机械强度。（3）机座）机座第一节第一节 异步电动机结构与工作原理异步
7、电动机结构与工作原理2.转子转子异步电机的转子由转子铁心、转子绕组和转轴构成。异步电机的转子由转子铁心、转子绕组和转轴构成。（1）转子铁心：电机磁路的一部分，一般由）转子铁心：电机磁路的一部分，一般由 0.5mm 厚的厚的 硅钢片冲制后叠压而成。硅钢片冲制后叠压而成。（2）转轴：支撑转子铁心和输出机械转矩）转轴：支撑转子铁心和输出机械转矩（3）转子绕组：产生感应电动势、转子电流和电磁转矩）转子绕组：产生感应电动势、转子电流和电磁转矩 绕线式绕组绕线式绕组：导线绕制，滑环引出，可外接电阻。导线绕制，滑环引出，可外接电阻。笼型绕组：铸铜或铜条制成笼型绕组：铸铜或铜条制成 鼠笼式转子鼠笼式转子图图7
8、.4 7.4 鼠笼式转子绕组鼠笼式转子绕组笼型铸铝转子笼型铸铝转子 图图7.5 7.5 笼型铸铝转子笼型铸铝转子第一节第一节 异步电动机结构与工作原理异步电动机结构与工作原理绕线式转子绕线式转子图图7.6 7.6 绕线式异步电动机接线示意图绕线式异步电动机接线示意图第一节第一节 异步电动机结构与工作原理异步电动机结构与工作原理3.3.气隙气隙 第一节第一节 异步电动机结构与工作原理异步电动机结构与工作原理 磁路的一部分，磁路的一部分，越小，空载电流越小，电机的效越小，空载电流越小，电机的效率就会越高，但易发生扫膛现象。率就会越高，但易发生扫膛现象。三异步电动机的额定值三异步电动机的额定值(1)
9、(1)额定功率额定功率电机在额定运行时轴上电机在额定运行时轴上输出的机械功率输出的机械功率，单，单 位为位为 W 或或 kW。(2)(2)额定电压额定电压电机在额定运行状态下加在定子绕组上的电机在额定运行状态下加在定子绕组上的线线 电压，单位为电压，单位为 V。(3)(3)额定电流额定电流电动机在额定电压、轴上输出额定功率时，电动机在额定电压、轴上输出额定功率时，定子绕组中的定子绕组中的线线电流，单位电流，单位为为 A。异步电动机的额定值包含：异步电动机的额定值包含：第一节第一节 异步电动机结构与工作原理异步电动机结构与工作原理(5)(5)额定转速额定转速电动机在额定电压、额定频率、轴上输出电
10、动机在额定电压、额定频率、轴上输出 额定功率时，转子的转速，单位额定功率时，转子的转速，单位为为 r/min。(6)(6)额定功率因数额定功率因数电动机在额定负载时，定子边的功率电动机在额定负载时，定子边的功率 因数。因数。(4)(4)额定频率额定频率我国规定工业用电的频率是我国规定工业用电的频率是 50Hz。第一节第一节 异步电动机结构与工作原理异步电动机结构与工作原理电动机的额定输出转矩可以根据额定功率和额定转速计算电动机的额定输出转矩可以根据额定功率和额定转速计算其中，功率的单位是其中，功率的单位是 W，转矩的单位是，转矩的单位是 Nm。对于三相异步电动机，额定功率对于三相异步电动机，额
11、定功率式中，式中，N 为额定运行时的效率。为额定运行时的效率。第一节第一节 异步电动机结构与工作原理异步电动机结构与工作原理第一节第一节 异步电动机结构与工作原理异步电动机结构与工作原理例例7.1 一台三相异步电动机的额定功率一台三相异步电动机的额定功率 ，额定电压，额定电压 ，额定功率因数，额定功率因数 ，额定效率，额定效率 额定转速额定转速 ，计算额定电流，计算额定电流 和额定输出转和额定输出转矩矩 。，解解:额定电流额定电流第一节第一节 异步电动机结构与工作原理异步电动机结构与工作原理额定输出转矩额定输出转矩四异步电动机的工作原理四异步电动机的工作原理 用转速为用转速为 n 的旋转的磁场
12、等效圆形旋转磁场，假设旋的旋转的磁场等效圆形旋转磁场，假设旋转方向如转方向如图图 7.7 所示。所示。图图7.7 7.7 异步电动机工作原理异步电动机工作原理第一节第一节 异步电动机结构与工作原理异步电动机结构与工作原理第一节第一节 异步电动机结构与工作原理异步电动机结构与工作原理转子静止时：转子静止时：相对转速相对转速转子感应电动势转子感应电动势电流电流 产生产生电磁力电磁力电磁转矩电磁转矩转子开始转动转子开始转动图图7.7 7.7 异步电动机工作原理异步电动机工作原理第一节第一节 异步电动机结构与工作原理异步电动机结构与工作原理图图7.7 7.7 异步电动机工作原理异步电动机工作原理相对转
13、速相对转速转子感应电动势转子感应电动势电流电流 产生产生电磁力电磁力电磁转矩电磁转矩转子继续转动转子继续转动力矩平衡力矩平衡转子旋转后：转子旋转后：第二节第二节 转子绕组开路的三相异步电动机转子绕组开路的三相异步电动机 假设电动机的定、转子三相绕组的联接方式，均是假设电动机的定、转子三相绕组的联接方式，均是 Y 接。定、转子绕组轴线位置重合。定子绕组接三相对称电接。定、转子绕组轴线位置重合。定子绕组接三相对称电源，转子绕组开路。图中注明了各有关物理量的正方向。源，转子绕组开路。图中注明了各有关物理量的正方向。图图7.8 7.8 三相绕线式异步电动机定转子绕组联接方式三相绕线式异步电动机定转子绕
14、组联接方式1.1.励磁磁动势励磁磁动势式中，式中，和和 为定子一相绕组串联匝数和绕组系数。为定子一相绕组串联匝数和绕组系数。一磁动势及主磁通一磁动势及主磁通第二节第二节 转子绕组开路的三相异步电动机转子绕组开路的三相异步电动机磁动势磁动势 的转向取决于定子电流的相序。的转向取决于定子电流的相序。三相异步电动机的定子绕组接到三相对称的电源上时产三相异步电动机的定子绕组接到三相对称的电源上时产生圆形旋转磁动势，幅值为：生圆形旋转磁动势，幅值为：转子不转的三相异步电机，相当于一台二次绕组开路的转子不转的三相异步电机，相当于一台二次绕组开路的三相变压器，定子绕组是一次绕组，转子绕组是二次绕组，三相变压
15、器，定子绕组是一次绕组，转子绕组是二次绕组，只是在磁路中多了一个定、转子之间的气隙。只是在磁路中多了一个定、转子之间的气隙。第二节第二节 转子绕组开路的三相异步电动机转子绕组开路的三相异步电动机 转子绕组中没有电流，不产生磁动势。作用在磁路上转子绕组中没有电流，不产生磁动势。作用在磁路上只有定子磁动势只有定子磁动势 ，称为励磁磁动势，电流称为励磁磁动势，电流 称为励磁称为励磁电流。电流。把通过气隙同时交链着定、转子绕组的磁通称为把通过气隙同时交链着定、转子绕组的磁通称为主磁通主磁通，气隙里每极主磁通用气隙里每极主磁通用 表示；表示；2.2.主磁通和漏磁通主磁通和漏磁通 把只交链定子绕组而不交链
16、转子绕组的磁通称为定子绕把只交链定子绕组而不交链转子绕组的磁通称为定子绕组漏磁通，简称组漏磁通，简称定子漏磁通定子漏磁通，用，用 表示，主要包括槽漏磁表示，主要包括槽漏磁通、端部漏磁通和高次谐波磁场引起的谐波漏磁通。通、端部漏磁通和高次谐波磁场引起的谐波漏磁通。主磁通主磁通和漏磁通的路径和性质截然不同，主磁通同时交和漏磁通的路径和性质截然不同，主磁通同时交链定、转子绕组，是能量转换的媒介，而漏磁通则不参与能链定、转子绕组，是能量转换的媒介，而漏磁通则不参与能量转换。量转换。第二节第二节 转子绕组开路的三相异步电动机转子绕组开路的三相异步电动机气隙里每极主磁通气隙里每极主磁通 式中，式中，是气隙
17、平均磁密；是气隙平均磁密；是定子的极距；是定子的极距；是电机轴向的有效长度。是电机轴向的有效长度。第二节第二节 转子绕组开路的三相异步电动机转子绕组开路的三相异步电动机 所对应的气隙磁密是一个在气隙中旋转，在空间按正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波。用空间向量表示为弦分布的磁密波。用空间向量表示为 ,是气隙磁密的最是气隙磁密的最大值。大值。二感应电动势二感应电动势 旋转着的气隙每极主磁通旋转着的气隙每极主磁通 在定、转子绕组中感应的在定、转子绕组中感应的电动势有效值电动势有效值 和和 为：为：式中，式中，和和 分别为转子绕组每相串联匝数和绕组系数。分别为转子绕组每相
18、串联匝数和绕组系数。定子、转子每相电动势之比称为电压变比，用定子、转子每相电动势之比称为电压变比，用 表示，表示，即即第二节第二节 转子绕组开路的三相异步电动机转子绕组开路的三相异步电动机 为了分析问题方便，采用折合算法把转子绕组向定子为了分析问题方便，采用折合算法把转子绕组向定子边折合，即把原来匝数边折合，即把原来匝数 为的转子绕组等效折合为匝为的转子绕组等效折合为匝数数 的转子绕组，折合后转子绕组每相感应电动势为的转子绕组，折合后转子绕组每相感应电动势为 ，有：有：由于定、转子绕组轴线位置重合，在同一旋转磁场的由于定、转子绕组轴线位置重合，在同一旋转磁场的作用下，产生的感应电势作用下，产生
19、的感应电势 和和 具有相同相位。具有相同相位。第二节第二节 转子绕组开路的三相异步电动机转子绕组开路的三相异步电动机三励磁电流三励磁电流 由于旋转磁场与定子、转子有相对运动，定、转子铁心由于旋转磁场与定子、转子有相对运动，定、转子铁心 中就会产生磁滞和涡流损耗，中就会产生磁滞和涡流损耗，即铁损耗。即铁损耗。与变压器一样与变压器一样，励磁电励磁电励磁电励磁电流流 领先主磁通领先主磁通 一个角度一个角度 ，称为，称为铁耗角铁耗角。第二节第二节 转子绕组开路的三相异步电动机转子绕组开路的三相异步电动机三励磁电流三励磁电流第二节第二节 转子绕组开路的三相异步电动机转子绕组开路的三相异步电动机图图7.9
20、 7.9 考虑铁损耗后的相量图考虑铁损耗后的相量图四电压方程式四电压方程式 定子绕组的漏磁通在定子绕组里的感应电动势，称为定子绕组的漏磁通在定子绕组里的感应电动势，称为定子定子漏电动势漏电动势。用。用 表示。将漏电动势看成是定子电流表示。将漏电动势看成是定子电流 在漏电抗在漏电抗 上的压降。即：上的压降。即：式中，式中，是定子每相的漏电抗。是定子每相的漏电抗。第二节第二节 转子绕组开路的三相异步电动机转子绕组开路的三相异步电动机根据图根据图7.97.9所示的正方向所示的正方向，定子绕组的电压平衡方程式：，定子绕组的电压平衡方程式：式中，式中，是定子一相绕组的漏阻抗。是定子一相绕组的漏阻抗。转子
21、回路电压方程式为：转子回路电压方程式为：相应的相量相应的相量图如图图如图7.117.11所示所示第二节第二节 转子绕组开路的三相异步电动机转子绕组开路的三相异步电动机(7.1)(7.1)(7.2)(7.2)异步电机转子绕组开异步电机转子绕组开路时的电压方程式及相量路时的电压方程式及相量图，与三相变压器二次绕图，与三相变压器二次绕组开路时的组开路时的完全一样完全一样。图图7.11 7.11 转子绕组开路时的相量图转子绕组开路时的相量图第二节第二节 转子绕组开路的三相异步电动机转子绕组开路的三相异步电动机转子绕组开路时的异步电机内部各物理量的电磁转子绕组开路时的异步电机内部各物理量的电磁关系可以用
22、流程图表示。关系可以用流程图表示。图图7.10 7.10 转子开路时异步电机电磁关系流程图转子开路时异步电机电磁关系流程图第二节第二节 转子绕组开路的三相异步电动机转子绕组开路的三相异步电动机五等效电路五等效电路用励磁电流用励磁电流 在励磁阻抗在励磁阻抗 上的压降表示上的压降表示 ，则，则励磁阻抗励磁阻抗 励磁电阻励磁电阻 励磁电抗励磁电抗 于是，定子电压平衡等式为于是，定子电压平衡等式为第二节第二节 转子绕组开路的三相异步电动机转子绕组开路的三相异步电动机(7.3)(7.3)(7.4)(7.4)图图7.12 7.12 转子绕组开路时的等效电路转子绕组开路时的等效电路等效电路图等效电路图第二节
23、第二节 转子绕组开路的三相异步电动机转子绕组开路的三相异步电动机第三节第三节 转子堵转的三相异步电动机转子堵转的三相异步电动机一一 磁动势与磁通磁动势与磁通 异步电动机定子绕组接额定电压，转子绕组短路且堵住异步电动机定子绕组接额定电压，转子绕组短路且堵住不转，如图不转，如图7.137.13所示。所示。1.1.磁动势磁动势图图7.13 7.13 转子短路并堵转的三相异步电动机转子短路并堵转的三相异步电动机 转子三相对称绕组流过三相对称电流将产生圆形旋转磁转子三相对称绕组流过三相对称电流将产生圆形旋转磁动势，其幅值为动势，其幅值为 假设气隙旋转磁场逆时针方向旋转，在转子绕组里感应假设气隙旋转磁场逆
24、时针方向旋转，在转子绕组里感应电动势及产生电流电动势及产生电流 的相序依次为的相序依次为 ，则磁动势，则磁动势 也是逆时针方向旋转的也是逆时针方向旋转的。第三节第三节 转子堵转的三相异步电动机转子堵转的三相异步电动机 由于转子绕组的极对数总是设计成与定子绕组极对数相由于转子绕组的极对数总是设计成与定子绕组极对数相等，所以磁动势等，所以磁动势 相对于转子绕组的转速为相对于转子绕组的转速为 当异步电机转子绕组短路时，定子边电流不再是当异步电机转子绕组短路时，定子边电流不再是 ，而，而是是 。由定子电流。由定子电流 产生定子旋转磁动势产生定子旋转磁动势 。因此，磁动势因此，磁动势 与与 极对数相同、
25、转速相同、转向相同，极对数相同、转速相同、转向相同，它们在空间相对静止它们在空间相对静止。第三节第三节 转子堵转的三相异步电动机转子堵转的三相异步电动机图图7.14 7.14 转子堵转时的相量图转子堵转时的相量图第三节第三节 转子堵转的三相异步电动机转子堵转的三相异步电动机 图图7.147.14是是根据上述基本方程式画出的转子绕组短路并根据上述基本方程式画出的转子绕组短路并堵转的相量图。堵转的相量图。与与 相叠加合成的磁动势为相叠加合成的磁动势为 ，在气隙中产生合成旋在气隙中产生合成旋转磁场。转磁场。上式称为磁动势平衡方程式。也可改写成上式称为磁动势平衡方程式。也可改写成 抵消抵消 对主磁通的
26、影响对主磁通的影响产生气隙旋转磁密产生气隙旋转磁密第三节第三节 转子堵转的三相异步电动机转子堵转的三相异步电动机转子堵转时异步电机电磁关系流程图为转子堵转时异步电机电磁关系流程图为第三节第三节 转子堵转的三相异步电动机转子堵转的三相异步电动机图图7.15 转子短路时异步电机电磁关系流程图转子短路时异步电机电磁关系流程图2.2.漏磁通漏磁通 定子电流定子电流 也要产生漏磁通，其漏电抗仍为也要产生漏磁通，其漏电抗仍为 ，由于，由于漏磁路是线性的，漏磁路是线性的，为常数。为常数。同样，转子绕组电流同样，转子绕组电流 也要产生漏磁通，其漏电抗为也要产生漏磁通，其漏电抗为 。第三节第三节 转子堵转的三相
27、异步电动机转子堵转的三相异步电动机二电压方程式二电压方程式定子回路的电压平衡方程式为定子回路的电压平衡方程式为转子回路的电压平衡方程式为转子回路的电压平衡方程式为即：即：式中，式中，是转子绕组的漏阻抗。是转子绕组的漏阻抗。第三节第三节 转子堵转的三相异步电动机转子堵转的三相异步电动机(7.6)(7.6)(7.7)(7.7)转子相电流转子相电流 为为式中，式中，是转子绕组回路的功率因数角。是转子绕组回路的功率因数角。图图7.147.14中，磁动势中，磁动势 与转子电流与转子电流 同方向，同方向，滞后滞后电动势电动势 的时间电角度为的时间电角度为 。第三节第三节 转子堵转的三相异步电动机转子堵转的
28、三相异步电动机第三节第三节 转子堵转的三相异步电动机转子堵转的三相异步电动机例例7.2 一台三相绕线式异步电动机，极对数为一台三相绕线式异步电动机，极对数为2，额定频，额定频50Hz，转子每相电阻，转子每相电阻 ，转子不转时每相的漏，转子不转时每相的漏电抗电抗 ，电压变比，电压变比 。当。当 时，计算转子不转时的转子相电动势时，计算转子不转时的转子相电动势 、相电流、相电流 大大小、频率以及转子功率因数小、频率以及转子功率因数 。解解转子相电动势转子相电动势第三节第三节 转子堵转的三相异步电动机转子堵转的三相异步电动机转子相电流转子相电流转子相电流频率转子相电流频率功率因数功率因数三转子绕组的
29、折合三转子绕组的折合 与变压器类似，要得到异步电动机的等效电路，必须进与变压器类似，要得到异步电动机的等效电路，必须进行转子绕组的折合。行转子绕组的折合。折合的原则折合的原则：是只要保持转子旋转磁动：是只要保持转子旋转磁动势势 的大小、相位不变的大小、相位不变。折算前后折算前后 不变，则有：不变，则有：即即第三节第三节 转子堵转的三相异步电动机转子堵转的三相异步电动机(7.8)(7.8)因此因此式中，式中，称为电流变比；称为电流变比；为转子绕组的相数。为转子绕组的相数。根据定、转子磁动势的关系根据定、转子磁动势的关系第三节第三节 转子堵转的三相异步电动机转子堵转的三相异步电动机(7.9)(7.
30、9)即即所以所以 从式上式可知，通过绕组折合，在异步电动机定、转子从式上式可知，通过绕组折合，在异步电动机定、转子之间建立了等效的电路联系。之间建立了等效的电路联系。上述变换，称为转子绕组向定子绕组折合。上述变换，称为转子绕组向定子绕组折合。第三节第三节 转子堵转的三相异步电动机转子堵转的三相异步电动机 (7.10)(7.10)转子回路的电压方程式变为转子回路的电压方程式变为折合前后转子漏阻抗的关系为折合前后转子漏阻抗的关系为折合后的转子各物理量右上角加折合后的转子各物理量右上角加“”表示。表示。第三节第三节 转子堵转的三相异步电动机转子堵转的三相异步电动机(7.11)(7.11)折合前后漏阻
31、抗的阻抗角不变。折合前后漏阻抗的阻抗角不变。可以证明，折合前后的功率关系也不变。可以证明，折合前后的功率关系也不变。因此，转子绕组的折合是等效的，对异步电动机的运行因此，转子绕组的折合是等效的，对异步电动机的运行没有影响。没有影响。阻抗角阻抗角第三节第三节 转子堵转的三相异步电动机转子堵转的三相异步电动机四基本方程式、等效电路和相量图四基本方程式、等效电路和相量图异步电动机进行折合后的基本方程式如下：异步电动机进行折合后的基本方程式如下：第三节第三节 转子堵转的三相异步电动机转子堵转的三相异步电动机 (7.12)(7.12)根据以上基本方程式，可画出如图根据以上基本方程式，可画出如图7.167
32、.16所示的等效电路。所示的等效电路。图图7.16 7.16 转子绕组短路并堵转时的等效电路转子绕组短路并堵转时的等效电路第三节第三节 转子堵转的三相异步电动机转子堵转的三相异步电动机 图图7.177.17是转子绕组短路并堵转的相量图。是转子绕组短路并堵转的相量图。图图7.17 7.17 转子绕组短路并堵转时的相量图转子绕组短路并堵转时的相量图第三节第三节 转子堵转的三相异步电动机转子堵转的三相异步电动机第三节第三节 转子堵转的三相异步电动机转子堵转的三相异步电动机例例7.37.3 一台绕线式三相异步电动机，当定子加额定电压而转一台绕线式三相异步电动机，当定子加额定电压而转子开路时，转子绕组线
33、电压为子开路时，转子绕组线电压为 200V，转子绕组为，转子绕组为 Y 接，接，不转时转子每相漏阻抗为不转时转子每相漏阻抗为 0.04+j0.15，设定子每相漏阻，设定子每相漏阻抗抗 。计算：。计算：(1)(1)定子加额定电压，转子不转时转子的相电流；定子加额定电压，转子不转时转子的相电流；(2)(2)当在转子回路串入三相对称电阻，每相阻值当在转子回路串入三相对称电阻，每相阻值 为为 0.35，转子每相电流。，转子每相电流。第三节第三节 转子堵转的三相异步电动机转子堵转的三相异步电动机解解 由于异步电动机的励磁阻抗比漏阻抗大得多，可以认由于异步电动机的励磁阻抗比漏阻抗大得多，可以认为励磁阻为励
34、磁阻 抗支路开路。等效电路如抗支路开路。等效电路如图图7.187.18所所示。示。（1 1）转子开路时每相电动势为转子开路时每相电动势为图图7.18 7.18 简化后的等效电路简化后的等效电路的有效值的有效值第三节第三节 转子堵转的三相异步电动机转子堵转的三相异步电动机定子每相额定电压的折合值近似为定子每相额定电压的折合值近似为(2)(2)转子电流转子电流第三节第三节 转子堵转的三相异步电动机转子堵转的三相异步电动机一转差率一转差率 同步转速和电动机转速同步转速和电动机转速 n 之差与同步转速的比值称为转差之差与同步转速的比值称为转差率率(转差或者滑差转差或者滑差)，用，用 s 表示。表示。当
35、转子不转时，当转子不转时，时，时，；当转子达到同步转速时，当转子达到同步转速时，；当转子转速高于同步转速时，当转子转速高于同步转速时，。s 的大小反映了电动机的转速。的大小反映了电动机的转速。第四节第四节 转子旋转的三相异步电动机转子旋转的三相异步电动机 (7.13)(7.13)二转子电动势二转子电动势转子绕组中电动势和电流的频率为转子绕组中电动势和电流的频率为转子旋转时转子绕组中感应电动势为转子旋转时转子绕组中感应电动势为式中，式中，是转子不转时转子绕组的感应电动势。是转子不转时转子绕组的感应电动势。第四节第四节 转子旋转的三相异步电动机转子旋转的三相异步电动机 (7.14)(7.14)(7
36、.15)(7.15)转子回路的电压平衡方程式为转子回路的电压平衡方程式为式中，式中，是转速为是转速为 n 时，转子的相电流；时，转子的相电流；是转速为是转速为 n 时，转子绕组一相的漏电抗；时，转子绕组一相的漏电抗；是转子一相绕组的电阻。是转子一相绕组的电阻。第四节第四节 转子旋转的三相异步电动机转子旋转的三相异步电动机 上式说明了当转子旋转时，转子每相感应电动势与转差上式说明了当转子旋转时，转子每相感应电动势与转差率率 s 成正比。成正比。(7.16)(7.16)可见，当转子以不同的转速旋转时，转子的漏电抗可见，当转子以不同的转速旋转时，转子的漏电抗 是变化的，它与转差率是变化的，它与转差率
37、 s 成正比。成正比。正常运行的异步电动机，正常运行的异步电动机，。第四节第四节 转子旋转的三相异步电动机转子旋转的三相异步电动机 转子漏抗转子漏抗 是对应转子频率是对应转子频率 时的漏电抗。它与转子时的漏电抗。它与转子不转时转子漏电抗不转时转子漏电抗 的关系为的关系为第四节第四节 转子旋转的三相异步电动机转子旋转的三相异步电动机三定、转子磁动势三定、转子磁动势1.1.定子磁动势定子磁动势 定子绕组电流定子绕组电流 产生的旋转磁动势为产生的旋转磁动势为 。假设它相对于。假设它相对于定子绕组以同步转速定子绕组以同步转速 逆时针方向旋转。逆时针方向旋转。2.2.转子磁动势转子磁动势 转子电流转子电
38、流 的频率为的频率为 ，旋转磁动势，旋转磁动势 相对于转子绕相对于转子绕组的转速为组的转速为第四节第四节 转子旋转的三相异步电动机转子旋转的三相异步电动机的转向也是逆时针方向。的转向也是逆时针方向。3.3.合成磁动势合成磁动势转子旋转磁动势转子旋转磁动势 相对于定子绕组的转速为：相对于定子绕组的转速为：定子旋转磁动势定子旋转磁动势 与转子旋转磁动势与转子旋转磁动势 相对于定子的转相对于定子的转速相同，转向一致，二者相对静止，可以进行合成。速相同，转向一致，二者相对静止，可以进行合成。第四节第四节 转子旋转的三相异步电动机转子旋转的三相异步电动机合成的总磁动势合成的总磁动势 为为第四节第四节 转
39、子旋转的三相异步电动机转子旋转的三相异步电动机例例7.47.4 一台三相异步电机，定子绕组接三相对称电源，频率一台三相异步电机，定子绕组接三相对称电源，频率为为 ，在额定转速，在额定转速 下运行。则：下运行。则：(1)(1)电动机的极对数电动机的极对数 p 是多少？是多少？(2)(2)额定转差率额定转差率 是多少？是多少？(3)(3)额定转速运行时，转子电流频率额定转速运行时，转子电流频率 是多少？是多少？(4)(4)旋转磁场相对于转子的转速是多少？旋转磁场相对于转子的转速是多少？第四节第四节 转子旋转的三相异步电动机转子旋转的三相异步电动机解解(1)电动机的额定转速电动机的额定转速 ，由于异
40、步，由于异步 电动机额定转差率较小，那么气隙旋转磁场的电动机额定转差率较小，那么气隙旋转磁场的 同步转速同步转速 。(2)(2)第四节第四节 转子旋转的三相异步电动机转子旋转的三相异步电动机(3)(3)(4)(4)第四节第四节 转子旋转的三相异步电动机转子旋转的三相异步电动机例例7.57.5 一台三相异步电动机，在额定转速下运行，一台三相异步电动机，在额定转速下运行，r/min，电源频率电源频率 Hz，计算：，计算：(1)(1)定子电流产生的旋转磁动势以什么速度切割定子？定子电流产生的旋转磁动势以什么速度切割定子？以什么速度切割转子？以什么速度切割转子？(2)(2)由转子电流产生的转子磁动势以
41、什么速度切割定子？由转子电流产生的转子磁动势以什么速度切割定子？又以什么速度切割转子？又以什么速度切割转子？第四节第四节 转子旋转的三相异步电动机转子旋转的三相异步电动机解解(1)(1)气隙旋转磁场的同步转速气隙旋转磁场的同步转速 r/min定子旋转磁动势以定子旋转磁动势以 r/min切割定子。切割定子。因为转子以速度因为转子以速度 与定子旋转磁动势同方向旋转，故定与定子旋转磁动势同方向旋转，故定子旋转磁动势以子旋转磁动势以 r/min切割切割转子。转子。第四节第四节 转子旋转的三相异步电动机转子旋转的三相异步电动机(2)(2)异步电动机在正常运行时，转速为异步电动机在正常运行时，转速为 。在
42、气隙中，定、。在气隙中，定、转子磁动势相对静止，转子磁动势以转子磁动势相对静止，转子磁动势以 r/min转转 速切割定子。速切割定子。转子磁动势与转子同转向，故转子磁动势以速度转子磁动势与转子同转向，故转子磁动势以速度 r/min 切割转子。切割转子。四转子绕组频率折合四转子绕组频率折合保证保证 不变，用一个静止的转子来代替旋转的转子。不变，用一个静止的转子来代替旋转的转子。第四节第四节 转子旋转的三相异步电动机转子旋转的三相异步电动机对转子回路的电压方程式对转子回路的电压方程式7.167.16作如下变换作如下变换将上式右边分子分母同除以将上式右边分子分母同除以 s，得：，得：(7.17)(7
43、.17)(7.18)(7.18)此时转子电流频率已与定子相同，为此时转子电流频率已与定子相同，为 。为了保证。为了保证 不变，首先要保证不变，首先要保证第四节第四节 转子旋转的三相异步电动机转子旋转的三相异步电动机 由式由式7.18可知，在转子回路中串入一个可知，在转子回路中串入一个 的电的电阻阻，使得回路电阻变为，使得回路电阻变为 ，再将其堵转，再将其堵转，这样才能保，这样才能保证证 。与原来旋转的转子等效。与原来旋转的转子等效，不变不变，这种变换，这种变换称为称为频率折合频率折合。第四节第四节 转子旋转的三相异步电动机转子旋转的三相异步电动机 实际实际运行中，运行中，电阻电阻 并不并不存在
44、，但电动机有机械存在，但电动机有机械功率输出；而在频率折合后的转子电路中，因转子静止，功率输出；而在频率折合后的转子电路中，因转子静止，并没有机械功率输出，但有并没有机械功率输出，但有电功率电功率 ，因此，因此 实际实际代表了机械功率的输出，电阻代表了机械功率的输出，电阻 为为表征机械功率表征机械功率的电阻。的电阻。其中其中 (a)(a)是异步电动机运行时，转子的实际电路，是异步电动机运行时，转子的实际电路，(b)(b)则是转子频率折合后的等效电路。则是转子频率折合后的等效电路。图图7.20 7.20 转子频率折合前后转子电路转子频率折合前后转子电路第四节第四节 转子旋转的三相异步电动机转子旋
45、转的三相异步电动机（a a）（b b）再考虑把转子绕组的相数、匝数以及绕组系数都折合到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，转子回路的电压方程式则变为定子边，转子回路的电压方程式则变为第四节第四节 转子旋转的三相异步电动机转子旋转的三相异步电动机转子旋转磁动势转子旋转磁动势 的幅值为的幅值为根据磁动势平衡方程式根据磁动势平衡方程式 ，可得：，可得：(7.19)(7.19)第四节第四节 转子旋转的三相异步电动机转子旋转的三相异步电动机例例7.6 一台三相绕线式异步电动机，当定子绕组加频率为一台三相绕线式异步电动机，当定子绕组加频率为50Hz的额定电压，转子绕组开路时转子绕组线电
46、压为的额定电压，转子绕组开路时转子绕组线电压为200V，转子，转子绕组为绕组为 Y 接。转子不转时接。转子不转时 、，电动机的，电动机的额定转差率额定转差率 。问这台电动机额定运行时转子电动势。问这台电动机额定运行时转子电动势转子电流的有效值及频率为多少？转子电流的有效值及频率为多少？，解解转子频率转子频率第四节第四节 转子旋转的三相异步电动机转子旋转的三相异步电动机转子电动势转子电动势额定运行时，转子电流额定运行时，转子电流五基本方程式、等效电路和相量图五基本方程式、等效电路和相量图 根据前面的分析，异步电动机转子旋转时的基本方程根据前面的分析，异步电动机转子旋转时的基本方程式为式为第四节第
47、四节 转子旋转的三相异步电动机转子旋转的三相异步电动机(7.20)(7.20)根据以上基本方程式，可以画出如图根据以上基本方程式，可以画出如图7.217.21的等效电路，称的等效电路，称为为 T 型等效电路。型等效电路。第四节第四节 转子旋转的三相异步电动机转子旋转的三相异步电动机图图7.21 7.21 三相异步电动机的三相异步电动机的T T型等效电路型等效电路 图图7.227.22是根据上述基本方程式作出的异步电动机时间空是根据上述基本方程式作出的异步电动机时间空间相量图。间相量图。图图7.22 7.22 三相异步电动机相量图三相异步电动机相量图第四节第四节 转子旋转的三相异步电动机转子旋转
48、的三相异步电动机转子磁动势转子磁动势定子磁动势定子磁动势六六笼型转子笼型转子第四节第四节 转子旋转的三相异步电动机转子旋转的三相异步电动机NS转子转速转子转速M相对称电相对称电动势和电流动势和电流三相鼠笼式异步电动机磁动势平衡方程三相鼠笼式异步电动机磁动势平衡方程 鼠笼式转子相数为鼠笼式转子相数为 ，由于每相只有一根导条，绕组，由于每相只有一根导条，绕组匝数为匝数为 1/2，绕组系数为，绕组系数为 1。第四节第四节 转子旋转的三相异步电动机转子旋转的三相异步电动机 鼠笼式异步电动机电磁关系与绕线式的相同，分析方鼠笼式异步电动机电磁关系与绕线式的相同，分析方法也相同，仅仅是折合系数不同。法也相同
49、，仅仅是折合系数不同。一功率关系一功率关系第五节第五节 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第五节第五节 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为电源输入的电功率为电源输入的电功率为定子铜损耗为定子铜损耗转子铁损耗很小，可忽略不计转子铁损耗很小，可忽略不计为定子铁损耗为定子铁损耗 为电磁功率为电磁功率 为转子绕组铜耗为转子绕组铜耗为总机械功率为总机械功率 (7.21)(7.21)(7.22)(7.22)(7.23)(7.23)(7.24)(7.24)(7.25)(7.25)(7.26)(7.26)总机械功率在扣除机械损耗总机械功率在扣除机械损耗 、附加损耗、附加损
50、耗 之后，才之后，才是转轴输出的机械功率是转轴输出的机械功率 可见异步电动机运行时，从电源输入电功率可见异步电动机运行时，从电源输入电功率 到转轴上到转轴上输出机械功率输出机械功率 的完整的功率关系为的完整的功率关系为第五节第五节 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根据式根据式 7.24 和和 7.28 可得：可得：(7.27)(7.27)(7.28)(7.28)(7.29)(7.29)将异步电动机的电磁功率、机械功率和转子回路铜损将异步电动机的电磁功率、机械功率和转子回路铜损耗三者进行比较，可得耗三者进行比较，可得 上式说明，若电磁功率一定，转差率上式说明，若电磁功率一定，