第4章：三相異步電動機(1)

1、第第4章章 三相異步電動機三相異步電動機 電機拖動與控制電機拖動與控制4.1三相異步電動機的原理與結構三相異步電動機的原理與結構 4.1.1旋轉磁場旋轉磁場的產(chǎn)生的產(chǎn)生 定子鐵芯里有六個線槽，槽內(nèi)嵌放著三個結構完全相同的繞組，其首端和末端分別用U1、V1、W1和U2、V2、W2表示，它們在空間上彼此互差120。將三個末端連在一起，三個首端接到三相對稱電源上，則繞組內(nèi)便流過三相對稱電流。在上圖a中，U相繞組電流為正最大；V、W相的電流均為負。根據(jù)右手螺旋定則，三相電流產(chǎn)生兩極合成磁場，位于U相繞組的軸線上。在上圖b中，V相繞組電流為正最大；U、W相繞組中的電流均為負；根據(jù)右手螺旋定則，合成磁場位

2、于V相繞組的軸線上，并在空間沿逆時針方向轉過了120。同理可得c、d圖繞組中電流及其產(chǎn)生合成磁場的方向。 tt=0=120t=240在兩極電機中，當電流在時間上變化一個周期，磁場在空間正好旋轉一周，當某相電流最大，合成磁場就位于該相繞組的軸線上。由于三相定子電流最大值是按照順序U、V、W的時間順序依次交替變化的，相應的合成磁場也是按照UVW的順序逆時針方向旋轉。如果將定子繞組安排成四極，如圖4-3所示，觀察電流變化時磁場的變化，可以看出：當電流變化120時，磁場在空間沿逆時針方向轉過了60，電流變化一個周期，磁場只在空間旋轉了半周。旋轉磁場的旋轉磁場的轉速與方向轉速與方向1.三相對稱繞組通以三

3、相對稱電流，可產(chǎn)生旋轉磁場。2.當電流變化一周期時，一對極磁場在空間旋轉一周，二對極磁場在空間旋轉半周。由此可推斷：當有p對極時，電流變化一周，磁場在空間旋轉1/p周。因此可得出旋轉磁場的轉速與電流頻率及磁極對數(shù)的關系為pfn11603.磁場的旋轉方向取決于三相交流電的相序。當交流電的相序為UVW時，合成磁場就按UVW的順序旋轉；如果相序變?yōu)閁WV，則磁場的旋轉方向也將隨之改變?yōu)閁WV。 因此，若要改變旋轉磁場的轉向，只需將三相異步電動機的三根電源線中任意兩根對調(diào)即可。 4.1.2三相異步電動機的工作原理三相異步電動機的工作原理圖4-4 異步電動機工作原理圖 設該旋轉磁場以同步轉速沿逆時針方向

4、旋轉，如圖4-4。由于轉子繞組自成閉合回路，則在轉子繞組中產(chǎn)生感應電流。轉子繞組的載流導體在旋轉磁場中將受到電磁力的作用，其方向由左手定則來判定。電磁力作用于轉子從而形成電磁轉矩，在電磁轉矩的作用下轉子逆時針方向旋轉，如圖4-4。 轉子的方向與旋轉磁場方向一致，因此欲改變轉子的轉動方向，需改變?nèi)嚯娏鞯南嘈?。即將三相電源線的任意兩根對調(diào)。 由于轉子電流是通過切割磁場感應產(chǎn)生的，因此，轉子轉速不可能達到同步轉速，否則，轉子與旋轉磁場之間便無相對運動，就不會產(chǎn)生感應電流，也就無法產(chǎn)生電磁轉矩。故這兩種轉速的差異是電動機能夠工作的必要條件，這也就是異步電動機“異步”名稱的由來。因轉子電流是感應產(chǎn)生的

5、，所以又稱感應電動機。轉差率轉差率 把同步轉速與轉子轉速之差稱為轉差或轉差速度，轉差與同步轉速的之比稱為轉差率11nnnss電動機轉子轉速可表示為1)1 (nsn)1 (601spf轉差率反映轉子與旋轉磁場之間相對運動的快慢，對運行性能有極大的影響。當起動瞬間，轉差率為1；當空載運行時，因無負載轉矩，轉子轉速接近同步轉速，轉差率接近0 。所以異步電動機正常運行時，轉差率的變化范圍為01。對普通的三相異步電動機，其額定轉速略低于同步轉速，額定轉差率一般為（0.020.06）。根據(jù)轉差率的大小和符號判斷根據(jù)轉差率的大小和符號判斷異步電動機的三種運行狀態(tài)異步電動機的三種運行狀態(tài) 4.1.3三相異步電

6、動機的基本結構三相異步電動機的基本結構1.定子定子：三相異步電動機的定子部分由機座、定子鐵芯和定子繞組三部分組成。定子繞組 三相異步電動機的定子繞組由結構完全相同、在空間互差120電角度的三個繞組組成，每相繞組由許多線圈按一定規(guī)律嵌放在定子槽內(nèi)，有單、雙層之分。為接線方便，將三相繞組的六個出線端引到接線盒上，根據(jù)需要接成星形或三角形 。2.轉子：轉軸、轉子鐵芯、轉子繞組、風扇等。（1）轉子鐵芯：電動機磁路的一部分并要嵌放轉子繞組，所用材料和定子一樣，由0.5mm厚的沖有轉子槽形的硅鋼片疊壓而成。 （2）籠型轉子繞組：由槽內(nèi)的導條和短接這些導條的導電端環(huán)組成。除掉鐵心，整個轉子繞組的形狀像個籠子

7、，叫籠型轉子。 （3）繞線型轉子繞組結構與定子繞組相同，由對稱的三相繞組組成。三相繞組連成星形，三個首端分別接到安裝在轉軸上的三個銅滑環(huán)（與轉軸絕緣）上，通過固定在定子上的電刷裝置與外電路相聯(lián)，可以串電阻或頻敏變阻器等，用以改善起動和調(diào)速性能 。3.氣隙氣隙大小對異步電動機性能影響極大。氣隙大，磁阻大，勵磁電流也就大，異步電動機功率因數(shù)就會降低。但氣隙過小，會造成裝配困難，且定、轉子易發(fā)生機械摩擦，出現(xiàn)“掃膛”現(xiàn)象。實際電機應兼顧上述兩方面因素。 4 4三相異步電動機的銘牌三相異步電動機的銘牌(1)型號(2)額定功率NP(3)額定電壓NU (4)額定電流NI (5)額定轉速 Nn(6)絕緣等級

8、 (7)工作制 （8）額定效率 N%1003COSIUPNNN = 5 5三相異步電動的主要系列三相異步電動的主要系列Y系列：一般用途的小型籠型全封閉自冷式三相異步電動機。YR系列：三相繞線轉子異步電動機，用在起動靜止負載或慣性負載較大的機械上。YZ和YZR系列：起重和冶金用三相異步電動機 YB系列：防爆式籠型異步電動機。YCT系列：電磁調(diào)速異步電動機 . . （4）額定負載時的轉差率例4-1 一臺三相異步電動機，額定功率55Kw，頻率為50Hz，額定電壓380V，額定效率0.79，額定功率因數(shù)0.89，額定轉速570r/min，試求:5pAAUPINNNNN11979. 089. 03803

9、1055cos3305. 06005706001NNNnnns（1）同步轉速:因電動機額定運行時轉速接近同步轉速，所以同步轉速為600r/min。（2）極對數(shù):為10極電動機（3）額定電流4.2 4.2 交流電機的定子繞組交流電機的定子繞組 三相交流電機繞組安排的要求：2、三相繞組的合成磁勢和每相繞組所產(chǎn)生的感應電勢的波形應盡量接近正弦等。有單層、雙層繞組之分。 1、應盡可能產(chǎn)生較大的磁勢和感應電勢外，還要求三相繞組的匝數(shù)必須相等，每相繞組所產(chǎn)生的磁勢和感應電勢必須對稱即大小相等、相位互差120。 一、交流繞組的幾個術語一、交流繞組的幾個術語7.每極每相槽數(shù)qZpa0360360ppmZq21

10、.繞組元件2.機械角度與電角度：電角度為3.極距4.節(jié)距y 5.槽距角6.相帶：為保證對稱，每個相帶則占60電角度，稱為60相帶。8.極相組每個磁極下同一相的q個線圈，按一定規(guī)律連接起來，就構成極相組,將同一相的若干個極相組串聯(lián)或并聯(lián)，就構成了一相繞組 。 兩極磁場 四極磁場 二、單層繞組二、單層繞組1.單層繞組的基本形式以一臺三相四極24槽異步電動機為例。62pz22pmzq303600zpa單層繞組是指一個槽內(nèi)僅放置一個線圈邊，因此定子總線圈數(shù)等于總槽數(shù)的一半。單層繞組結構簡單、嵌線方便，但磁勢和電勢波形不如雙層繞組。因此單層繞組主要應用于功率在10KW以下的小型三相異步電機和單相異步電機

11、的定子繞組中。表43 相帶與定子槽號對應表相 序U1W2V1U2W1V2N1 S11，23，45，67，89，1011，12N2 S213，1415，1617，1819，2021，2223，24常用的三相單層繞組基本形式有：鏈式、交叉式 、同心式。對單層繞組而言，有幾對極就對應幾個極相組。換句話說，極相組數(shù)等于極對數(shù)。2.交叉鏈式繞組以一臺三相四極36槽異步電動機為例。相 序U1W2VlU2WlV2Nl，S11,2,34,5,67,8,910,11,1213,14,1516,17,18N2，S219,20,2l22,23,2425,26,2728,29,3031,32,3334,35,3692

12、pz32pmzq2. 繞組展開圖 聯(lián)接規(guī)律：兩個相鄰的大線圈之間“首一尾”相聯(lián)，大線圈和小線圈之間“尾一尾”相聯(lián)，小線圈與大線圈之間“首一首”相聯(lián) 。嵌線步驟和規(guī)律為：三相輪著嵌，先嵌兩個大線圈的一邊，空一槽，再嵌一個小線圈的一邊，空兩槽，又嵌兩個大線圈，再空一槽，嵌一個小線圈，以此類推，直至嵌完。即“嵌二槽(大線圈)，空一槽，再嵌一槽(小線圈)，空兩槽”的規(guī)則下線。三.雙層繞組雙層繞組 以一臺三相四極24槽異步電動機為例。=6；q =2；=30。采用60相帶，其相帶與定子槽號劃分如下表： 相 序U1W2VlU2WlV2Nl，S11,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12N2，S21

13、3,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,雙層疊繞組U相繞組展開圖 4.34.3交流電機的磁動勢與磁場交流電機的磁動勢與磁場首先分析單個線圈磁勢，進而分析相繞組的磁勢，最后分析三相繞組的磁勢。yyNi21一、單相繞組的磁勢磁力線兩次通過氣隙，兩段氣隙的磁阻相等，各消耗線圈磁勢的一半，即每極磁勢為 若線圈內(nèi)電流為tIiycos2tFtINNiyyyycoscos2221則矩形波磁勢表達式為 這種空間位置固定不動，而大小和極性隨電流交變的磁勢和磁場，稱為脈振磁勢和脈振磁場。脈振磁勢的頻率就是交流電流的頻率。 直接應用矩形波來分析繞組的磁勢很不方便。可采用傅氏級數(shù)分析法，

14、將線圈的矩形波磁勢分解為基波磁勢和一系列諧波磁勢，其中包含有3、5、7無數(shù)多個奇次諧波。 取線圈的中心線為縱坐標軸，在任意點處的磁勢可以表示為矩形波磁勢分解為基波磁勢和諧波磁勢 xFxFxFxfyyyy5cos3coscos)(531x 是與橫坐標x對應的電角度。Fy1是基波磁勢的幅值 yyyININF9 . 02241線圈磁勢在空間的分布情況表達式為 Fy3、Fy5分別表示3、5各奇次諧波的幅值和相位，以v表示諧波次數(shù)，則有2sin9 . 01vINvFyyv xxxxINxyy7cos715cos513cos31cos9 . 0)(f考慮磁勢隨時間變化，既是空間函數(shù)又是時間函數(shù)txxxxI

15、Ntxfyycos7cos715cos513cos31cos9 . 0),( 二、單相繞組的合成磁勢二、單相繞組的合成磁勢考慮電機采用分布系數(shù)、qkykyqNkkk1Nk每相繞組所產(chǎn)生基波磁勢幅值為1119 . 0NkpINF 次諧波磁勢的幅值為 NkpINF19 . 0單相繞組的磁勢方程式為 txkxkxkxkpINtxfNNNNcos7cos715cos513cos31cos9 . 0),(75311 定義磁勢繞組系數(shù) 短距系數(shù)單相繞組磁勢的幾點結論：單相繞組磁勢的幾點結論： 3）單相繞組諧波磁勢的幅值為基波磁勢幅值1/ ，并諧波磁勢繞組系數(shù)成正比。采用分布短距繞組可使諧波磁勢大為減小。1

16、）位置固定不動，而大小和極性隨電流交變的磁勢和磁場，稱為脈振磁勢和脈振磁場。脈振磁勢的頻率就是交流電流的頻率。 2）單相繞組磁勢既包含有基波，又包含有3、5無數(shù)多個奇次諧波。三、三相繞組基波合成磁勢三、三相繞組基波合成磁勢旋轉基波磁勢旋轉基波磁勢 三相對稱繞組通以三相對稱電流，在U、V、W三個繞組中分別產(chǎn)生幅值相等、時間互差120電角度的脈振磁勢，基波磁勢方程式分別為txFfUcoscos11)120cos()120cos(11txFfV)240cos()240cos(11txFfWxtFffftxfWVUcos23),(11111將上列三式相加，得到三相繞組的基波合成磁勢為1)cos(xtx

17、t三相繞組基波合成磁勢的幅值為單相繞組基波磁勢幅值的1.5倍，其值發(fā)生在 處，即在0t0 x當 時（U相電流達最大），磁勢幅值出現(xiàn)在 位置（即U相繞組軸線上）； 當 時（V相電流達最大），磁勢幅值出現(xiàn)在 位置（即V相繞組軸線上）； 120t120 x合成磁勢是一個幅值恒定，而位置隨時間按對應角度變化的旋轉磁勢。由于其波幅頂點運動軌跡是一個圓，故稱為圓形旋轉磁勢，相應的磁場又稱為圓形旋轉磁場。當相電流達最大時，三相繞組基波合成磁勢的幅值恰好位于該相繞組的軸線上。 三相基波合成磁勢的特點三相基波合成磁勢的特點 （1）當三相對稱電流通入三相對稱繞組時，基波合成磁勢為旋轉磁勢。電流相位變化的電角度，等

18、于基波合成磁勢在空間旋轉的電角度。 （2）改變?nèi)嗬@組中電流的相序，就能夠改變基波合成磁勢的旋轉方向。 （3）當某相繞組電流達到最大值時，基波合成磁勢的幅值必然在該相繞組的中心線上，而且基波合成磁勢的方向與該相繞組的磁勢方向相同。 （4）由于基波合成磁勢幅值的軌跡是一個圓，稱為圓形旋轉磁勢。由此可以推論，如果對稱的m相繞組通以對稱的m相電流，同樣能產(chǎn)生旋轉的磁勢，其基波旋轉磁勢的幅值為IpkNmFmFN111145. 02可將單相繞組的磁勢方程式如U相，分解為下式兩項之和：),(),()cos(21)cos(21coscos111111txftxfxtFxtFtxFfU上式的物理意義是：一個脈

19、振磁勢可以分解為兩個大小相等、旋轉方向相反的旋轉磁勢，分別稱為正向旋轉磁勢、反向旋轉磁勢。4-4 4-4 交流繞組的感應電勢交流繞組的感應電勢一、線圈有效邊中的感應電勢設氣隙中距離起始位置x處的基波磁通密度為Bx=Bmsin?？傻镁€圈邊1中的基波感應電勢為e=NyBxlv=NyBmlvsin。 12 fvtfvtx12若磁場不動，線圈邊1每秒移動的距離為2f1，即線速度為ttfxa12線圈邊基波電動勢的瞬時值為tEtlvBNecmysin2sin lvBNEmyc21一個極距內(nèi)基波磁通密度的平均值為 mavBB2lBavm每極磁通 線圈邊中的基波電勢有效值為myavycNflBNfE11122

20、. 22整距線圈的感應電勢 myccNfEEE1111144. 422短距線圈基波電勢為 /0/111111ccccEEEEEmyycfkNyEE11111144. 490sin290sin)(2111yEkcy整距線圈電動勢短距線圈電動勢基波電勢短距系數(shù) 基波電勢短距系數(shù)基波電勢短距系數(shù) 次諧波電勢短距系數(shù)為 90sin1yky由于為奇數(shù)， )11 (1y0yk可見，選擇適當?shù)木€圈節(jié)距，可使某次諧波的短距系數(shù)為零或接近于零，從而達到消除或削弱該次諧波電勢的目的。 采用短距線圈，雖然其基波電勢比整距線圈來有所減小，但諧波電勢被削弱得更大，使電動勢波形大為改善。所以，雙層繞組多采用短距線圈，不但

21、可節(jié)約線圈端接部分使用的銅線，且能較好的改善電勢的波形。諧波電勢短距系數(shù)諧波電勢短距系數(shù)若選線圈的節(jié)距 二、線圈組的感應電勢與分布系數(shù) 線圈組由匝數(shù)相同、空間相隔一個槽距角的q個線圈串聯(lián)組成。 22321REEE2sin21qREq線圈組的基波合成電勢有效值 11112sin2sinqqkqEqqqEE2sin2sin111qqqEEkqq成電勢）（集中線圈組的基波合成電勢）（分布線圈組的基波合短距、分布線圈組的電勢 mNymqyyqkqNfkkqNfE11111144. 444. 4111qyNkkkqNy是線圈組的總匝數(shù)。KN1稱為基波繞組系數(shù)，表示線圈組基波電勢減小的系數(shù)，等于基波短距系

22、數(shù)與基波分布系數(shù)的乘積，即 4.4.54.4.5相繞組的感應電勢相繞組的感應電勢相繞組的電勢等于相繞組一條并聯(lián)支路中串聯(lián)線圈組電勢的相量和。設相繞組的每條支路串聯(lián)線圈總匝數(shù)為 N1，則相繞組電勢基波的有效值為mNkNfE111144. 4對單層繞組 bNpqNy11對雙層繞組 bNpqNy112b為支路數(shù) 相繞組電勢中除了基波電勢外，還有一系列高次諧波電勢，并產(chǎn)生高次諧波電流，帶來附加損耗、引起振動與噪音，使電機性能變差。因此應削弱高次諧波電勢分量。 主要方法有：將對稱三相繞組連接為Y或可消除線電勢中3次及3的奇數(shù)倍諧波電勢；采用短距和分布繞組削弱高次諧波電勢，一般選取541y,使5次、7次諧

23、波得到較大的削弱。還可在電機結構上采用斜槽等。 4.54.5三相異步電動機的電路分析三相異步電動機的電路分析 一、三相異步電動機的空載運行一、三相異步電動機的空載運行1. 空載電流和空載磁動勢空載電流大部分用來產(chǎn)生氣隙磁場，稱勵磁電流（無功分量）；另一部分用來供給鐵損耗，稱鐵耗電流（有功分量）。由于無功分量遠大于有功分量，所以空載電流近似等于勵磁電流。異步電動機與同容量變壓器相比其空載電流要大，這是因為異步電動機磁路中有氣隙的緣故?？蛰d旋轉磁動勢 ，0F0111045. 0IpKNmFN其基波幅值為 異步電動機空載運行特點：異步電動機空載運行特點： 1nn 轉子與旋轉磁場之間幾乎沒有相對運動

24、02E0s02I02F氣隙磁場完全由定子空載磁動勢 0F同時與定、轉子繞組相交鏈，這部分磁通稱為主磁通 m在定、轉子繞組中產(chǎn)生感應電動勢 1E2E、mNKNfE111144. 4，（勵磁磁動勢）產(chǎn)生 mNKNfE222244. 4一小部分只與定子繞組相交鏈的磁通，稱為定子漏磁通 1在定子繞組中產(chǎn)生漏磁電動勢 1E101xIjE 定子繞組每相漏電抗 1112Lfx電壓平衡方程式 11111011)(zIEjxrIEU定子繞組每相阻抗 111jxrz10zI空載時阻抗壓降，為額定電壓25，可忽略不計 mNKNfEU1111144. 4當電源頻率一定時，電動機的主磁通僅與外加電壓成正比 )(001m

25、mmjxrIzIEmz勵磁阻抗 勵磁電阻，反映鐵芯損耗的等效電阻 mr勵磁電抗，與主磁通相對應的等效電抗 mx空載時的等效電路 與變壓器比較不同之處：變壓器是靜止的，無機械損耗；變壓器磁路無氣隙，空載電流比異步電動機要小。二、三相異步電動機的負載運行二、三相異步電動機的負載運行異步電動機負載運行是指定子接三相電源，轉子軸帶機械負載。由于負載增加，電動機轉速下降，旋轉磁場與轉子的相對轉速加大，轉子感應電動勢增大、轉子電流、電磁轉矩隨之加大，當電磁轉矩加大到與負載轉矩相等時，電動機就在較底轉速下穩(wěn)定運行。轉子感應電動勢的頻率 11260)(sfnnpf12ff 當轉子靜止時，n=0、s=1, 運轉

26、時轉速越高，轉差率越小，轉子電勢頻率越低 額定運行時，額定轉差率通常在（0.020.06）之間，若電源頻率為50 Hz ，則轉子電動勢的頻率僅在13Hz轉子繞組的感應電動勢 221222244. 444. 4sEKsfKNfEmNmNs轉子不動時轉子感應電動勢 mNKNfE221244. 4當轉子轉動時,轉子感應電動勢隨轉差率的減小而減小。 轉子繞組的漏抗 22122222sxLsfLfxs轉子不動時的轉子漏抗 2122Lfx轉子繞組的電流 0)(2222sssjxrIE繞線轉子異步機給出了轉子額定電勢 NE2NI22222222jsxrEsxrEIsSs有效值為 222222)(sxrsEI

27、s當電動機起動瞬間，轉差率為1，轉子電流最大 轉子回路功率因數(shù) 222222)(cossxrr當電動機起動瞬間，轉差率為1，轉子功率因數(shù)最低 異步電動機轉子各量都是轉差率的函數(shù) 負載時磁動勢平衡方程式轉子旋轉磁動勢2F1F空載時，主磁通由空載電流產(chǎn)生的定子磁動勢0F負載時，主磁通由定子磁動勢當電源電壓不變時，主磁通基本不變，所以負載時磁動勢與空載時磁動勢應相等 021FFF)(201FFF1F2F定子磁動勢有兩個分量:勵磁分量（產(chǎn)生氣隙主磁通),負載分量(用來抵消轉子磁動勢對定子磁動勢的去磁作用，以保持氣隙中主磁通不變)。 同方向、同轉速旋轉 與定子磁動勢建立和轉子磁動勢共同建立 111114

28、5. 0IpKNmFw2222245. 0IpKNmFw根據(jù)磁動勢平衡方程式，可以得到定、轉子電流之間關系為 )(211122201IKNmKNmIINN異步電動機的定子電流隨著轉子電流而變化，所以異步電動機和變壓器一樣，通過磁勢平衡，使能量由定子傳遞到轉子。 異步電動機的等效電路可仿照變壓器通過繞組折算求其等效電路的方法，得到異步電動機的等效電路。首先必須進行頻率折算，然后再進行繞組折算。在等效折算過程中，同樣要保持磁動勢平衡關系不變，各種功率不變。 （1）頻率折算實質就是把旋轉的轉子等效成靜止的轉子。 轉子旋轉時的轉子電流為2222222jsxrEsjxrEIsSs2222/jxsrEI2

29、221rssrsr經(jīng)過頻率折算后，等效的靜止轉子中串入了附加電阻 21rss在附加電阻上消耗的電功率22221rssIm可見該附加電阻是異步電動機軸上總機械功率的等效負載電阻，又稱為模擬電阻。 代替了實際旋轉的轉子軸上所產(chǎn)生的總機械功率繞組折算 將相數(shù)為 、2m2N1Nk折算后，定、轉子感應電動勢相等，則a與a和b與b是等電位點，可將等電位點分別連接起來，這樣將定子電路和轉子電路合并成一個電路，得到異步電動機的T形等效電路。 折算成與定子繞組完全相同的等效繞組,折算后轉子各量均為折算值，用“”表示。 每相匝數(shù)為、繞組系數(shù)為的轉子繞組)(22212x jsrIEE)(201IIIT形等效電路 T

30、 型等效電路是一個混聯(lián)電路。實際應用時，可將勵磁支路前移將電路簡化為并聯(lián)電路，稱等效電路為 。用等效電路計算出的轉子各量是折算值，不是實際值。欲求實際值，可用折算值與實際值之間的關系式求得。 1、堵轉短路狀態(tài)：2、空載運行：轉差率接近于零，附加電阻很大，轉子電流很小，定子電流基本上等于勵磁電流，空載功率因數(shù)很低。 3、額定負載運行：轉差率約0.020.06 ，轉子回路總電阻約為轉子漏抗的20倍左右，轉子回路功率因數(shù)較高，轉子電流絕大部分為有功分量，異步電動機的功率因數(shù)也較高，一般在0.80.9之間。用等效電路分析異步電機運行狀況 012rss定、轉子電流都很大。由于附加電阻為零，轉子功率因數(shù)較

31、低，起動轉矩較小。4、電磁制動：轉子旋轉方向與旋轉磁場的方向相反，轉差率大于1，附加電阻上的模擬損耗為負，說明電動機既吸收機械功率也吸收電功率，都轉化為電機銅損耗。 5、發(fā)電運行：轉子轉速超過同步轉速時，轉差率小于0 ，附加電阻上的損耗為負，說明電動機輸出的機械功率為負，電機吸收機械功率，并轉化為電能送給電網(wǎng)。 異步電動機相量圖異步電動機相量圖4.64.6功率與電磁轉矩功率與電磁轉矩 三相異步電動機運行時，從電源輸入的功率為P1 1111cos3IUP 定子銅耗 12113rIpcuT形等效電路 定子鐵耗（定子鐵芯中造成磁滯和渦流） mFerIp203由于電動機正常運行時，轉子電流的頻率很低（

32、約為13Hz），轉子鐵耗可忽略不計。輸入功率減去定子銅輸入功率減去定子銅耗、鐵耗后，就是傳遞到轉子上的功率，稱為電磁功率耗、鐵耗后，就是傳遞到轉子上的功率，稱為電磁功率。 FecuemppPP11222222cos33IEsrIPem轉子銅耗 emcusPrIp22223emCuemmPsrssIpPP)1132222（電磁功率減去轉子銅耗，即轉子軸上總的機械功率mP smmppPP2軸上輸出的機械功率 機械損耗(摩擦損耗和風阻損耗) ) mp附加鐵耗(高次諧波、轉子中的橫向電流等引起) spsmcuFecuPppppPP2121)1 ( :1:2ssPpPemcuem：當電磁功率一定時，電動

33、機轉速越高、轉差率越小，消耗在轉子繞組回路的銅損耗越小，機械功率就越大，電動機的效率就越高。 二、轉矩平衡方程式、轉矩平衡方程式 2PppPsmm2PppPsmmTPsPsPememm11)1 ()1 (電磁轉矩 0Tppadm空載轉矩 LTP2負載轉矩 LTTT0三、電磁轉矩三、電磁轉矩1）電磁轉矩物理表達式12221cos3IEPTempf /211mNKNfE111244. 422cosICTmt異步電動機磁通一定時 ，電磁轉矩正比于電流的有功分量 22cosI2)電磁轉矩參數(shù)表達式pfsrIPTem/2/3122212212112)(xxSrrUI)()(23/2/3221221122

34、112221xxsrrfsrpUpfsrIPTem當定子相電壓、電源頻率不變，電機定、轉子每相繞組電阻和其漏抗為常值，電磁轉矩是轉差率的函數(shù)。 例42 一臺籠型三相異步電動機，已知：額定功率5.5kW，額定電壓 380V，額定轉速1460r/min，繞組三角形連接，額定負載運行時定子銅耗300W，鐵耗200W，機械損耗與附加損耗合計80W。計算額定負載運行時的以下參數(shù)：1）額定轉差率；2）轉子銅耗；3）電磁轉矩；4）輸出轉矩；5）額定效率。 027. 011nnnsNN解 1）額定轉差率 2）總機械功率 WPppPNsmm5580WsPspNmNCu155123）電磁轉矩 mNnPTNNL.3

35、64）輸出轉矩 5）效率 88. 0211smcuFecuNNNpppppPPPP轉子銅耗 mNnPTNm.5 .3655. 94.7 4.7 工作特性工作特性1.轉速特性在額定電壓和額定頻率條件下，)(2Pfn 的關系曲線。 隨著負載的增大，轉子電流加大， 銅損和電磁功率相應增大。銅損比電磁功率增加得快，所以隨著負載的增加，轉差率增加，轉速下降 。 2.定子電流特性在額定電壓和額定頻率條件下，的關系曲線。 )(21PfI 空載時轉子電流近似為零，定子電流為空載電流，主要用于勵磁。隨著負載增大，轉子電流相應增大，從而定子電流隨之增大 。 3.電磁轉矩特性在額定電壓和額定頻率條件下，)(2PfT

36、 的關系曲線。 LTTT002TPT電磁轉矩與輸出功率近似成正比增加，由于轉速略有下降，是一條接近直線略微上翹的曲線 4.功率因數(shù)特性在額定電壓和額定頻率條件下，)(cos21Pf的關系曲線。 空載時，定子電流主要是無功勵磁電流，有功電流分量很小，功率因數(shù)很低，通常不超過0.2。負載時，隨負載增大，轉子電流增大，定子電流中的有功分量增大，功率因數(shù)隨之增大，接近額定負載時，功率因數(shù)最高。若負載進一步增大，引起轉差率迅速增大，導致電流中的無功分量增長較快，使定、轉子的功率因數(shù)反而下降 。5.效率特性在額定電壓和額定頻率條件下，)(2Pf的關系曲線。 smcuFecupppppPP2122空載時，輸

37、出功率為0則效率為0當輸出功率增大時，可變損耗增加較慢，效率上升很快，當可變損耗等于不變損耗時，電動機效率最高。 若負載繼續(xù)增加，可變損耗增加較快，故效率反而降低。 異步電動機選型時，為了獲得較高的運行效率和功率因數(shù)，應盡量避免“大馬拉小車”的現(xiàn)象，使得異步電動機的容量與負載匹配。對于已經(jīng)出現(xiàn)“大馬拉小車”情況，可通過外加變頻器的方案來調(diào)整電動機的運行狀態(tài)，確保電動機實際輸出功率與負載匹配，使電動機運行在高效、節(jié)能狀態(tài)。4.7.24.7.2三相異步電動機參數(shù)的測定三相異步電動機參數(shù)的測定空載實驗目的:確定勵磁阻抗、鐵損耗和機械損耗。 實驗方法為：在額定電壓、額定頻率下，讓電動機空載運轉一段時間

38、，使其機械損耗達到穩(wěn)定。然后改變調(diào)壓器的輸出使得異步電動機定子繞組的電壓從（1.11.2）額定電壓開始逐漸降低，直至轉速發(fā)生明顯變化為止。 空載等效電路為定子漏阻抗與勵磁阻抗相串聯(lián)。此時電動機輸入功率消耗在定子銅耗、鐵耗和機械損耗上。 測量該過程中79個點，每次記錄電動機定子電壓、空載電流、空載輸入功率和轉速繪出空載特性曲線。 mFeppIP2003mFeppIP2003鐵耗正比于電壓的平方，而機械損耗僅與轉速有關（可看作常數(shù)）。作出上圖關系曲線。 00IUzN20003IpPrm20200rzx10rrrm10 xxxm 根據(jù)額定電壓時的一組測量數(shù)據(jù)，可求得 由此得勵磁參數(shù) 目的是確定電機的短路阻抗，轉子電阻和定、轉子漏電抗。堵轉時轉差率，等效電路中附加電阻為零，相當于短路；可認為勵磁支路開路。因此堵轉時的等效電路由短路電和短路電阻串聯(lián)組成。 。2.2.短路實驗短路實驗短路實驗又稱堵轉實驗，即把轉子堵住不轉，將電動機接到三相對稱電源。為防電流過大，通常從0.4倍額定電壓開始，逐漸降低電壓，測57個點。