第5章異步電動機的運行原理

1、第第5 5章章 異步電動機的運行原理異步電動機的運行原理5.1 5.1 異步電動機結構、額定數據與工作原理異步電動機結構、額定數據與工作原理 5.2 5.2 三相異步電動機轉子不轉、轉子繞組開路時三相異步電動機轉子不轉、轉子繞組開路時 的電磁關系的電磁關系 5.3 5.3 三相異步電動機轉子堵轉時的電磁關系三相異步電動機轉子堵轉時的電磁關系 5.4 5.4 三相異步電動機轉子旋轉時的電磁關系三相異步電動機轉子旋轉時的電磁關系 5.5 5.5 三相異步電動機的功率與轉矩三相異步電動機的功率與轉矩 5.6 5.6 三相異步電動機的機械特性三相異步電動機的機械特性 5.7 5.7 三相異步電動機的工

2、作特性及其測試方法三相異步電動機的工作特性及其測試方法 5.8 5.8 三相異步電動機的參數測定三相異步電動機的參數測定 5.1.1 5.1.1 異步電動機基本類型和主要結構異步電動機基本類型和主要結構上一頁 下一頁返回（1 1）按定子相數分有：）按定子相數分有：（2 2）按轉子結構分有：）按轉子結構分有：此外，根據電機定子繞組上所加電壓的大小，又有高此外，根據電機定子繞組上所加電壓的大小，又有高壓異步電動機、低壓異步電動機之分。從其它角度看，壓異步電動機、低壓異步電動機之分。從其它角度看，還有高起動轉矩異步電機、高轉差率異步電機、高轉還有高起動轉矩異步電機、高轉差率異步電機、高轉速異步電機等

3、等。速異步電機等等。 上一頁下一頁返回由定子、轉子、氣隙組成。由定子、轉子、氣隙組成。上一頁下一頁返回機座、定子鐵心和定子繞組機座、定子鐵心和定子繞組上一頁下一頁返回圖圖5-2 定子鐵心定子鐵心 圖圖5-3 定子槽定子槽 上一頁下一頁返回定子繞組： 高壓大、中型容量的異步電動機定子繞組常采用Y接，只有三根引出線，如圖插圖插圖5-1(5-1(a a) )所示。對中、小容量低壓異步電動機，通常把定子三相繞組的六根出線頭都引出來，根據需要可接成Y形或形，如圖插圖插圖5-15-1(b)所示。定子繞組用絕緣的銅（或鋁）導線繞成，嵌在定子槽內。定子繞組如下面照片所示。 Y形和形接法時電壓、電流的關系如插圖

4、5-2所示。 上一頁下一頁返回上一頁下一頁返回上一頁下一頁返回上一頁下一頁返回上一頁下一頁返回插圖插圖5-1插圖插圖5-2 Y形和形和形接法時電壓、電流的關系形接法時電壓、電流的關系 其他部件：機座，端蓋，風罩，銘牌等。 機座主要是為了固定與支撐定子鐵心。還要支撐電機的轉子部分。因此，機座應有足夠的機械強度和剛度；對中、小型異步電動機，通常用鑄鐵機座（見下面照片）；對大型電機，一般采用鋼板焊接的機座，整個機座和座式軸承都固定在同一個底板上。 上一頁下一頁返回上一頁下一頁返回2）氣隙： 異步電動機的氣隙比同容量直流電動機的氣隙小得多，在中、小型異步電動機中，氣隙一般為0.2-1.5mm左右。如下

5、圖：上一頁下一頁返回思考：為什么異步電動機的氣隙比較小？思考：為什么異步電動機的氣隙比較小？上一頁下一頁返回上一頁下一頁返回轉子鐵心、轉子繞組和轉軸轉子鐵心、轉子繞組和轉軸上一頁下一頁返回A 籠型轉子：籠型繞組是一個自己短路的繞組。在轉子的每個槽里放上一根導體，在鐵心的兩端用端環(huán)連接起來。如果把轉子鐵心拿掉，則可看出，剩下來的繞組形狀像個松鼠籠子，如圖下所示，因此又叫鼠籠轉子。導條的材料有用銅的，也有用鋁的。B 繞線式轉子：其繞組為三相對稱繞組，通過滑環(huán)與外串電阻連接，如圖5-4所示。 n籠型轉子和繞線式轉子的結構如下面照片所示。上一頁下一頁返回 圖圖5-4 繞線式異步電動機接線方式繞線式異步

6、電動機接線方式 上一頁下一頁返回上一頁下一頁返回上一頁下一頁返回鼠籠式異步電動機：結構簡單、堅固、鼠籠式異步電動機：結構簡單、堅固、成本低，但運行性能不如繞線式。成本低，但運行性能不如繞線式。繞線式異步電動機：通過外串電阻可改繞線式異步電動機：通過外串電阻可改善電機的起動、調速等性能。善電機的起動、調速等性能。 上一頁下一頁返回上一頁下一頁返回（5 5）額定轉速）額定轉速n nN N ：額定運行時電機的轉速，單位為：額定運行時電機的轉速，單位為r/min r/min 。（6 6）額定功率因數）額定功率因數coscosN N：額定運行時電動機定子邊的：額定運行時電動機定子邊的功率因數。功率因數。

7、 P PN N與與U UN N 、I IN N之間的關系：之間的關系：NNNNNNNNNIUIUP cos3cos3上一頁下一頁返回5.1.2 5.1.2 異步電動機的工作原理異步電動機的工作原理 三相異步電動機定子接三相電源后，電機內便形成三相異步電動機定子接三相電源后，電機內便形成圓形旋轉磁場。圓形旋轉磁場。若轉子不轉，轉子鼠籠導條與旋轉磁密有相對運動，導條中有感應電動勢e，方向由右手定則確定。 由于轉子導體通過端環(huán)自成閉路（見前面照片），于是導條中有電流，不考慮電動勢與電流的相位差時，電流方向同電動勢方向。這樣，導條就在磁場中受力f，用左手定則確定受力方向如圖下所示: 上一頁下一頁返回圖

8、圖5-65-6異步電動機的工作原理異步電動機的工作原理 上一頁下一頁返回 轉差率（為什么叫異步電動機？）切割磁力線是產生轉子感應電流和電磁轉矩的必要條件。轉子必須與旋轉磁場保持一定的速度差，才可能切割磁力線?？梢?，異步電動機轉子轉速總是小于同可見，異步電動機轉子轉速總是小于同步轉速的步轉速的。（所以叫異步電動機） 旋轉磁場的轉速用n1表示，稱為同步轉速；轉子的實際轉速用n表示，轉差：n=n1-n 轉差率：s=n/ n1 上一頁下一頁返回轉差率是異步電動機的一個重要參數轉差率是異步電動機的一個重要參數 異步電動機運行時，定子繞組接到交異步電動機運行時，定子繞組接到交流電源上，轉子繞組自身短路，由

9、于電流電源上，轉子繞組自身短路，由于電磁感應的關系，在轉子繞組中產生電動磁感應的關系，在轉子繞組中產生電動勢、電流，從而產生電磁轉矩。所以，勢、電流，從而產生電磁轉矩。所以，異步電機又叫感應電機。異步電機又叫感應電機。上一頁下一頁返回退出 5.2 5.2 三相異步電動機轉子不轉、轉子繞組開路三相異步電動機轉子不轉、轉子繞組開路 時的電磁關系時的電磁關系 5.2.1 5.2.1 正方向的規(guī)定正方向的規(guī)定 上一頁下一頁返回退出圖圖5-7 5-7 三相異步電動機的正方向三相異步電動機的正方向 上一頁下一頁返回上一頁下一頁返回 0F0F OIBOIB1E2E1E2E1 1 1 +A1，+A2 +j +

10、j +A1，+A2 （a a） （b b） （c c） 插圖插圖5-3 5-3 勵磁電流、勵磁磁動勢以及定、轉子繞組電動勢向量圖勵磁電流、勵磁磁動勢以及定、轉子繞組電動勢向量圖 上一頁下一頁返回 定子合成旋轉磁通勢用F0表示。其特點如下：（1）幅值為（2）轉向 由于定子電流的相序為A1B1C1的次序，所以磁動勢 的轉向是從+A1+B1+C1。011022423IpkNFN上一頁下一頁返回 （3）轉速 相對于定子繞組以角頻率1=2pn1/60（rad / s）旋轉，n1是磁動勢的同步轉速，單位是r/min 。 （4）瞬間位置 插圖5-3（a）中定子A1相電流再過90時間電角度，就轉到+j軸上，即

11、達到正最大值，那時三相合成旋轉磁動勢就應在+A1的軸上。所以畫圖的瞬間，三相合成旋轉磁通勢就應畫在插圖5-3(b) + A1的軸后面90空間電角度的地方。 上一頁下一頁返回把時間參考軸+j，空間坐標軸+A1，+A2三者重疊在一起，磁動勢 正好與 同方向。見插圖5-3(c)。 由于轉子繞組是開路的，不會產生轉子磁動勢。這時作用在磁路上只有定子磁動勢，于是就要在電機的磁路里產生磁通。為此， 也叫勵磁磁動勢，電流 叫勵磁電流。轉子不轉的三相異步電機，相當于一臺副邊開路的三相變壓器，只是在磁路中多了一個空氣隙磁路而已。 0FOI上一頁下一頁返回0I0F0I2.主磁通與定子漏磁通把通過氣隙同時鏈著定、轉

12、子兩個繞組的磁通叫主磁通，氣隙里每極主磁通量用1表示。把只鏈定子繞組的磁通叫定子繞組漏磁通，用 表示。漏磁通主要有槽部漏磁通和端接漏磁通，見圖5-8。由于氣隙是均勻的，勵磁磁動勢產生的主磁通1表所對應的氣隙磁密是一個在空間正弦分布的旋轉波 。 。 1B上一頁下一頁返回 圖圖5-8 5-8 異步電機的主磁通與漏磁通異步電機的主磁通與漏磁通 上一頁下一頁返回5.2.3 感應電動勢旋轉著的氣隙磁通1在定、轉子繞組中感應電動勢的有效值分別為E1和 E2（理解為A1相和A2相的相電動勢）。定子、轉子每相電動勢之比叫電壓變化： 1111144. 4NkNfE1221244. 4NkNfE上一頁上一頁下一頁

13、下一頁返回221121NNekNkNEEk只要是+j軸與繞組軸線+A1、A2重合，氣隙磁密向量一定領先電動勢 、 兩相量90。為了分析問題方便，采用折合算法把轉子繞組向定子邊折合，即把轉子繞組原來的即把轉子繞組原來的N N2 2k kN2N2看成和定子邊的看成和定子邊的N N1 1k kN1N1一樣，一樣，轉子繞組每相感應電動勢便為 1E2E212EkEEe上一頁上一頁下一頁下一頁返回5.2.4 5.2.4 勵磁電流勵磁電流 由于氣隙磁密與定子，轉子都有相對運動，定子、轉子鐵心中產生磁滯和渦流損耗，即鐵損耗。與變壓器一樣，這部分損耗是電源送入的，勵磁電流也由 和 兩分量組成。 IIIIFe0上

14、一頁上一頁下一頁下一頁返回FeI有功分量有功分量I IFeFe很小，因此很小，因此 領先領先 一個不大的角度。一個不大的角度。在時空向量圖上在時空向量圖上 ， 與與 相位相同，相位相同， 與與 相位一相位一樣，樣， 和和 領先領先 一個不大的角度。一個不大的角度。 0II0I0FIB0I0FB上一頁上一頁下一頁下一頁返回圖圖5-9 5-9 計及鐵損耗后的時空向量圖計及鐵損耗后的時空向量圖 5.2.5 電壓方程式、等效電路及相量圖定子繞組的漏磁通在定子繞組里的感應電動勢，用表示。漏磁通本身比較小，并且由漏磁通產生的漏電動勢其大小與定子電流I0成正比。把漏磁通在定子繞組里的感應漏電動勢看成是定子電

15、流I0在漏電抗上的壓降 1E101xI jE上一頁上一頁下一頁下一頁返回定子繞組電阻R1上的壓降為I0R1 。定子回路的電壓方程式為 式中Z1=R1+ j 是定子一相繞組的漏阻抗。轉子一相回路的電壓方程式為 10 xI11011ERIEU10101xI jRIE)(1101jxRIE101ZIE上一頁上一頁下一頁下一頁返回22EU 根據上式可以得到異步電機轉子繞組開路時的相量圖和等效電路。它們與三相變壓器副繞組開路時的情況相同（見圖3-11、圖3-12）。上一頁上一頁 下一頁下一頁返回5.3 5.3 三相異步電動機轉子堵轉時的電磁關系三相異步電動機轉子堵轉時的電磁關系 5.3.1 5.3.1

16、磁動勢與磁通磁動勢與磁通1定、轉子磁動勢定子接額定電壓，轉子堵住不轉，各量的正方向標在圖5-10中。既然轉子繞組自己短路，它的線電壓為零，由于對稱，相電壓也為零。轉子繞組感應電動勢在轉子三相繞組里產生三相對稱電流，每相電流的有效值用 表示。這種情況與變壓器副邊短路情況相類似。 2I上一頁上一頁 下一頁下一頁返回 圖圖5-10 5-10 轉子短路并堵轉的三相異步電動機轉子短路并堵轉的三相異步電動機 上一頁上一頁 下一頁下一頁返回1）轉子空間旋轉磁動勢的特點：（l）幅值 （2）轉向 假設氣隙旋轉磁密逆時針方向旋轉，在轉子繞組里感應電動勢及產生電流的相序為 則磁動勢也是逆時針方向旋轉的，即從十 轉到

17、十 ，再轉到十 。 （3）轉速 相對于轉子繞組的轉速為222222423IpkNFN222CBA2A2B2C上一頁上一頁 下一頁下一頁返回11226060npfpfn轉子電流的頻率 。（4）瞬間位置 同樣把轉子電流 理解為轉子邊相繞組里的電流。當 達正最大值時，即在十j軸上，那時轉子旋轉磁動勢 應轉到 相繞組的軸線處?？梢?，畫時空向量圖時，應該使磁動勢與 重合。12ff 2I2A2I2F2A上一頁上一頁 下一頁下一頁返回2)定子磁動勢用F1表示，其特點如下：（1）幅值為（2）轉向 由于定子電流的相序為A1B1C1的次序，所以磁動勢的轉向是從+A1 +B1+C1。轉速 相對于定子繞組以角頻率1=

18、2pn1/60（rad / s）旋轉，n1是磁動勢的同步轉速，單位是r/min 。（4）瞬間位置 當定子A1相電流達到正的最大值時,F1應在A1相繞組的軸線處。111122423IpkNFN上一頁下一頁返回3)氣隙合成磁動勢： 對于繞組短路的三相異步電機，作用在磁路上的磁動勢有兩個：一為定子旋轉磁動勢；一為轉子旋轉磁動勢。由于它們的旋轉方向相同，轉速又相等，稱它們?yōu)橥叫D。把它們按向量的關系加起來，得到合成的磁動勢仍用 表示,見圖5-11。即0F021FFF上一頁上一頁 下一頁下一頁返回 圖圖5-115-11轉子堵轉時轉子堵轉時的向量圖的向量圖上一頁上一頁 下一頁下一頁返回0F這個合成的旋轉

19、磁動勢 ，才是產生氣隙每極主磁通 的磁動勢。主磁通在定、轉子相繞組里感應電動勢。2.漏磁通定子電流產生的漏磁通，表現的漏電抗仍為 ，由于漏磁路是線性的， 為常數。轉子繞組中有電流時,也要產生漏磁通(見圖5-12)，表現的電抗為 。1x1x2x上一頁上一頁 下一頁下一頁返回圖圖5-12 5-12 漏磁通漏磁通 上一頁上一頁 下一頁下一頁返回n一般情況下，轉子漏電抗也是一個常數。只有當定、轉子電流非常大時，例如直接起動異步電動機，由于起動電流很大（約為額定電流的47倍；），這時定、轉子的漏磁路也會出現飽和現象，使定、轉子漏電抗數值變小。n注意：n變壓器中的主磁通是脈振磁通，變壓器中的主磁通是脈振磁

20、通，1 1是它的最大振幅。是它的最大振幅。n在異步電動機中，氣隙里主磁通的卻是旋轉磁通。在異步電動機中，氣隙里主磁通的卻是旋轉磁通。 1 1表示氣隙里每極的磁通量。表示氣隙里每極的磁通量。 上一頁上一頁 下一頁下一頁返回2222222222jexrEjxrEI22rI22xI j2222222)(0zIEjxrIE上一頁上一頁 下一頁下一頁返回222arctanrx2是轉子繞組回路的功率因數角。是轉子繞組回路的功率因數角。根據定、轉子磁動勢合成關系，有 改寫成 這就可以認為定子旋轉磁動勢里包含著兩個分量：一個分量是 ，它的作用是抵消轉子旋轉磁動勢 對主磁通的影響；另一個分量就是勵磁磁動勢 ，它

21、是產生氣隙旋轉磁密 的 。021FFF)(201FFF2F2F0FB上一頁上一頁 下一頁下一頁返回定子回路的電壓方程式為 5.3.3 轉子繞組的折合 從定子邊看轉子只有轉子旋轉磁動勢對定子旋轉磁通勢起作用，只要維持轉子旋轉磁動勢的大小、相位不變，至于轉子邊的電動勢、電流以及每相串聯(lián)有效匝數是多少都無關緊要。 )(11111jxrIEU上一頁上一頁 下一頁下一頁返回設想把實際電動機的轉子抽出，換上一個新轉子，它的相數、每相串聯(lián)匝數以及繞組系數都分別和定子的一樣（也是三相、 、 ）在新?lián)Q的轉子中，每相的感應電動勢為 、電流為 ，轉子漏阻抗為 雖然換成了新轉子，但轉子旋轉磁動勢并沒有改變，所以對定子

22、邊的影響不變，這就是進行折合的依據 。 1N1Nk2E 2I222x jrz上一頁上一頁 下一頁下一頁返回1.轉子電流的折算：根據定、轉子磁通勢的關系可以寫成令 021FFF2222111224222423IpkNmIpkNNN01122423IpkNN2112222224232242IpkNIpkNmNN上一頁上一頁 下一頁下一頁返回可得簡化為 可以得到 式中 稱為電流變比 .2111112242322423IpkNIpkNNN01122423IpkNN021III2211222213IkIkNkNmIiNNeNNikmkNmkNIIk2222112233上一頁上一頁下一頁下一頁返回2.2.

23、轉子阻抗的折算： 轉子回路的電壓方程式變?yōu)?與 的關系為折合后轉子漏阻抗與折合前轉子漏阻抗的關系為 )(2222x jrIEo2z2z22rkkrie22xkkxie上一頁上一頁 下一頁下一頁返回)(/222222222jxRkkkIEkIEx jRZieie阻抗角 折合前后的有功功率、無功功率關系不變 222222arctanarctan rkkxkkrxieie222222222)( 33rImrkkkIrIiei 222222222)(33xImxkkkIxIiei上一頁上一頁 下一頁下一頁返回5.3.4 基本方程式、等效電路和相量圖異步電動機進行折合后，轉子不轉而轉子短路時的五個基本方

24、程式列寫如下： )(11111jxrIEU)(01mmjxrIE021222221)(IIIx jrIEEE上一頁上一頁 下一頁下一頁返回圖圖5-13 5-13 轉子不轉、轉子繞組短路時的等值電路轉子不轉、轉子繞組短路時的等值電路上一頁上一頁 下一頁下一頁返回圖圖5-14 5-14 轉子不轉、轉子不轉、轉子繞組短路時的轉子繞組短路時的向量圖向量圖上一頁上一頁 下一頁下一頁返回 異步電動機定、轉子的漏阻抗標幺值都是比較小的，如果在它的定子繞組加上額定電壓，這時定、轉子的電流很大，是額定電流的47倍。如果使電動機長期工作在這種狀態(tài)，則有可能將電機燒壞。 有時為了測量異步電動機的參數，采用轉子繞組短

25、路并堵轉實驗。為了不使電動機定轉子過電流，必須把加在定子繞組上的電壓降低，以限制定、轉子繞組中的電流。 上一頁上一頁 下一頁下一頁返回02. 02R 08. 02x1021EEke2001E201020012ekEE5 .24208. 002. 02022222222xREI243. 008. 002. 002. 0cos22222222xRR5.4 5.4 三相異步電動機轉子旋轉時的電磁關系三相異步電動機轉子旋轉時的電磁關系5.4.1 5.4.1 轉差率轉差率 轉子繞組與氣隙旋轉磁密之間要有相對運動，才能在轉于繞組里感應電動勢、電流，產生電磁轉矩?？梢姡惒诫妱訖C轉子轉速總是小于同步轉速的。

26、上一頁上一頁下一頁下一頁返回退出把同步轉速和電動機轉子轉速二者之差與同步轉速的比值叫做轉差率（也叫轉差或者滑差），用s表示。s是一個沒有量綱的數，它的正負和大小不僅能反映電它的正負和大小不僅能反映電動機轉子的轉速，還能反映異步電動機的運行狀態(tài)，動機轉子的轉速，還能反映異步電動機的運行狀態(tài)，如圖如圖5-15所示。所示。正常運行的異步電動機，轉子轉速接近于同步轉速，轉差率很小，一般 。11nnns05. 001. 0Ns上一頁上一頁下一頁下一頁返回圖圖5-15 異步電機的三種運行狀態(tài)異步電機的三種運行狀態(tài) 5.4.2 轉子電動勢當異步電動機轉子以轉速恒速運轉時，轉子回路的電壓方程式為 是轉子轉速為

27、 時，轉于繞組的相電動勢； 是上述情況下轉子的相電流； 是轉子轉速為時，轉子繞組一相的漏電抗。 )(2222sssjxRIEsE2nsI2sx2上一頁上一頁下一頁下一頁返回轉子以轉速恒速旋轉時，轉子繞組的感應電動勢、電流和漏電抗的頻率用 表示： 轉子旋轉時轉子繞組中感應電動勢為 sfnnnpnnnppnf11111226060)(602f1222244. 4NskNfE21221444sEkNsfN上一頁上一頁下一頁下一頁返回上一頁上一頁下一頁下一頁式中式中 是轉子不轉時轉子繞組中感應電動勢。是轉子不轉時轉子繞組中感應電動勢。值得注意的是值得注意的是，電動勢電動勢 并不是異步電機堵轉時真正并不

28、是異步電機堵轉時真正的電動勢的電動勢, ,因為電機堵轉時，氣隙主磁通因為電機堵轉時，氣隙主磁通1 1的大小要的大小要發(fā)生變化發(fā)生變化 。上式中的上式中的1則是電機正常運行時氣隙里則是電機正常運行時氣隙里每極磁通量，認為是常數。每極磁通量，認為是常數。轉子漏抗轉子漏抗 是對應轉子頻率是對應轉子頻率 時的漏電抗。它與時的漏電抗。它與轉子不轉時轉子漏電抗轉子不轉時轉子漏電抗 的關系為：的關系為： 。正常運行的異步電動機，正常運行的異步電動機， 。 2E2Esx22f 22sxxs2x22xxs上一頁上一頁下一頁下一頁返回5.4.3 5.4.3 定、轉子磁動勢及磁動勢關系定、轉子磁動勢及磁動勢關系 1

29、定于磁動勢當異步電機旋轉起來后，定于繞組里流過的電流為產生旋轉磁通勢 。2轉子旋轉磁動勢（1）幅值:當異步電動機以轉速旋轉時，由轉子電流產生的三相合成旋轉磁動勢的幅值為1I1FsNIpkNF222222423上一頁上一頁下一頁下一頁返回（2）轉向：轉子的轉速 ，由于是電動機狀態(tài)，轉子旋轉的方向與氣隙旋轉磁密 同方向，僅僅是轉子的轉速小于氣隙旋轉磁密的轉速。 站在轉子上看氣隙旋轉磁密：它相對于轉子的轉速為 ，轉向為逆時針方向。這樣，由氣隙旋轉磁密在轉子每相繞組感應電動勢，產生電流的相序，仍為 。nB)(1nn 222CBA上一頁上一頁下一頁下一頁返回（3）轉速：轉子電流 的頻率為 ，顯然由轉子電

30、流的產生的三相合成旋轉磁動勢 ，它相對于轉子繞組的轉速用 表示為 sI22f2F2n11226060snpsfpfn上一頁上一頁下一頁下一頁返回（4）瞬間位置：當轉子繞組哪相電流達正最大值時，）瞬間位置：當轉子繞組哪相電流達正最大值時，正好位于該相繞組的軸線上。正好位于該相繞組的軸線上。 3定、轉子磁動勢的合成 現在站在定子繞組的角度上看定、轉子旋轉磁動勢，現在站在定子繞組的角度上看定、轉子旋轉磁動勢，顯然它們的幅值和轉向不會改變。下面分析它們的轉顯然它們的幅值和轉向不會改變。下面分析它們的轉速：轉子磁動勢相對于轉子繞組的轉速為速：轉子磁動勢相對于轉子繞組的轉速為n2。由于轉。由于轉子本身相對

31、于定子繞組有一同方向轉速子本身相對于定子繞組有一同方向轉速n，為此站在為此站在定子繞組上看轉子旋轉磁動勢的轉速為定子繞組上看轉子旋轉磁動勢的轉速為 nsnnn12上一頁上一頁下一頁下一頁返回1111nnnnnn可見，定子旋轉磁動勢與轉子旋轉磁動勢，它們相對定子來說，仍為同步旋轉。定子旋轉磁動勢與轉子旋轉磁動勢向量加起來，得到一個合成的總磁動勢，仍用 來表示。即 現在介紹的勵磁磁動勢，才是異步電動機正現在介紹的勵磁磁動勢，才是異步電動機正常運行時的勵磁磁動勢，對應的電流是勵磁電常運行時的勵磁磁動勢，對應的電流是勵磁電流。流。對于一般的異步電動機， 的大小約為（2050）% 。 0F021FFF0

32、INI上一頁上一頁下一頁下一頁返回5.4.4 5.4.4 轉子繞組頻率的折合轉子繞組頻率的折合定、轉子之間的聯(lián)系是通過磁通勢相聯(lián)系，只要保持轉子旋轉磁通勢的大小不變，至于電流的頻率是多少無所謂. （頻率為 ） （頻率為 ） 2222222jsxrEsjxrEIsss2f2222IjxsrE1f上一頁上一頁下一頁下一頁返回srxrsxrxs2222222arctanarctanarctansI22I上一頁上一頁下一頁下一頁返回 電流 和 它們的頻率分析：sI22I圖圖5-16 5-16 轉子繞組頻率的折合轉子繞組頻率的折合 上一頁上一頁下一頁下一頁返回兩個電流的頻率雖然不同，由于有效值和相位相等

33、，在產生轉子旋轉磁通勢的幅值和相位上又都是一樣的。轉子電路雖然經過這種變換，但是從定子邊看轉子旋轉磁通勢并沒有發(fā)現任何不同。這就是轉子電路的頻率折合，即把轉子旋轉時實際頻率為 的電路，變成了轉子不轉，頻率為 的電路，如圖5-15所示。2f1f上一頁上一頁下一頁下一頁返回再把轉子繞組的相數、匝數以及繞組系數都折合到定子邊，轉子回路的電壓方程式則變?yōu)楫敭惒诫妱訖C轉子電路進行了頻率折合后，轉子旋轉磁通勢的幅值可寫成 )(2222x jsrIE222222242IpkNmFN上一頁上一頁下一頁下一頁返回再考慮轉子繞組的相數、匝數折合， 為 則定、轉子磁動勢的關系 ，又可寫成即為電流關系了： 2F211

34、222423IpkNFN021FFF021III上一頁上一頁下一頁下一頁返回5.4.5 5.4.5 基本方程式、等值電路和時空向量圖基本方程式、等值電路和時空向量圖與異步電動機轉子繞組短路并把轉子堵住不轉時相比較，在基本方程式中，只有轉子繞組回路的電壓方程式有所差別,在轉子回路里增加了一項電阻，其值為： 于是得異步電動機轉子旋轉時的基本方程式： 21rss上一頁上一頁下一頁下一頁返回021222221011111)()(IIIxjsrIEEEjxrIEjxrIEUmm上一頁上一頁下一頁下一頁返回圖圖5-17 5-17 異步電動機的異步電動機的T T型等效電路型等效電路上一頁上一頁下一頁下一頁返

35、回根據以上五個方程式，可以畫出如圖根據以上五個方程式，可以畫出如圖5-17的等效電路。的等效電路。 圖圖5-18是根據上述五個基是根據上述五個基本方程式畫出的異步電動本方程式畫出的異步電動機時間空間相量圖。機時間空間相量圖。功率因數變化特點：1）空載時，轉子電流近似為零,定子電流就是勵磁電流, 功率因數很低。2）額定負載后，等值電路里轉子邊呈電阻性，功率因數較高。這時定子邊的功率因數也比較高，可達0.80.85。 圖圖5-185-18三相異步電動機三相異步電動機時空向量圖時空向量圖上一頁上一頁下一頁下一頁返回由于異步電動機定子漏阻抗不大，所以從空載到額定負載時，在定子漏阻抗上產生的壓降也是較小

36、的，即U1E1成立。這就是說，異步電動機從空載到額定負載運行時，由于定于電壓不變，主磁通1也基本上固定。但當異步電起動時，轉速n0（s=1），這時定子電壓全部降落在定、轉子的漏阻抗上。這樣，定、轉子漏阻抗上的電壓降分別近似為定子電壓一半左右。氣隙主磁通1也將變?yōu)檎＿\行時的一半左右。上一頁下一頁返回圖圖5-19 5-19 異步電動機的簡化等效電路異步電動機的簡化等效電路上一頁上一頁下一頁下一頁返回為簡化計算，工程上常采用圖為簡化計算，工程上常采用圖5-19的的 型等效電路。型等效電路。5. 4. 65. 4. 6 鼠籠轉子鼠籠轉子 鼠籠轉子每相鄰兩根導條電動勢（電流）相位相差的電角度與它們空間

37、相差的電角度是相同的，導條是均勻分布的。 若一對磁極范圍內有 根鼠籠條，轉子就感應產生 相對稱的感應電動勢和電流。若一對磁極范圍內鼠籠條不為整數，則取 。rZm 22m2m上一頁上一頁下一頁下一頁返回圖5-20上一頁上一頁下一頁下一頁返回退出圖圖5-20 5-20 鼠籠轉子的極數鼠籠轉子的極數1fmin/r2fmin/r1nmin/r3100050606011nfp04. 0100096010001nnnsNN25004. 012fsfN異步電動機異步電動機5.5.1 5.5.1 功率關系功率關系P1：從電源輸入的功率定子銅損耗：鐵損耗：定子鐵心與旋轉磁場相對轉速為n1較大，故鐵耗主要為定子鐵

38、耗：1111cos3IUP 12113rIpCumFeFerIpp2013上一頁上一頁下一頁下一頁返回 電磁功率：通過電磁感應由定子傳輸給轉子回路的功率，即或轉子繞組中的銅損耗srIppPPFeCuM2221132222222coscos3IEmIEPMMCusPrIp22223上一頁上一頁 下一頁下一頁返回轉子回路全部電阻上的功率。轉子回路全部電阻上的功率。機械損耗p pm m ：運行時產生的軸承以及風阻等摩擦阻轉矩。附加損耗p padad ：定、轉子開了槽和定、轉子磁通勢中含有諧波磁通勢而產生。根據經驗估算，約為輸出額定功率的0.5%；而在小型異步電動機中，滿載時，可達輸出額定功率的（13

39、）%或更大些。MCuMmPsrssIpPP)1 (132222上一頁上一頁 下一頁下一頁返回 轉軸上的輸出的功率P P2 2： 圖圖5-21 5-21 異步電動機的功率流程異步電動機的功率流程admmppPP2上一頁上一頁 下一頁下一頁返回 異步電動機運行時電磁功率、轉子回路銅損耗和機械功率三者之間的定量關系： 若電磁功率一定，轉差率S越小，轉子回路銅損耗越小，機械功率越大，效率越高。)1 (:1:2ssPpPmCuMadmFecuCupppppPP2121上一頁上一頁下一頁下一頁返回mPT11602)1 ()1 (602MMmmPnsPsnPPT上一頁上一頁下一頁下一頁返回兩邊除以角速度，得

40、出 式中 為空載轉矩， 為輸出轉矩。02TTT0T00pppTadm2T上一頁上一頁下一頁下一頁返回5.5.3 5.5.3 電磁轉矩物理表達關系電磁轉矩物理表達關系電磁功率除以同步機械角速度得電磁轉矩602312221nrIPTM602cos31222nIE22122cos23IkpNN221cosICjM上一頁上一頁下一頁下一頁返回式中n為轉矩系數。2223NMjkpNC上一頁上一頁 下一頁下一頁返回從上看出，異步電動機的電磁轉矩從上看出，異步電動機的電磁轉矩T T與氣隙每極磁通、與氣隙每極磁通、轉子電流以及轉子功率因數成正比；或者說與氣隙每轉子電流以及轉子功率因數成正比；或者說與氣隙每極磁

41、通和轉子電流的有功分量乘積成正比。極磁通和轉子電流的有功分量乘積成正比。VUN3801kWPN100min/950rnNkWpm105. 01000950100011nnnsNmin/10001rn 1n22CumMppPPMNCuPsp2kWspPPNmM3 .10605. 011100)1 (2MNCuPsp210003 .10695509550602111nPnPPTNMMN950100955095502NmNNNnPPT950195500NmpT5.6 5.6 三相異步電動機的機械特性三相異步電動機的機械特性pfsrInsrIT2360232221222上一頁上一頁下一頁下一頁返回22

42、122112)(xxsrrUIn得到電磁轉矩公式:2212211221)(6023xxsrrfsrUT上一頁上一頁下一頁下一頁返回2212211221)(23 xxsrrfsrpU（5-38）n這就是異步電動機機械特性的參數表達式。當、及漏這就是異步電動機機械特性的參數表達式。當、及漏阻抗等參數一定時，畫成曲線便是異步電動機的阻抗等參數一定時，畫成曲線便是異步電動機的Ts曲線曲線(見圖見圖5-21)。 三相異步電動機在電壓、頻率均為額定值，定、轉子回路不串入任何電路元件時的機械特性。上一頁上一頁返回下一頁下一頁固有機械特性：固有機械特性：5.5.2 5.5.2 固有機械特性固有機械特性上一頁上

43、一頁 下一頁下一頁返回圖圖5-21三相異步電動機三相異步電動機固有機械特性固有機械特性 1）電動狀態(tài)：在0S1，即n1n0的范圍內，特性在第象限，電磁轉矩T和轉速n都為正，T與n同方向。2）發(fā)電狀態(tài)：在s0范圍內，nn1，特性在第象限，電磁轉矩為負值，是制動性轉矩。機械特性在S0和s0兩個范圍內近似對稱。3）制動狀態(tài)：在s1范圍內，n0，特性在第象限，T0，是制動性轉矩。 上一頁上一頁 下一頁下一頁返回n A點：理想空載運行點；B點：額定運行點 C點：電磁轉矩最大點；D點：起動運行點最大電磁轉矩：令 dT/ds=0，得到最大電磁轉矩 最大轉矩對應的轉差率稱為臨界轉差率221212xxrrsm上

44、一頁上一頁 下一頁下一頁返回幾個特殊運行點：幾個特殊運行點：)(2321221211121xxRRfpUTm（5-39）上式十號為電動機狀態(tài)；號為發(fā)電機狀態(tài)。一般情況下， 不超過 的5%，可以忽略。則有 21r221xx)()(232121221121xxrsxxfpUTmm上一頁上一頁 下一頁下一頁返回 最大轉矩倍數：最大電磁轉矩與額定電磁轉矩的比值稱為過載能力，用表示為一般三相異步電動機=1.62.2,起重、冶金用的異步電動機=2.22.8。NmTT上一頁上一頁下一頁下一頁返回上式說明最大電磁轉矩與電壓平方成正比，與漏電抗上式說明最大電磁轉矩與電壓平方成正比，與漏電抗成反比；臨界轉差率與轉

45、子電阻成正比，與漏電抗成成反比；臨界轉差率與轉子電阻成正比，與漏電抗成反比，與電壓大小無關。反比，與電壓大小無關。3. 起動轉矩電動機起動時n=0，s=1，起動轉矩為可知，TS與電壓平方成正比；轉子電阻越大，起動轉矩越大；漏電抗越大，起動轉矩越小。起動轉矩與額定轉矩的比值稱為起動轉矩倍數，用 表示：2212211221)()(23xxrrfrpUTsNsTTTK/TK上一頁上一頁下一頁下一頁返回NUNnmin/r12. 31x53. 12R25. 42xmin/975rnNmin/10001rn 043. 01000957100011nnnsNNmNxxsRRfsRpUTNNN5 .33)25

46、. 412. 3(043. 0/53. 108. 2502043. 0/53. 1)3380(33)(2/32222212211221)(232121121xxfpUTmmN.94)25. 412. 3(502)3380(332128 . 25 .33/94NmTT2 . 0)25. 412. 3(53. 1)(212xxRsm2212211221)()(23xxRRfRpUTSmN 5 .31)25. 412. 3()53. 108. 2(50253. 1)3380(3322294. 05 .33/5 .31NsTTTK5.5.3 5.5.3 人為機械特性人為機械特性 1.降低定子端電壓的人

47、為機械特性 U1不宜從UN升高電壓，只能降低定子端電壓。不同電壓的人為機械特性，都得通過n1點; 電磁轉矩T與U12成正比，為此最大轉矩Tm以及起動轉矩TS都要隨U1的降低而按U1的平方減小。而最大轉矩對應的轉差率Sm不變。（見圖（見圖5-235-23）上一頁上一頁下一頁下一頁返回上一頁上一頁下一頁下一頁返回圖圖5-23 降低定子端電壓的人為特性降低定子端電壓的人為特性 2.轉子回路串入三相對稱電阻的人為機械特性 最大電磁轉矩與轉子電阻無關，即轉子串入電阻后，Tm不變，臨界轉差率為 （r2+R）轉子回路串入適當電阻，可以增大起動轉矩。若使如下圖5-24所示。則起動轉矩為最大電磁轉矩。ms121

48、2 xxRrsm上一頁上一頁下一頁下一頁返回上一頁上一頁下一頁下一頁返回圖圖5-24 轉子回路串電阻的人為特性轉子回路串電阻的人為特性 5.5.4 機械特性的實用公式用式（5-39）去除式（5-38）得2212212212112)()(2xxsrrsxxrrrTTm上一頁上一頁下一頁下一頁返回因有msrxxr222121)(qssssqsrrsssssrrTTmmmmmmm22)1 (22121上一頁上一頁下一頁下一頁返回式中其中 大約在0.10.2范圍內，上式中，顯然在任何s值時，都有 ， 而q 2可忽略，這樣上式可簡化為三相異步電動機機械特性的實用公式 （5-46）mmssrrq2221m

49、s2/ssssmmssssTTmmm/2上一頁上一頁下一頁下一頁返回2實用公式的使用1)1) 若在額定點運行，忽略空載轉矩，近似認為 ；過載能力可從產品目錄中查到，故 ；臨界轉差率的計算公式：2)若知道在人為機械特性上某點運行，則NNTT2NmTT)1(2Nmss上一頁上一頁下一頁下一頁返回1)(22TTTTssNNm 當三相異步電動機在額定負載范圍內運行時，（ 0.010.05）， 。 忽略s /sm，則式（5-46）變?yōu)橹本€方程:Nsssssmm/ssTTmm25.5.5 5.5.5 穩(wěn)定運行問題穩(wěn)定運行問題msNmss2不過，在應用該公式時，不過，在應用該公式時， 應應按下式計算按下式計

50、算 電動機機械特性與負載轉矩特性的交點即電動機的運行點，如圖5-25中的a、b、c、d點。從三相異步電動機機械特性上看，當0ssm，機械特性下斜，拖動恒轉矩負載和泵類負載運行時均能穩(wěn)定運行，如圖5-25中的a、c點。 仍可以穩(wěn)定運行，如圖5-25中的d點。但對恒轉矩負載，b點為不穩(wěn)定運行點。LTT 圖圖5-255-25電動機運行的穩(wěn)定性分析電動機運行的穩(wěn)定性分析dndTdndTLNPNU1fNnmin/r1n027. 015001460155011nnnsNTNss mNTssTNN.8 .7262 .981027. 002. 00237. 0027. 02 .981

51、860NNsTTsmin/14641500)0237. 01 ()1 (1rnsn5.7.1工作特性的分析 異步電動機的工作特性是 、 時 的關系曲線，如圖5-26所示。NUU 1Nff 1上一頁上一頁下一頁下一頁返回）（、211cosPfTIn 上一頁上一頁下一頁下一頁返回圖圖 5-26 異步電動機的工作特性異步電動機的工作特性 1. 轉速特性三相異步電動機空載時，轉子的轉速n接近于同步速。隨著負載的增加，轉速n要略微降低，這時轉子電動勢增大，轉子電流增大，以產生大的電磁轉矩來平衡負載轉矩。2定子電流特性 當電動機空載時，轉子電流差不多為零；定子電流等于勵磁電流。隨著負載的增加，轉速下降，轉子電流增大，定子電流也增大。上一頁上一頁下一頁下一頁返回）（2Pfn ）（21PfI 3定子邊功率因數特性 空載時，定子功率因數很低，不超過0.2。 當負載增大時，定子電流中的有功電流增加，使功率因數提高。接近額定負載時功率因數最高。如果負載進一步增大，由于轉差率S的增