華中科技大學(xué)-電機(jī)學(xué)-第五章-異步電機(jī)(完美解析)

電機(jī)學(xué)

ElectricMachinery（第5章異步電機(jī)）異步電機(jī)的基本工作原理異步電機(jī)的三種運(yùn)行狀態(tài)異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)異步電動(dòng)機(jī)的額定值5.1概述3三相異步電機(jī)主要用作電動(dòng)機(jī)，拖動(dòng)各種生產(chǎn)機(jī)械，例如：風(fēng)機(jī)、泵、壓縮機(jī)、機(jī)床、輕工及礦山機(jī)械、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的脫粒機(jī)和粉碎機(jī)、農(nóng)副產(chǎn)品中的加工機(jī)械等等。在民用生活中，電扇、洗衣機(jī)、電冰箱和空調(diào)器等一般由單相異步電動(dòng)機(jī)來(lái)拖動(dòng)。4優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、價(jià)格低廉、運(yùn)行可靠、堅(jiān)固耐用、運(yùn)行效率較高并具有適用的工作特性。缺點(diǎn)：功率因數(shù)較差，電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中必須從電網(wǎng)吸收感性無(wú)功功率，因此它的功率因數(shù)總小于1；目前尚不能經(jīng)濟(jì)地在較大范圍內(nèi)平滑調(diào)速。

異步電機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)5

異步電機(jī)分類定子相數(shù)

單相異步電動(dòng)機(jī)兩相異步電動(dòng)機(jī)

三相異步電動(dòng)機(jī)繞線型異步電動(dòng)機(jī)鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)6一、異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)異步電機(jī)外形圖異步電機(jī)結(jié)構(gòu)圖71.定子①定子鐵心：電機(jī)主磁路的組成部分，并嵌放定子繞組。由厚度為0.5mm的硅鋼片疊裝而成。為了嵌放定子繞組，在定子沖片內(nèi)圓周上均勻地沖制若干個(gè)形狀相同的槽。8②定子槽形：半閉口槽適用于小型異步電機(jī)，其繞組是用圓導(dǎo)線繞成。半開口槽適用于低壓中型異步電機(jī)，其繞組是成型線圈。開口槽適用于高壓大中型異步電機(jī)，其繞組是用絕緣帶包扎并浸漆處理過(guò)的成型線圈。9定子繞組：構(gòu)成電路部分，用來(lái)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、流過(guò)電流、實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。通常采用雙層短距繞組，小型電機(jī)可采用單層繞組；對(duì)中、小容量的低壓異步電動(dòng)機(jī)，通常定子三相繞組的六個(gè)出線頭都引出，可根據(jù)需要靈活地接成“Y”形或“D”形。U1V1W1U1V1W1W2U2V2W2U2V2D聯(lián)結(jié)Y聯(lián)結(jié)10機(jī)座：固定和支撐定子鐵心。要求有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。112.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子鐵心：電機(jī)主磁路的組成部分，并放置轉(zhuǎn)子繞組。由厚度為0.5mm的硅鋼片疊裝而成；在轉(zhuǎn)子外圓周上沖制均勻分布的形狀相同的槽。12轉(zhuǎn)子槽形槽形的選擇主要決定于對(duì)運(yùn)行性能和起動(dòng)性能的要求。常見轉(zhuǎn)子槽型13鼠籠型轉(zhuǎn)子鐵心和繞組結(jié)構(gòu)示意圖籠型繞組：在轉(zhuǎn)子鐵心每個(gè)槽內(nèi)各放置一根導(dǎo)體，在鐵心兩端放置兩個(gè)端環(huán)，分別把所有的導(dǎo)體伸出槽外部分與端環(huán)聯(lián)接起來(lái)。籠型繞組一般為鋁澆鑄的，對(duì)中大型電機(jī)為減小損耗、提高效率，往往采用銅條焊接而成。③

轉(zhuǎn)子繞組：構(gòu)成電路部分，有籠型和繞線型兩種繞組型式。斜槽形式14繞線型繞組：與定子繞組具有相同相數(shù)、極數(shù)的三相對(duì)稱繞組，一般采用雙層波繞組或疊繞組。一般接成星形，將三相繞組的三個(gè)引出線分別接到轉(zhuǎn)軸上三個(gè)滑環(huán)上，再通過(guò)電刷與外電路接通。繞線型轉(zhuǎn)子特點(diǎn)是可以通過(guò)滑環(huán)電刷在轉(zhuǎn)子回路中接入附加電阻，以改善電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能、調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速。15支撐轉(zhuǎn)子鐵心和輸出、輸入機(jī)械轉(zhuǎn)矩。④轉(zhuǎn)軸16定義：定、轉(zhuǎn)子之間的間隙，也是電機(jī)主磁路的組成部分。氣隙大小對(duì)異步電機(jī)的性能影響很大。為了減小電機(jī)主磁路的磁阻，降低電機(jī)的勵(lì)磁電流，提高電機(jī)的功率因數(shù)，氣隙應(yīng)盡可能小。異步電機(jī)氣隙長(zhǎng)度應(yīng)為定、轉(zhuǎn)子在運(yùn)行中不發(fā)生機(jī)械摩擦所允許的最小值。中、小型異步電機(jī)中，氣隙長(zhǎng)度一般為0.2～1.5mm。3、氣隙氣隙大：磁阻大，勵(lì)磁電流（空載電流）大，功率因數(shù)低；氣隙磁場(chǎng)諧波含量（漏磁引起附加損耗）減少，改善起動(dòng)性能。氣隙?。菏芗庸た赡芗皺C(jī)械安全所限制。17二、異步電機(jī)的基本工作原理異步電機(jī)定子三相對(duì)稱繞組接在三相對(duì)稱交流電網(wǎng)上，轉(zhuǎn)子繞組對(duì)稱短路。定子繞組中流過(guò)三相對(duì)稱電流，在氣隙中產(chǎn)生基波旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在短路的轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)并產(chǎn)生電流。該感應(yīng)電流與氣隙中的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)異步電機(jī)的運(yùn)行。兩極異步電動(dòng)機(jī)示意圖1nn<18三、異步電機(jī)的三種運(yùn)行狀態(tài)1、異步電機(jī)的轉(zhuǎn)差率同步轉(zhuǎn)速n1定子繞組中流過(guò)頻率為f1的三相對(duì)稱電流，在氣隙中產(chǎn)生的基波旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相對(duì)于定子繞組的轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速，記為n1。同步轉(zhuǎn)速大小取決于電流頻率f1和繞組極對(duì)數(shù)p，轉(zhuǎn)向?yàn)閺某半娏飨嗬@組轉(zhuǎn)向滯后電流相繞組。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n轉(zhuǎn)子的機(jī)械轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，記為n。轉(zhuǎn)差率s：同步轉(zhuǎn)速n1與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n之差對(duì)同步轉(zhuǎn)速n1之比值，記為s。19異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子可以是帶負(fù)載機(jī)，也可以是由原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，在不同的轉(zhuǎn)子外部條件下，異步電機(jī)將運(yùn)行于不同的轉(zhuǎn)速和不同的轉(zhuǎn)差率，對(duì)應(yīng)不同的運(yùn)行狀態(tài)。根據(jù)轉(zhuǎn)差率的正負(fù)、大小，異步電機(jī)分別對(duì)應(yīng)于電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電磁制動(dòng)等三種不同運(yùn)行狀態(tài)。2、異步電機(jī)的三種運(yùn)行狀態(tài)①0<n<n11>s>0：電動(dòng)機(jī)狀態(tài)右手定則->e2產(chǎn)生

->i2與e2同方向左手定則->Tem產(chǎn)生->Tem與n同轉(zhuǎn)向，Tem為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子：電動(dòng)機(jī)20②

n>n1

s<0：發(fā)電機(jī)狀態(tài)右手定則->e2產(chǎn)生

->i2與e2同方向左手定則->Tem產(chǎn)生->Tem與n反轉(zhuǎn)向，Tem為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)子拖動(dòng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)：發(fā)電機(jī)③

n<0s>1：電磁制動(dòng)狀態(tài)右手定則->e2產(chǎn)生

->i2與e2同方向左手定則->Tem產(chǎn)生->Tem與n反轉(zhuǎn)向，Tem為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)阻礙轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)：電磁制動(dòng)狀態(tài)21狀態(tài)電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)電磁制動(dòng)n與s關(guān)系n<n10<s<1n>n1s<0n<0，n與n1反向s>1Tem的性質(zhì)電磁驅(qū)動(dòng)力矩電磁阻力矩電磁阻力矩能量轉(zhuǎn)換電能→機(jī)械能機(jī)械能→電能電能+機(jī)械能→內(nèi)部損耗（短路）異步電機(jī)只有在定子側(cè)外加電源的情況下，轉(zhuǎn)子側(cè)電動(dòng)勢(shì)和電流由氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)感應(yīng)產(chǎn)生，因此也稱為“感應(yīng)電機(jī)”；而此感應(yīng)作用，只有在轉(zhuǎn)子與氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)不同步，即“異步”（s不等于0），才可以產(chǎn)生，因此“感應(yīng)電機(jī)”又稱“異步電機(jī)”?？偨Y(jié)22四、異步電動(dòng)機(jī)的額定值23額定功率PN：是轉(zhuǎn)軸上輸出的機(jī)械功率，單位為W或kW。額定電壓UN：施加在定子繞組上的線電壓，單位為V。額定電流IN：電動(dòng)機(jī)在額定電壓、額定頻率下，軸端輸出額定功率時(shí)，定子繞組的線電流，單位為A。額定頻率fN：我國(guó)電網(wǎng)頻率fN=50Hz。額定轉(zhuǎn)速nN：電動(dòng)機(jī)在額定電壓、額定頻率、軸端輸出額定功率時(shí)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，單位為r/min。額定效率ηN。額定功率因數(shù)cosφN。三相異步電動(dòng)機(jī)額定值之間的關(guān)系242）如銘牌上標(biāo)有“380V、D聯(lián)結(jié)”時(shí)，表示電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)只能采用“D”聯(lián)結(jié)，但是在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程中可接380V電源，繞組采用“Y”聯(lián)結(jié)，起動(dòng)完畢，恢復(fù)“D”聯(lián)結(jié)。2、對(duì)于中低壓電動(dòng)機(jī)1）如銘牌上標(biāo)有“380/220V、Y/D聯(lián)結(jié)”時(shí)，表示電源電壓為380V時(shí)，電機(jī)繞組采用“Y”聯(lián)結(jié)；電源電壓為220V時(shí)，采用“D”聯(lián)結(jié)。提示：1、對(duì)于高壓電動(dòng)機(jī)定子繞組只有三根出線，只要電源電壓符合電動(dòng)機(jī)銘牌電壓值便可使用。定、轉(zhuǎn)子基波磁動(dòng)勢(shì)空間相對(duì)靜止5.2三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行原理轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的異步電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的異步電機(jī)異步電機(jī)參數(shù)測(cè)定內(nèi)部電磁關(guān)系電壓平衡方程式磁動(dòng)勢(shì)平衡方程式繞組折算與等效電路26一、轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的異步電機(jī)：將異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸卡?。晦D(zhuǎn)子繞組短路；定子繞組施加三相對(duì)稱電壓。假設(shè)：氣隙中只有基波磁通，定、轉(zhuǎn)子繞組上只感應(yīng)有基波電勢(shì)271．定、轉(zhuǎn)子基波磁動(dòng)勢(shì)空間相對(duì)靜止①定子側(cè)：定子繞組施加三相對(duì)稱電壓定子三相對(duì)稱繞組中，流過(guò)頻率為f1的三相對(duì)稱電流I1；定子繞組在氣隙空間中產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)基波磁動(dòng)勢(shì)F1，相對(duì)于定子繞組的轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速n1，n1＝60f1/p；圓形旋轉(zhuǎn)基波磁動(dòng)勢(shì)F1轉(zhuǎn)向?yàn)閺某半娏飨嗬@組軸線轉(zhuǎn)向滯后電流相繞組軸線（A->B->C）。28②轉(zhuǎn)子側(cè)：轉(zhuǎn)子繞組短路，轉(zhuǎn)軸固定圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)→切割轉(zhuǎn)子繞組，產(chǎn)生頻率為f2的三相對(duì)稱感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（f2＝pn1/60，f2

=f1

）；三相對(duì)稱感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在閉合的轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生三相對(duì)稱電流I2；轉(zhuǎn)子繞組在氣隙空間中產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)基波磁動(dòng)勢(shì)F2，相對(duì)于轉(zhuǎn)子繞組的轉(zhuǎn)速為n2，n2＝60f2/p＝n1；圓形旋轉(zhuǎn)基波磁動(dòng)勢(shì)F2轉(zhuǎn)向?yàn)閺某半娏飨嗬@組軸線轉(zhuǎn)向滯后電流相繞組軸線（A->B->C），即與定子旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)F1同轉(zhuǎn)向。F2與F1同轉(zhuǎn)速、同轉(zhuǎn)向（n2＝n1），故定、轉(zhuǎn)子基波磁動(dòng)勢(shì)空間保持相對(duì)靜止292．內(nèi)部電磁關(guān)系氣隙中的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)由F2與F1共同建立，即F2與F1空間矢量可以合成為一個(gè)等效勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)Fm：303．電壓平衡方程式正方向規(guī)定：電流流入為正，且電勢(shì)方向與電流方向相同。R1、R2和X1σ、X2σ分別為定、轉(zhuǎn)子繞組的電阻和漏電抗。31定、轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)變比ke：定、轉(zhuǎn)子繞組電動(dòng)勢(shì)之比定、轉(zhuǎn)子側(cè)電動(dòng)勢(shì)平衡方程從電路分析角度來(lái)看，轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的異步電機(jī)電壓方程與二次級(jí)側(cè)短路時(shí)的變壓器電壓方程相似32由于定、轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)F1與F2空間保持相對(duì)靜止，故可以合成為一等效的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)：3.磁動(dòng)勢(shì)平衡方程式類似于變壓器磁動(dòng)勢(shì)，將上式改寫為：異步電機(jī)氣隙中，全部磁動(dòng)勢(shì)由定子產(chǎn)生；Fm為勵(lì)磁分量，用以產(chǎn)生氣隙旋轉(zhuǎn)基波磁場(chǎng)；F1L為負(fù)載分量，用以平衡轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)的作用，它與轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)大小相等方向相反。33選擇F1與I1同相位、F2與I2同相位，F(xiàn)m與Im同相位，用電流在時(shí)間上的相位關(guān)系表示磁動(dòng)勢(shì)在空間上的相位關(guān)系，則磁動(dòng)勢(shì)平衡方程可改寫為：定義電流比則磁動(dòng)勢(shì)平衡方程式可表示為：異步電動(dòng)機(jī)定子電流I1分成Im和I1L兩個(gè)分量；Im是勵(lì)磁分量，用于建立電機(jī)鐵心中的主磁通Φm；I1L是負(fù)載分量，用于建立磁動(dòng)勢(shì)F1L去平衡轉(zhuǎn)子磁勢(shì)F2。34轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的基本方程定子側(cè)：轉(zhuǎn)子側(cè)：定、轉(zhuǎn)子關(guān)聯(lián)方程：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方程：Zm=Rm+jXm為勵(lì)磁阻抗；Rm為勵(lì)磁電阻，代表鐵耗的等效電阻；Xm為勵(lì)磁電抗，反映主磁通在電路中的作用。4.繞組折算與等效電路35繞組折算轉(zhuǎn)子繞組折算——把實(shí)際相數(shù)為m2、繞組匝數(shù)為N2、繞組系數(shù)為kN2的轉(zhuǎn)子繞組，折算成與定子繞組有相同相數(shù)m1、相同匝數(shù)N1和相同繞組系數(shù)kN1轉(zhuǎn)子繞組。折算原則：氣隙主磁通不變；定子各種物理量均不變，對(duì)電網(wǎng)等效；轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)不變，各種功率均不變（功率因數(shù)不變）。繞組折算主要有電流折算、電動(dòng)勢(shì)折算和阻抗折算。36電流折算根據(jù)折算前后轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)應(yīng)保持不變?cè)瓌t電動(dòng)勢(shì)折算根據(jù)折算前后轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)不變?cè)瓌t37阻抗折算根據(jù)折算前后轉(zhuǎn)子銅耗保持不變?cè)瓌t根據(jù)折算前后轉(zhuǎn)子功率因數(shù)保持不變?cè)瓌t38折算到定子側(cè)的異步電機(jī)基本方程式組為39等效電路經(jīng)折算后，同變壓器類似，可得異步電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的T型等效電路。40參數(shù)的物理意義異步電動(dòng)機(jī)中，磁通由三相繞組聯(lián)合產(chǎn)生；變壓器中，磁通由一相繞組產(chǎn)生。為定/轉(zhuǎn)子漏抗，由定/轉(zhuǎn)子三相電流聯(lián)合產(chǎn)生的漏磁通，在定/轉(zhuǎn)子每一相上引起的電抗；Rm為勵(lì)磁電阻，代表鐵心損耗的等效電阻；Xm為勵(lì)磁電抗，反映主磁通在電路中的作用，非線性。R1/R2為定/轉(zhuǎn)子繞組電阻；折算后，轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的異步電機(jī)等效電路與二次級(jí)側(cè)短路時(shí)的變壓器等效電路相同。定、轉(zhuǎn)子基波磁動(dòng)勢(shì)空間相對(duì)靜止5.2三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行原理轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的異步電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的異步電機(jī)異步電機(jī)參數(shù)測(cè)定內(nèi)部電磁關(guān)系與基本方程頻率折算與繞組折算轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)對(duì)轉(zhuǎn)子側(cè)各量的影響等效電路42轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的異步電機(jī)：定子繞組施加三相對(duì)稱電壓；轉(zhuǎn)子繞組短路；假設(shè)：氣隙中只有基波磁通，定、轉(zhuǎn)子繞組上只感應(yīng)有基波電勢(shì)。二、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的異步電動(dòng)機(jī)431、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)對(duì)轉(zhuǎn)子各物理量的影響①轉(zhuǎn)子頻率轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組的電動(dòng)勢(shì)和電流的頻率與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速有關(guān)，取決于氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子的相對(duì)速度（n1-n）。轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)和電流的頻率稱為轉(zhuǎn)子頻率，有因轉(zhuǎn)子頻率與轉(zhuǎn)差率成正比，又稱為轉(zhuǎn)差頻率。異步電動(dòng)機(jī)額定負(fù)載時(shí)，s通常在0.02～0.05范圍內(nèi)，即當(dāng)f1=50Hz時(shí)，f2=1～2.5Hz，由此可知轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)和電流的頻率很低，因而轉(zhuǎn)子鐵耗可以忽略。44②轉(zhuǎn)子相繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)③轉(zhuǎn)子相繞組漏阻抗④轉(zhuǎn)子相電流45轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)后，由轉(zhuǎn)子電流所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子基波旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)相對(duì)于轉(zhuǎn)子繞組的轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)子基波旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)相對(duì)于定子繞組的轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)子基波旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)和定子基波旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即定、轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)空間仍相對(duì)靜止。2、定、轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)空間仍相對(duì)靜止46不論轉(zhuǎn)子靜止還是旋轉(zhuǎn)，定、轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)與在空間上總相對(duì)靜止，都以同步速n1旋轉(zhuǎn)；和仍可空間矢量合成，等效為合成的激磁磁動(dòng)勢(shì)，即磁勢(shì)平衡方程式不變47轉(zhuǎn)子回路的頻率。3、內(nèi)部電磁關(guān)系與基本方程氣隙中的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)由F2與F1共同建立；F2與F1空間相對(duì)靜止，轉(zhuǎn)速同為n1；，48轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的基本方程式①電壓平衡方程式定子側(cè)：轉(zhuǎn)子側(cè)：②磁動(dòng)勢(shì)平衡方程式轉(zhuǎn)子回路的頻率；轉(zhuǎn)子電阻；轉(zhuǎn)子漏電抗和頻率成正比，因此有；轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)大小和頻率成正比，因此有。49通過(guò)分析可以得到定、轉(zhuǎn)子回路的電動(dòng)勢(shì)方程和等效電路：4、頻率折算與繞組折算轉(zhuǎn)子回路頻率與定子回路頻率不相同，導(dǎo)致二者基本方程式和等效電路均無(wú)法實(shí)現(xiàn)直接連通，無(wú)法得到統(tǒng)一的等效電路。因此，需尋求“等效靜止轉(zhuǎn)子”

，將轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的頻率折算為定子系統(tǒng)的頻率。50①

轉(zhuǎn)子頻率折算頻率折算定義：用一等效的靜止轉(zhuǎn)子回路替代實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子回路，使轉(zhuǎn)子電路與定子電路有相同頻率。頻率折算原則：頻率歸算前后，保持轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)不變，從而保持磁動(dòng)勢(shì)平衡關(guān)系不變，進(jìn)而定子電流的大小和相位不變，且損耗和功率不變（對(duì)電網(wǎng)等效）。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)與否影響了轉(zhuǎn)子繞組的頻率，但是對(duì)轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)相對(duì)定子的轉(zhuǎn)速（即同步速）不會(huì)產(chǎn)生影響?，F(xiàn)在尋求一個(gè)所謂的“等效”靜止轉(zhuǎn)子，它產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)肯定和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)候的磁動(dòng)勢(shì)相比是不變的，只是轉(zhuǎn)子繞組的頻率就由改變?yōu)槎?，這就是轉(zhuǎn)子繞組頻率折算的思路。51轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)是由轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的，那么要保持折算前后轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)不變，只需折算前后轉(zhuǎn)子電流有效值和相位不變（只是頻率改變）：轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)和轉(zhuǎn)子靜止時(shí)相比，等效電路只在轉(zhuǎn)子繞組中多了52電阻的物理意義在實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)中，轉(zhuǎn)子回路中并無(wú)此項(xiàng)電阻，但有機(jī)械功率輸出。頻率折算后的轉(zhuǎn)子電路中，因已等效成靜止轉(zhuǎn)子，電機(jī)沒有機(jī)械功率輸出，但卻串入附加電阻，其消耗電功率為該電功率用來(lái)模擬軸上的機(jī)械功率。53進(jìn)一步討論不論靜止或者旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，其轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)總以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，即轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)的絕對(duì)轉(zhuǎn)速不變，又因頻率折算不涉及大小及相位的變化，故頻率折算前后電機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)平衡依然維持。頻率折算后，靜止的轉(zhuǎn)子不再輸出機(jī)械功率，即電機(jī)的功率平衡中少了一項(xiàng)——機(jī)械功率。同時(shí)，靜止的轉(zhuǎn)子回路中多了一個(gè)附加電阻，而轉(zhuǎn)子電流又沒有變，所以多了一項(xiàng)電阻功率。因此，附加電阻上消耗的電功率等于電機(jī)輸出的機(jī)械功率54頻率折算后的基本方程頻率折算僅用靜止轉(zhuǎn)子回路代替旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子回路，而轉(zhuǎn)子繞組（匝數(shù)、相數(shù)）保持不變。55②繞組折算為了簡(jiǎn)化計(jì)算，便于導(dǎo)出一體化的等效電路，須將頻率折算后的轉(zhuǎn)子回路再通過(guò)繞組折算。繞組折算方法：把轉(zhuǎn)子繞組折算到定子側(cè)，用一個(gè)相數(shù)為m1、匝數(shù)為N1、繞組系數(shù)為kN1(與定子繞組相同的)的等效轉(zhuǎn)子繞組來(lái)替代實(shí)際的轉(zhuǎn)子繞組。繞組折算原則：折算前后轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)F2不變，且轉(zhuǎn)子的各種功率不變。各物理量的折算值：轉(zhuǎn)子繞組的電壓、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)乘以電動(dòng)勢(shì)變比ke，電流除以電流變比ki，阻抗乘以電動(dòng)勢(shì)變比ke和電流變比ki，即56繞組折算后的基本方程組575、異步電機(jī)等效電路①T型等效電路經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)子的頻率折算和繞組折算，轉(zhuǎn)子繞組電動(dòng)勢(shì)和定子繞組電動(dòng)勢(shì)就完全相同了，因而可將定、轉(zhuǎn)子回路分離的等效電路統(tǒng)一，得到異步電動(dòng)機(jī)的“T”型等效電路如下：m58參數(shù)的物理意義為定子漏抗，由定子三相電流聯(lián)合產(chǎn)生的漏磁通，在定子每一相上引起的電抗；Rm為勵(lì)磁電阻，代表鐵心損耗的等效電阻；Xm為勵(lì)磁電抗，反映主磁通在電路中的作用，非線性。R1/為定子繞組電阻；R2′為繞組折算后轉(zhuǎn)子電阻；為轉(zhuǎn)子漏抗，由轉(zhuǎn)子三相電流聯(lián)合產(chǎn)生的漏磁通，在轉(zhuǎn)子每一相上引起的電抗；

為附加電阻，由頻率折算產(chǎn)生，代表機(jī)械負(fù)載等效電阻；m59相量圖60利用T型等效電路可以分析異步電機(jī)不同的運(yùn)行情況空載（電動(dòng)機(jī)運(yùn)行）：轉(zhuǎn)速接近同步速，s->0，附加電阻->，轉(zhuǎn)子處于開路；功率因數(shù)滯后，且很小。額定負(fù)載（電動(dòng)機(jī)運(yùn)行）：

sN≈5%，附加電阻為19R2′，轉(zhuǎn)子回路接近電阻性；功率因數(shù)較高（0.8-0.85），且滯后。發(fā)電機(jī)狀態(tài)：轉(zhuǎn)速大于同步速，s<0，附加電阻<0，表明機(jī)械功率為負(fù)；輸入機(jī)械功率——發(fā)電機(jī)。起動(dòng)（電動(dòng)機(jī)運(yùn)行）：轉(zhuǎn)子處于堵轉(zhuǎn)，s=1，附加電阻=0，轉(zhuǎn)子回路處于短路；起動(dòng)電流很大，功率因數(shù)滯后，且較小。電磁制動(dòng)狀態(tài)：轉(zhuǎn)向與磁場(chǎng)同步速相反，s>1，機(jī)械功率<0，吸收機(jī)械功率。同時(shí)吸收電功率，對(duì)機(jī)械運(yùn)行起制動(dòng)作用。m61變壓器： 勵(lì)磁阻抗大，標(biāo)幺值Rm*=1-5，Xm*=10-50；

漏抗小，標(biāo)幺值約為0.014-0.08異步電機(jī)：存在氣隙，勵(lì)磁阻抗較小，標(biāo)幺值Rm*=0.08-0.35，Xm*=2-5

漏抗較大，標(biāo)幺值約為0.07-0.15異步電機(jī)T型等效電路中勵(lì)磁支路不能直接前移，需引入校正系數(shù)，并進(jìn)行相應(yīng)修改，形成Γ型近似等效電路。

②Γ型近似等效電路圖62m63近似計(jì)算轉(zhuǎn)子電流近似計(jì)算定子電流c1c1c12c12/c1mc1264③簡(jiǎn)化等效電路較大容量電機(jī)，Xm>>X1σ，c11。65小結(jié)異步電機(jī)從基本電磁原理和分析方法來(lái)看與變壓器很相似，其電動(dòng)勢(shì)、磁動(dòng)勢(shì)平衡方程式、等效電路和相量圖的形式相同，但有明顯差別，主要是磁場(chǎng)性質(zhì)不同。因定、轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小、頻率不同，異步電機(jī)的等效電路必須要同時(shí)進(jìn)行繞組歸算和頻率歸算。T型等效電路中，異步電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率在等效電路中用模擬電阻（）表示。異步電機(jī)有氣隙存在，激磁電流較變壓器的大，等效電路的簡(jiǎn)化應(yīng)作修正（C1）。5.2三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行原理轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的異步電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的異步電機(jī)異步電機(jī)參數(shù)測(cè)定空載實(shí)驗(yàn)短路實(shí)驗(yàn)67異步電機(jī)待測(cè)參數(shù)：基本參數(shù)：R1、X1σ、R2、X2σ、Rm、Xm運(yùn)行參數(shù)：轉(zhuǎn)差率sm同變壓器，異步電機(jī)可以通過(guò)空載試驗(yàn)和堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)測(cè)定參數(shù)。68m一、空載試驗(yàn)1）試驗(yàn)?zāi)康模簻y(cè)取、、。2）試驗(yàn)條件：異步電動(dòng)機(jī)空載，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近同步速，則s≈0，轉(zhuǎn)子相當(dāng)于開路。69

3）試驗(yàn)方法：試驗(yàn)時(shí)異步電動(dòng)機(jī)空載（軸上不帶負(fù)載），用三相調(diào)壓器對(duì)電機(jī)供電，使定子端電壓從(1.1～1.3)UN開始，逐漸降低電壓，空載電流逐漸減少，直到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生明顯下降，空載電流明顯回升為止；在這個(gè)過(guò)程中，記錄電動(dòng)機(jī)的端電壓U1、空載電流I0、空載損耗p0、轉(zhuǎn)速n，并繪制空載特性曲線如圖所示?？蛰d時(shí)從電源吸收的功率：從定子功率中減去定子銅耗：70損耗分離：機(jī)械損耗pmec與電壓U1無(wú)關(guān)，在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化不大時(shí)，可以認(rèn)為是常數(shù)。

pFe+pad0可以近似認(rèn)為與磁密的平方成正比，因而可近似認(rèn)為與電壓的平方成正比。曲線近似為直線。機(jī)械損耗和鐵耗的測(cè)定延長(zhǎng)線與縱軸交點(diǎn)即為機(jī)械損耗pmec；空載附加損耗相對(duì)較小，可用其它試驗(yàn)將之與鐵耗分離，也可根據(jù)統(tǒng)計(jì)值估計(jì)pad0，從而得到鐵耗pFe。71根據(jù)空載時(shí)的等效電路和試驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)可以算出:

是測(cè)得的三相輸入功率；、分別為相電流和相電壓。勵(lì)磁阻抗參數(shù)的計(jì)算由此求出勵(lì)磁阻抗：72二、短路試驗(yàn)1）試驗(yàn)?zāi)康模簻y(cè)定短路阻抗、轉(zhuǎn)子電阻、定、轉(zhuǎn)子漏抗。2）試驗(yàn)方法：將轉(zhuǎn)子堵住，在定子端施加電壓，從0.4UN開始逐漸降低，記錄定子繞組端電壓Uk、定子電流Ik、定子端輸入功率Pk，作出異步電機(jī)的短路特性曲線Ik=f(Uk)，Pk=f(Uk)。異步電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)等效電路圖m73

是測(cè)得的三相輸入功率；、分別為相電壓和相電流。短路阻抗參數(shù)的計(jì)算根據(jù)短路特性曲線，取額定電流點(diǎn)的Uk(相電壓)、Ik(相電流)、Pk(三相短路損耗)。74由于Xm>>Rm，忽略Rm，并近似認(rèn)為X'1σ=X2σ?？紤]到X0=Xm+X1σ(空載試驗(yàn))，可推導(dǎo)出對(duì)于大中型異步電機(jī)，由于Xm很大，勵(lì)磁支路可以近似認(rèn)為開路，這時(shí)異步電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)等效電路圖m異步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩異步電動(dòng)機(jī)的功率平衡方程式異步電動(dòng)機(jī)的工作特性5.3三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩平衡方程式76一、異步電動(dòng)機(jī)功率平衡方程式

異步電動(dòng)機(jī)的功率和損耗在T型等效電路中的反映如圖所示。77輸入電功率：P1=m1U1I1cosφ1

在定子繞組中產(chǎn)生定子銅耗：

pCu1=m1I12R1旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在鐵心中產(chǎn)生鐵耗：轉(zhuǎn)子鐵心與磁場(chǎng)相對(duì)轉(zhuǎn)速為sn1很小，忽略轉(zhuǎn)子鐵耗定子鐵心與磁場(chǎng)相對(duì)轉(zhuǎn)速為n1較大，鐵耗主要為定子鐵耗pFe=m1I02Rm通過(guò)氣隙磁場(chǎng)感應(yīng)到轉(zhuǎn)子繞組的功率稱為電磁功率：

Pem=P1-pCu1-pFePem=m1I′22Ｒ′2/s78電磁功率首先提供轉(zhuǎn)子銅耗：pCu2=m1I′22Ｒ′2=sPem剩余的電磁功率全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械功率：Pmec=m1I′22Ｒ′2(1-s)/s=(1-s)Pem機(jī)械功率一部分克服機(jī)械損耗pmec

和附加損耗pad

其余機(jī)械功率為輸出的機(jī)械功率：P2=Pmec-pmec-pad

79名稱符號(hào)計(jì)算公式輸入電功率

P1

P1=m1U1I1cosφ1電磁功率

Pem

Pem=

P1-pCu1-pFe=pCu2+Pmec=m1I′22R′2／s借助于氣隙中旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)由定子傳遞給轉(zhuǎn)子的功率總機(jī)械功率

PmecPmec=m1I′22R′2(1-s)／s輸出機(jī)械功率P2轉(zhuǎn)子軸上輸出的機(jī)械功率定子繞組銅耗

pCu1

pCu1=m1I12R1轉(zhuǎn)子繞組銅耗pCu2pCu2=m1I′22R′2鐵耗

pFepFe=m1I02Rm正常運(yùn)行時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子電流頻率很低(0.5～2Hz)，轉(zhuǎn)子鐵耗可以忽略，異步電動(dòng)機(jī)的鐵耗可近似認(rèn)為等于定子鐵耗。機(jī)械損耗

pmec包括軸承摩擦損耗和通風(fēng)損耗，主要與轉(zhuǎn)速有關(guān)附加損耗

pad難以準(zhǔn)確計(jì)算，通常估算約為電機(jī)額定功率的0.5%～1%。80功率平衡方程為：

P1=Pem+pcu1

+

pFePem=pcu2+Pmec

機(jī)械功率平衡方程式：

Pmec=P2+pmec+pad電磁功率、轉(zhuǎn)子繞組回路銅耗、總機(jī)械功率三者之間的關(guān)系為：

Pem：pcu2：Pmec=1：s：(1-s)81由機(jī)械功率平衡式Pmec=P2+pmec+pad兩邊除以轉(zhuǎn)子機(jī)械角速度Ω，得到轉(zhuǎn)矩平衡方程為機(jī)械角速度（rad/s）轉(zhuǎn)軸上總的機(jī)械轉(zhuǎn)矩，即電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)軸上輸出機(jī)械轉(zhuǎn)矩，即T2為負(fù)載轉(zhuǎn)矩；Tmec為機(jī)械損耗轉(zhuǎn)矩；Tad為附加損耗轉(zhuǎn)矩；T0=Tmec+Tad為空載轉(zhuǎn)矩。二、異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩平衡方程式旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)角速度821、物理表達(dá)式

異步電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的物理表達(dá)式描述了電磁轉(zhuǎn)矩與主磁通、轉(zhuǎn)子有功電流的關(guān)系。三、異步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩83

異步電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的大小與氣隙每極磁通量、轉(zhuǎn)子每相電流以及轉(zhuǎn)子功率因數(shù)三者的乘積有關(guān)。異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩物理表達(dá)式是與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)，稱為轉(zhuǎn)矩因數(shù)是轉(zhuǎn)子電流的有功分量842、參數(shù)表達(dá)式異步電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的參數(shù)表達(dá)式描述了電磁轉(zhuǎn)矩與參數(shù)的關(guān)系，由簡(jiǎn)化等效電路推導(dǎo)出表達(dá)式如下1.Tem與U12成正比；2.Tem與f1成反比；3.Tem與漏電抗Xk

成反比。851）

Tem-s曲線在電壓U1、頻率f1為常數(shù)時(shí)，電機(jī)的參數(shù)可以認(rèn)為是常數(shù)，電磁轉(zhuǎn)矩僅與s有關(guān)，其關(guān)系曲線Tem=f(s)如圖所示。862）三個(gè)特殊點(diǎn)①同步點(diǎn)：s=0，n=n1，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相對(duì)于轉(zhuǎn)子靜止，Tem=0。②最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)：s=sm，sm稱為臨界轉(zhuǎn)差率。f1一定時(shí)，Tmax與U12成正比；f1一定時(shí)，Tmax與Xk成反比；sm與R2成正比，Tmax與R2無(wú)關(guān)，R2增大時(shí)，sm增大，而Tmax不變，曲線左移；TN=PN/ΩN為額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tmax越大，過(guò)載能力越強(qiáng)一般異步電動(dòng)機(jī)kM=1.6～2.5kM=Tmax／TN

過(guò)載能力+電動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)872）三個(gè)特殊點(diǎn)③起動(dòng)點(diǎn)：s=1

，n=0，轉(zhuǎn)子靜止，Tem=Tst。若要求起動(dòng)時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大，令sm=1得即轉(zhuǎn)子回路中串入Rst，可使得起動(dòng)轉(zhuǎn)矩等于最大電磁轉(zhuǎn)矩。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)kst=Tst／TN一般kst=0.9～1.3，特殊用途kst=2.8～4.0883）電磁轉(zhuǎn)矩的簡(jiǎn)化計(jì)算條件：忽略R189由產(chǎn)品名牌計(jì)算異步電動(dòng)機(jī)Tmax和sm通常產(chǎn)品名牌參數(shù)給出異步電動(dòng)機(jī)額定功率PN、額定轉(zhuǎn)速nN和過(guò)載倍數(shù)km

把s=sN，Tem=TN代入到求出sm。

由PN和nN求出額定轉(zhuǎn)矩

由TN和km求出最大轉(zhuǎn)矩

由nN可求出額定轉(zhuǎn)差率901、三相異步電動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)1）效率：異步電動(dòng)機(jī)輸出功率和輸入功率之比，即2）功率因數(shù)：異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)永遠(yuǎn)小于1；3）起動(dòng)轉(zhuǎn)矩：異步電動(dòng)機(jī)應(yīng)該有足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，否則可能出現(xiàn)無(wú)法拖動(dòng)機(jī)械負(fù)載起動(dòng)的情況；4）起動(dòng)電流：起動(dòng)時(shí)，由于s=1，轉(zhuǎn)子回路相當(dāng)于短路，導(dǎo)致定子電流很大，這個(gè)電流稱為起動(dòng)電流；5）過(guò)載能力：異步電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，其過(guò)載能力不應(yīng)小于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定數(shù)據(jù)。四、異步電動(dòng)機(jī)的工作特性912、異步電動(dòng)機(jī)的工作特性異步電動(dòng)機(jī)的工作特性是指在額定電壓、額定頻率下異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n、效率η、功率因數(shù)cosφ1、輸出轉(zhuǎn)矩T2、定子電流I1與輸出功率P2的關(guān)系曲線。條件：額定電壓、額定頻率曲線：轉(zhuǎn)速n、效率η、功率因數(shù)cosφ1、輸出轉(zhuǎn)矩T2、定子電流I1與輸出功率P2的關(guān)系曲線。異步電動(dòng)機(jī)的工作特性可以用計(jì)算方法獲得，即在已知等效電路各參數(shù)、機(jī)械損耗、附加損耗的情況下，給定一系列的轉(zhuǎn)差s，可以由計(jì)算得到工作特性；對(duì)于已制成的異步電動(dòng)機(jī)，其工作特性也可以通過(guò)試驗(yàn)求得。92工作特性曲線定性分析轉(zhuǎn)速隨輸出功率增加略有下降；負(fù)載轉(zhuǎn)矩近似與輸出功率成正比；定子電流隨輸出功率增加而增加；效率和功率因數(shù)隨負(fù)載有不同的變化。93滿載時(shí)：轉(zhuǎn)速有下降，效率和功率因數(shù)均較高輕載時(shí)：轉(zhuǎn)速較高，效率和功率因數(shù)均較低起動(dòng)時(shí)：功率因數(shù)很低94①

轉(zhuǎn)速特性電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)必須滿足轉(zhuǎn)矩平衡Tem=T0+T2

空載時(shí)，T2＝0，Tem＝T0，只需較小轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生較小轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生較小的電磁轉(zhuǎn)矩，因此空載轉(zhuǎn)速很接近同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)差率很小。隨著負(fù)載增大，為維持轉(zhuǎn)矩平衡需較大電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)差率隨之增大，轉(zhuǎn)速隨之下降；整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)轉(zhuǎn)差率和轉(zhuǎn)速變化不大，額定轉(zhuǎn)差率SN=0.01~0.05。（硬特性）95②

負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性異步電動(dòng)機(jī)從空載到額定負(fù)載，轉(zhuǎn)速n變化不大（硬特性）。負(fù)載轉(zhuǎn)矩與輸出功率近似為一條直線。轉(zhuǎn)矩特性曲線是一條過(guò)（0，0）和（1，1）點(diǎn)的斜線。96③

定子電流特性隨著負(fù)載增加，定子電流的負(fù)載分量I1L相應(yīng)增大，即轉(zhuǎn)子電流I′2增大，因而定子電流I1相應(yīng)增大；由于輸出功率P2與轉(zhuǎn)子電流

I′22成正比，定子電流I1與輸出功率P2呈非線性關(guān)系。定子電流特性曲線為一條上升曲線。97④

功率因數(shù)特性空載運(yùn)行時(shí)，定子電流是勵(lì)磁電流，主要用于建立磁場(chǎng)，作用在Xm上，因此功率因數(shù)很低，cosφ10.2負(fù)載時(shí)，轉(zhuǎn)子功率因數(shù)角φ2=arctg(sX2σ/R2)

。輕載時(shí)，s很小，φ2很小，cosφ21，轉(zhuǎn)子電流主要成分是有功電流；隨著負(fù)載的增大，轉(zhuǎn)子電流有功分量隨之增加，導(dǎo)致定子電流有功分量增加，cosφ1迅速增大。負(fù)載進(jìn)一步增加時(shí)，s明顯增大，φ2增大，cosφ2減小，即轉(zhuǎn)子電流的無(wú)功分量增加較快，定子電流的無(wú)功分量也隨之增大，cosφ1反趨于減小。設(shè)計(jì)電機(jī)時(shí)，通常使在額定負(fù)載或略低于額定負(fù)載時(shí)有最大功率因數(shù)。98⑤

效率特性不變損耗與可變損耗機(jī)械損耗pmec

：與轉(zhuǎn)速有關(guān)，因轉(zhuǎn)速呈現(xiàn)硬特性，基本不變；鐵耗pFe

：與磁通密度有關(guān)；若電源電壓和頻率保持不變，則鐵耗基本保持不變；將機(jī)械損耗和鐵耗合稱為不變損耗。銅耗正比于電流的平方，而電流隨負(fù)載增加而增加，因此定、轉(zhuǎn)子銅耗合稱為可變損耗。效率隨負(fù)載變化的規(guī)律決定于損耗的分配比例空載時(shí)，P2＝0，=0。隨著P2增大，總損耗增加較慢，效率迅速增大，直到某一負(fù)載時(shí)，其可變損耗等于不變損耗，效率達(dá)到最大。P2繼續(xù)增加，銅耗急劇增大，效率反而降低。最大效率出現(xiàn)在0.7-1范圍內(nèi)，且在此范圍內(nèi)效率變化不大99小結(jié)異步電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，電磁轉(zhuǎn)矩是關(guān)鍵量。機(jī)械特性：電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率之間的關(guān)系曲線。工作特性：指隨著負(fù)載變化，其轉(zhuǎn)速、輸出轉(zhuǎn)矩、定子電流、功率因數(shù)、效率等的變化曲線。從使用的觀點(diǎn)看，定子電流是關(guān)鍵量，效率和功率因數(shù)是重要的力能指標(biāo)，應(yīng)掌握計(jì)算方法和變化規(guī)律。5.4三相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)與調(diào)速

異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速1015.4.1三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)

起動(dòng)：異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子從靜止不動(dòng)到加速到工作轉(zhuǎn)速的過(guò)程。起動(dòng)性能指標(biāo)：起動(dòng)電流倍數(shù)、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)起動(dòng)時(shí)間、起動(dòng)過(guò)程中的功率損耗及起動(dòng)設(shè)備的簡(jiǎn)單性和可靠性等。起動(dòng)要求：在起動(dòng)時(shí)有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩（倍數(shù)），較小的起動(dòng)電流（倍數(shù)）1.起動(dòng)轉(zhuǎn)矩必須大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩；2.起動(dòng)轉(zhuǎn)矩越大，起動(dòng)時(shí)間越短。1.避免母線電壓下降大；2.減少線路和電機(jī)發(fā)熱；3.減小對(duì)電網(wǎng)的沖擊。102直接起動(dòng)：起動(dòng)時(shí)，將定子繞組直接接入額定電壓電網(wǎng)上。起動(dòng)特點(diǎn)：起動(dòng)電流很大（kI=4～7），而起動(dòng)轉(zhuǎn)矩并不大（kst=0.9～1.3）。起動(dòng)電流很大：從等效電路看，起動(dòng)瞬時(shí)s=1，轉(zhuǎn)子回路相當(dāng)于短路，異步電動(dòng)機(jī)等效阻抗較小，故起動(dòng)電流大；起動(dòng)轉(zhuǎn)矩并不大：從電磁轉(zhuǎn)矩物理表達(dá)式看，因起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子的功率因數(shù)很低，因而轉(zhuǎn)子電流的有功分量并不大，同時(shí)起動(dòng)時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為定子電壓的一半，因而主磁通是正常工作時(shí)一半，故起動(dòng)轉(zhuǎn)矩不大。適用范圍：小容量電動(dòng)機(jī)帶輕載的情況，對(duì)于經(jīng)常起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，起動(dòng)時(shí)引起的母線電壓降不大于10%，對(duì)于偶爾起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，此壓降不大于15%。對(duì)于額定電壓為380V的電機(jī)，PN≤7.5kW時(shí)可直接起動(dòng)。1、直接起動(dòng)

1032、降壓起動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)等效電路圖當(dāng)電網(wǎng)容量不能承受異步電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)的電流時(shí)，可以采用降低定子繞組相電壓的方法，即降壓起動(dòng)來(lái)減小起動(dòng)電流；但相應(yīng)地起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也將減小，因此降壓起動(dòng)一般用于輕載起動(dòng)工況。異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流：異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩：1041）定子串電抗器（電阻器）起動(dòng)在定子繞組中串聯(lián)電抗或電阻都能降低起動(dòng)電流，但串電阻起動(dòng)能耗較大，只用于小容量電機(jī)中。一般都采用定子串電抗降壓起動(dòng)。

電抗器起到了分壓作用，作用在定子繞組上的電壓降低了，繞組中起動(dòng)電流和電壓成正比，當(dāng)然起動(dòng)電流減小了，以滿足對(duì)起動(dòng)電流的要求。起動(dòng)時(shí)閉合K1，起動(dòng)完畢后閉合，電機(jī)進(jìn)入正常運(yùn)行。105設(shè)串電抗起動(dòng)時(shí)定子電壓與直接起動(dòng)時(shí)定子額定電壓的比值為1/a，則定子串電抗器起動(dòng)等效電路sI&U&U&XkRXstI&xU&ΦNU&k串電抗起動(dòng)時(shí)，若電機(jī)端電壓降為電網(wǎng)電壓的1/a，則起動(dòng)電流降為直接起動(dòng)的1/a，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩降為直接起動(dòng)的1/a2，比起動(dòng)電流降得更厲害。在選擇a值使起動(dòng)電流滿足要求時(shí)，必須校核起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。106只有正常運(yùn)行時(shí)定子繞組采用“D”連接（△接），且三相繞組首尾六個(gè)端子全部引出來(lái)的電動(dòng)機(jī)才能采用Y-△起動(dòng)。2）星-三角起動(dòng)器起動(dòng)起動(dòng)時(shí)定子“Y”連接，起動(dòng)完畢后換成“D”聯(lián)結(jié)。Y-△起動(dòng)器時(shí)，每相起動(dòng)電壓大小和直接起動(dòng)時(shí)每相電壓大小之間的關(guān)系：107每相起動(dòng)電流為:起動(dòng)線電流為:起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為:Y-△起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩均降為直接起動(dòng)的1/3。108三相鼠籠型電動(dòng)機(jī)采用自耦變壓器降壓起動(dòng)時(shí)，開關(guān)K投向起動(dòng)側(cè)，起動(dòng)完畢后開關(guān)K投向運(yùn)行側(cè)。自耦降壓起動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)相電壓下降為與直接起動(dòng)時(shí)相電壓的關(guān)系為3）自耦變壓器降壓起動(dòng)

即a為自耦變壓器的變比。109電動(dòng)機(jī)自耦變壓器降壓起動(dòng)時(shí)的相電流為Ix

與直接起動(dòng)時(shí)的相電流IstN之間關(guān)系為

自耦變壓器高壓側(cè)的起動(dòng)電流Ist與低壓側(cè)的起動(dòng)電流Ix關(guān)系為110自耦變壓器降壓起動(dòng)與直接起動(dòng)相比，電網(wǎng)供給的起動(dòng)電流之間關(guān)系為自耦變壓器降壓起動(dòng)與直接起動(dòng)相比，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩之間關(guān)系為自耦變壓器降壓起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩均降為直接起動(dòng)的1/a2。在選擇a值使起動(dòng)電流滿足要求時(shí)，必須校核起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。111起動(dòng)方法起動(dòng)電壓相對(duì)值（電動(dòng)機(jī)相電壓）起動(dòng)電流相對(duì)值（供電變壓器線電流）起動(dòng)轉(zhuǎn)矩相對(duì)值起動(dòng)設(shè)備直接起動(dòng)111最簡(jiǎn)單串電抗起動(dòng)一般Y－△起動(dòng)簡(jiǎn)單，只適用于D聯(lián)結(jié)380V電機(jī)自耦變壓器起動(dòng)較復(fù)雜異步電動(dòng)機(jī)降壓起動(dòng)的主要目的是限制起動(dòng)電流，但同時(shí)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也不同程度降低，因此只適用于異步電動(dòng)機(jī)空載或輕載起動(dòng)。異步電動(dòng)機(jī)降壓起動(dòng)方法比較1123、繞線型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)電動(dòng)機(jī)容量較大時(shí)，起動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊較大；又因帶重載，負(fù)載要求電機(jī)提供較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩；對(duì)于這種電動(dòng)機(jī)帶重載起動(dòng)的工況，繞線型異步電動(dòng)機(jī)由于轉(zhuǎn)子回路可以連接外電路，就顯示出明顯的優(yōu)勢(shì)。繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻起動(dòng)，只要串入的電阻合適，就既可減少起動(dòng)電流又可增加起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，因而可同時(shí)滿足電機(jī)容量大、重載起動(dòng)這兩個(gè)要求。113轉(zhuǎn)子回路串電阻可以減小起動(dòng)電流；串入電阻阻值合適，可以增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩分析若sm=1，可使起動(dòng)轉(zhuǎn)矩等于最大轉(zhuǎn)矩即有則轉(zhuǎn)子回路串入電阻起動(dòng)電流Tem-s曲線1141．起動(dòng)開始時(shí)，使全部電阻均串入轉(zhuǎn)子回路，隨著轉(zhuǎn)速的上升，電磁轉(zhuǎn)矩將減小。2．為了縮短起動(dòng)時(shí)間，通常隨轉(zhuǎn)速上升分級(jí)切除部分電阻，使在整個(gè)起動(dòng)過(guò)程中電動(dòng)機(jī)保持有較大的電磁轉(zhuǎn)矩。3．待起動(dòng)完畢后，轉(zhuǎn)子繞組便被短路，轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行。隨著轉(zhuǎn)速升高，逐級(jí)切除電阻為了有較大平均起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，減小電流和轉(zhuǎn)矩沖擊，常采用電阻逐級(jí)切除法。Tem-s曲線QSFUKM1FRML1L2L3KM4R3KM3R2KM2R1115小結(jié)鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)性能較差，起動(dòng)電流很大，而起動(dòng)轉(zhuǎn)矩不大。電機(jī)起動(dòng)方式取決于供電系統(tǒng)的容量、負(fù)載的要求和電機(jī)的性能。在不允許全壓起動(dòng)時(shí)，常用降壓起動(dòng)方法，有自耦變壓器降壓、星形一三角形換接開關(guān)降壓等。當(dāng)電機(jī)容量較大，起動(dòng)要求較高時(shí)，選用線繞轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)。116二、異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)狀態(tài)：電磁轉(zhuǎn)矩Tem與轉(zhuǎn)速n同方向，電機(jī)從電源吸收電功率，并對(duì)外輸出機(jī)械功率；三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)狀態(tài)：電磁轉(zhuǎn)矩Tem與轉(zhuǎn)速n方向相反，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸從外部吸收機(jī)械功率而轉(zhuǎn)換成電功率。異步電動(dòng)機(jī)制動(dòng)方式：反接制動(dòng)；回饋制動(dòng)；能耗制動(dòng)；1171、反接制動(dòng)（1）

轉(zhuǎn)向反向的反接制動(dòng)（正接反轉(zhuǎn)）從機(jī)械特性分析：

A點(diǎn)（電動(dòng)狀態(tài)）n>0,Tem>0

B點(diǎn)（制動(dòng)狀態(tài)）n<0,Tem>0足夠大的電阻ABTS重物下放的例子：

TL與轉(zhuǎn)速n方向一致。穩(wěn)態(tài)時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩Tem＝TL，方向與n相反。118轉(zhuǎn)差率：性質(zhì)：等效電阻：機(jī)械功率吸收機(jī)械功率：電能從定子傳向轉(zhuǎn)子：能量全部消耗在電阻上：119電機(jī)原運(yùn)行于電動(dòng)狀態(tài)，兩相對(duì)調(diào)后，氣隙磁密立即反向，以-n1轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)；電機(jī)機(jī)械特性從A到B；ABTS反接的過(guò)程：從反接開始到轉(zhuǎn)子為零的過(guò)程。（2）

兩相對(duì)調(diào)的反接制動(dòng)（反接正轉(zhuǎn)）兩種反接制動(dòng)，均有s>1,機(jī)械功率為輸入。區(qū)別：前者由負(fù)載提供機(jī)械功率后者由整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)部分提供儲(chǔ)能。120把轉(zhuǎn)軸上輸入的機(jī)械功率經(jīng)異步電機(jī)轉(zhuǎn)化為電功率送到電網(wǎng)。軸上外施驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，電機(jī)以同步方向旋轉(zhuǎn)能量流向：Tem與n方向相反，處于制動(dòng)狀態(tài)2、回饋制動(dòng)121制動(dòng)時(shí)，三相繞組脫離三相電源，由直流電流過(guò)定子繞組，在氣隙中形成恒定磁場(chǎng)。過(guò)程分析：由于慣性，轉(zhuǎn)子仍以n速度旋轉(zhuǎn)~切割磁力線感應(yīng)電勢(shì)感應(yīng)電流產(chǎn)生電磁力制動(dòng)轉(zhuǎn)矩在制動(dòng)轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩共同作用下，轉(zhuǎn)子減速至n＝0。能耗制動(dòng)可使反抗性負(fù)載準(zhǔn)確停機(jī)，使位能性負(fù)載勻速下放。注意：恒定磁場(chǎng)獲得，需通過(guò)定子繞