第7章 異步電動(dòng)機(jī)原理

主要內(nèi)容：

1、了解異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)；

2、掌握與異步電機(jī)有關(guān)的一些物理概念；

3、掌握異步電機(jī)的等效電路和參數(shù)測定方法；

4、掌握異步電動(dòng)機(jī)的功率平衡式和轉(zhuǎn)矩平衡式；

5、掌握異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和穩(wěn)定運(yùn)行條件；

6、了解異步電機(jī)的工作特性及其測試方法；第7章異步電動(dòng)機(jī)原理2/5/20231§7.1異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、額定數(shù)據(jù)與工作原理§7.1.1異步電動(dòng)機(jī)的主要用途和分類1、異步電動(dòng)機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡單、容易制造、價(jià)格低廉、運(yùn)行可靠、堅(jiān)固耐用、運(yùn)行效率較高和具有適用的工作特征。

缺點(diǎn):功率因數(shù)較差。異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，必須從電網(wǎng)里吸收落后性的無功功率，它的功率因數(shù)總是小于１。要求：了解異步電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子的基本結(jié)構(gòu)；掌握異步電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)和工作原理異步電機(jī)又叫感應(yīng)電機(jī)。2/5/202322、異步電動(dòng)機(jī)的分類（1）按定子相數(shù)分有①單相異步電動(dòng)機(jī)；②兩相異步電動(dòng)機(jī)；③三相異步電動(dòng)機(jī)。（2）按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分有①繞線式異步電動(dòng)機(jī)；②鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)。后者又包括單鼠籠異步電動(dòng)機(jī)、雙鼠籠異步電動(dòng)機(jī)和深槽式異步電動(dòng)機(jī)。（3）根據(jù)電機(jī)定子繞組上所加電壓有①高壓異步電動(dòng)機(jī)；

②低壓異步電動(dòng)機(jī)。從其它角度看，還有高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩異步電機(jī)、高轉(zhuǎn)差率異步電機(jī)、高轉(zhuǎn)速異步電機(jī)等等。2/5/202333、異步電動(dòng)機(jī)的主要用途主要做電動(dòng)機(jī)使用（工業(yè)、農(nóng)業(yè)、民用）；

也可作為異步發(fā)電機(jī)使用。單機(jī)使用時(shí)，常用于電網(wǎng)尚未到達(dá)的地區(qū)，又找不到同步發(fā)電機(jī)的情況，或用于風(fēng)力發(fā)電等特殊場合上。在異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)中，異步電機(jī)回饋制動(dòng)時(shí)，即運(yùn)行在異步發(fā)電機(jī)狀態(tài)。2/5/20234下面是它主要部件的拆分圖?！?.1.2三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)異步電動(dòng)機(jī)在結(jié)構(gòu)上主要也是由定子、轉(zhuǎn)子、氣隙組成。2/5/20235D聯(lián)結(jié)Y聯(lián)結(jié)A

B

CA

B

CZ

X

YZ

X

Y（2）定子鐵心1、定子異步電動(dòng)機(jī)的定子是由機(jī)座、定子鐵心和定子繞組三個(gè)部分組成的。（1）定子繞組

是電機(jī)的電路部分，繞組用帶絕緣的銅導(dǎo)線繞制，嵌在定子槽內(nèi)，繞組與槽壁間用絕緣材料隔開。接線方式見第6章。2/5/20236是電動(dòng)機(jī)磁路的一部分，裝在機(jī)座里。用0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成的，在硅鋼片的兩面還應(yīng)途上絕緣漆。當(dāng)鐵心直徑大于1m時(shí)，用扇形硅鋼片。下圖所示為定子槽,其中(a)是開口槽，用于大、中型容量的高壓異步電動(dòng)機(jī)中；(b)是半開口槽，用于中型500V以下的異步電動(dòng)機(jī)中；(c)是半閉口槽，用于低壓小型異步電動(dòng)機(jī)中。2/5/20237（3）機(jī)座：主要是為了固定與支撐定子鐵心。如果是端蓋軸承電機(jī)，還要支撐電機(jī)的轉(zhuǎn)子部分。因此，機(jī)座應(yīng)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和剛度。對中、小型異步電動(dòng)機(jī)，通常用鑄鐵機(jī)座。對大型電機(jī)，一般采用鋼板焊接的機(jī)座，整個(gè)機(jī)座和座式軸承都固定在同一個(gè)底板上。2、氣隙異步電動(dòng)機(jī)的氣隙比同容量直流電動(dòng)機(jī)的氣隙小得多，在中、小型異步電動(dòng)機(jī)中，氣隙一般為0.2—2.0mm左右。氣隙越小，電機(jī)的功率因數(shù)越高，但會(huì)使電機(jī)的裝配困難，運(yùn)行不可靠，易發(fā)生掃膛現(xiàn)象。此外，為減小附加損耗以及減少高次諧波磁動(dòng)勢產(chǎn)生的磁通，氣隙應(yīng)該大些。2/5/20238異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子是由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸組成。（1）轉(zhuǎn)子鐵心：是電動(dòng)機(jī)磁路的一部分，它用0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成。鐵心固定在轉(zhuǎn)軸或轉(zhuǎn)子支架上，整個(gè)轉(zhuǎn)子的外表呈圓柱形。3、轉(zhuǎn)子（2）轉(zhuǎn)子繞組：分為籠型和繞線型兩類。a）繞線型轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子繞組的三條引線分別接到三個(gè)滑環(huán)上（也稱為集電環(huán)），用一套電刷裝置引出來。具體的槽形參見圖7-5和有關(guān)資料。2/5/20239籠型繞組是一個(gè)自己短路的繞組。在轉(zhuǎn)子的每個(gè)槽里放上一根導(dǎo)體，在鐵心的兩端用端環(huán)連接起來，形成一個(gè)短路的繞組。又叫鼠籠轉(zhuǎn)子。導(dǎo)條的材料有用銅的，也有用鋁的。如果是鋁，其工藝應(yīng)該用鑄鋁，把熔化的鋁注入轉(zhuǎn)子槽中，且把風(fēng)扇和端環(huán)一同鑄成，工藝簡單，適合于中、小型電機(jī)的籠型轉(zhuǎn)子。

如果是銅，其工藝是焊接。就需要把事先做好的裸銅條插入轉(zhuǎn)子鐵心上的槽里，再用銅端環(huán)套在伸了兩端的銅條上，最后焊在一起。適合于大型電機(jī)的籠型轉(zhuǎn)子。繞線型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜，價(jià)格稍貴，因此只在要求啟動(dòng)電流小，啟動(dòng)轉(zhuǎn)距大，或需平滑調(diào)速的場合使用。

b）籠型轉(zhuǎn)子：2/5/202310靜止部分:定子轉(zhuǎn)動(dòng)部分:轉(zhuǎn)子氣隙主要部件：定子鐵芯、定子繞組、機(jī)座主要部件：轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組、轉(zhuǎn)子軸作用：通過三相電流建立旋轉(zhuǎn)磁場固定和支撐定子鐵芯作用：帶動(dòng)其他機(jī)械設(shè)備旋轉(zhuǎn)。

三相異步電動(dòng)機(jī)三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵芯a）銅條轉(zhuǎn)子b）鑄鋁轉(zhuǎn)子

鼠籠型轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)示意圖a）銅條轉(zhuǎn)子繞組b）鑄鋁轉(zhuǎn)子繞組2/5/202311§7.1.3異步電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌上標(biāo)明電機(jī)的型號、額定數(shù)據(jù)等。

電機(jī)產(chǎn)品的型號一般采用大寫印刷體的漢語拼音字母和阿拉伯?dāng)?shù)字組成。其中漢語拼音字母是根據(jù)電機(jī)的全名稱選擇有代表意義的漢字，再用該漢字的第一個(gè)拼音字母組成。例如Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)表示如下：

Y100L12

異步電動(dòng)機(jī)

極數(shù)機(jī)座中心高

機(jī)座長度代號鐵心長度代號

1、型號2/5/2023122、額定值（1）額定功率PN

：指電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)軸上輸出的機(jī)械功率，單位是KW。（2）額定電壓UN

：指額定運(yùn)行狀態(tài)下加在定子繞組上的線電壓，單位為V。（3）額定電流IN

：

指電動(dòng)機(jī)在定子繞組上加額定電壓、軸上輸出額定功率時(shí)，定子繞組中的線電流，單位為A。（4）額定頻率f1

：指我國規(guī)定工業(yè)用電的頻率是50Hz。（5）額定轉(zhuǎn)速nN

：指電動(dòng)機(jī)定子加額定頻率的額定電壓，且軸端輸出額定功率時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，單位為r/min。（6）額定功率因數(shù)：指電動(dòng)機(jī)加額定負(fù)載時(shí)，定子邊的功率因數(shù)。2/5/202313（1）當(dāng)電動(dòng)機(jī)銘牌上標(biāo)明“電壓380/220V，接法Y/△”時(shí)，這種情況下，究竟是接成Y或△，要看電源電壓（線電壓）的大小。如果電源電壓為380V，則接成Y接；電源電壓為220V時(shí)，則接成△接。（2）當(dāng)電動(dòng)機(jī)銘牌上標(biāo)明“電壓380V，接法時(shí)△”時(shí)，則只有這一種△接法。但是在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程中，可以接成Y接，接在380V電源上，起動(dòng)完畢，恢復(fù)△接法。對有些高壓電動(dòng)機(jī)，往往定子繞組有三根引出線，只在電源電壓符合電動(dòng)機(jī)銘牌電壓值，便可使用。3、如何根據(jù)電機(jī)的銘牌進(jìn)行定子接線如果電動(dòng)機(jī)定子繞組有六根引出線，并已知其首、末端，分幾種情況討論。2/5/202314定子接三相電源上，繞組中流過三相對稱電流，氣隙中建立基波旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢，產(chǎn)生基波旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)速為同步速度:這個(gè)同步速的氣隙磁場切割轉(zhuǎn)子繞組，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢并在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生相應(yīng)的電流；轉(zhuǎn)子繞組在磁場中受到電磁力矩作用，這個(gè)力矩驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的工作過程?！?.1.4異步電動(dòng)機(jī)的工作原理2/5/202315§7.2三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)子繞組開路時(shí)的電磁關(guān)系§7.2.1正方向的規(guī)定規(guī)定磁動(dòng)勢、磁通和磁密都是從定子出來而進(jìn)入轉(zhuǎn)子的方向?yàn)樗鼈兊恼较?；把定、轉(zhuǎn)子空間坐標(biāo)軸的縱軸都選在A相繞組的軸線處，并假設(shè)兩個(gè)軸線重合。2/5/202316

給異步電動(dòng)機(jī)定子繞組通入對稱的三相交流電，轉(zhuǎn)子繞組開路，在這種情況下，整個(gè)氣隙磁場全部是由定子繞組內(nèi)的三相對稱電流產(chǎn)生。1）幅值§7.2.2磁通及磁動(dòng)勢由勵(lì)磁電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的磁動(dòng)勢的特點(diǎn)：1、勵(lì)磁磁動(dòng)勢定子磁動(dòng)勢又叫做勵(lì)磁磁動(dòng)勢，定子電流亦叫做勵(lì)磁電流。2/5/2023173）轉(zhuǎn)速：相對于定子繞組以角頻率旋轉(zhuǎn)。4）瞬間位置：正如前面所分析的，當(dāng)A相電流達(dá)到正最大時(shí)，它所對應(yīng)的磁動(dòng)勢也達(dá)到正最大。

轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)的三相異步電機(jī)，相當(dāng)于一臺(tái)副邊開路的三相變壓器，其中定子繞組是原繞組，轉(zhuǎn)子繞組是副繞組，只是在磁路中，異步電機(jī)定、轉(zhuǎn)子鐵心中多了一個(gè)空氣隙磁路而已?？山柚谧儔浩鞯碾姶爬碚撨M(jìn)行分析。2）轉(zhuǎn)向：A1—B1—C1，逆時(shí)針轉(zhuǎn)向。2/5/2023182、主磁通和定子漏磁通

主磁通：同時(shí)鉸鏈定子、轉(zhuǎn)子、氣隙構(gòu)成閉和回路的磁通，氣隙里每極主磁通量用Φ1表示定子漏磁通：只鉸鏈定子繞組就形成閉和回路，叫定子漏磁通，用表示。在不考慮磁滯、渦流的影響下，氣隙磁密和勵(lì)磁磁動(dòng)勢同方向，這是因?yàn)榇艅?dòng)勢達(dá)到最大值時(shí)，該處的磁密也為最大。包括定子繞組的槽部漏磁通、端部漏磁通和由高次諧波磁通勢所產(chǎn)生的高次諧波磁通，2/5/202319電壓變比：定子、轉(zhuǎn)子每相電動(dòng)勢之比，用ke表示，即:§7.2.3感應(yīng)電動(dòng)勢的相位關(guān)系：定子和轉(zhuǎn)子是被同一個(gè)磁通所鉸鏈，所以，兩個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢之間是同相位的。2/5/202320§7.2.5電壓方程式§7.2.6等效電路§7.2.4勵(lì)磁電流和變壓器情況一樣，勵(lì)磁電流也是由I0a

和I0r兩分量組成。定子漏電動(dòng)勢2/5/202321§7.3三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時(shí)的電磁關(guān)系

堵轉(zhuǎn):即堵住轉(zhuǎn)子讓轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，實(shí)際上就是對轉(zhuǎn)子進(jìn)行了短路。§7.3.1磁通勢和磁通

1、磁通勢異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子被短路的情況和變壓器副邊短路的情況類似。轉(zhuǎn)子側(cè)磁動(dòng)勢的特點(diǎn)（以繞線式為例）

1)幅值：2/5/202322

2)轉(zhuǎn)向：假設(shè)氣隙旋轉(zhuǎn)磁密是逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)感應(yīng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢及電流的相序就應(yīng)為A2—B2—C2。

3)轉(zhuǎn)速：相對于轉(zhuǎn)子繞組為

4）瞬間位置：當(dāng)A相電流達(dá)到正的最大值時(shí)，與他相對應(yīng)的磁動(dòng)勢也達(dá)到正的幅值。

此時(shí)的磁動(dòng)勢為：2/5/202323注意，變壓器中的主磁通是脈振磁通，是它的最大振幅。在異步電動(dòng)機(jī)中，氣隙里主磁通的卻是旋轉(zhuǎn)磁通，它對應(yīng)的磁密波沿氣隙圓周方向是正弦分布，以同步速度相對于定子在旋轉(zhuǎn)，表示氣隙里每極的磁通量。2、漏磁通§7.3.2定、轉(zhuǎn)子回路方程是轉(zhuǎn)子繞組的漏阻抗。轉(zhuǎn)子相電流為:2/5/202324是轉(zhuǎn)子繞組回路的功率因數(shù)角.根據(jù)定、轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢合成關(guān)系，有改寫成定子回路的電壓方程式為：例7-2：有一臺(tái)三相四極50Hz的繞線式異步電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子每相電阻R2=0.02,轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時(shí)每相的漏電抗X2=0.08，電壓變比為10，當(dāng)E1=220V，求轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)子一相電動(dòng)勢E2，轉(zhuǎn)子電流I2以及轉(zhuǎn)子功率因數(shù)cosφ2。定子旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢里包含著兩個(gè)分量2/5/202325要求：保證轉(zhuǎn)子側(cè)在折算前后對整個(gè)磁場的影響不能發(fā)生改變，即折算前后轉(zhuǎn)子的總視在功率、有功功率、轉(zhuǎn)子的銅耗和漏磁場儲(chǔ)能均保持不變?！?.3.3轉(zhuǎn)子繞組的折合（折算）根據(jù)定、轉(zhuǎn)子磁通勢的關(guān)系：可以寫成簡單的說就是轉(zhuǎn)子側(cè)的磁通勢沒有改變，不影響定子邊。2/5/202326電流變比2/5/202327根據(jù)轉(zhuǎn)子回路的電壓方程式：相關(guān)量的折算2/5/202328折合前后的功率關(guān)系不變。例如轉(zhuǎn)子里的銅損耗，用折合后的關(guān)系表示為：折合前后的無功功率也不變。例如轉(zhuǎn)子漏抗上的無功功率，用折合后的關(guān)系式表示為：2/5/202329例7-3：一臺(tái)繞線式三相異步電動(dòng)機(jī)，當(dāng)定子加額定電壓而轉(zhuǎn)子開路時(shí)，滑環(huán)上電壓為260V，轉(zhuǎn)子繞組為星接，不轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子每相漏阻抗為0.06+j0.2（設(shè)定子每相漏阻抗）求：定子加額定電壓，求轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子相電流

當(dāng)在轉(zhuǎn)子回路串入三相對稱電阻，每相阻值為0.2時(shí)，計(jì)算轉(zhuǎn)子每相的電流?！?.3.4基本方程式、等效電路和相量圖2/5/202330§7.4三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的電磁關(guān)系§7.4.1轉(zhuǎn)差率同步轉(zhuǎn)速n1與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n之差（n1-n）稱為轉(zhuǎn)差，轉(zhuǎn)差與同步轉(zhuǎn)速n1的比值稱為轉(zhuǎn)差率，用s表示，即

s是一個(gè)沒有量綱的數(shù)，它的大小也能反映電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。例如時(shí)，;時(shí)，；時(shí)s為負(fù)；電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向與氣隙旋轉(zhuǎn)磁密的轉(zhuǎn)向相反時(shí)，s＞1。一般：2/5/202331當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速恒速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子回路的電壓方程式為（注意s下標(biāo)）：§7.4.2轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢定轉(zhuǎn)子相對轉(zhuǎn)速為：此時(shí)，轉(zhuǎn)子頻率也叫轉(zhuǎn)差頻率正常運(yùn)行的異步電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子頻率約為0.5～2.5Hz。2/5/202332轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢為：轉(zhuǎn)子漏抗是對應(yīng)轉(zhuǎn)子頻率時(shí)的漏電抗。它與轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子漏電抗(對應(yīng)于頻率Hz)的關(guān)系為：正常運(yùn)行的異步電動(dòng)機(jī)說明：當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，每相感應(yīng)電動(dòng)勢與轉(zhuǎn)差率s成正比。2/5/202333§7.4.3定、轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢及磁動(dòng)勢關(guān)系1、定于磁通勢2、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢1）幅值：2）轉(zhuǎn)向仍為逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組哪相電流達(dá)正最大值時(shí)，正好位于該相繞組的軸線上。3）轉(zhuǎn)速4）瞬間位置2/5/202334站在定子繞組的角度上看定、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢1）幅值：不變2）轉(zhuǎn)向：二者的轉(zhuǎn)向相對于定子都為逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。3、合成磁動(dòng)勢

3）轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢相對于定子繞組的轉(zhuǎn)速為：

可見，轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢和定子磁動(dòng)勢的轉(zhuǎn)速在空間總是等于同步轉(zhuǎn)速，始終保持相對靜止，即定、轉(zhuǎn)子磁勢之間沒有相對運(yùn)動(dòng)！所以：合成的總磁動(dòng)勢，仍用來表示。即2/5/202335例7-4，7-5：有一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)，定子繞組接到頻率為f1=50Hz的三相對稱電源上，已知它運(yùn)行在額定轉(zhuǎn)速為960r/min，求1、該電動(dòng)機(jī)的極對數(shù)2、額定轉(zhuǎn)差率3、額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢的頻率f24、假設(shè)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向與Bδ的轉(zhuǎn)向相同，轉(zhuǎn)速n分別為950r/min，1000r/min，1040r/min和0時(shí)的轉(zhuǎn)差率5、轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向與Bδ的轉(zhuǎn)向相反，轉(zhuǎn)速為500r/min時(shí)的轉(zhuǎn)差率2/5/202336轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢相對于定子的轉(zhuǎn)速永遠(yuǎn)為同步轉(zhuǎn)速,與轉(zhuǎn)子電流的頻率無關(guān),所以只要保持轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢的大小不變，至于電流的頻率是多少無所謂。為了便于分析，對頻率進(jìn)行折算，轉(zhuǎn)子回路方程為:§7.4.4轉(zhuǎn)子繞組頻率的折合轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)角為：2/5/202337這兩個(gè)有效值相等的電流對應(yīng)電路圖中下圖所示由此可見,頻率折算是用一個(gè)靜止的電阻為R2/s的等效轉(zhuǎn)子去代替電阻為R2的實(shí)際旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子,等效轉(zhuǎn)子將與實(shí)際轉(zhuǎn)子具有相同的轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢.

轉(zhuǎn)子電路的頻率折算：就是把轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)實(shí)際頻率為f2的電路，變成了轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)，頻率為f1的電路。2/5/202338把上式得到的電阻的形式再進(jìn)行變形，可以分解成很明顯和轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時(shí)相比，轉(zhuǎn)子側(cè)多了一個(gè)電阻。再考慮把轉(zhuǎn)子繞組的相數(shù)、匝數(shù)以及繞組系數(shù)都折合到定子邊，轉(zhuǎn)子回路的電壓方程式則變?yōu)椋?/5/202339當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路進(jìn)行了頻率折合后，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁通勢的幅值可寫成:這樣一來，定、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢的關(guān)系，又可寫:再考慮轉(zhuǎn)子繞組的相數(shù)、匝數(shù)折合，為:2/5/202340相應(yīng)的等效電路:§7.4.5基本方程式、等效電路和時(shí)空相矢量圖從等效電路圖上可以看出，轉(zhuǎn)子電路中多了一個(gè)表征機(jī)械負(fù)載的等效電阻，而在這個(gè)電阻上消耗的電功率在數(shù)值上剛好和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的機(jī)械功率相等。2/5/202341當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)空載時(shí)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速接近同步速，轉(zhuǎn)差率s很小，/s趨于∝，電流可認(rèn)為等于零,這時(shí)定子電流就是勵(lì)磁電流,電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)很低。當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行于額定負(fù)載時(shí)，轉(zhuǎn)差率約為的20倍左右，等值電路里轉(zhuǎn)子邊呈電阻性，功率因數(shù)COS較高。這時(shí)定子邊的功率因數(shù)COS也比較高，可達(dá)0.8～0.85.根據(jù)上述五個(gè)基本方程式可畫出的異步電動(dòng)機(jī)時(shí)間空間相量圖。2/5/202342要求：熟練列出異步電機(jī)的功率平衡方程式和轉(zhuǎn)矩平衡方程式熟練掌握各種損耗的特點(diǎn)；掌握一些簡單的計(jì)算；§7.5.1功率關(guān)系功率平衡關(guān)系異步電動(dòng)機(jī)從電源獲取電功率，即輸入功率：§7.5三相異步電動(dòng)機(jī)的功率與轉(zhuǎn)矩2/5/202343定子銅損耗為:定子回路的鐵耗：轉(zhuǎn)子銅損耗為:總的機(jī)械功率為：電磁功率為:電磁功率也可以表示為:2/5/202344異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)電磁功率、轉(zhuǎn)子回路銅損耗和機(jī)械功率三者之間的定量關(guān)系是：所以整個(gè)功率傳遞過程中的功率關(guān)系為P1PMP2pcu1pFepcu2pm+ps

Pm2/5/202345§7.5.2轉(zhuǎn)矩關(guān)系旋轉(zhuǎn)電機(jī)的機(jī)械功率等于電機(jī)的轉(zhuǎn)矩與它的機(jī)械角速度乘積。異步電動(dòng)機(jī)輸出功率為：電磁轉(zhuǎn)矩的兩種計(jì)算公式：2/5/202346

例7.7,7.8

：一臺(tái)三相繞線式異步電動(dòng)機(jī)，PN=100KW，U1N=380V，f1=50HZ，nN=950r/min,額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)，機(jī)械損耗為1KW，忽略附加損耗，求額定負(fù)載下的:

額定轉(zhuǎn)差率；電磁功率；轉(zhuǎn)子銅耗；電磁轉(zhuǎn)矩；輸出轉(zhuǎn)矩；空載轉(zhuǎn)矩P2372/5/202347§7.5.2電磁轉(zhuǎn)矩的物理表達(dá)式CTj為電機(jī)轉(zhuǎn)矩系數(shù)。2/5/202348要求：熟練掌握異步電機(jī)的機(jī)械特性，并能根據(jù)機(jī)械特性對電機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行分析，掌握幾個(gè)特殊的工作點(diǎn)和實(shí)用計(jì)算公式。掌握異步電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行

三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性：指在定子電壓、頻率和參數(shù)固定的條件下，電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速n（或轉(zhuǎn)差率s）之間的函數(shù)關(guān)系。可用曲線來表示，稱為異步電機(jī)的機(jī)械特性曲線或T-s曲線?！?.6三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性2/5/202349根據(jù)等效電路圖可得，根據(jù)§7.6.1機(jī)械特性的參數(shù)表達(dá)式代入上述公式得：固定相電壓、頻率、及阻抗等參數(shù)，畫成曲線便為T－s曲線。2/5/202350固有機(jī)械特性：三相異步電動(dòng)機(jī)在電壓、頻率均為額定值不變，定、轉(zhuǎn)子回路不串入任何電路元件時(shí)的機(jī)械特性，如圖。（1）在0≤S≤1，即0

≤

n≤n1的范圍內(nèi)，特性在第Ⅰ象限，電磁轉(zhuǎn)矩T和轉(zhuǎn)速n都為正，從正方向規(guī)定判斷，T與n同方向，n與n1同方向。電動(dòng)機(jī)工作在電動(dòng)狀態(tài)。§7.6.2固有機(jī)械特性1、固有機(jī)械特性曲線具有以下特點(diǎn)：2/5/202351（3）在s＞1范圍內(nèi)，n＜O，特性在第Ⅳ象限，T＞0，也是一種制動(dòng)狀態(tài)。（2）在s＜0范圍內(nèi)，n＞n1，特性在第Ⅱ象限，電磁轉(zhuǎn)矩為負(fù)值，是制動(dòng)性轉(zhuǎn)矩，電磁功率也是負(fù)值，是發(fā)電狀態(tài)，機(jī)械特性在S＜0和s＞0兩個(gè)范圍內(nèi)近似對稱。在第Ⅰ象限電動(dòng)狀態(tài)的特性上，B點(diǎn)為額定運(yùn)行點(diǎn)，其電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速均為額定值。A點(diǎn)，T=0,為理想空載運(yùn)行點(diǎn)。C點(diǎn)是電磁轉(zhuǎn)矩最大點(diǎn)。D點(diǎn)n=0，轉(zhuǎn)矩為TS，是啟動(dòng)點(diǎn)（見圖）。2/5/2023522、最大電磁轉(zhuǎn)矩令最大轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的轉(zhuǎn)差率稱為臨界轉(zhuǎn)差率為得最大電磁轉(zhuǎn)矩，上式可以簡化為機(jī)械特性具有對稱性。最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)：最大電磁轉(zhuǎn)矩與額定電磁轉(zhuǎn)矩的比值，又稱過載倍數(shù)，用λ表示為一般λ為1.6～2.2,起重、冶金用的λ

為2.2～2.8。2/5/2023533、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩（啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩）堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩：電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，n=0，s=1的電磁轉(zhuǎn)矩。電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，只有TS大于(1.1～1.2)倍的負(fù)載轉(zhuǎn)矩才可順利啟動(dòng)。一般異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)kT=0.8～2.0。

啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)：啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比值，用kT表示2/5/2023544、穩(wěn)定運(yùn)行問題

從三相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性上看，當(dāng)0＜s＜sm，機(jī)械特性下斜，拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載和泵類負(fù)載運(yùn)行時(shí)均能穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)sm＜s＜1，機(jī)械特性上翹，拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載不能穩(wěn)定運(yùn)行。拖動(dòng)泵類負(fù)載時(shí)，滿足T=TL處的條件，即可以穩(wěn)定運(yùn)行。但是由于這時(shí)候轉(zhuǎn)速低，轉(zhuǎn)差率大，轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢E2S=SE2比正常運(yùn)行時(shí)大很多，造成轉(zhuǎn)子電流、定子電流均很大，不能長期運(yùn)行。因此三相異步電動(dòng)機(jī)應(yīng)長期穩(wěn)定運(yùn)行在0＜s＜SN范圍內(nèi)。2/5/202355例7-9：一臺(tái)三相籠型異步電動(dòng)機(jī)，UN=380V,Y接，p=3，f1=50HZ，nN=975r/min，電機(jī)參數(shù)為r1=2.08Ω,x1=3.12Ω，轉(zhuǎn)子電阻和電抗的折算值為1.53Ω和4.25Ω。求：額定電磁轉(zhuǎn)矩最大電磁轉(zhuǎn)矩及過載倍數(shù)臨界轉(zhuǎn)差率堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩及堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)P2412/5/202356§7.6.3人為機(jī)械特性1、降低定子端電壓的人為機(jī)械特性2/5/2023572、定子回路串接三相對稱電阻的人為機(jī)械特性在其它量不變的條件下,定子回路串入三相對稱電阻，不影響同步轉(zhuǎn)速n1，最大電磁轉(zhuǎn)矩Tm、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩Ts和臨界轉(zhuǎn)差率sm都隨串入電阻的增大而減小。中右圖所示。0sn11.0RR0Tn3、定子回路串接三相對稱電抗的人為機(jī)械特性定子回路串入三相對稱電抗的人為機(jī)械特性與串電阻的相似，同步轉(zhuǎn)速n1不變，最大電磁轉(zhuǎn)矩Tm、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩Ts和臨界轉(zhuǎn)差率sm都隨串入電抗的增大而減小。只是串電抗不消耗有功功率，而串電阻消耗有功功率。2/5/202358同步轉(zhuǎn)速n1不變，最大電磁轉(zhuǎn)矩Tm不變，臨界轉(zhuǎn)差率sm隨串入電阻的增大而增大。

4、轉(zhuǎn)子回路串入三相對稱電阻的人為機(jī)械特性若再增加電樞電阻，則sm>1,Ts<Tm?？梢姡D(zhuǎn)子回路串電阻增大堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，并非電阻越大越好，而應(yīng)有個(gè)限度。從圖看出，轉(zhuǎn)子回路稍串入一些電阻，可以增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，串的電阻合適時(shí)，可使2/5/202359§7.6.4機(jī)械特性的實(shí)用公式

代入上式,于是上式變?yōu)?1、實(shí)用公式2/5/202360若其中sm大約在0.1～0.2范圍內(nèi)，上式中，在任何s值時(shí)，都有這就是三相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的實(shí)用公式。在實(shí)際應(yīng)用中，忽略空載轉(zhuǎn)矩，近似認(rèn)為TN=T2N

。過載能力λ可從產(chǎn)品目錄中查到，故Tm=λTN

便可確定。2、如何使用實(shí)用公式2/5/202361臨界轉(zhuǎn)差率sm的計(jì)算用額定工作點(diǎn)的sN和TN其代入上式若使用實(shí)用公式時(shí)，不知道額定工作點(diǎn)數(shù)據(jù)，而是在人為機(jī)械特性上運(yùn)行，這時(shí)可用如下公式：2/5/202362§7.7異步電動(dòng)機(jī)的工作特性異步電動(dòng)機(jī)的工作特性：指在額定電壓及額定頻率下，電動(dòng)機(jī)的主要物理量（轉(zhuǎn)速、定子電流、電磁轉(zhuǎn)矩、功率因數(shù)及效率等）隨輸出功率變化的關(guān)系曲線。1、轉(zhuǎn)差率特性s=f(P2)隨著負(fù)載功率的增加，電磁功率增加，轉(zhuǎn)子電流需要增大，故轉(zhuǎn)差率隨輸出功率增大而增大。轉(zhuǎn)差率sP2§7.7.1工作特性的分析空載時(shí)電流很小，隨著負(fù)載電流增大，電機(jī)的輸入電流增大。2、定子電流特性I1＝f（P2）2/5/2023633、定子邊功率因數(shù)空載時(shí)，定子電流基本上用來產(chǎn)生主磁通，有功功率很小，功率因數(shù)也很低；隨著負(fù)載電流增大，輸入電流中的有功分量也增大，功率因數(shù)逐漸升高；在額定功率附近，功率因數(shù)達(dá)到最大值。如果負(fù)載繼續(xù)增大，則導(dǎo)致轉(zhuǎn)