电机学第5章感应电机

1、第第5 5章章 感应电机感应电机感应电动机的主要用途：感应电动机的主要用途： 感应电机主要用作电动机使用，特殊场合也可作为发感应电机主要用作电动机使用，特殊场合也可作为发电机使用。电机使用。感应电动机的感应电动机的优点优点: : 结构结构简单、容易制造、价格低廉、运行可靠、坚固耐简单、容易制造、价格低廉、运行可靠、坚固耐用、环境适应性强。用、环境适应性强。 感应电动机的感应电动机的缺点缺点: : 功率因数较差。感应电动机运行时，必须从电网里吸功率因数较差。感应电动机运行时，必须从电网里吸收滞后的无功功率，它的功率因数总是小于。收滞后的无功功率，它的功率因数总是小于。感应电动机的分类方法：感应电

2、动机的分类方法：（1 1）按定子相数分有按定子相数分有单相；单相；三相；多相。三相；多相。（2 2）按转子结构分有按转子结构分有 绕线式；绕线式； 鼠笼式。后者又包鼠笼式。后者又包括单鼠笼感应电动机、双鼠笼感应电动机和深槽式感应电括单鼠笼感应电动机、双鼠笼感应电动机和深槽式感应电动机。动机。（3 3）按机壳的不同防护方式分：开启式、防漏式、封闭按机壳的不同防护方式分：开启式、防漏式、封闭式，防暴式。式，防暴式。（4 4）按电机的容量分：微电机；小型（按电机的容量分：微电机；小型（0.6-1000.6-100千瓦）；千瓦）；中型（中型（100-1000100-1000千瓦）；大型（千瓦）；大型（

3、10001000千瓦以上）。千瓦以上）。 此外，根据电机定子绕组上所加电压的大小，又有高此外，根据电机定子绕组上所加电压的大小，又有高压和低压感应电动机之分。从其它角度看，还有高起动转压和低压感应电动机之分。从其它角度看，还有高起动转矩感应电机、高转差率感应电机、高转速感应电机等等。矩感应电机、高转差率感应电机、高转速感应电机等等。5.1 5.1 感应电机的结构和运行状态感应电机的结构和运行状态1 1、感应电机的结构、感应电机的结构 感应电机在结构上主要由定子、转子、气隙组成。感应电机在结构上主要由定子、转子、气隙组成。1 1、定子：、定子： 定子由定子由机座机座、定子铁心定子铁心和和定子绕组

4、定子绕组三个部分组成的。三个部分组成的。定子铁心：定子铁心： 电动机磁路的一部分，装在机座里。为了降低定子铁电动机磁路的一部分，装在机座里。为了降低定子铁心损耗，定子铁心用心损耗，定子铁心用0.5mm0.5mm厚的硅钢片叠压而成的，在硅厚的硅钢片叠压而成的，在硅钢片的两面还应涂上绝缘漆。下图为定子槽钢片的两面还应涂上绝缘漆。下图为定子槽, ,其中其中( (a a) )是开是开口槽，用于大中型容量的高压感应电动机；口槽，用于大中型容量的高压感应电动机；( (b b) )是半开口是半开口槽，用于中型槽，用于中型500V500V以下的感应电动机；以下的感应电动机；( (c c) )是半闭口槽，是半闭

5、口槽，用于低压小型感应电动机中，另外还有闭口槽。用于低压小型感应电动机中，另外还有闭口槽。机座：机座： 主要是为了固定与支撑定子铁心。端盖轴承还要支撑主要是为了固定与支撑定子铁心。端盖轴承还要支撑电机的转子部分。因此，机座应有足够的机械强度和刚度。电机的转子部分。因此，机座应有足够的机械强度和刚度。对中、小型感应电动机，通常用铸铁或铸铝机座。对大型对中、小型感应电动机，通常用铸铁或铸铝机座。对大型电机，一般采用钢板焊接的机座。电机，一般采用钢板焊接的机座。定子绕组：定子绕组： 定子绕组用绝缘的铜或铝导线（电磁线）绕成，嵌在定子绕组用绝缘的铜或铝导线（电磁线）绕成，嵌在定子槽内。高压大、中型容量

6、的感应电动机定子绕组常定子槽内。高压大、中型容量的感应电动机定子绕组常采采用用Y接接，只有三根引出线，如图，只有三根引出线，如图( (a a) )所示。对中、小容量所示。对中、小容量低压感应电动机，通常低压感应电动机，通常把定子三相绕组的六根把定子三相绕组的六根出线头都引出来，根据出线头都引出来，根据需要可接成需要可接成Y形或形或形，形，如图如图( (b b) )所示。所示。 定子铁心散嵌线圈 三相对称交流绕组模型2 2、转子：、转子： 转子主要由转子铁心、转子绕组和转子轴组成。转子主要由转子铁心、转子绕组和转子轴组成。转子铁心：转子铁心： 磁路的一部分，它用磁路的一部分，它用0.5mm0.5

7、mm厚的硅钢片叠压而成，固厚的硅钢片叠压而成，固定在转轴上，整个转子的外表呈圆柱形。定在转轴上，整个转子的外表呈圆柱形。转子绕组：转子绕组： 分为笼型和绕线型两类。分为笼型和绕线型两类。 1 1）笼型转子：）笼型转子：在转子的每个槽里放上一根导体，在铁心在转子的每个槽里放上一根导体，在铁心的两端用端环连接起来，形成一个闭合的绕组。如果把的两端用端环连接起来，形成一个闭合的绕组。如果把转子铁心拿掉，则可看出，剩下来的绕组形状像个松鼠转子铁心拿掉，则可看出，剩下来的绕组形状像个松鼠笼子。导条的材料有用铜的，也有用铸铝的。笼子。导条的材料有用铜的，也有用铸铝的。 2 2）绕线型转子：）绕线型转子：绕

8、线型转子的槽内嵌放有用绝缘导线组绕线型转子的槽内嵌放有用绝缘导线组成的三相绕组，一般都联接成成的三相绕组，一般都联接成Y形。转子绕组的三条引线形。转子绕组的三条引线分别接到三个集电环（滑环）上，用一套电刷装置引出来，分别接到三个集电环（滑环）上，用一套电刷装置引出来，如图所示。这就可以如图所示。这就可以把外接电阻串联到转子绕组回路里去，把外接电阻串联到转子绕组回路里去，以改善电动机的启动性能或调节电动机的转速。以改善电动机的启动性能或调节电动机的转速。 与笼型转子相比，与笼型转子相比，绕线型转子的结构较复绕线型转子的结构较复杂，价格稍贵，可靠性杂，价格稍贵，可靠性也低，因此只在要求起也低，因此

9、只在要求起动电流小，起动转矩大，动电流小，起动转矩大，或需平滑调速的场合使或需平滑调速的场合使用。用。3 3、气隙：、气隙： 感应电动机的气隙比同容量直流电动机的气隙小得感应电动机的气隙比同容量直流电动机的气隙小得多，在中、小型感应电动机中，多，在中、小型感应电动机中，气隙气隙一般为一般为0.22.0mmmm左左右。右。三相感应电动机的工作原理三相感应电动机的工作原理对称三相绕组对称三相绕组通入对称三相电流通入对称三相电流旋转磁场旋转磁场(磁场能量磁场能量)旋转磁场切旋转磁场切割转子绕组割转子绕组转子绕组中转子绕组中产生产生 e 和和 i转子绕组在磁场中转子绕组在磁场中受到电磁力的作用受到电磁

10、力的作用转子旋转起来转子旋转起来机械负载旋转起来机械负载旋转起来三相交流电能三相交流电能输出机械能量输出机械能量19三相感应电动机的工作原理三相感应电动机的工作原理 三相电源给定子绕组供电，产生以同步转速旋三相电源给定子绕组供电，产生以同步转速旋转的磁场，磁场相对于转子绕组转动，在转子转的磁场，磁场相对于转子绕组转动，在转子绕组中感应电动势。转子绕组闭合，有电流流绕组中感应电动势。转子绕组闭合，有电流流过，转子电流在磁场中受力并产生电磁转矩，过，转子电流在磁场中受力并产生电磁转矩，带动转子和负载旋转。带动转子和负载旋转。 由工作原理可知：转子的转速由工作原理可知：转子的转速n（电动机的转速）恒

11、（电动机的转速）恒比旋转磁场的旋转速度比旋转磁场的旋转速度n0（同步速度）要小。因为如果两（同步速度）要小。因为如果两种速度相等时，转子和旋转磁场没有种速度相等时，转子和旋转磁场没有相对运动相对运动，转子导体，转子导体不切割磁力线，因此，不能产生电磁转矩，转子将不能继不切割磁力线，因此，不能产生电磁转矩，转子将不能继续旋转。因此，转子与旋转磁场之间的转速差是保证转子续旋转。因此，转子与旋转磁场之间的转速差是保证转子转速的主要因素，也是转速的主要因素，也是感应电动机感应电动机的由来。的由来。w注意：注意：转子旋转的转速不能与定子绕组产生的磁转子旋转的转速不能与定子绕组产生的磁场转速相同，两者没有

12、固定的严格关系，故也称为场转速相同，两者没有固定的严格关系，故也称为异步电机异步电机。2 2、感应电机的运行状态、感应电机的运行状态 转差率：转差率： 转差率是指同步转速与实际转速的转差与同步转速的转差率是指同步转速与实际转速的转差与同步转速的比值，通常用百分数表示。比值，通常用百分数表示。ssnnns 转差率是感应电机的一个基本物理量，它反映电机转差率是感应电机的一个基本物理量，它反映电机的各种运行情况。的各种运行情况。snsn)1 ( 感应电机的三种运行状态感应电机的三种运行状态: :u异步电机正常运行时，转差率异步电机正常运行时，转差率s很小。很小。u通常通常s0.010.05Ncos3

13、 3、额定值、额定值感应电动机的额定值包含下列内容：感应电动机的额定值包含下列内容：（1 1）额定功率额定功率PN ：指电动机在额定运行时转轴输出的：指电动机在额定运行时转轴输出的机械功率，单位是机械功率，单位是kW。（2 2）额定电压额定电压UN ：指额定运行状态下加在定子绕组上的：指额定运行状态下加在定子绕组上的线电压，单位为线电压，单位为V。（3 3）额定电流额定电流IN ：指电动机在定子绕组上加额定电压、：指电动机在定子绕组上加额定电压、轴上输出额定功率时，定子绕组中的线电流，单位为轴上输出额定功率时，定子绕组中的线电流，单位为A。（4 4）额定频率额定频率fN ：指我国规定工业用电的

14、频率是：指我国规定工业用电的频率是50Hz50Hz。（5 5）额定转速额定转速nN ：指电动机施加额定频率的额定电压，：指电动机施加额定频率的额定电压，且轴端输出额定功率时的电动机转速，单位为且轴端输出额定功率时的电动机转速，单位为r/min 。（6 6）额定功率因数额定功率因数 ：指电动机施加额定电压，输出：指电动机施加额定电压，输出额定功率时，额定功率时，定子边定子边的功率因数。的功率因数。 另外，铭牌上还标注有产品型号、相数、接法、绝另外，铭牌上还标注有产品型号、相数、接法、绝缘等级以及允许温升。缘等级以及允许温升。 例如：例如：Y 112S-6 极数极数6极极 短机座（分为短机座（分为

15、L、M、S） 规格代号：中心高规格代号：中心高112mm 产品代号：感应电动机产品代号：感应电动机5.2 5.2 三相感应电动机的磁动势和磁场三相感应电动机的磁动势和磁场1、空载运行时的磁动势和磁场、空载运行时的磁动势和磁场 u1i10F1FmmE1 1E1 当定子接入对称三相电压当定子接入对称三相电压u1后，定子中便流过对称后，定子中便流过对称三相电流三相电流I10(空载电流空载电流)产生一基波合成旋转磁场产生一基波合成旋转磁场F1。 因空载运行时，因空载运行时，nns，所以，所以E2=0，I2=0，所以空载运，所以空载运行时定子磁动势行时定子磁动势F1基本上为产生气隙主磁场的激磁磁动势基本

16、上为产生气隙主磁场的激磁磁动势Fm，空载时电流就近似等于激磁电流，空载时电流就近似等于激磁电流Im，考虑铁心损耗，考虑铁心损耗时，时，Bm滞后滞后Fm铁心损耗角铁心损耗角FeFe。 定、转子磁动势的空间矢量图定、转子磁动势的空间矢量图BmFmA CB X Y Z nsnFemwkNfjE111144. 4)(1mmmmmjXRIZIE 当气隙中主磁场以同步转速旋转时，当气隙中主磁场以同步转速旋转时，m将在定子绕将在定子绕组中感应电势组中感应电势E1， 因在相位上因在相位上E1滞后滞后m 900电角度，所电角度，所以用向量表示有：以用向量表示有： 与变压器分析一样，我们引入与变压器分析一样，我们

17、引入Zm，把，把E1作为电压降作为电压降来处理。来处理。Zm激磁阻抗，它是表征铁心磁化特性和铁耗的一个综激磁阻抗，它是表征铁心磁化特性和铁耗的一个综合参数。合参数。Xm激磁电抗，表征气隙主磁通的电抗。激磁电抗，表征气隙主磁通的电抗。Rm激磁电阻，表征铁耗的一个等效电阻。激磁电阻，表征铁耗的一个等效电阻。111XIjE定子漏磁通和定子漏电抗：定子漏磁通和定子漏电抗： 除产生除产生m外，定子电流还产生仅与定子绕组交链的漏外，定子电流还产生仅与定子绕组交链的漏磁通磁通 1，漏磁通，漏磁通将在定子绕组中感应漏电动势将在定子绕组中感应漏电动势E1。，I1：定子电流：定子电流 X1：定子漏电抗：定子漏电抗

18、 漏磁通主要是通过空气而闭和，受磁路饱和的影响较漏磁通主要是通过空气而闭和，受磁路饱和的影响较小，在电机分析时把两种磁通分开处理。小，在电机分析时把两种磁通分开处理。 126060sfnnnpnnpfsss2、负载运行时的转子磁动势和磁动势方程、负载运行时的转子磁动势和磁动势方程转子磁动势：转子磁动势： 当负载运行时当负载运行时nns， E2 I2F2 , , F2也为旋转磁势也为旋转磁势。若定子旋转磁场顺时针旋转。若定子旋转磁场顺时针旋转，则转子感应电流的相序也则转子感应电流的相序也为顺时针，产生的磁动势为顺时针，产生的磁动势F2即为顺时针旋转，即为顺时针旋转， 即即F2与与F1转向相同。如

19、定子旋转磁场的转速为转向相同。如定子旋转磁场的转速为ns，转子转速为，转子转速为n，此时定子旋转磁场以此时定子旋转磁场以n= =ns-n=sns的速度切割转子，所以的速度切割转子，所以在在转子中感应电动势的频率转子中感应电动势的频率： 12sff 转子磁动势相对转子的转速：转子磁动势相对转子的转速： 转子磁动势相对定子的转速：转子磁动势相对定子的转速： n +n=sns+(1-s)ns=ns 转子磁动势相对定子磁动势的转速：转子磁动势相对定子磁动势的转速：0212s6060 fsfnsnnppnsn sn snns()定、转子磁动势之间的速度关系定、转子磁动势之间的速度关系 即无论转子的实际转

20、速为多少，转子磁势即无论转子的实际转速为多少，转子磁势F2和定子磁和定子磁势势F1在空间的转速总是等于在空间的转速总是等于ns，它们之间没有相对运动。，它们之间没有相对运动。 由于由于F1与与F2相对静止，就可以把相对静止，就可以把F1和和F2合成起来，合成起来，所以感应电机负载时在气隙内产生的旋转磁场是定、转子所以感应电机负载时在气隙内产生的旋转磁场是定、转子合成磁势即：合成磁势即： )(2121FFFFFFmm 或：或：LmmFFFFF121LmIII11转子反应：转子反应： 负载时感应电动机的转子磁势对气隙磁场的影响称为负载时感应电动机的转子磁势对气隙磁场的影响称为转子反应。转子反应。其

21、作用：其作用：1）使气隙磁场的大小和空间相位发生变化。）使气隙磁场的大小和空间相位发生变化。 2）转子磁势与主磁场相互作用，产生所需电磁转矩。）转子磁势与主磁场相互作用，产生所需电磁转矩。 定子磁势定子磁势F1包含两个分量，一个是产生主磁通的激磁包含两个分量，一个是产生主磁通的激磁磁动势磁动势Fm，另一个是抵消转子磁动势（，另一个是抵消转子磁动势（-F2 )的的F1L。 因因Fm基本不变，当基本不变，当F2增加时，增加时，F1也相应的增加以补偿也相应的增加以补偿F2，对应的电流：对应的电流：, . 1111129.0IpkNmFw2222229.0IpkNmFwmwmIpkNmF11129.0

22、mFFF21mwwwIpkNmIpkNmIpkNm1112222111129 . 029 . 029 . 0负载时的磁势方程式：负载时的磁势方程式： F1=Fm+（-F2 ）考虑到：考虑到：代入代入得：得： 现在我们将现在我们将I2前面的系数加以变换前面的系数加以变换( (用定子绕组参数用定子绕组参数取代转子绕组参数取代转子绕组参数），使其与，使其与I1、Im前面的系数前面的系数一样，并一样，并令令I2=I2/ki, ,则磁动势的矢量关系就可变成对应电流的相量则磁动势的矢量关系就可变成对应电流的相量关系。关系。222111221112222211wwiiwwmkNmkNmkIkIkNmkNmI

23、III电流比电流比mwwwIpkNmIpkNmIpkNm1112222111129 . 029 . 029 . 0定、转子磁动势的空间矢量图和定、转子电流相量图定、转子磁动势的空间矢量图和定、转子电流相量图1Fmm()B snmFmI2I290 nABCXYZsnax2F I2 1I2F 5.3 5.3 三相感应电动机的电压方程和等效电路三相感应电动机的电压方程和等效电路 定子电压方程：定子电压方程： 取其中一相进行分析。取其中一相进行分析。 111111111)()()(EjXRIRIEEU1 1、电压方程、电压方程111XIjE37定、转子中的感应电动势定、转子中的感应电动势1I11111

24、(j)E EI X定子定子22FmmF1F2s2s2s2s(j)EEI X2sI1E1sE转子转子定子绕定子绕组内组内转子绕转子绕组内组内5.3 三相感应电动机的电压方程和等效电路三相感应电动机的电压方程和等效电路38 定子电压方程：定子电压方程： 取其中一相进行分取其中一相进行分析。析。 111111111)()()(EjXRIRIEEU1 1、电压方程、电压方程111XIjE转子电压方程：转子电压方程： 2221222244. 444. 4EsskNfkNfEmwmws22122222sXsLfLfXs2222222jsXRIjXRIEssss带下标带下标s s的为转子旋转时（或频率为的为

25、转子旋转时（或频率为f f2 2）的量）的量不带下标不带下标s s的为转子静止时（或频率为的为转子静止时（或频率为f f1 1）的量）的量 22sEsE22sXsX感应电动机定、转子耦合电路图感应电动机定、转子耦合电路图2 2、等效电路、等效电路 由上图可见，两个电路只有由上图可见，两个电路只有磁的耦合磁的耦合，没有电的联系，没有电的联系，且定、转子的，且定、转子的相数、匝数、绕组系数相数、匝数、绕组系数不同，两电路不同，两电路频率频率也不同，因此需要归算，把一个电路归算到另一个电路中也不同，因此需要归算，把一个电路归算到另一个电路中去，得出所谓的等效电路。去，得出所谓的等效电路。1111,w

26、kNmf1R1X2Rn1U1I1E I2ssX22222,wkNmf2sE 频率归算：频率归算： 频率归算是指在保持整个电磁系统的频率归算是指在保持整个电磁系统的电磁性能电磁性能不变的不变的前提下，用一个具有定子电路频率的等效转子电路去取代前提下，用一个具有定子电路频率的等效转子电路去取代实际的转子电路。实际的转子电路。 频率归算的原则频率归算的原则：(1)(1)归算前后的电磁效应不变。归算前后的电磁效应不变。 (2)(2)归算前后的电磁性能不变。归算前后的电磁性能不变。（转子磁动势不变：同空间转速、同幅值、空间相位）（转子磁动势不变：同空间转速、同幅值、空间相位） 频率归算的依据：频率归算的

27、依据：(1) f2 =s f1 (2)F1与与F2相对静止。相对静止。频率归算的方法：频率归算的方法： 转子静止时，转子电路具有定子电路的频率，所以我转子静止时，转子电路具有定子电路的频率，所以我们用一个静止的转子电路去取代实际的转子电路。们用一个静止的转子电路去取代实际的转子电路。2222jsssEIRXE2ssE2X2s sX22222jEIRXs 从以上推导可看出，与频率有关的转子参数都具有了从以上推导可看出，与频率有关的转子参数都具有了定子频率，但此时转子电阻由定子频率，但此时转子电阻由R2变为变为R2/ /s。 可看出：只要用可看出：只要用R2/ /s去代替去代替R2，就可认为转子电

28、路具，就可认为转子电路具有了定子电路的频率，且转子电流没有变化，从而保证了有了定子电路的频率，且转子电流没有变化，从而保证了归算前后转子电路的电磁关系和电磁性能不变。归算前后转子电路的电磁关系和电磁性能不变。分析分析R2/s： 电阻电阻 （1-s)R2 / /s 在实际电路中并不存在，实质上他在实际电路中并不存在，实质上他产生的损耗产生的损耗 I22（1-s)R2 / /s表征了异步电动机的表征了异步电动机的机械功率机械功率，我们称，我们称（1-s)R2 / /s为为附加电阻附加电阻。RssRsR221频率归算后频率归算后的的感应电动机定、转子耦合电路图感应电动机定、转子耦合电路图2E1E2I

29、1111,wkNmf1R1X2Rn1U2X1222,wf mN k21Rss1I（二）绕组归算（二）绕组归算 对异步电机进行了频率归算后，还不能把定、转子电路对异步电机进行了频率归算后，还不能把定、转子电路联系起来联系起来, ,还需要进行绕组归算。所谓绕组的归算，就还需要进行绕组归算。所谓绕组的归算，就是人为的用一个是人为的用一个相数、匝数以及绕组因数相数、匝数以及绕组因数和定子一样的和定子一样的绕组去代替原来的转子绕组，在归算中必须保证归算前绕组去代替原来的转子绕组，在归算中必须保证归算前后转子的后转子的电磁效应电磁效应不变。不变。 由转子磁势不变由转子磁势不变 得出归算后转子电流得出归算后

30、转子电流, ,2222211129 . 029 . 0IpKNmIpKNmww2211122221IKIKNmKNmIiww由电动势与匝数和绕组因数成正比，得出：由电动势与匝数和绕组因数成正比，得出：2222112EKEKNKNEeww11221EKEKEKEeee2222XjsRIE2221112222222122222122222221122wiewiem N KmRRK K Rm mNKm IXm IXXK K X 由转子铜耗和漏磁场储能不变，得出：由转子铜耗和漏磁场储能不变，得出：22222221RImRIm频率和绕组归算后的频率和绕组归算后的感应电动机定、转子耦合电路图感应电动机定、

31、转子耦合电路图2E1E2 I1111,wkNmf1Xn1U2X1111,wf m N k21Rss1I1R2R2E1E2 I1111,wkNmf1Xn1U2X 1111,wkNmf21Rss1I1R2RT形等效电路和向量图：形等效电路和向量图： 归算后的相关定、转子电压方程为：归算后的相关定、转子电压方程为：mmmIIIZIEEXjsRIEEjXRIU2121222211111异步电动机的异步电动机的T形等效电路形等效电路1R1X2X2RRm1I2I21Rss1UmIXm12EE1Z2ZmZ等效电路中参数的特点：等效电路中参数的特点： Zm Z1、Z2 X R用等效电路分析几种典型的运行情况：

32、用等效电路分析几种典型的运行情况：1 1、 异步电动机异步电动机空载空载时，转子的转速接近同步转速，转差时，转子的转速接近同步转速，转差率率s00， 附加电阻附加电阻（1-s)R2 /s 趋于趋于 ，相当于转子电路，相当于转子电路开路，由于回路中电抗开路，由于回路中电抗Xm、X1 Rm、R1这时电路呈感性，这时电路呈感性，电动机的功率因数很低。（此时定子电流就是励磁电流，电动机的功率因数很低。（此时定子电流就是励磁电流，仅仅建立了磁场。）仅仅建立了磁场。）1X02I1R2X2RRm1UXm12EEmII1 2 2、异步电动机在、异步电动机在额定负载额定负载下运行时，转差率下运行时，转差率sN大

33、约大约55，附加电阻附加电阻（1-s)R2 /s 约为约为R2的的2020倍左右，此时转子电路呈倍左右，此时转子电路呈电阻性，功率因数较高。这时定子边的功率因数电阻性，功率因数较高。这时定子边的功率因数COS可可达达50.85（滞后）。（滞后）。1R 1X 2X 2R Rm21Rss1UXm12E E 3 3、电动机、电动机启动启动时，时，n=0，s =1，附加电阻，附加电阻（1-s)R2 / /s=0，相当于转子电路短路，所以启动电流相当于转子电路短路，所以启动电流 Ist大。一般情况下大。一般情况下Ist=(58)IN。由于转子回路中电抗。由于转子回路中电抗X2 R2，此

34、时转子电流，此时转子电流的有功分量不大，故异步电动机的启动转矩的有功分量不大，故异步电动机的启动转矩Tst不大。不大。1R1X2X 2R Rm1UXm1 2EE异步电动机的异步电动机的近似近似等效电路等效电路1R1X2X2RRm1I2I21Rss1UmIXm12EE近似等效电路（也称近似等效电路（也称“”型等效电路）：型等效电路）： “ “T”型等效电路是一个串、并联电路，计算和分析型等效电路是一个串、并联电路，计算和分析都比较复杂，因此在实际应用中可以简化计算。都比较复杂，因此在实际应用中可以简化计算。相量图：相量图：5.4 5.4 感应电动机的功率方程和转矩方程感应电动机的功率方程和转矩方

35、程 由于感应电动机气隙磁场基本上与负载无关，但是它由于感应电动机气隙磁场基本上与负载无关，但是它的能量转换过程与直流电动机相似。的能量转换过程与直流电动机相似。功率转换过程功率转换过程: : 感应电动机从电源输入的电功率感应电动机从电源输入的电功率P1 1扣除定子绕组的铜扣除定子绕组的铜损耗损耗pCu1定子铁损耗定子铁损耗pFe，就是电磁功率，就是电磁功率Pe e , ,电磁功率借助电磁功率借助气隙磁场由定子传送到转子，扣除转子铜耗气隙磁场由定子传送到转子，扣除转子铜耗pcu2，转子铁，转子铁耗忽略不计（因耗忽略不计（因f2很小）。得到总机械功率很小）。得到总机械功率P, , 再扣除再扣除机械

36、损耗机械损耗p和杂散损耗和杂散损耗p即为电机轴输出的功率即为电机轴输出的功率P2。 附加电阻附加电阻p p与气隙大小及一些制造工艺等因素有关，与气隙大小及一些制造工艺等因素有关，很难准确计算。通常对于中、小型电动机额定输出时为输很难准确计算。通常对于中、小型电动机额定输出时为输出功率的出功率的1%3%；对大型电机为；对大型电机为0.5%。感应电动机从电源输入的电功率：感应电动机从电源输入的电功率：消耗于定子绕组的电阻而变成铜耗：消耗于定子绕组的电阻而变成铜耗：消耗于定子铁心变为铁耗：消耗于定子铁心变为铁耗： 从定子通过气隙传送到转子的电磁功率：从定子通过气隙传送到转子的电磁功率：2cu11 1

37、1pm I R111 11cosPmU I2Fe1 mmpm I R 22e12 221 2RPmE I cosmIs1 1、功率方程，电磁功率和转换功率、功率方程，电磁功率和转换功率功率方程为：功率方程为：Cu1Feeecu221PppPPpPPPpp其中：其中：2Cu2122e2122epm IRsP1sPm IR(1s)Ps 重要公式：重要公式： P = (1-s)Pe pcu2 = sPe Pe = P+ pcu2 以上表明，电磁功率以上表明，电磁功率Pe中，一部分变为转子铜耗中，一部分变为转子铜耗sPe 一部分转换为机械功率一部分转换为机械功率(1-s)pe , , sPe为转差功率

38、。为转差功率。2 2、转矩方程和电磁转矩转矩方程和电磁转矩转矩方程：转矩方程：电磁转矩：电磁转矩：e022e02TTTPppPT, T, T eese22w2m22m2222w21coscos212PPTTpm N kICICpm N k 5.6 5.6 感应电动机参数的测定感应电动机参数的测定 空载试验空载试验 电动机空载运行，当电源电压、频率为额定值时，让电动机运电动机空载运行，当电源电压、频率为额定值时，让电动机运行一段时间，使其机械损耗达到稳定值。用调压器调节电动机行一段时间，使其机械损耗达到稳定值。用调压器调节电动机定子定子绕组上的电压，使其从（绕组上的电压，使其从（1.11.2）U

39、1N开始，逐渐降低电压至开始，逐渐降低电压至 0.3U1N，直到电动机的转速发生明显的变化为止。记录电动机的，直到电动机的转速发生明显的变化为止。记录电动机的端端电压电压U1、空载电流、空载电流I10、空载功率、空载功率P0和转速和转速 n ，并画成曲线。，并画成曲线。励磁参数与铁耗及机械损耗的确定励磁参数与铁耗及机械损耗的确定 电动机空载运行时，电动机空载运行时，s0，I20，即转子电路开路，可得：，即转子电路开路，可得： P10m1I102R1+pFe+p P10- m1I102R1pFe+p 其中其中R1可实测（伏安法或电桥），可实测（伏安法或电桥），铁耗及机械损耗可用曲线求得。铁耗及机

40、械损耗可用曲线求得。 励磁参数励磁参数的确定的确定10202001021XXXRZXImpRmFemmmmXXXRRRZZZIU101010101, X1可由堵转试验确定。可由堵转试验确定。02 I1 2E E mI I 102. 2. 短路实验短路实验( (堵转实验）堵转实验） 试验时将电动机转子卡住，一般从试验时将电动机转子卡住，一般从U10.40.4U1N开始，逐渐降低开始，逐渐降低输入电压。记录定子绕组的输入电压。记录定子绕组的端电压端电压U1、定子电流定子电流I1k1k和和定子输入功率定子输入功率P1k。 根据测得的数据，可以算出短路阻抗、短路电阻和短路电抗。根据测得的数据，可以算出

41、短路阻抗、短路电阻和短路电抗。即：即：22211113,kkkkkkKkRZXIPRIUZ2121,XXXRRRkk221kXXX大中型电动机：大中型电动机： 100kW以下的小型异步电动机：以下的小型异步电动机： X20.67Xk (2(2、4 4、6 6极极) )； X20.57Xk (8(8、1010极极) )。5.7 5.7 感应电动机的转矩感应电动机的转矩- -转差率曲线转差率曲线1 1、转矩、转矩- -转差率特性转差率特性sRImPTssee2221221221221122122112XXsRRsRUmTXXsRRUIse 三相感应电动机在电压、频率均为额定值，定、转子三相感应电动

42、机在电压、频率均为额定值，定、转子回路不串入任何元件时的机械特性称为固有机械特性。回路不串入任何元件时的机械特性称为固有机械特性。 T-s曲线：曲线：固有机械特性曲线固有机械特性曲线: :sms0-1-Te转速与转矩的关系：（转速与转矩的关系：（T-n曲线）曲线） 从曲线可看出，有从曲线可看出，有三个点就能确定特性曲三个点就能确定特性曲线的形状。线的形状。 只要改变了特性曲只要改变了特性曲线的形状就能改变异步线的形状就能改变异步电动机的机械特性。电动机的机械特性。nsTn0TstTmsm68w 三相异步电动机的机械特性是指在定子电压、三相异步电动机的机械特性是指在定子电压、频率和参数固定的条件

43、下，电磁转矩频率和参数固定的条件下，电磁转矩T 与转速与转速n 或转差率或转差率s 之间的函数关系之间的函数关系Tf(n) 。w 用曲线表示时，常以转速用曲线表示时，常以转速n 或转差率或转差率s 为纵坐标，为纵坐标，以电磁转矩以电磁转矩T 为横坐标，简称为横坐标，简称 T-s曲线。曲线。69电磁转矩的一般表达式电磁转矩的一般表达式电磁转矩电磁转矩T 既等于机械功率既等于机械功率Pm除以转子机械角速除以转子机械角速度度 ，也等于电磁功率，也等于电磁功率Pem除以同步机械角速度除以同步机械角速度 1 。ememmm11(1)2(1)26060s PPPPTnsn70电磁转矩的一般表达式电磁转矩的

44、一般表达式电磁转矩电磁转矩T与每极磁通与每极磁通量量 m、转子电流、转子电流、I2、转子功率因数转子功率因数cos 2的的乘积成正比。即：乘积成正比。即：T与与 m和转子电流的有功和转子电流的有功分量的乘积成正比。分量的乘积成正比。em2 221112 dp2m2213cos2 /3 (4.44)cos2 /PE ITfpf N kIfpem2 222 223cos3cosPE IE I m 22cosTTCI71机械特性的参数表达式机械特性的参数表达式电磁转矩电磁转矩T 与转差率与转差率s 的关系的关系221222111232()()RpUsTRfRcXcXs w 电磁转矩电磁转矩T与转差率

45、与转差率s（或转速（或转速n）之间不是线性）之间不是线性关系。关系。w 当定子相电压当定子相电压U1 和频率和频率f1 一定时，电机参数可视一定时，电机参数可视为常数，电磁转矩为常数，电磁转矩T 仅和转差率仅和转差率 s 有关。有关。 72固有机械特性固有机械特性固有机械特性：电压、频率均固有机械特性：电压、频率均为额定值不变，定、转子回路为额定值不变，定、转子回路不串任何电路元件时的机械特不串任何电路元件时的机械特性（性（T-s曲线）。曲线）。221222111232()()RpUsTRfRcXcXs73固有机械特性固有机械特性固有机械特性电动机状态电动机状态发电机状态发电机状态电制动状态电

46、制动状态10 s0s1s74固有机械特性固有机械特性C点：额定运行点点：额定运行点B点：最大转矩点点：最大转矩点A点：堵转点（最点：堵转点（最初起动点）初起动点）l 固有机械特性的关键点固有机械特性的关键点75 额定电磁转矩额定电磁转矩TN ：额定运行时的：额定运行时的电磁转矩。电磁转矩。固有机械特性固有机械特性w 额定运行点额定运行点CNN2NNN260PPTnN2NN9550PTn 额定输出转矩额定输出转矩T2N ：（kW）76 堵转转矩堵转转矩Ts ：在额定电压和额定：在额定电压和额定频率下堵转时（频率下堵转时（s1）的电磁转）的电磁转矩矩 。固有机械特性固有机械特性w 堵转点堵转点A

47、堵转转矩倍数堵转转矩倍数kst ：堵转转矩：堵转转矩Ts与额定转矩与额定转矩TN之比。反映之比。反映电动机带负载起动的能力。电动机带负载起动的能力。 堵转电流堵转电流 Is ，堵转电流倍数，堵转电流倍数ksi77固有机械特性固有机械特性w 堵转点堵转点A212221121232 ()() spU RTfRcRXcX Ts与电压与电压U1的平方成正比。的平方成正比。 漏电抗增大，漏电抗增大，Ts 减小。减小。78 最大转矩最大转矩Tm ：在额定电压和额定：在额定电压和额定频率下稳态运行时能产生的最大频率下稳态运行时能产生的最大电磁转矩电磁转矩 。固有机械特性固有机械特性w 最大转矩点最大转矩点B

48、 过载能力过载能力km ：最大转矩：最大转矩Tm与与额定转矩额定转矩TN之比。反映电动之比。反映电动机的短时过载能力。机的短时过载能力。mmNTkT79固有机械特性固有机械特性w 最大转矩点最大转矩点Bd0dTs21m221111234() pUTf cRRXcX 2m22112()cRsRXcX 临界转差率临界转差率sm ：产生最大电磁转矩时的转差率。：产生最大电磁转矩时的转差率。令令 ，得：，得：正、负号分别对应为电动机、正、负号分别对应为电动机、发电机状态。发电机状态。80固有机械特性固有机械特性w 最大转矩点最大转矩点B忽略定子电阻忽略定子电阻R1，c1时：时：21m1123,4 ()

49、pUTfXX 2m12RsXX 最大转矩最大转矩Tm与电压与电压U1的平方成正比。的平方成正比。 Tm近似与定、转子漏电抗之和成反比。近似与定、转子漏电抗之和成反比。 Tm与转子电阻与转子电阻R2无关。无关。 临界转差率临界转差率sm与与R2成正比，与定、转子漏电抗成正比，与定、转子漏电抗之和成反比，与电压之和成反比，与电压U1无关。无关。81人为机械特性人为机械特性人为机械特性：在外施电压或频率不是额定值，或定、转人为机械特性：在外施电压或频率不是额定值，或定、转子回路串入电路元件时的机械特性。子回路串入电路元件时的机械特性。wn1与与U1无关；无关；wsm与与U1无关；无关；w电磁转矩电磁

50、转矩T 与与U1的平方的平方成正比。成正比。l改变定子端电压的人为机械特性改变定子端电压的人为机械特性降低定子电压降低定子电压U1，其他量，其他量不变时的机械特性。不变时的机械特性。82人为机械特性人为机械特性l转子串接电阻的人为机械特性转子串接电阻的人为机械特性wn1与与U1无关；无关；wsm与转子回路电阻与转子回路电阻成正比；成正比；wTm与转子回路电与转子回路电阻无关。阻无关。三相绕线转子异步电动机转子回路串接对称电阻。三相绕线转子异步电动机转子回路串接对称电阻。Rs2 Rs1转子回路串接适当的电阻可转子回路串接适当的电阻可以增大堵转转矩。以增大堵转转矩。83机械特性l稳定运行问题电动机

51、能稳定运行电动机能稳定运行LddddTTss电动机不能稳定运行电动机不能稳定运行LddddTTss1电动机电动机2负载负载22212221221211212112,XXRRRUTXXRUTXXRRSstmaxm分析：分析： Tm近似与定、转子漏电抗之和成反比。近似与定、转子漏电抗之和成反比。 Tm与转子电阻与转子电阻R2无关。无关。 最大转矩最大转矩Tm与电压与电压U1的平方成正比。的平方成正比。 临界转差率临界转差率sm与与R2成正比，与定、转子漏电抗之和成反成正比，与定、转子漏电抗之和成反比，与电压比，与电压U1无关。无关。简易记法：简易记法： 异步电动机的工作特性是指异步电动机的工作特性

52、是指 ， 时电动机的转速时电动机的转速n、定子电流、定子电流I1 1、功率因数、功率因数 、 电磁转矩电磁转矩T T、效率、效率等与输出功等与输出功率率P P2 2的关系。可以通过直接给异步电动机带负载测得，也可以利用的关系。可以通过直接给异步电动机带负载测得，也可以利用等效电路计算而得。等效电路计算而得。NUU1Nff 11cos一、转速特性一、转速特性： 三相异步电动机空载时，转子的转三相异步电动机空载时，转子的转速速 n 接近于同步转速接近于同步转速ns。随着负载的增。随着负载的增加，转速加，转速 n 要略微降低，这时转子电动要略微降低，这时转子电动势势E2S增大，转子电流增大，转子电流

53、I2也增大，以产生也增大，以产生大的电磁转矩来平衡负载转矩。因此，大的电磁转矩来平衡负载转矩。因此，随着随着P2 的增加，转子转速的增加，转子转速n下降，转差率下降，转差率s增大。增大。二、定子电流特性：二、定子电流特性： 空载时空载时, ,转子电流基本上为零转子电流基本上为零, ,此时此时的定子电流就是励磁电流的定子电流就是励磁电流 I I0 0, , 随着负载随着负载的增加的增加, ,转速降低转速降低, ,转子电流增大转子电流增大, ,定子电定子电流也增大。流也增大。)(2Pfn 5.8 5.8 感应电动机的工作特性感应电动机的工作特性三、功率因数特性三、功率因数特性： 空载时定子侧的功率

54、因数很低，不超过空载时定子侧的功率因数很低，不超过0.20.2，额定负载时，定子电流中的有，额定负载时，定子电流中的有功电流增加，使功率因数提高，但是如果进一步增大负载，由于转差率的增大，功电流增加，使功率因数提高，但是如果进一步增大负载，由于转差率的增大，使功率因数角增大，则功率因数减小。使功率因数角增大，则功率因数减小。)(cos21Pf四、电磁转矩特性：四、电磁转矩特性： 稳定运行时异步电动机的转矩稳定运行时异步电动机的转矩平衡方程为平衡方程为Te=T0+T2，输出功率，输出功率P2=T2。电动机空载时。电动机空载时T=T0，随着，随着负载增加，负载增加，T 增大，由于增大，由于变化不变

55、化不大，电磁转矩大，电磁转矩T 随随P2 2 的变化近的变化近似地为一条直线。似地为一条直线。)(2PfT 五、效率特性五、效率特性：pPpPP2121 空载时，空载时，P2 2=0=0，=0=0，随着输出功率的增加，效率也增加。当不变损耗等于，随着输出功率的增加，效率也增加。当不变损耗等于可变损耗时，电动机的效率达到最大。对中、小型异步电动机，大约可变损耗时，电动机的效率达到最大。对中、小型异步电动机，大约P2=0.75PN时，效率最高。如果负载继续增大，效率反而要降低。一般来说，电动机的容量时，效率最高。如果负载继续增大，效率反而要降低。一般来说，电动机的容量越大，效率越高。越大，效率越高

56、。 5.9 5.9 感应电动机的的起动，深槽和双笼电动机感应电动机的的起动，深槽和双笼电动机 起动要求：起动要求：（1 1）能产生足够大的起动转矩）能产生足够大的起动转矩Tst，使电动机顺利地转动，使电动机顺利地转动起来。起来。（2 2）起动电流）起动电流I Istst不要太大，不要太大，避免起动时大电流在电网上避免起动时大电流在电网上产生较大的压降而影响电网上的其它电气设备和电动机的产生较大的压降而影响电网上的其它电气设备和电动机的正常运行正常运行。（3 3）起动的经济性：包括设备简单和低起动损耗等。起动的经济性：包括设备简单和低起动损耗等。 直接起动：直接起动： 将定子三相绕组直接接在三相

57、电源上起动，称为直接将定子三相绕组直接接在三相电源上起动，称为直接起动。起动。 一般一般7.57.5kW以下的小容量鼠笼感应电动机都可以直接以下的小容量鼠笼感应电动机都可以直接起动。如果变压器容量足够大，直接起动的电动机容量还起动。如果变压器容量足够大，直接起动的电动机容量还可相应增大，一般按经验公式核定：可相应增大，一般按经验公式核定： 式中：式中： kI为起动电流倍数；为起动电流倍数；I1st为电动机的起动电流；为电动机的起动电流；I1N为电为电动机的额定电流；动机的额定电流；SN为电源变压器总容量；为电源变压器总容量；PN为电动机的为电动机的额定功率。额定功率。)()(34111kWPk

58、VASIIkNNNstI1.笼型感应电动机的启动笼型感应电动机的启动 例：有一台要求经常启动的鼠笼式感应电动机，其例：有一台要求经常启动的鼠笼式感应电动机，其 PN=20kW, Ist/IN=6.5 ，如果供电变压器（电源）容量为，如果供电变压器（电源）容量为560kVA，且有照明负，且有照明负载，问可否直接启动？同样的载，问可否直接启动？同样的Ist/IN 比值，功率为多大的电动机则不比值，功率为多大的电动机则不允许直接启动？允许直接启动？ 解：根据经验公式算出解：根据经验公式算出 5675720456043.II.kWkVANst 满足上述关系，故允许直接启动。满足上述关系，故允许直接启动

59、。 kWNPkVA. 45604356 可算出，额定功率大于可算出，额定功率大于24kW的电动机不允许直接启动。的电动机不允许直接启动。 说明：说明： 起动电流大，对电动机本身无太大影响起动电流大，对电动机本身无太大影响（因为是短因为是短时的，且现代设计的鼠笼电机都按直接起动电磁力和发热时的，且现代设计的鼠笼电机都按直接起动电磁力和发热来考虑机械强度和热稳定的来考虑机械强度和热稳定的），），主要对电网有影响，如果主要对电网有影响，如果电源容量较大，可以直接起动。一般电源容量较大，可以直接起动。一般7.57.5千瓦以下容量电千瓦以下容量电动机可以直接起动。动机可以直接起动。注意：注意： 容量大小

60、不是绝对的，只要直接起动时起动电流在电容量大小不是绝对的，只要直接起动时起动电流在电网中引起电压降不超过电网额定电压的（网中引起电压降不超过电网额定电压的（10101515）% 就允就允许直接起动。许直接起动。 5 7stNII1 2stNTT91降压起动降压起动 星星三角起动：三角起动： 正常运行时接成正常运行时接成形的鼠笼感应电动机，在起动时形的鼠笼感应电动机，在起动时接成接成Y形，起动完毕后再接成形，起动完毕后再接成形，称为星形，称为星三角起动。三角起动。 93设：定子每相阻抗为设：定子每相阻抗为 Z3U1pI 1l =ZZI1lY =U1pYZUN3 =ZUN 3 = Y型型起动的起动