第5章 感应电机课件

1、第5章 感应电机5.1 三相三相感应感应电机的结构电机的结构和运行状态和运行状态A、三相三相感应感应电机的结构电机的结构 三相感应电机由三相感应电机由定子定子、转子转子和和气隙气隙三部分组成。三部分组成。Induction machine1-定子铁心定子铁心 2-定子外壳定子外壳 3-转子铁心转子铁心 4-转子导条转子导条 5-端环端环 6-冷却风扇冷却风扇 7-机座机座 8-定子绕组定子绕组 9-轴承室轴承室 10-转子轴转子轴 11-轴承轴承1-转子绕组转子绕组 2-端盖端盖 3-轴承轴承 4-定子绕组定子绕组 5-转子铁心转子铁心 6-定子铁心定子铁心 7-集电环集电环 8-出线盒出线盒

2、1. 定子定子 感应感应电机的定子是由电机的定子是由定子铁心定子铁心、嵌入定子、嵌入定子铁心表面槽内的铁心表面槽内的三相对称分布的定子绕组三相对称分布的定子绕组以以及及机座机座组成。组成。 定子铁心表面的槽形根据槽口的宽度可分定子铁心表面的槽形根据槽口的宽度可分为三类：半闭口槽、半开口槽和开口槽为三类：半闭口槽、半开口槽和开口槽 定子绕组是定子的电路部分，用以从电源输入电能并产生气隙定子绕组是定子的电路部分，用以从电源输入电能并产生气隙内的旋转磁场。内的旋转磁场。2. 转子转子 转子是由圆柱形转子是由圆柱形转子铁心转子铁心、转子绕组转子绕组和和转轴转轴等等组成。其中，转子绕组根据结构形式的不同

3、，有组成。其中，转子绕组根据结构形式的不同，有鼠笼式鼠笼式和和绕线式绕线式之分。之分。鼠笼式转子鼠笼式转子 笼型绕组是一个自行闭合的短路绕组。笼型绕组是一个自行闭合的短路绕组。 小型电机采用铸铝转子，大中型电机采用铜条转子。小型电机采用铸铝转子，大中型电机采用铜条转子。绕线式转子绕线式转子 转子绕组是对称三相绕组，转子绕组是对称三相绕组，Y连接。正常运行时，三相绕连接。正常运行时，三相绕组通过集电环短路。组通过集电环短路。转子绕组通过电刷外串三相电阻改善起动或调速性能。转子绕组通过电刷外串三相电阻改善起动或调速性能。风风扇扇叶叶铁心铁心绕组绕组集电环集电环轴承轴承 鼠笼式感应电动机：鼠笼式感应

4、电动机： 结构简单，坚结构简单，坚固，成本低，运行性能不如绕线式。固，成本低，运行性能不如绕线式。 绕线式感应电动机：通过外串电阻改绕线式感应电动机：通过外串电阻改善电机的起动，调速等性能。善电机的起动，调速等性能。 3. 气隙气隙 与直流电机相比，与直流电机相比，感应感应电机的气隙较小。中小型电机的气隙较小。中小型感应感应电机的气电机的气隙一般为隙一般为0.22mm。气隙的大小直接影响电动机的激磁电流和功。气隙的大小直接影响电动机的激磁电流和功率因数。率因数。4. 定子侧的接线盒定子侧的接线盒AZXYCB电机定子侧的绕组接法一般不要改变电机定子侧的绕组接法一般不要改变AZXYCBABC Z

5、YXAZXYCB Z A B XC YB、三相、三相感应感应电动机的基本运行原理电动机的基本运行原理 三相对称绕组通以三相对称电流将产生旋转磁场，旋三相对称绕组通以三相对称电流将产生旋转磁场，旋转磁场的转速为转磁场的转速为同步同步转转速。速。用用n ns s表示。表示。min)/(601rpfnS对于工频为对于工频为50Hz50Hz的供电电的供电电源显然有：源显然有： min/3000rnS四极电机的同步速为：四极电机的同步速为：min/1500rnS六极电机的同步速为：六极电机的同步速为：min/1000rnS两极电机的同步速为：两极电机的同步速为： 定子三相对称绕组中通以三相对称电流产生定

6、子三相对称绕组中通以三相对称电流产生同步速的定子旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕同步速的定子旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组感应转子电势和电流。磁场与转子感应电流相组感应转子电势和电流。磁场与转子感应电流相互作用便产生电磁力和电磁转矩，于是转子互作用便产生电磁力和电磁转矩，于是转子开始开始旋转，旋转，逐渐升速。逐渐升速。 考虑到转子电流是通过定子旋转磁场和转子考虑到转子电流是通过定子旋转磁场和转子绕组的相对切割而产生的，因此绕组的相对切割而产生的，因此转子转速永远也转子转速永远也不可能达到同步不可能达到同步转转速速。 由于转子转速与同步由于转子转速与同步转转速之间存在转速差异，速之间存在转速差异

7、，异步电机异步电机由此取名。又因为转子电流是靠定子侧由此取名。又因为转子电流是靠定子侧旋转磁场感应产生的，异步电机又称为旋转磁场感应产生的，异步电机又称为感应电机感应电机。 asynchronous machineC、三相、三相感应感应电机的运行状态与转差率电机的运行状态与转差率定义：定义： 异步电机的异步电机的同步同步转转速速n ns s与与转子转速转子转速n n之间存在差异，这一差异即之间存在差异，这一差异即代表旋转磁场与转子的相对速度，又称为代表旋转磁场与转子的相对速度，又称为转差速度转差速度。通常将转差速。通常将转差速度与同步速的比值定义为度与同步速的比值定义为转差率转差率，即：，即：

8、SSnnns 随着机械负载的增加，转子转速下降，随着机械负载的增加，转子转速下降，感感应应电机的转差率增大。电机的转差率增大。 转差率是反映转差率是反映感应感应电机运行状态的一个重要物理量。电机运行状态的一个重要物理量。 注意转差率注意转差率S（slip）的取值范围）的取值范围根据转差率的大小和正负，异步电机可分为根据转差率的大小和正负，异步电机可分为三种运行状态三种运行状态：（1 1）电动机运行状态）电动机运行状态 在这种状态下，转速：在这种状态下，转速： ，相应的转差，相应的转差率：率： 。根据右手定则和左手定则分别获。根据右手定则和左手定则分别获得转子绕组所感应的电势（或电流）以及电磁转

9、得转子绕组所感应的电势（或电流）以及电磁转矩的方向，如图矩的方向，如图b b 所示。此时，所示。此时，电磁转矩为驱动电磁转矩为驱动性的性的。 snn 010 s（2 2）发电机运行状态）发电机运行状态 在这种状态下，由原动机拖动异步电机运行，转速在这种状态下，由原动机拖动异步电机运行，转速为：为： ，相应的转差率为：，相应的转差率为： 。根据右手定则和左。根据右手定则和左手定则分别获得转子绕组所感应的电势（或电流）以及电手定则分别获得转子绕组所感应的电势（或电流）以及电磁转矩的方向如图磁转矩的方向如图c c所示。此时，所示。此时，电磁转矩为制动性的电磁转矩为制动性的。snn 0s（3 3）电磁

10、制动状态）电磁制动状态 在这种状态下，如果在外力拖动下，若转子转在这种状态下，如果在外力拖动下，若转子转速速 ，相应的转差率，相应的转差率 。根据右手定。根据右手定则和左手定则分别获得转子绕组所感应的电势则和左手定则分别获得转子绕组所感应的电势（或电流）以及电磁转矩的方向如图（或电流）以及电磁转矩的方向如图a a所示。此时，所示。此时，电磁转矩为制动性的电磁转矩为制动性的。0n1s 一台三相异步电动机，额定频率为50Hz，额定转速730r/min，空载转差率为0.003， 试求电机的极对数极对数，空载转速空载转速和额定负载时的转额定负载时的转差率差率。D、额定数据额定数据( (铭牌数据铭牌数据

11、) ) 对绕线式对绕线式感应感应电动机，铭牌上还注明转子的额定电压电动机，铭牌上还注明转子的额定电压 与转与转子额定电流子额定电流 的数据。的数据。NU2NI2对于三相感应电动机，额定数据之间存在如下关系：NNNNNNNNNIUIUPcos3cos3 额定功率额定功率 ：额定运行状态下机械轴上的输出功率；：额定运行状态下机械轴上的输出功率； 额定电压额定电压 ：额定运行状态下定子绕组的线电压；：额定运行状态下定子绕组的线电压； 额定电流额定电流 ：额定运行状态下定子绕组的线电流；：额定运行状态下定子绕组的线电流； 额定转速额定转速 ：额定运行状态下的转速；：额定运行状态下的转速； 额定效率额定

12、效率 ：额定运行状态下的效率；额定运行状态下的效率； 额定功率因数额定功率因数 ： 定子侧的功率因数；定子侧的功率因数； 额定频率额定频率 ：我国规定工频为：我国规定工频为50Hz。NPNUNINnNNcosNfY100L-2Y系列代号（系列代号（Y2、Y3、YR、YB等）等）100机座中心高（毫米）机座中心高（毫米）L机座长度代号（机座长度代号（S、M、L）2磁极数磁极数Y160M-4、Y90S-4B电动机型号电动机型号电动机工作方式：电动机工作方式：S1、S2、S3如何根据电机的铭牌进行定子的接线？如何根据电机的铭牌进行定子的接线？ (1) (1)当电动机铭牌上标明当电动机铭牌上标明 “电

13、压电压380V380V，接法时，接法时” (2)(2)当电动机铭牌上标明当电动机铭牌上标明 “电压电压380V380V，接法时，接法时Y Y ” ( (3)当电动机铭牌上标明当电动机铭牌上标明 “电压电压380/220V380/220V，接法，接法Y/Y/” 绝缘等级和温升绝缘等级和温升电机外壳防护等级电机外壳防护等级 第一种防护：第一种防护：防止人体触及或接近壳内带电部分和触及壳内转动部件防止人体触及或接近壳内带电部分和触及壳内转动部件 （光滑的旋转轴和类似部件除外），以及防止固体异物进入电机。（光滑的旋转轴和类似部件除外），以及防止固体异物进入电机。 第二种防护：第二种防护：防止由于电机进

14、水而引起的有害影响。防止由于电机进水而引起的有害影响。 代号代号IP xy （INTERNATIONAL PROTECTION ）第一位表征数字第一位表征数字X0 无防护无防护 电机无专门防护电机无专门防护 .1 防护大于防护大于50mm固体固体 电机能防止大面积的人体（如手）偶然或意外地触及或接电机能防止大面积的人体（如手）偶然或意外地触及或接近壳内带电或转动部件（但不能防止故意接触）近壳内带电或转动部件（但不能防止故意接触）,能防止直径大于能防止直径大于50mm的固体异的固体异物进入壳体物进入壳体 .2 防护大于防护大于12mm固体固体 电机能防止手指或长度不超过电机能防止手指或长度不超过

15、80mm的类似物体触及或接的类似物体触及或接近壳内带电或转动部件近壳内带电或转动部件 ,能防止直径大于能防止直径大于12mm的固体异物进入壳体的固体异物进入壳体 。3 防护大于防护大于2.5mm固体固体 电机能防止直径大于电机能防止直径大于2.5mm的工具或的工具或导线触及或接近壳内带电或转动部件导线触及或接近壳内带电或转动部件 ，能防止直径大于，能防止直径大于2.5mm的固体异物进入壳体的固体异物进入壳体 。4 防护大于防护大于1mm固体固体 电机能防止直径或厚度大于电机能防止直径或厚度大于1mm的导线的导线或片条触及或接近壳内带电或转动部件，能防止直径大于或片条触及或接近壳内带电或转动部件

16、，能防止直径大于1mm的固体异物进入壳体的固体异物进入壳体 。5 防尘防尘 电机能防止触及或接近壳内带电或转动部件电机能防止触及或接近壳内带电或转动部件 ，进尘量，进尘量不足以影响电机的正常运行不足以影响电机的正常运行 。6 尘密尘密 完全防止外物侵入，且可完全防止灰尘进入。完全防止外物侵入，且可完全防止灰尘进入。 第二位表征数字第二位表征数字 Y0 无防护无防护 电机无专门防护电机无专门防护 1 防滴电机防滴电机 垂直滴水应无有害影响垂直滴水应无有害影响 2 15防滴电机防滴电机 当电机从正常位置向任何方向倾斜当电机从正常位置向任何方向倾斜15以内任一角度时，垂直滴水应无有害影响以内任一角度

17、时，垂直滴水应无有害影响 。3 防淋水电机防淋水电机 与垂直线成与垂直线成60角范围内的淋水无有角范围内的淋水无有害影响害影响 。4 防溅水电机防溅水电机 承受任何方向的溅水无有害影响承受任何方向的溅水无有害影响 。5 防喷水电机防喷水电机 承受任何方向的喷水无有害影响承受任何方向的喷水无有害影响 。6 防海浪电机防海浪电机 承受猛烈的海浪冲击或强烈喷水时，电机的进承受猛烈的海浪冲击或强烈喷水时，电机的进水量应不达到有害的程度水量应不达到有害的程度 。7 防浸水电机防浸水电机 当电机浸如规定压力的水中经规定的时间后，当电机浸如规定压力的水中经规定的时间后，电机的进水量应不达到有害的程度。电机的

18、进水量应不达到有害的程度。 8 潜水电机潜水电机 电机在制造厂规定的条件下能长期潜水。电机电机在制造厂规定的条件下能长期潜水。电机一般为水密型，但对某些类型的电机也可允许水进入，但应一般为水密型，但对某些类型的电机也可允许水进入，但应不达到有害的程度不达到有害的程度 。常用防护等级常用防护等级：IP23、IP44、IP54、IP55、IP565.2 三相感应电机的磁动势和磁场A、三相三相感应感应电机空载时的电磁关系电机空载时的电磁关系空载：空载： 三相三相感应感应电动机空载时转子转速接近同步电动机空载时转子转速接近同步转转速速即即 ，转差率，转差率 。 转子电流转子电流I I2 2很小，近似为

19、很小，近似为0 0。 什么时候转子电流什么时候转子电流I I2 2=0=0？snn0s空载运行时，定子磁动势空载运行时，定子磁动势 F1 基本上就是产生气隙主磁场基本上就是产生气隙主磁场 Bm 的激磁磁动势的激磁磁动势 Fm，空载时的定子电流空载时的定子电流 I10 就近似就近似等于激磁电流等于激磁电流 Im。感应电动机的空载磁动势和磁场BmFmA CB X Y Z nsnFemwkNfjE111144. 4 定子三相对称绕组通以三相对称电流产生以同步定子三相对称绕组通以三相对称电流产生以同步转转速速 旋转的圆形旋转磁势旋转的圆形旋转磁势 和主磁场和主磁场 ，主磁场所产生的磁通为主磁通，主磁场

20、所产生的磁通为主磁通 。 该磁通交变在该磁通交变在每相定子绕组中所感应的电势为每相定子绕组中所感应的电势为：Sn11111092IpkNmFwmBm主磁通经过的路径：气隙、定子齿、定子轭、转子齿、转子轭主磁通经过的路径：气隙、定子齿、定子轭、转子齿、转子轭)(1mmmmmjXRIzIE 其中，其中，Rm 为为激磁电阻，它反映了铁心损耗的大小激磁电阻，它反映了铁心损耗的大小；Xm为为激磁电抗，它反映了激磁电抗，它反映了铁心线圈磁化性能铁心线圈磁化性能的参数的参数，与，与主磁路的饱和状态有关。主磁路的饱和状态有关。 对于三相异步电动机，定子漏磁通对于三相异步电动机，定子漏磁通 主要包括：主要包括：

21、槽漏磁通槽漏磁通、端部漏磁通端部漏磁通和和谐波漏磁通谐波漏磁通。1 考虑到漏磁通是通过漏磁路如空气闭合的，所对应的漏磁路基本不受铁心磁路饱和的考虑到漏磁通是通过漏磁路如空气闭合的，所对应的漏磁路基本不受铁心磁路饱和的影响，因而可用漏电抗来描述。于是有：影响，因而可用漏电抗来描述。于是有： 111IjXE 除了主磁通之外，定子绕组中的电流还会在产生除了主磁通之外，定子绕组中的电流还会在产生漏磁通漏磁通 ，1综上所述，三相异步电动机空载运行时的电磁过程可描述为：综上所述，三相异步电动机空载运行时的电磁过程可描述为：三相三相感应感应电动机空载运行时的电磁过程电动机空载运行时的电磁过程空载时定子的电压

22、方程1()mmmmmEI zIRjX 101111()UIRjXEB、三相三相感应感应电机转子堵转时的电磁关系电机转子堵转时的电磁关系堵转：堵转： 三相异步电动机堵转时转子转速三相异步电动机堵转时转子转速 ，转差率，转差率 。0n1s 定子三相对称绕组通以三相对称电流产生以同步速的定子圆形旋转磁势，磁势的幅值定子三相对称绕组通以三相对称电流产生以同步速的定子圆形旋转磁势，磁势的幅值为：为：111110.92wN kmFIp 定子磁势产生定子旋转磁场定子磁势产生定子旋转磁场 。该磁场分别切割定、转子绕组并在每相定、转子绕。该磁场分别切割定、转子绕组并在每相定、转子绕组中分别感应电势为：组中分别感

23、应电势为： mB11114.44wmfEjN k 22124.44wmfEjN k 考虑到转子绕组是闭合的，在转子电势考虑到转子绕组是闭合的，在转子电势 的作用下，转子回路便有电流的作用下，转子回路便有电流 产生，并产生，并产生转子旋转磁势，其幅值为：产生转子旋转磁势，其幅值为：2E2I222229 . 02IpkNmFw由于定、转子磁势相对静止，共同产生激磁磁势由于定、转子磁势相对静止，共同产生激磁磁势mFFF21由此在气隙内产生每极主磁通由此在气隙内产生每极主磁通 。 m 同定子电流一样，转子电流 也会产生转子漏磁通 ，并在转子绕组中感应转子漏电势。2I2相应的转子漏磁路也可以用转子漏电抗

24、 来描述，即：2x222IjxE 综上所述，三相异步电动机转子堵转时的电磁过程可描述为： 三相三相感应感应电机转子堵转时的电磁过程电机转子堵转时的电磁过程C、三相异步电动机负载时的电磁关系三相异步电动机负载时的电磁关系 负载后，转子转速负载后，转子转速 ，定子旋转磁场切割转子绕组的相对转速为：，定子旋转磁场切割转子绕组的相对转速为： ，如图所示。，如图所示。Snn SSsnnnn于是，转子绕组所感应电势和电流的频率为：于是，转子绕组所感应电势和电流的频率为：21()60Snnfpsfnsnsn sn 一般一般 ，故，故 。转子电流在转子绕组中所产生的转子磁势。转子电流在转子绕组中所产生的转子磁

25、势的幅值为：的幅值为： 。2 . 002. 0sHzf1012222229 . 02IpkNmFw2126060Sfsfnsnpp转子磁势转子磁势 相对转子的速度为：相对转子的速度为： 2F 相对于定子的速度为：相对于定子的速度为：2F2(1)sssnnsns nn结论： 对于三相感应电机，定、转子磁势相对静止，它们共同作用产生激磁磁势。 mFFF21很重要很重要转子反应：负载时转子磁动势的基波对气隙主磁场的影响转子反应：负载时转子磁动势的基波对气隙主磁场的影响转子反应的作用转子反应的作用1. 使气隙主磁场的大小和空间相位发生变化，从而引起定子感应电使气隙主磁场的大小和空间相位发生变化，从而引

26、起定子感应电势势 E1 和定子电流和定子电流 I1 发生变化。感应电机负载后，定子电流中除了发生变化。感应电机负载后，定子电流中除了激磁分量激磁分量 Im 以以外，还将出现一个补偿转子磁动势的负载分量外，还将出现一个补偿转子磁动势的负载分量 I1L 。 由于负载分量的出现，感应电动机将从电源输入一定的电功率。由于负载分量的出现，感应电动机将从电源输入一定的电功率。 I1L所产生的磁动势所产生的磁动势F1L与转子磁动势与转子磁动势F2大小相等、方向相反，使大小相等、方向相反，使气隙内的主磁通基本保持不变。气隙内的主磁通基本保持不变。2. 转子磁动势与气隙主磁场相互作用，产生所需要的电磁转矩，以转

27、子磁动势与气隙主磁场相互作用，产生所需要的电磁转矩，以带动轴上的机械负载。带动轴上的机械负载。LmIII11 励磁磁势励磁磁势 在气隙内产生旋转磁场在气隙内产生旋转磁场 。设每极主磁通为。设每极主磁通为 ，则旋转磁场切割定、，则旋转磁场切割定、转子绕组所感应的电势分别为：转子绕组所感应的电势分别为： mFmBm11114.44wmfEjN k 212222224.444.44swmwmfsEjNkjkfENs 在转子感应电势在转子感应电势 的作用下，转子绕组必然有感应电流的作用下，转子绕组必然有感应电流 产生。由转子电流产生。由转子电流 产生的转子漏磁通产生的转子漏磁通 在转子绕组中感应的漏电

28、势为：在转子绕组中感应的漏电势为： sE2sI2sI222222224.44swEjNskfE 相应的转子漏磁路可用转子漏电抗 （其频率为 ）来描述，即： sx22f222sssEjXI 综上所述，三相异步电动机负载运行时的电磁过程可用下图来描述。 三相感应电机负载运行时的电磁过程定转子磁场的极对数一定相同！定转子磁场的极对数一定相同！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 5.35.3 三相三相感应感应电动机的电动机的电压电压方程方程和和等效电路等效电路A、

29、三相三相感应感应电动机的电动机的电压电压方程式方程式定子侧采用电动机惯例定子侧采用电动机惯例、转子侧则采用发电机惯例假定正方向转子侧则采用发电机惯例假定正方向。1X1R变压器电路变压器电路三相异步电动机的电压平衡方程式可表示为：三相异步电动机的电压平衡方程式可表示为：mmZIE1可以与变压器的方程比较一下，有什么不同？可以与变压器的方程比较一下，有什么不同？111112222()()UI RjXEEIRjX定子侧、转子侧的频率都是定子侧、转子侧的频率都是f1可以与变压器的方程比较一下，有什么不同？可以与变压器的方程比较一下，有什么不同？1f1R 1X2Rn1U1I1E I2s2sX2f2sEm

30、N kw111,m ,N kw222定子侧频率是定子侧频率是 f1、转子侧频率是、转子侧频率是 f2=sf1mmZIE1111112222()()sssUI RjXEEIRjX22sEsE22sXsX2222()ssEIRjsX 定子侧和转子侧究竟有定子侧和转子侧究竟有哪些参数不同？哪些参数不同？B、等效电路等效电路 为了获得统一的等效电路，须进行为了获得统一的等效电路，须进行频率频率归归算算和和绕组绕组归归算算。归归算原则算原则是：是：归归算前后要确保电磁关系不变。算前后要确保电磁关系不变。具体来讲有两点：具体来讲有两点：（1 1）归归算前后磁势应保持不变；算前后磁势应保持不变；（2 2）归

31、归算前后电功率及损耗应保持不变。算前后电功率及损耗应保持不变。a a、频率、频率归归算算转子频率转子频率归归算算 在保证电磁关系不变（这里在保证电磁关系不变（这里具体是指具体是指转子磁势转子磁势F2F2不变不变）的前提下，将转子的）的前提下，将转子的转差频率转差频率f2=sf1归归算算为定子频率为定子频率f1 。具体方法：具体方法： 22222222222IjXsREjsXREsjXREIsss结论结论: : 频率频率归归算相当于将旋转状态的转子绕组算相当于将旋转状态的转子绕组归归算为静止不动状态的转子绕组。算为静止不动状态的转子绕组。归归算后定算后定子子、转子绕组的频率皆为转子绕组的频率皆为

32、f1 。 即：实际转动的转子被静止的等效转子所即：实际转动的转子被静止的等效转子所替代。替代。转子绕组电阻中，计入一个附加电阻转子绕组电阻中，计入一个附加电阻2221sRsRRs频率归算后感应电动机的定、转子电路图频率归算后感应电动机的定、转子电路图1f1fR1X10 n1U1I1E2ImN kw111,m ,N kw2221sRs2X22ER2 其中，第一项其中，第一项 R2 表示转子绕组本身的电阻；表示转子绕组本身的电阻；第二项则表示转子机械轴上总的机械输出功率所第二项则表示转子机械轴上总的机械输出功率所对应的等效电阻，即机械轴上输出的总机械功率对应的等效电阻，即机械轴上输出的总机械功率为

33、：为： 。该等效电阻随着机械负载的。该等效电阻随着机械负载的变化而变化。当变化而变化。当机械负载增大时机械负载增大时，转子转速下降，转子转速下降，s增大，相应的电阻增大，相应的电阻 减小，减小，转子电流加大转子电流加大。 2222)1 (RssIm21Rssb b、绕组折算、绕组折算转子绕组转子绕组归归算算 转子绕组的转子绕组的归归算相当于将转子绕组的相数算相当于将转子绕组的相数m2m2和有效匝数和有效匝数N N2 2k kw2w2变换为定子绕组的相数变换为定子绕组的相数m1m1和有效匝数和有效匝数N N1 1k kw1w1 。11124.44wmEf N kj 12224.44wmfENjk

34、 ewwkkNkNEE221122221eEk EE即： 称为定、转子绕组的称为定、转子绕组的电压变比电压变比。2211wwekNkNk 考虑到考虑到归归算前后保持磁势不变，即算前后保持磁势不变，即 ，于是有：，于是有：22FF 222221119 . 029 . 02IpkNmIpkNmww故有：故有：2211122221IkIkNmkNmIiww称称为定、转子绕组的为定、转子绕组的电流变比电流变比。222111wwikNmkNmk eikk考虑到考虑到归归算前后有功和无功功率保持不变，故有：算前后有功和无功功率保持不变，故有：2222222122222221xImxImRImRIm于是有：

35、22eiRk k R22xkkxie频率和绕组归算后感应电动机的定、转子电路图频率和绕组归算后感应电动机的定、转子电路图1R 1X2R 0 n1U1I1E2E2I111,kwNm111,kwNm21Rss 2X1f1f1f1R 1X2Rn1U1I1E I2s 2sX2f2sEmN kw111,m ,N kw2221f1fR1X10 n1U1I1E2ImN kw111,m ,N kw2221sRs2X22ER21f1fR1X10 n1U1I1E2ImN kw111,m ,N kw2221sRs2X22ER21R 1X2R 0 n1U1I1E2E2I111,kwNm111,kwNm21Rss 2X

36、1f1fC、三相三相感应感应电电动动机的等效电路和相量图机的等效电路和相量图 经过经过归归算后，算后，感应感应电动机的基本关系式可整理为：电动机的基本关系式可整理为：1111122221212()()mmmUI RjXEREIjXsEEI ZIII 感应电动机的感应电动机的T形等效电路形等效电路1R 1X 2X 2R Rm1I2I21Rss 1UmIXm12EE1111122221212() () mmmUEI RjXREIjXsIIIEEI z 11111222221212()()mmmUEIRjXUERjXIIIIEEIz 三相三相感应感应电动机电动机变压器变压器 由等效电路计算得到的所有

37、由等效电路计算得到的所有定子侧的量定子侧的量均为电机中的实际量均为电机中的实际量，而，而转子电势、电流则转子电势、电流则是归算值，不是实际值是归算值，不是实际值。由于归算是在有功。由于归算是在有功功率不变的条件下进行的，所以用归算值算功率不变的条件下进行的，所以用归算值算出的出的转子有功功率、损耗和转矩均是实际值转子有功功率、损耗和转矩均是实际值。结论：结论：u 空载时，空载时， ， ， ，转子相当于开路。此时，转子相当于开路。此时， 很低；很低；定子电流基本就是激磁电流。定子电流基本就是激磁电流。u 起动（或堵转）时，起动（或堵转）时， ， ， ，相当于电路，相当于电路处于短路状态，故处于短

38、路状态，故 很大，很大， 也较低。也较低。u 额定负载运行时，额定负载运行时， ，转子回路的总电阻较，转子回路的总电阻较大，转子回路几乎为纯阻性质，故定子侧的功率因数较大，转子回路几乎为纯阻性质，故定子侧的功率因数较高，一般为高，一般为 ； snn0ssR21cos0n1s22RsRstI1cos05. 003. 0Ns85. 08 . 0 当工作在发电机运行状态时，当工作在发电机运行状态时， ， ，代表机，代表机 械功率的电阻械功率的电阻 ，意味着机械轴上不是输出机械，意味着机械轴上不是输出机械 功率而是输入机械功率；功率而是输入机械功率； 当工作在电磁制动状态时，当工作在电磁制动状态时，

39、， ，代表机械功，代表机械功率的电阻率的电阻 ，同样表明，电机是吸收机械功率的。，同样表明，电机是吸收机械功率的。与此同时，电机还从定子侧吸收电磁功率，两者共同转换与此同时，电机还从定子侧吸收电磁功率，两者共同转换为转子绕组的铜耗。为转子绕组的铜耗。snn0s2(1)0sRs0n s12(1)0sRs22IsR变压器相量图变压器相量图结论：结论： 与空载相比，与空载相比，感应感应电动机负载后电动机负载后定子侧的功率因数有所提高。但仍定子侧的功率因数有所提高。但仍需从电网吸收一定的滞后无功，以需从电网吸收一定的滞后无功，以产生主磁场和漏磁通。产生主磁场和漏磁通。形近似等效电路形近似等效电路2cR

40、1R2cX 1X21scRsmcZ1U1I2ImI5.45.4 感应感应电动机的功率电动机的功率方方程与转矩方程程与转矩方程A、功率功率方程，电磁功率和转换功率方程，电磁功率和转换功率根据三相异步电动机的等效电路，得如下关系式：根据三相异步电动机的等效电路，得如下关系式： 输入的电功率：输入的电功率： 11111cosIUmP 定子铜耗：定子铜耗： 12111RImpcu定子铁耗：定子铁耗：mmFeRImp21电磁功率电磁功率:sRImIEmIEmPe222122222221coscos转子功率因数角转子功率因数角sRX/arctan222FecueppPP11转子铜耗：转子铜耗：22212R

41、Impcu传输给电机轴的机械功率传输给电机轴的机械功率转换功率转换功率222121RssImpPPcue(1)ePs P2cuepsP传送到转子的电磁功率传送到转子的电磁功率Pe中，中，s部分转变成转子铜耗，部分转变成转子铜耗，（1-s）部分转换为机械功率。由于）部分转换为机械功率。由于转子铜耗等于转子铜耗等于sPe，所以它也称为转差功率所以它也称为转差功率。 可见，从气隙传递到转子的电磁可见，从气隙传递到转子的电磁功率分为两部分，一小部分变为转子功率分为两部分，一小部分变为转子铜损耗，绝大部分转变为总机械功率。铜损耗，绝大部分转变为总机械功率。转差率越大，转子铜损耗就越多转差率越大，转子铜损

42、耗就越多，电，电机效率越低。因此正常运行时电机的机效率越低。因此正常运行时电机的转差率均很小。转差率均很小。p转子轴上输出的机械功率：转子轴上输出的机械功率：)(2ppPPp机械损耗机械损耗杂散损耗杂散损耗感应电动机的感应电动机的T形等效电路形等效电路1R 1X 2X 2R Rm1I2I21Rss 1UmIXm12EE1R1x2R2x21sRs1U1ImI2ImRmx1cupFep2cupPeP1P功率平衡关系1PPe P2PpCu1pCu2pFepp 感应电动机的功率流程图感应电动机的功率流程图B、转矩方程转矩方程和电磁转矩和电磁转矩)(2ppPP转矩方程转矩方程：02TTTe20eTTT电

43、动机的输出转矩为：电动机的输出转矩为： 22PT00pppT电动机的电动机的空载空载转矩为：转矩为： 电动机的电动机的电磁电磁转矩为转矩为：(1)(1)eeeSSs PPPTs同步角速度同步角速度 602SSn602 n转子机械角速度转子机械角速度 上式表明，电磁转矩既可以用总的机械功上式表明，电磁转矩既可以用总的机械功率除以机械角速度率除以机械角速度 求出，也可以用电磁功求出，也可以用电磁功率除以同步角速度率除以同步角速度 求出。求出。 S2222212222122cos(2)cos2/coseeSSwmTmPm E ITmf N kIfpCI异步电机的转矩系数异步电机的转矩系数2222wT

44、kpNmC 例题例题 一台三相六极异步电动机，额定电压一台三相六极异步电动机，额定电压380V（Y连接），额定频率连接），额定频率50Hz，额定功率，额定功率28KW，额定转速额定转速950r/min，额定功率因数，额定功率因数0.88。额定。额定运行时，定子铜耗和铁耗共为运行时，定子铜耗和铁耗共为2.2KW，机械损，机械损耗耗1.1KW，忽略附加损耗忽略附加损耗。求：该电动机额定运行时的求：该电动机额定运行时的转差率转差率、转子电流频转子电流频率率、转子铜耗转子铜耗、效率效率和和定子电流定子电流。5.55.5 笼型转子的极数、相数和参数的归算笼型转子的极数、相数和参数的归算22211122)

45、(4RQkNpmRkkRwie1. 绕线型转子的极数和相数绕线型转子的极数和相数 与定子侧一致与定子侧一致2. 笼型转子的极数笼型转子的极数 与气隙磁场的极数相同，定转子的磁与气隙磁场的极数相同，定转子的磁动势转速一致，都是同步转速动势转速一致，都是同步转速ns3. 笼型转子的相数笼型转子的相数 笼型绕组是一个对称多相绕组，其中笼型绕组是一个对称多相绕组，其中每对极下的每一根导条就是一相。每对极下的每一根导条就是一相。4. 笼型转子参数的归算笼型转子参数的归算 22211122)(4XQkNpmXkkXwie导条导条端环端环5.5.6 6 感应感应电动机参数的测定电动机参数的测定A、空载试验空

46、载试验目的：目的： 确定激磁参数确定激磁参数Rm、Xm、铁耗、铁耗 pfe以及机械损耗以及机械损耗 p 。具体方法：具体方法： 将三相异步电动机接到三相交流调压器上，电动机的将三相异步电动机接到三相交流调压器上，电动机的转轴上不带任何机械负载，此时，转子转速转轴上不带任何机械负载，此时，转子转速nnnns s，转差转差率率s0 s0 。通过改变调压器的输出得。通过改变调压器的输出得U U1 1= =（1.1-1.21.1-1.2）U UN N，记录期间的记录期间的定子定子相相电压电压U U1 1、空载电流、空载电流I I1010以及空载功率以及空载功率P P1010。然后，逐渐降低然后，逐渐降

47、低U U1 1，直至，直至转子转速没有明显下降转子转速没有明显下降为止为止。绘。绘出相应的空载特性：出相应的空载特性：P P1010=f=f（U U1 1）、）、I10=f（U1） 1R 1X 2X 2R Rm1UXm 三相异步电动机的空载特性三相异步电动机的空载特性ppRImPFe12101102101 101FePm IRpp铁耗铁耗pfe与电压的平方成正比与电压的平方成正比机械损耗机械损耗p仅与转速有关仅与转速有关定子电阻定子电阻R1可以通过电桥或伏安法测定可以通过电桥或伏安法测定铁耗和机械损耗分离铁耗和机械损耗分离Fepp1210103RIP 21UO2101ImpRFemmRRR10

48、22221000010UXZRRI10XXXm 可由可由堵转堵转试验获得试验获得1xB、堵转（或短路）试验堵转（或短路）试验目的：目的： 确定漏抗参数确定漏抗参数 、 和转子电阻和转子电阻 1X2X2R具体方法：具体方法： 转子堵转，转子堵转，s=1s=1。调节试验电压，使端。调节试验电压，使端电压（线电压）电压（线电压）U U1L1L0.4U0.4U1N1N，然后逐步降低，然后逐步降低电压，每次记录定子的相电压电压，每次记录定子的相电压U U1 1、定子电流、定子电流I I1k1k和功率和功率P P1k1k，即可获得短路特性，即可获得短路特性I I1k1k=f(U=f(U1 1) )、P P

49、1k1k=f(U=f(U1 1) )。 1R 1X 2X 2R Rm1UXm 三相异步电动机的短路特性三相异步电动机的短路特性若忽略激磁电流，即 ，则有： 0mI21RRRk21XXXk 对于大、中型异步电机，可近似认为：221kXXXkkIUZ112111kkkImPR 22kkkRZX12RRRk5.75.7 感应感应电动机的电动机的转矩转矩- -转差率曲线转差率曲线定义：定义： 在额定电压下，电磁转矩与转差率的关系在额定电压下，电磁转矩与转差率的关系 Te=f(s)。 转矩转矩-转差率曲线是感应电动机的主要特性之一。转差率曲线是感应电动机的主要特性之一。 1. 转矩转矩-转差率特性转差率

50、特性2212212211)()(cXXsRcRsRUmTSeTe1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0 300250200150100 50 011STe2. 最大转矩和起动转矩最大转矩和起动转矩临界转差率临界转差率Sm 最大转矩最大转矩Tmax对应的转差率对应的转差率222112212()mcRsRXcXRXX 为什么称为临界转差率？为什么称为临界转差率？最大转矩最大转矩 Tmax211max221112211122 ( ) 2( )SSmUTcRRXXmUXX正号正号对应于对应于电动机运行状态电动机运行状态负号负号对应于对应于发电机运行状态发电机运行状态起动转矩起动转矩 Tst S=1

51、 时的电磁转矩时的电磁转矩2212212211)()(cXXcRRRUmTSst起动转矩又称为起动转矩又称为堵转转矩堵转转矩maxT1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0 300250200150100 50 011STe起动转矩起动转矩最大转矩最大转矩SmTst临界转差率临界转差率结论: 最大电磁转矩正比于电压的平方即： ； 最大电磁转矩反比于电机的漏电抗，即： ； 最大电磁转矩的大小与转子电阻 的大小无关， 对应最大电磁转矩的临界转差率SmSm却与转子电阻 成正比。21maxUT21max1XXT2R2R增大转子电阻，临界转差率增大转子电阻，临界转差率Sm增大增大，转矩曲线如何变化？转

52、矩曲线如何变化？maxT1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0 300250200150100 50 012R22R32R42R12342222RRRR11ST起动转矩起动转矩最大转矩最大转矩额定额定 将最大电磁转矩将最大电磁转矩T Tmaxmax与额定转矩与额定转矩T TN N的比值定义的比值定义为为过载能力过载能力，用，用 K KT T 表示，即：表示，即：NeTTTkmax 如果负载转矩大于电动机的最大转如果负载转矩大于电动机的最大转矩，电动机就会停转。矩，电动机就会停转。5 .26 .1Tk 3. 机械特性（转速机械特性（转速转矩特性）转矩特性）把转矩把转矩转差率曲线的纵坐标和横坐

53、标对调，把转差率转差率曲线的纵坐标和横坐标对调，把转差率s换换成转速成转速n，得到感应电动机的机械特性，得到感应电动机的机械特性 n=f（Te）由由上上图可以看出三相异步电动机的机械特性曲线可分为两个区域：图可以看出三相异步电动机的机械特性曲线可分为两个区域： （1）稳定运行区域稳定运行区域 （2）不稳定运行区域不稳定运行区域 在此区域内，在此区域内， ， 。此时，机械特。此时，机械特性向下倾斜，无论是对于恒转矩负载还是对于风机、泵类负载，电性向下倾斜，无论是对于恒转矩负载还是对于风机、泵类负载，电力拖动系统可以稳定运行；力拖动系统可以稳定运行；稳定运行区域：稳定运行区域：mss 0SmSnn

54、sn)1 (不稳定运行区域：不稳定运行区域： 在此区域内，在此区域内， ， 。此时，对于恒转矩。此时，对于恒转矩负载，系统将无法稳定运行；而对于风机、泵类负载，尽管系统负载，系统将无法稳定运行；而对于风机、泵类负载，尽管系统可以稳定运行，但由于转速太低，转差率较大，转子铜耗较大，可以稳定运行，但由于转速太低，转差率较大，转子铜耗较大，三相异步电动机将无法长期运行。三相异步电动机将无法长期运行。1 ssm)1 (01msnn4. 人工机械特性人工机械特性定义：定义： 三相异步电动机在额定电压、额定频率三相异步电动机在额定电压、额定频率条件下，且定、转子回路未串任何阻抗时的条件下，且定、转子回路未

55、串任何阻抗时的机械特性又称为机械特性又称为固有机械特性固有机械特性。而把通过人。而把通过人工改变控制量及参数所获得的机械特性称为工改变控制量及参数所获得的机械特性称为人工机械特性人工机械特性。a a、降低定子电压的人工机械特性、降低定子电压的人工机械特性Teb b、定子绕组串联三相对称阻抗的人工机械特性、定子绕组串联三相对称阻抗的人工机械特性 由由 以及以及 可知，可知， 、 均不同程度的随外串定均不同程度的随外串定子阻抗子阻抗 的增加而有所降低，相应的人工机械特性如图所示。的增加而有所降低，相应的人工机械特性如图所示。21max1xxTe212xxrsmmaxeTms1Zc c、转子绕组串联

56、三相对称电阻的人工机械特性、转子绕组串联三相对称电阻的人工机械特性转矩的转矩的三三种表达方法种表达方法22coseTmTCI1.数学表达式数学表达式反映本质反映本质用于定性分析用于定性分析2.参数表达式参数表达式反映和转矩有反映和转矩有关的参数关的参数电机参数对转电机参数对转矩的影响矩的影响2212212211)()(cXXsRcRsRUmTSe95509550eesPPTnn3.物理表达式用于计算物理表达式用于计算SeSeePsPsPT)1 ()1 (（以千瓦为单位）（以千瓦为单位） 空载（即空载（即 ）时，转子电流）时，转子电流 很小，转差率很小，转差率 ，转子转速接近同步，转子转速接近同

57、步速。速。随着负载的增加，转差率随着负载的增加，转差率 增加，转速下降增加，转速下降。02P0s2Is5.8 感应感应电动机的电动机的工作工作特性特性定义：定义： 三相异步电动机的工作特性定义为：三相异步电动机的工作特性定义为：n n、 、 、eT1I1cos11112()NNffUUf Pa a、转速特性、转速特性定义：定义： NNffUUPfn1111)(2由转子转速： 以及 可得：s(1)nns2cuepsP)cos1 ()1 ()1 (222222222IEmRImnPpnsnnSecuSSb b、定子电流特性、定子电流特性定义：定义： NNffUUPfI1111)(21 由异步电机定

58、子电流的表达式知：由异步电机定子电流的表达式知： 。当电动机空载时，转子电。当电动机空载时，转子电流流 ， 。随着负载的增加，转子转速下降，转子电流随着负载的增加，转子转速下降，转子电流 增加，定子增加，定子电流电流 也增加。也增加。)(21IIIm02ImII12I1Ic c、电磁转矩特性、电磁转矩特性定义：定义： NNffUUePfT1111)(202TTTe22TP02TPTe 随着负载增加，随着负载增加， 变化不大，因此变化不大，因此 。2eTPd d、功率因数特性、功率因数特性定义：定义： NNffUUPf1111)(cos21 空载时，空载时， 。负载后，转子电流增加，定子电流的有

59、功分量增加，定。负载后，转子电流增加，定子电流的有功分量增加，定子功率因数提高。接近额定负载时，功率因数达最大。如果负载进一步增加，转差率子功率因数提高。接近额定负载时，功率因数达最大。如果负载进一步增加，转差率 将将增大较快，转子功率因数角增大较快，转子功率因数角 增大，增大，功率因数功率因数又开始下降。又开始下降。2 . 01 . 0cos1s222arctan ()XRs总损耗可分为两大类：不变损耗不变损耗（ ）；可变损耗可变损耗（ ）。 ppFepppcucu21 空载时，空载时， ， 。随着负载的增加，效率。随着负载的增加，效率 增加，增加，当不变损耗等当不变损耗等于可变损耗时，电动

60、机的效率达最大于可变损耗时，电动机的效率达最大。如果负载继续增加，可变损耗增加较快，。如果负载继续增加，可变损耗增加较快，效率反而降低。效率反而降低。02P0e e、效率特性、效率特性定义：定义： NNffUUPf1111)(2根据效率的定义，有：%100)1 (%100112PpPP式中，总损耗为：ppppppFecucu21注意截距注意截距 对三相异步电动机起动过程的要求：对三相异步电动机起动过程的要求： u起动转矩起动转矩 Tst Tst 要足够大要足够大 ; ;u起动电流起动电流 IstIst 不能太大，以避免因起动造成对电网的冲击；不能太大，以避免因起动造成对电网的冲击；u起动时间要