第五篇 异步电机-2017

1、第五篇第五篇 异步电机异步电机异步电动机结构、额定数据与工作原理异步电动机结构、额定数据与工作原理三相异步电动机的电磁关系三相异步电动机的电磁关系三相异步电动机的功率与转矩三相异步电动机的功率与转矩三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的工作特性及其测试方法三相异步电动机的工作特性及其测试方法三相异步电动机参数的测定三相异步电动机参数的测定异步电动机的绕组电动势异步电动机的绕组电动势 、磁动势、磁动势三相异步电动机的启动与制动三相异步电动机的启动与制动三相异步电动机调速三相异步电动机调速一、一、 异步电动机结构、额定数据与工作原理异步电动机结构、额定数据与工作原理按定子

2、绕组供电电源相数按定子绕组供电电源相数按转子绕组的结构按转子绕组的结构单相异步电动机单相异步电动机三相异步电动机三相异步电动机两相异步电动机两相异步电动机异步电机异步电机鼠笼式异步电动机鼠笼式异步电动机绕线式异步电动机绕线式异步电动机结构简单，坚固，成本低，结构简单，坚固，成本低，运行性能不如绕线式运行性能不如绕线式通过外串电阻改善电机通过外串电阻改善电机的起动、调速等性能的起动、调速等性能1、异步电动机主要用途与分类、异步电动机主要用途与分类（一）、（一）、 异步电动机结构、额定数据异步电动机结构、额定数据2 、三相异步电动机的结构、三相异步电动机的结构定子铁心定子铁心定子冲片定子冲片定子线

3、圈定子线圈铁心和机座铁心和机座鼠笼转子鼠笼转子鼠笼转子照片鼠笼转子照片绕线转子照片绕线转子照片3、异步电动机的铭牌数据、异步电动机的铭牌数据铭牌：型号，额定值，绕组联结方式，生产厂家等铭牌：型号，额定值，绕组联结方式，生产厂家等 额定值额定值:正常运行时的主要数据指标。正常运行时的主要数据指标。 绕组联结方式：绕组联结方式：接法或者接法或者Y接法。接法。 1）、型号）、型号 Y 100 L 1 2机座中心高机座中心高铁心长度代号铁心长度代号机座长度代号机座长度代号异步电动机异步电动机极数极数2）、额定值）、额定值额定功率额定功率PN： (kW),额定运行时，电动机的输出功率；额定运行时，电动机

4、的输出功率； 额定电压额定电压UN： (V)，额定运行时，规定加在定子绕组上的线电压；，额定运行时，规定加在定子绕组上的线电压； 额定电流额定电流IN： (A),额定运行时，规定加在定子绕组上的线电流；额定运行时，规定加在定子绕组上的线电流； 额定频率额定频率f1： (Hz)，规定的电源频率，规定的电源频率(50Hz)； 额定转速额定转速n： (r/min),额定运行时，电动机的转子转速；额定运行时，电动机的转子转速； 额定效率、额定功率因数额定效率、额定功率因数等等 cos3cos3NNNNNIUIUP （二）、异步电动机的工作原理（二）、异步电动机的工作原理e方向用方向用右手定则右手定则确

5、定确定f方向用方向用左手定则左手定则确定确定1. 线圈跟着磁铁转线圈跟着磁铁转两者转动方向一致两者转动方向一致 结论：结论：2. 线圈比磁场转得慢线圈比磁场转得慢1nn NSn0eiffn为什么称为什么称为异步机为异步机为什么称为什么称为感应机为感应机二、二、 交流电机电枢绕组的电动势、磁动势交流电机电枢绕组的电动势、磁动势（一）、导体电动势电角度与机械角度电角度：一对主磁极所占的空间距离，称为360的空间电角度，用 表示机械角度：电机整个转子表面所占的空间几何角度称为360的机械角度，用 表示p1、导体电动势 sinBb t lvbe 602np t tlvBlvbe sin tEm sin

6、 展开为正弦量n导体基波电动势的频率导体基波电动势的频率 f 为为60pnf pfn60或 n称为同步转速p=1p=2p=3p=4p=5n=3000 r/minn=1500 r/minn=1000 r/minn=750 r/minn=600 r/minflvBEm为气隙每极基波磁通量 导体基波电动势（有效值）为ffEEm22.221212、 整距线匝电动势整距线匝电动势XATeee fEEAT44. 42XATEEE 6.1.3 整距线圈电动势yyfNE44. 43、 短距线圈电动势短距线圈电动势XAyEEE yEEXA 02sin2 yEEAy 2sin44. 4 yfNy pykfN44.

7、 42sin ykp 基波短距系数4、 整距分布线圈组的电动势整距分布线圈组的电动势321yyyqEEEE 2sin2sin qqkd 基波分布系数2sin2 REy 2sin2 qREq 2sin2sin qqqEEyq dykqE dyqkfqNE44. 4整距线圈组 pdyqkkfqNE44. 4短距线圈组 dpykfqN44. 4pddpkkk 基波绕组系数（二）、（二）、 交流电机电枢绕组交流电机电枢绕组异步电动机定子绕组按相数分 单相、两相和三相绕组按槽内层数分单层、双层和单双层混合绕组按绕组端接部分的形状分单层绕组又有同心式、交叉式和链式之分；双层绕组又有叠绕组和波绕组之分按每极

8、每相所占的槽数是整数还是分数整数槽和分数槽绕组1、 三相单层绕组三相单层绕组Z24 ， p2 2)、三相单层分布绕组1)、三相单层集中整距绕组Zpo360 oo30243602 (1)计算槽距角（2）画基波电动势星形相量图）画基波电动势星形相量图（3）按60相带法分相mpZq2 223224 ooq60302每极每相槽数（4）画绕组连接图）画绕组连接图（5）确定绕组并联的路数单层绕组最多有p条并联支路数（6）计算相电动势线圈组电动势 dydyXAXAkfqNkqEEE44. 42211每相绕组的基波电动势每相绕组的基波电动势绕组并联支路数用a表示 dykfqNapE44. 41 dykapqN

9、f44. 4 dfNk44. 4apqNNy 一相绕组串联的总匝数2、三相双层绕组、三相双层绕组Z36 ， p2，y1=7，a=1（1）计算槽距角（2）画基波电动势星形相量图3232362 mpZq（3）按60相带法分相 相带相带槽号槽号AZBXCY第一对极第一对极1，2，34，5，67，8，910,11,1213,14,1516,17,18第二对极第二对极19,20,2122,23,2425,26,2728,29,3031,32,3334,35,36Zpo360 oo20363602 （4）画绕组连接图）画绕组连接图（5）确定绕组并联的路数（6）计算相电动势pyykfNE44. 4pdyqk

10、kfqNE44. 4 dpfNkE44. 4 短距线圈基波电动势:极相组基波电动势:相绕组基波电动势:apqNNy2式中N为每相串联匝数（三）、（三）、 交流电机电枢单相绕组产生的磁通势交流电机电枢单相绕组产生的磁通势1、整距线圈的磁通势2222)(，INFyy23222)(，INFyytINiNfyyycos2221fy0展开方向tIi cos2 2、磁通势展开、磁通势展开 5cos3coscos),(531CCCtfy2sin1214 yiNC 531 、 cosCtIi cos2 5315coscos5122143coscos312214coscos2214)(yyyyyyyffftIN

11、tINtINtf，基波磁通势 coscos22141tINfyy coscos1tFy 三次谐波磁通势 3coscos3122143tINfyy 3coscos3tFy 五次谐波磁通势 5coscos5122145tINfyy 5coscos5tFy 幅值随时间按电流的变化规律而变化基波磁通势的特点：基波磁通势的特点：（1）基波磁通势的最大幅值yyINF22141 （2）基波磁通势幅值随时间变化的关系脉振波3.基波脉振磁通势 coscos11tFfyy )cos(21)cos(2111tFtFyy 11yyff Ofy1tAXSNNS讨论讨论 项项)cos(2111tFfyy 0 t dtd行

12、波3、 短距线圈的磁通势短距线圈的磁通势 5cos3coscos),(531CCCtf双双 cosC2sin14 yiNCy pykiN14 2sin ykp 1）、单层分布线圈组产生的磁通势）、单层分布线圈组产生的磁通势 q1qFR2sin21 qRFq 2sin21 RFy 2sin21 qRFq 2sin21 RFy 111112242sin2sindydyyqIkNqkqFqqqFF 2sin2sin1 qqkd 基波磁通势的分布系数2sin2sin qqkd dyqkqFF 2）、）、 分布短距对气隙磁通势波形的影响分布短距对气隙磁通势波形的影响谐波磁通势的绕组系数 pddpkkk

13、1只要设计得合适，就能够大大削弱各次谐波磁通势3）、单相绕组磁通势）、单相绕组磁通势pINkFdp11224 pINkFdp3331224 tkkkpNItfdpdpdp cos5cos513cos31cos224),(531 5coscos3coscoscoscos531tFtFtFpINkFdp5551224 单相绕组磁通势的性质：单相绕组磁通势的性质：单相绕组的磁通势是一种在空间位置固定、幅值随时间变化的脉振磁通势，基波及所有谐波磁通势的幅值在时间上都以绕组中电流变化的频率脉振。单相绕组基波磁通势幅值的位置在单相绕组的轴线处。4、三相电枢绕组产生的磁通势、三相电枢绕组产生的磁通势tIiA

14、cos2tIiAcos2)240cos(2tIiC 取A相绕组的轴线处作为空间坐标的原点，并以正相序方向作为 的正方向；同时选择A相电流达到最大值的瞬间为时间的起始点。+A0已知三相绕组流过的电流分别为 )120cos(2tIiBA、B、C三个相的基波磁通势表达式为： coscos11tFfA ooBtFf120cos120cos11 ooCtFf240cos240cos11 )cos()cos(21coscos +A0三相绕组的基波合成磁动势三相绕组的基波合成磁动势 tFtFtFfA cos21cos21coscos1111 oooBtFtFtFf240cos21cos21120cos120

15、cos1111 oooCtFtFtFf120cos21cos21240cos240cos1111 tFffftfCBA cos23),(11111三相合成基波旋转磁通势的特点：三相合成基波旋转磁通势的特点：（3）转速旋转磁通势相对于定子绕组的转速为同步转速 n=60f/p r/min，（1）幅值F1不变，为各相脉振磁通势幅值的3/2倍。是圆形旋转磁通势(4) 瞬间位置三相电流中某相电流值达正最大值时，三相合成基波旋转磁通势的正幅值，正好位于该相绕组的轴线上。pINkFdp11224（2）转向磁通势的转向决定于电流的相序，即从领先电流相转到滞后电流相。横截面AXBYZCA B CX Y Z 流出

16、 流入 A B CAXBYZCi1 = Imsin ti2 = Imsin( t120O) i3 = Imsin( t120O)i1 i2 i3 t = 0O 时i1 = 0，i2 0， i3 0NSIm tOi1t = 0O 时i1 = 0，i2 0， i30AXBYZCNSt = 120O 时i10，i2 = 0，i3 0AXBYZCNSt = 0O 时AXBYZCNSt = 120O 时AXBYZCNSAXBYZCNSt = 240O 时t = 0O 时AXBYZCNS5、 两相电枢绕组产生的磁通势两相电枢绕组产生的磁通势tIiAcos2)90cos(2tIiBcoscos tFfyyA

17、X+A01）、 两相绕组产生的圆形旋转磁通势 已知三相绕组流过的电流分别为 ooyyBYtFf90cos90cos)90cos(2tIiB两个整距线圈产生的基波磁通势分别为 tFfffyyBYyAXycos合成基波磁通势为 结论: 两相对称绕组通两相对称电流产生圆形旋转磁通势（2）转向 磁通势的转向决定于电流的相序，即从领先电流相转 到滞后电流相。（3）转速 旋转磁通势相对于定子绕组的转速为同步转速 n=60f/p r/min，(4) 瞬间位置 哪相电流达正最大值时，合成基波旋转磁通势的正幅值，正好位于该相绕组的轴线上。（1）幅值2）椭圆磁通势）椭圆磁通势三、三、 三相异步电动机的电磁关系三相

18、异步电动机的电磁关系 1、 规定正方向规定正方向（一）、（一）、 三相异步机转子不转、转子绕组开路时电磁关系三相异步机转子不转、转子绕组开路时电磁关系2 磁通及磁通势磁通及磁通势1 1 1 1 1 1 +A1，+A2 +j +j +A1，+A2 1E2E0I0F B1E2E B0I0F1）、励磁磁通势）、励磁磁通势特点：特点：（4）瞬间位置：正如前面所分析的，当）瞬间位置：正如前面所分析的，当A相电流达到正相电流达到正最大最大 时，他所对应的磁动势也达到正最大。时，他所对应的磁动势也达到正最大。011022423IpkNFdp （1）幅值：）幅值：（2）转向：逆时针转向。）转向：逆时针转向。A

19、1B1C1+A1+B1+C1（3）转速：相对于定子绕组以角频率）转速：相对于定子绕组以角频率 旋转。旋转。60211pn 2）、主磁通与定子漏磁通）、主磁通与定子漏磁通主磁通主磁通：同时交链定子、转子、气隙构成闭和回路的磁通，气：同时交链定子、转子、气隙构成闭和回路的磁通，气隙里每极主磁通量用隙里每极主磁通量用1 表示；表示；漏磁通漏磁通：只交链定子绕组就形成闭合回路，用：只交链定子绕组就形成闭合回路，用S1表示。表示。lB 21 3、感应电动势、感应电动势定子、转子每相电动势之比叫电压变比，用定子、转子每相电动势之比叫电压变比，用k ke e表示，即表示，即: :1111144.4 dpkN

20、fE 1221244.4 dpkNfE 221121dpdpekNkNEEk 旋转磁场同时切割定转子绕组旋转磁场同时切割定转子绕组,在定、转子绕组内将会产生在定、转子绕组内将会产生感应电动势感应电动势E1、E2。为了分析问题方便，采用折合算法把转子绕组向定子边折合，为了分析问题方便，采用折合算法把转子绕组向定子边折合，即把转子原来即把转子原来N2kdp2看成和定子边的看成和定子边的N1kdp1一样，转子绕组每相一样，转子绕组每相感应电动势便为感应电动势便为21EE 4、励磁电流、励磁电流raIII000 和分析变压器的情况是一样的，励磁电流也是由和分析变压器的情况是一样的，励磁电流也是由I0a

21、 和和I0r两分两分量组成。量组成。5、 电压方程式电压方程式101XI jEs 11011sERIEU 10101XI jRIE )(1101jXRIE 101ZIE 式中式中Z Z1 1=R=R1 1+jX+jX1 1为定子一相绕组的漏阻抗为定子一相绕组的漏阻抗6、等效电路、等效电路 mmmZIjXRIE001 11011jXRIEU 1100jXRIjXRImm 10ZZIm 22EU （二）、（二）、 三相异步电动机转子堵转时的电磁关系三相异步电动机转子堵转时的电磁关系1、磁通势与磁通、磁通势与磁通A、磁通势、磁通势2）转向：假设气隙旋转磁密是逆时针方向旋转，在转子绕）转向：假设气隙旋

22、转磁密是逆时针方向旋转，在转子绕组内感应产生的电动势及电流的相序就应为组内感应产生的电动势及电流的相序就应为A2-B2-C2。2F2I在三相对称的转子绕组里流过三相对称电流在三相对称的转子绕组里流过三相对称电流 时，产生的时，产生的转子空间旋转磁动势转子空间旋转磁动势 的特点：的特点：222222423IpkNFdp 1）幅值：）幅值：11226060npfpfn 3）转速：相对于转子绕组为）转速：相对于转子绕组为4）瞬间位置）瞬间位置注意：现在定转子被同一个磁通所交链，所以产生的电流注意：现在定转子被同一个磁通所交链，所以产生的电流的频率是相等的。的频率是相等的。A、磁通势、磁通势转于绕组短

23、路的三相异步电机，作用在磁路上的磁动势有两个：转于绕组短路的三相异步电机，作用在磁路上的磁动势有两个：一为定子旋转磁动势；一为转子旋转磁动势。由于它们的旋转方一为定子旋转磁动势；一为转子旋转磁动势。由于它们的旋转方向相同，转速又相等，只是一前一后地旋转着，称它们为同步旋向相同，转速又相等，只是一前一后地旋转着，称它们为同步旋转。转。021FFF 这个合成的旋转磁通势这个合成的旋转磁通势 ，才是产生气隙每极主磁通，才是产生气隙每极主磁通 的磁的磁通势。主磁通通势。主磁通 在定、转子相绕组里感应电动势在定、转子相绕组里感应电动势 和和 。0F1 1 1E2EB、漏磁通、漏磁通转子绕组中有电流时，也

24、要产生漏磁通，表现的电转子绕组中有电流时，也要产生漏磁通，表现的电抗为抗为X2。定子电流产生的漏磁通，表现的漏电抗仍为定子电流产生的漏磁通，表现的漏电抗仍为X1，由于漏磁路是，由于漏磁路是线性的，线性的，X1为常数。为常数。一般情况下，转子漏电抗也是一个常数。只有当定、一般情况下，转子漏电抗也是一个常数。只有当定、转子电流非常大时，例如直接起动异步电动机，由于转子电流非常大时，例如直接起动异步电动机，由于起动电流很大（约为额定电流的起动电流很大（约为额定电流的47倍），这时定、倍），这时定、转子的漏磁路也会出现饱和现象，使定、转子漏电抗、转子的漏磁路也会出现饱和现象，使定、转子漏电抗、数值变小

25、。数值变小。变压器中的主磁通是脉振磁通，变压器中的主磁通是脉振磁通，1是它的最大振幅。是它的最大振幅。在异步电动机中，气隙里主磁通的却是旋转磁通。在异步电动机中，气隙里主磁通的却是旋转磁通。2、定、转子回路方程、定、转子回路方程1)、定子回路的电压方程：、定子回路的电压方程：)(11111jXRIEU 2)、转子回路的方程：、转子回路的方程：2222222)(0ZIEjXRIE 222jXRZ 转子绕组的一相漏阻抗转子绕组的一相漏阻抗2222222222 jeXREjXREI 转子相电流为转子相电流为:222RXarctg 转子绕组回路的功率因数角转子绕组回路的功率因数角根据定、转子磁动势合成

26、关系，有：根据定、转子磁动势合成关系，有：021FFF )(201FFF 或或定子旋转磁通势里包含着两个分量：一个分量是大小等于定子旋转磁通势里包含着两个分量：一个分量是大小等于F2，而，而方向与方向与 相反，用相反，用 表示，它的作用是抵消转子旋转磁通势表示，它的作用是抵消转子旋转磁通势对主磁通的影响；另一个分量就是励磁磁通势对主磁通的影响；另一个分量就是励磁磁通势 。它是用来产。它是用来产生气隙旋转磁密生气隙旋转磁密 。由于这种情况下定子磁动势已变为。由于这种情况下定子磁动势已变为 了，了，定子绕组里的电流也就变为定子绕组里的电流也就变为 了。了。 B2F0F1I1F)(2F 3、转子绕组

27、的折合、转子绕组的折合从定子边看转子只有转子旋转磁动势与定子旋转磁通势起作用，从定子边看转子只有转子旋转磁动势与定子旋转磁通势起作用，只要维持转子旋转磁动势的大小、相位不变，至于转子边的电只要维持转子旋转磁动势的大小、相位不变，至于转子边的电动势、电流以及每相串联有效匝数是多少都无关紧要。动势、电流以及每相串联有效匝数是多少都无关紧要。设想把实际电动机的转子抽出，换上一个新转子，它的相数、设想把实际电动机的转子抽出，换上一个新转子，它的相数、每相串联匝数以及绕组系数都分别和定子的一样（也是三相、每相串联匝数以及绕组系数都分别和定子的一样（也是三相、N1、kdp1）222211122422242

28、3IpkNmIpkNdpdp 01122423IpkNdp 2112222224232242IpkNIpkNmdpdp 令令2111112242322423IpkNIpkNdpdp 01122423IpkNdp edpdpikmkNmkNIIk2222112233 称为称为电流变比电流变比021III 折合前后的电流的关系为：折合前后的电流的关系为：IkNkNmIdpdp1122223 21Iki 转子回路的电压方程：转子回路的电压方程：)(02222XjRIE 222XjRZ 22XkjkRkkieie 22IE iekIkE22)(22jXRkkie 22RkkRie 22XkkXie 2

29、22RXarctg 22RkkXkkarctgieie 2 2223RI 2222RIm 222223mmRkkkIiei 2223XI 2222XIm 222223mmXkkkIiei 折合前后的功率关系（转子铜耗、无功功率）不变。折合前后的功率关系（转子铜耗、无功功率）不变。4、基本方程式、等效电路和相量图、基本方程式、等效电路和相量图整理可得整理可得基本方程式基本方程式为：为：)(11111jXRIEU )(01mmjXRIE 021222221)(IIIXjRIEEE 正常运行的异步电动机，转子转速接近于同步转速，转差率正常运行的异步电动机，转子转速接近于同步转速，转差率很小，一般很小

30、，一般s=0.010.05。三、三相异步电动机转子旋转时的电磁关系三、三相异步电动机转子旋转时的电磁关系11nnns )(2222sssjXRIE 1、转差率、转差率s是一个没有量纲的数，它的大小也能反映电动机转子的转速是一个没有量纲的数，它的大小也能反映电动机转子的转速2、转子电动势、转子电动势sfnnnpnnnppnf11111226060)(60 1222244. 4 dpskNfE 2122144.4sEkNsfdp nnn 12相对转速相对转速22sXXs 3、定、转子磁通势及磁通势关系、定、转子磁通势及磁通势关系1）、定子磁通势）、定子磁通势 ：1F当异步电机旋转起来后，定于绕组里

31、流过的电流为当异步电机旋转起来后，定于绕组里流过的电流为 ，产生旋转磁通势产生旋转磁通势 。1I1F2）、转子旋转磁通势）、转子旋转磁通势 ：2F（1）幅值：）幅值：sdpIpkNF222222423 （3）转速：）转速： （2）转向：转子电流的相序仍然是）转向：转子电流的相序仍然是 ，由转，由转子电流入产生的三相合成旋转磁动势的转向，相对于转子绕子电流入产生的三相合成旋转磁动势的转向，相对于转子绕组而言，仍为组而言，仍为 。 222CBA222CBA pfn2260 （4 4）瞬间位置：当转子绕组哪相电流达正最大值时，正好）瞬间位置：当转子绕组哪相电流达正最大值时，正好位于该相绕组的轴线上。

32、位于该相绕组的轴线上。psf160 1sn 3）、合成磁通势）、合成磁通势（1）幅值：关于定、转子磁势的幅值，不因站在定子上）幅值：关于定、转子磁势的幅值，不因站在定子上看而有什么改变，仍为前面分析的结果。看而有什么改变，仍为前面分析的结果。（2）转向：二者的转向相对于定子都为逆时针方向旋转。）转向：二者的转向相对于定子都为逆时针方向旋转。 （3）转速：）转速：定子旋转磁通势相对于定子绕组的转速为定子旋转磁通势相对于定子绕组的转速为n1转子旋转磁通势相对于转子绕组的转速为转子旋转磁通势相对于转子绕组的转速为n2转子旋转磁动势相对于定子绕组的转速为：转子旋转磁动势相对于定子绕组的转速为：nsnn

33、n 121111nnnnnn 转子磁通势和定子磁通势的转速在空间总是等于同步转速，始终转子磁通势和定子磁通势的转速在空间总是等于同步转速，始终保持相对静止。保持相对静止。合成的总磁通势仍用合成的总磁通势仍用 来表示：来表示：0F021FFF 4、转子绕组频率的折合、转子绕组频率的折合sssjXREI2222 222jXsRE 222jsXREs 2I sRXarctgRsXRXarctgs2222222arg R2R2/sjX2sjX22221RssRsR 频率折合和绕组折合后的方程式：频率折合和绕组折合后的方程式：)(2222XjsRIE 222222242IpkNmFdp 当异步电动机转子

34、电路进行了频率折合后，当异步电动机转子电路进行了频率折合后，转子旋转磁通势转子旋转磁通势的幅值的幅值可写成：可写成：再考虑转子绕组的相数、匝数折合，又可写成：再考虑转子绕组的相数、匝数折合，又可写成：211222423IpkNFdp 021FFF 021III 转子回路的电压方程：转子回路的电压方程：5、基本方程式、等效电路和时空矢量图、基本方程式、等效电路和时空矢量图 021222221011111)()(IIIXjsRIEEEjXRIEjXRIEUmm四、三相异步电动机的功率与转矩四、三相异步电动机的功率与转矩1、功率关系、功率关系电源输入的电功率为：电源输入的电功率为：1111cos3

35、IUP 2222222coscos3 IEmIEPM 12113RIpCu 定子铜损耗为定子铜损耗为: :mFeFeRIpp2013 铁耗为：铁耗为：FeCuMppPP 11电磁功率为：电磁功率为：sRI2223 转子绕组中的铜损耗为：转子绕组中的铜损耗为：22223RIpCu MsP 电机转轴上总的机械功率：电机转轴上总的机械功率： MCuMmPsRssIpPP)1(132222 admmppPP 2a ad dm mC Cu uF Fe eC Cu up pp pp pp pp pP PP P 2 21 11 12 2输出功率为：输出功率为：) )1 1( (: : :1 1: : :2

36、2s ss sP Pp pP Pm mC Cu uM M ）：耗散损失（附加损失机械损失；:adppm输入电功率输入电功率: :1 1P P输出机械功率输出机械功率: :2 2P P总的机械功率总的机械功率: :m mP P电磁功率电磁功率: :M MP P2、转矩关系、转矩关系 00pppTadm mPT 602312221nRIPTM 602cos31222nIE 602cos231222112nnIkNfdp 22122cos23 IkpNdp 221cos ICjM 式中式中 ： 是一常数，叫是一常数，叫转矩系数转矩系数 2223dpMjkpNC mPT 电磁转矩：电磁转矩：602nP

37、m 602)1(1nsPm 1 MP 02TTT 转矩平衡式：转矩平衡式：3、电磁转矩的物理表达式、电磁转矩的物理表达式1(1)ns n (1)mMPs P ad:mmPpp机机械械功功率率摩摩擦擦损损失失；：耗耗散散损损失失五、三相异步电动机的机械特性五、三相异步电动机的机械特性1、机械特性的参数表达式、机械特性的参数表达式pfsRInsRIT 2360232221222 22122112)(XXsRRUI 2212211221)(6023XXsRRfsRUT 2212211221)(23XXsRRfsRpU 2、固有机械特性、固有机械特性1）、固有机械特性曲线）、固有机械特性曲线三相异步电

38、动机在电压、频率均为额定值不变，定、转子回三相异步电动机在电压、频率均为额定值不变，定、转子回路不串入任何电路元件时的机械特性称为路不串入任何电路元件时的机械特性称为固有机械特性固有机械特性。（1）在）在 0s1，即，即 0n n1 的范围内，特的范围内，特性在第性在第象限，电磁转矩象限，电磁转矩 T 和转速和转速 n 都为都为正，从正方向规定判断，正，从正方向规定判断，T 与与 n 同方向。电同方向。电动机工作在这范围内是动机工作在这范围内是电动状态电动状态。（2）在）在 s0范围内，范围内，n n1 ，特性在第，特性在第象限，电磁转矩为负值，是制动性转矩，象限，电磁转矩为负值，是制动性转矩

39、，电磁功率也是负值，是电磁功率也是负值，是发电状态发电状态，机械特，机械特性在性在 s0 和和 s0 两个范围内近似对称。两个范围内近似对称。（3）在）在 s 1范围内，范围内，n0，特性在第，特性在第象象限，限，T 0，也是一种，也是一种制动状态制动状态。B点为额定运行点；点为额定运行点；A点为理想空载运行点；点为理想空载运行点；C点点是电磁转矩最大点；是电磁转矩最大点；D点点 为起动点。为起动点。2）、最大电磁转矩）、最大电磁转矩0 dsdT 221212XXRRsm )()(232121221121XXRsXXfpUTmm )(2321221211121XXRRfpUTm 忽略定子绕组电

40、阻忽略定子绕组电阻R1：过载倍数过载倍数：NmTT )()(232212211221XXRRfRpUTs 3）、堵转转矩）、堵转转矩n =0，s =1NsTTTK 起动转矩倍数起动转矩倍数:4）、稳定运行问题）、稳定运行问题当当0ssm，机械特性下斜，拖动恒转矩负载和泵类负载运行时，机械特性下斜，拖动恒转矩负载和泵类负载运行时均能稳定运行。均能稳定运行。当当sms1，机械特性上翘，拖动恒转矩负载不能稳定运行。，机械特性上翘，拖动恒转矩负载不能稳定运行。三相异步电动机稳定运行在三相异步电动机稳定运行在0ssm范围内，长期稳定运行范围内，长期稳定运行在在0ssN范围内。范围内。3、人为机械特性、人

41、为机械特性1）、降低定子端电压的人为机械特性）、降低定子端电压的人为机械特性电磁转矩电磁转矩T与与U12成正比，为成正比，为此此最大转矩最大转矩Tm以及起动转矩以及起动转矩TS都要随都要随U1的降低而按的降低而按U1的的平方减小。而最大转矩对应平方减小。而最大转矩对应的转差率的转差率sm不变。不变。 2212211221)(23XXsRRfsRpUT 2）、定子回路串接三相对称电阻的人为机械特性）、定子回路串接三相对称电阻的人为机械特性3）、定子回路串三相对称电抗的人为机械特性）、定子回路串三相对称电抗的人为机械特性4）、转子回路串入三相对称电阻的人为机械特性）、转子回路串入三相对称电阻的人为

42、机械特性 221212XXRRsm )(2321221211121XXRRfpUTm 最大电磁转矩与转子每相电最大电磁转矩与转子每相电阻值无关阻值无关临界转差率与转子回路电阻临界转差率与转子回路电阻成正比成正比Rs1Rs2R2R2+Rs1R2+Rs24、机械特性的实用公式、机械特性的实用公式1)、实用公式、实用公式ssssTTmmm 22)、如何使用实用公式、如何使用实用公式NmmNssss 21 )1(2 Nmss 122TTTTssNNm 额定工作时额定工作时一般工作状态时一般工作状态时NNnPT9550 11nnnsNN 六、三相异步电动机的工作特性及其测试方法六、三相异步电动机的工作特

43、性及其测试方法异步电动机的异步电动机的工作特性工作特性是指是指U1=UN，f1=fN时电动机的转速时电动机的转速n、定子电流定子电流I1，功率因数，功率因数cos1 ， 电磁转矩电磁转矩T、效率、效率等与输出功等与输出功率率P2的关系。的关系。1、工作特性的分析、工作特性的分析1）、转速特性）、转速特性n=f(P2)2）、定子电流特性）、定子电流特性I1=f(P2)随着负载的增加，转速随着负载的增加，转速 n 要略要略微降低。微降低。空载时空载时,转子电流基本上为零转子电流基本上为零,此此时的定子电流就是励磁电流时的定子电流就是励磁电流 I0, 随着负载的增加随着负载的增加,转速降低转速降低,

44、转子转子电流增大电流增大,定子电流也增大。定子电流也增大。3）、定子边功率因数）、定子边功率因数cos1=f(P2)空载时定子侧的功率因数很低，不超过空载时定子侧的功率因数很低，不超过0.2，接近额定负载，接近额定负载时，定子电流中的有功电流增加，使功率因数提高，接近负时，定子电流中的有功电流增加，使功率因数提高，接近负载时，功率因数接近于载时，功率因数接近于1；但是如果进一步增大负载，由于；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。转差率的增大，使功率因数角增大，则功率因数减小。4）、电磁转矩特性）、电磁转矩特性T=f(P2)02TTT 02TPT 5）、效

45、率特性）、效率特性=f(P2) pPpPP2121 七、三相异步电动机的参数测定七、三相异步电动机的参数测定1、短路短路( (堵转堵转S=1)S=1)试验试验根据测得的数据，可以算出短路阻抗、短路电阻和短路电抗。根据测得的数据，可以算出短路阻抗、短路电阻和短路电抗。即：即：2221111,3,KKKKKKKKRZXIPRIUZ 2121,XXXRRRkK 221KXXX 2、空载（空载（S=0S=0）试验）试验测励磁阻抗测励磁阻抗Rm、Xm，机械损耗，机械损耗 pm ，铁心损耗，铁心损耗 pFe20000103,IpPRIUZm 20200RZX 10XXXm 10RRRm 八、三相异步电动机

46、的启动与制动八、三相异步电动机的启动与制动 1、三相异步电动机的直接启动、三相异步电动机的直接启动221221121)(XXsRRUII2212211221)(23XXsRRfsRpUT（一）、三相异步电动机的直接启动（一）、三相异步电动机的直接启动异步电动机的实际起动情况异步电动机的实际起动情况 起动电流大：起动电流大：Is = (47) IN 起动转矩小：起动转矩小：Ts = (0.91.3) TN起动电流起动电流Is大的不利影响：大的不利影响：大的大的 Is 使供电变压器电压降低，影响自身及其他负使供电变压器电压降低，影响自身及其他负载工作。载工作。频繁起动时造成热量积累，易使电动机过热

47、。频繁起动时造成热量积累，易使电动机过热。2、三相鼠笼式异步电动机的降压启动、三相鼠笼式异步电动机的降压启动1）定子串接电阻或电抗启动定子串接电阻或电抗启动M33 RSS1 FUS2启动启动运行运行M3XSS1 FUS23 适用于：正常运行为联结的电动机。适用于：正常运行为联结的电动机。2） Y 启动启动3 UNS1 FUS2U1U2V1V2W1W2适用于：正常运行为联结的电动机。适用于：正常运行为联结的电动机。2、 Y 启动启动3 UNS1 FUS2U1U2V1V2W1W2Y 启动启动适用于：正常运行为联结的电动机。适用于：正常运行为联结的电动机。 运行运行S23 UNS1 FUU1U2V1

48、V2W1W2 定子相电压比定子相电压比 U1PYU1PUN 3UN=1 3 定子相电流比定子相电流比 I1PYI1PU1PYU1P=1 3 起动电流比起动电流比IsYIsI1PY 3 I1P=13 Y 型型启动的起动电流启动的起动电流 IsY = Ist13 启动转矩比启动转矩比 TsYTsU1PYU1P=13( )2TsY = Ts13 Y型型启动的启动转矩启动的启动转矩 (1) IsYImax （线路中允许的最大电流）；（线路中允许的最大电流）；(2) TsYTL 。 否则不能采用此法。否则不能采用此法。 Y 启动的使用条件启动的使用条件 3、自耦变压器、自耦变压器降压降压启动启动TA3

49、UNS1 FUS2M33、自耦变压器、自耦变压器降压降压启动启动3 UNS1 FUS2TAM3启动启动3、自耦变压器、自耦变压器降压降压启动启动TA3 UNS1 FUS2M3运行运行3、自耦变压器、自耦变压器降压降压启动启动3 UNS1 FUS2TAM3启动启动电动机相电压比电动机相电压比 电动机电动机降压降压启动与启动与直接启动相电流比直接启动相电流比 ANKNNUU1212NNUUIINSS TAM33 UNS1 FUS2启动启动IsKAIs 变压器一次侧与二次侧启动电流比变压器一次侧与二次侧启动电流比 降压启动与直接启动相比供降压启动与直接启动相比供电变压器提供的启动电流比电变压器提供的

50、启动电流比212NNIISS12NNIISS 自耦变压器自耦变压器降压降压启动时电机的启动转矩与直接启动时电机的启动转矩与直接启动时的启动转矩之间的关系启动时的启动转矩之间的关系 降压比降压比 KA 可调可调 QJ2 型三相自耦变压器：型三相自耦变压器： KA = 0.55、0.64、0.73 QJ3 型三相自耦变压器：型三相自耦变压器： KA = 0.4、0.6、0.8 2122NNUUTTNSS【例例 】 一台一台 Y250M6 型三相笼型异步电动机，型三相笼型异步电动机，UN = 380 V， 联结，联结，PN = 37 kW， nN = 985 r/min，IN = 72 A，KT =

51、 1.8，KI = 6.5。如果要求电动机启动时，启动转矩必须大于如果要求电动机启动时，启动转矩必须大于 250 Nm，从电源取，从电源取用的电流必须小于用的电流必须小于 360A。试问：。试问：(1) 能否直接启动？能否直接启动？(2) 能否采用能否采用 Y 启动？启动？(3) 能否采用能否采用 KA = 0.8 的自耦变压器启动？的自耦变压器启动？ 解：解： (1) 能否直接启动能否直接启动602 TN =PN nN= Nm = 359 Nm 6023.1437103985直接起动时启动转矩和启动电流为直接起动时启动转矩和启动电流为 Ts = KT TN = 1.8359 Nm = 646

52、 Nm Is = KI IN = 6.572 A = 468 A 虽然虽然 Ts 250 Nm，但是但是 Is 360 A，所以所以 不能采用直接启动。不能采用直接启动。 (2) 能否采用能否采用 Y 启动启动 TsY = Ts13= 646 Nm = 215 Nm13IsY = Is13= 468 A = 156 A13 虽然虽然 IsY360 A，但是但是 TsY250 Nm，所以所以 不能采用不能采用 Y 启动。启动。 (3) 能否采用能否采用 KA = 0.8 的自耦变压器启动的自耦变压器启动 Tsa = KA2Ts = 0.82646 Nm = 413 Nm Isa = KA2Is

53、= 0.82468 A = 300 A 由于由于 Tsa 250 Nm，而且而且 Isa360 A，所以所以 能采用能采用 KA = 0.8 的自耦变压器启动。的自耦变压器启动。4、高启动转矩的三相鼠笼式异步电动机高启动转矩的三相鼠笼式异步电动机1) 深槽式异步电动机深槽式异步电动机 槽深槽深 h 与槽宽与槽宽 b 之比为：之比为：h / b = 8 12漏电抗小漏电抗小漏电抗大漏电抗大增大增大电流密度电流密度 起动时，起动时，f2 高，高， 漏电抗大，电流的集漏电抗大，电流的集 肤效应使导条的等效肤效应使导条的等效 面积减小，即面积减小，即 R2 ， 使使 Ts 。 运行时，运行时， f2

54、很低，很低， 漏电抗很小，集肤效漏电抗很小，集肤效 应消失，应消失，R2 。2）. .双笼型异步电动机双笼型异步电动机电阻大电阻大漏抗小漏抗小电阻小电阻小漏抗大漏抗大上笼上笼（外笼）（外笼）下笼下笼（内笼）（内笼） 起动时，起动时， f2 高，高， 漏抗大，起主要作用，漏抗大，起主要作用， I2 主要集中在外笼，主要集中在外笼， 外笼外笼 R2 大大 Ts 大。大。 外笼外笼 起动笼。起动笼。 运行时，运行时， f2 很低很低 ， 漏抗很小，漏抗很小，R2 起主要作用，起主要作用， I2 主要集中在内笼。主要集中在内笼。 内笼内笼 工作笼。工作笼。Rst1Rst23 S1 S2S(1) 启动过

55、程启动过程5、绕线式三相异步电动机绕线式三相异步电动机的启动的启动 串联串联 Rst1 和和 Rst2 启动（特性启动（特性 a） 总电阻总电阻 R22 = R2 + Rst1+ Rst2n0TnOa (R22)TLT2a1a2T1切除切除 Rst2转子串电阻分级启动转子串电阻分级启动(1) 启动过程启动过程b (R21)n0TnOa (R22)T2 T1a1a2TLb1b2 合上合上 S2 ，切除，切除 Rst2（特性（特性 b） 总电阻总电阻 R21 = R2+ Rst1绕线型异步电动机绕线型异步电动机转子电路串联电阻启动转子电路串联电阻启动 3 S1 S2Rst1Rst2S切除切除 Rs

56、t1 合上合上 S1 ，切除，切除 Rst1（特性（特性 c） 总电阻总电阻: R2绕线型异步电动机绕线型异步电动机转子电路串联电阻启动转子电路串联电阻启动 c (R2)b (R21)n0TnOa (R22)T2 T1a1a2TLb1b2c1c2(1) 启动过程启动过程p3 S1 S2 Rst1Rst2S（二）（二） 三相异步电动机的各种运行状态三相异步电动机的各种运行状态M33S12、能耗制动、能耗制动(1) 制动原理制动原理 制动前制动前 S1 合上，合上，S2 断开，断开， M 为电动状态。为电动状态。 制动时制动时 S1 断开，断开，S2 合上。合上。 M 为制动状态。为制动状态。nUS2 RbI1FFT1、电动运行、电动运行(3) 能耗制动过程能耗制动过程 迅速停车迅速停车TLOnT12ab(4) 能耗制动运行能耗制动运行 下放重物下放重物TLOnT1