第五章感应电机1改

1、2022-3-212022-3-21重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章1第五章第五章 感应电机感应电机5.1 三相感应电机的结构和运行状态三相感应电机的结构和运行状态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程5.6 感应电动机参数的测定感应电动机参数的测定5.8 感应电动机的工作特性感应电动机的工作特性5.7 感应动机感应动机 的转矩的转矩转差率曲线转差率曲线5.5 笼形转子的极数、相数和参

2、数的归算笼形转子的极数、相数和参数的归算5.10 感应电动机的调速感应电动机的调速5.9 感应电动机的起动、深槽和双笼感应电动机感应电动机的起动、深槽和双笼感应电动机5.11 单相感应电动机单相感应电动机5.12 感应发电机和直线感应电机感应发电机和直线感应电机2022-3-222022-3-22重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章2异步电动机用途及特点异步电动机用途及特点异步电动机的用途异步电动机的用途异步电机是一种交流电机，主要作为电动机使用。异步电机是一种交流电机，主要作为电动机使用。异步电动机分为三相和单相两种。异步电动机分为三相和单相两种。异步电

3、动机广泛应用于工农业及民用电器的各个部门。异步电动机广泛应用于工农业及民用电器的各个部门。异步电动机的容量从几十瓦到数千千瓦，占各种电动机异步电动机的容量从几十瓦到数千千瓦，占各种电动机总数的总数的90%90%左右，占电网总负荷的左右，占电网总负荷的60%60%。优点：优点：结构简单、制造方便、价格低廉、运行可靠、结构简单、制造方便、价格低廉、运行可靠、 坚固耐用、维修方便、运行效率较高等。坚固耐用、维修方便、运行效率较高等。缺点：缺点：功率因数较低、调速性能不够好。功率因数较低、调速性能不够好。. .2022-3-232022-3-23重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自

4、动化系 第第5章章33 防爆电动机鼠笼式电动机绕线式电动机高压电动机2022-3-242022-3-24重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章4气隙气隙较小为宜较小为宜( (气隙小气隙小 ，磁阻小，则励磁电流小，磁阻小，则励磁电流小) ) 定子定子 机座机座 定子铁心定子铁心 定子绕组定子绕组转子转子 绕线式转子绕线式转子 鼠笼式转子鼠笼式转子 转子铁心转子铁心 转子绕组转子绕组 转轴转轴一、感应电机的结构一、感应电机的结构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2022-3-252022-3-25重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与

5、自动化系电气工程与自动化系 第第5章章5三相感应电机的结构三相感应电机的结构笼型异步电机剖面图笼型异步电机剖面图转轴转轴定子绕组定子绕组转子转子定子铁心定子铁心端盖端盖接线盒接线盒2022-3-262022-3-26重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章6下图是一台三相鼠笼型异步电动机主要部件的拆分图。下图是一台三相鼠笼型异步电动机主要部件的拆分图。动动 画画2022-3-272022-3-27重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章71. 1. 定子定子 机座机座 定子铁心定子铁心 定子绕组定子绕组机座机座: :固定和支撑

6、定子铁心固定和支撑定子铁心2022-3-282022-3-28重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章8定子铁心定子铁心作用：定子磁路的一部分、嵌放定作用：定子磁路的一部分、嵌放定子绕组。子绕组。构成：为减少铁耗，铁心一般采用构成：为减少铁耗，铁心一般采用导磁性能好、磁滞损耗小的导磁性能好、磁滞损耗小的0.5mm0.5mm厚的硅钢片叠成。厚的硅钢片叠成。 定子冲片定子冲片2022-3-292022-3-29重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章9定子冲片定子冲片为嵌放定子绕组，定子冲片中为嵌放定子绕组，定子冲片中均匀地冲制若

7、干个形状相同的均匀地冲制若干个形状相同的槽。槽。2022-3-2102022-3-210重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章10半闭合半闭合开口槽开口槽半开口半开口半闭合（小型机，绕组为圆导线）、半闭合（小型机，绕组为圆导线）、半开口（低压中型机，绕组为成型线圈）半开口（低压中型机，绕组为成型线圈） 、开口槽（高压大、中型机，绕组为用绝缘带包扎并开口槽（高压大、中型机，绕组为用绝缘带包扎并浸漆处理过的成型线圈）。浸漆处理过的成型线圈）。槽形：槽形：2022-3-2112022-3-211重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5

8、章章11作用：是电机的电路，它可作用：是电机的电路，它可感应电动势、流过电流、实感应电动势、流过电流、实现机电能量转换。现机电能量转换。 定子绕组定子绕组线圈又称为绕组元件，是组成交流绕组的基本元件。线圈又称为绕组元件，是组成交流绕组的基本元件。2022-3-2122022-3-212重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章12大连理工大学电气工程系 定子接线盒定子接线盒U1 V1 W1W2 U2 V2U1 V1 W1U2 V2 W2星星形形(Y)联联结结U1 V1 W1W2 U2 V 23 三三角角形形( )联联结结U1 V1 W1W2 U2 V 23 20

9、22-3-2132022-3-213重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章132. 2. 转子转子 转子铁心转子铁心 转子绕组转子绕组绕线式转子绕线式转子鼠笼式转子鼠笼式转子 转轴转轴绕线型异步电动机绕线型异步电动机鼠笼型异步电动机鼠笼型异步电动机2022-3-2142022-3-214重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章14转子铁心：转子铁心：0.5mm0.5mm厚的硅钢片冲制叠压而成。厚的硅钢片冲制叠压而成。作用：电机磁路的一部分、嵌放转子绕组。作用：电机磁路的一部分、嵌放转子绕组。2022-3-2152022-3-

10、215重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章15 转子绕组：感应电动势、流过电流、产生电磁转矩。转子绕组：感应电动势、流过电流、产生电磁转矩。斜槽形式斜槽形式2022-3-2162022-3-216重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章16鼠笼式转子绕组鼠笼式转子绕组 自己短路的绕组，在转子在每个槽中放有一根导体，导体自己短路的绕组，在转子在每个槽中放有一根导体，导体比铁芯长，在铁芯两端用两个端环将导体短接，形成短路比铁芯长，在铁芯两端用两个端环将导体短接，形成短路绕组。若将铁芯去掉，剩下的绕组形状似松鼠笼子，故称绕组。若

11、将铁芯去掉，剩下的绕组形状似松鼠笼子，故称鼠笼式绕组。鼠笼式绕组。了解知识：了解知识：l铜料：需要把事先做好铜料：需要把事先做好的裸铜条插入转子铁心的裸铜条插入转子铁心上的槽里，再用铜端环上的槽里，再用铜端环套在伸出两端的铜条上，套在伸出两端的铜条上，最后焊在一起。最后焊在一起。l铝料：熔化的铝液直接铝料：熔化的铝液直接浇铸在转子铁心上的槽浇铸在转子铁心上的槽里，连同端环、风扇一里，连同端环、风扇一次铸成。铸铝鼠笼转子次铸成。铸铝鼠笼转子可节约用铜，工艺简单，可节约用铜，工艺简单，可提高生产率，所以容可提高生产率，所以容量在量在100kW100kW以下的小型异以下的小型异步机一般采用。步机一般

12、采用。2022-3-2172022-3-217重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章17v绕线式绕组为对称三相绕组，一般接成星形，出线端绕线式绕组为对称三相绕组，一般接成星形，出线端经滑环、电刷引出电流。经滑环、电刷引出电流。v特点：可在转子回路串入附加电阻，改善起动性能、特点：可在转子回路串入附加电阻，改善起动性能、调节转速。调节转速。了解知识：三相末端了解知识：三相末端联接在一起，三相始联接在一起，三相始端分别与装在转轴上端分别与装在转轴上但与转轴绝缘的三个但与转轴绝缘的三个滑环相联接，沿环外滑环相联接，沿环外缘又与三个静止的电缘又与三个静止的电刷相接触

13、，电刷再和刷相接触，电刷再和外电路联接。借此，外电路联接。借此，转子绕组既能自身闭转子绕组既能自身闭合又能把附加电阻引合又能把附加电阻引入转子电路以改善电入转子电路以改善电动机的运行性能。动机的运行性能。绕线式转子绕组绕线式转子绕组2022-3-2182022-3-218重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章18异步电动机绕线转子异步电动机绕线转子2022-3-2192022-3-219重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章19 转轴转轴 支撑转子铁心，输出机械转矩。支撑转子铁心，输出机械转矩。2022-3-2202022

14、-3-220重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章203. 3. 气隙气隙定转子之间的间隙，很小，定转子之间的间隙，很小，0.2-1mm0.2-1mm。对电机的性。对电机的性能影响很大。能影响很大。2022-3-2212022-3-221重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章21 气隙大小对电机性能有很大的影响气隙大小对电机性能有很大的影响气隙大气隙大：磁阻大，励磁电流大，功率因数低。：磁阻大，励磁电流大，功率因数低。气隙小气隙小：为了降低电机的空载电流（励磁电：为了降低电机的空载电流（励磁电流），提高电机的功率因数，气隙

15、应尽可能地小。流），提高电机的功率因数，气隙应尽可能地小。如果把感应电机看作变压器，显然，气隙愈如果把感应电机看作变压器，显然，气隙愈小则定子和转子之间的相互感应作用就愈好。小则定子和转子之间的相互感应作用就愈好。 但是气隙过小，将使装配困难和运行不可靠，但是气隙过小，将使装配困难和运行不可靠，因此允许采用的最小气隙是受加工可能性及因此允许采用的最小气隙是受加工可能性及机械安全考虑所能达到的最小值所限制。机械安全考虑所能达到的最小值所限制。2022-3-2222022-3-222重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章22问题：随着磁场的转动，闭合线圈是如何运

16、动的？ 问题2：闭合线圈的转动方向与磁场的旋转方向有什么关系？二、三相异步电动机的工作原理二、三相异步电动机的工作原理2022-3-2232022-3-223重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章23（一）旋转磁场（一）旋转磁场1. 旋转磁场的产生旋转磁场的产生 W2 W1V2 V1U1 U2 对称对称三相三相 (多相多相) 电流电流 对称对称三相三相 (多相多相) 绕组绕组 旋转磁场。旋转磁场。 三相绕组三相绕组二、感应电机的工作原理二、感应电机的工作原理2022-3-2242022-3-224重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系

17、 第第5章章24横截面横截面U1U2V1V2W2W1U1 V1 W1U2 V2 W2 流出流出 流入流入 规定电流正方向：首端到末端规定电流正方向：首端到末端2022-3-2252022-3-225重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章25U V WU1U2V1V2W2W1i1 = Imsin ti2 = Imsin( t120O) i3 = Imsin( t120O)i1 i2 i3 t = 0O 时时i1 = 0，i2 0， i3 0NSIm tOi1规定电流正方向：首端到末端规定电流正方向：首端到末端120O240O 360O0O2022-3-2262

18、022-3-226重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章26 t = 0O 时时i1 = 0，i2 0， i30U1U2V1V2W2W1NS t = 120O 时时i10，i2 = 0，i3 0U1U2V1V2W2W1NS2022-3-2272022-3-227重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章27U1U2V1V2W2W1U1U2V1V2W2W1NS t = 240O 时时i1 0，i20，i3 = 0 t = 360O 时时i1= 0，i2 0，i30NS2022-3-2282022-3-228重庆理工大学重庆理工大

19、学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章28观察：旋转磁场转向如何 ?结论：当空间彼此相差结论：当空间彼此相差1201200 0的三个相同的线圈通入对称三相的三个相同的线圈通入对称三相交流电时，就能够产生与电流有相同角速度的旋转磁场。交流电时，就能够产生与电流有相同角速度的旋转磁场。2022-3-2292022-3-229重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章29i 变化一周变化一周i 每秒钟变化每秒钟变化 50 周周i 每分钟变化每分钟变化 (5060) 周周 旋转磁场转一圈旋转磁场转一圈旋转磁场转旋转磁场转 50 圈圈旋转磁场转旋转磁场转 3

20、000 圈圈 2. 旋转磁场的转速旋转磁场的转速ns 同步转速同步转速ns ns = 3000 = 60 f1 (r / min) 同步转速同步转速 ns的大小怎样改变？的大小怎样改变？磁极对数磁极对数 p = 12022-3-2302022-3-230重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章30U1U2V1V2W2W1每相绕组由每相绕组由一个线圈组成一个线圈组成U1 V1 W1U2 V2 W2U3 V3 W3U4 V4 W4U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3每相绕组由两个每相绕组由两个线圈串联组成线圈串联组成2022-3-2312022-3-2

21、31重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章31U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3 t = 0O 时时 i1 = 0，i2 0， i3 0 NSNS 磁极对数磁极对数 p = 2 电流变化一周电流变化一周 旋转磁场转旋转磁场转半半圈圈 ns = 1 500 当磁极对数当磁极对数 p = 3 时时 ns = 1 000 60 f1 2= 60 f1 3=60 f1pns =2022-3-2322022-3-232重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章32 f1 = 50 Hz 时：时： 1 2 3 4 5 6 3

22、000 1500 1000 750 600 500 pns/(r/min) 3. 旋转磁场的转向旋转磁场的转向 U (i1) V(i2) W(i3) 由超前相转向滞后相。由超前相转向滞后相。 由通入绕组中的电流的相序决定。由通入绕组中的电流的相序决定。 U(i1) W(i2) V (i3)问题：怎样改变 ns 的方向 ?2022-3-2332022-3-233重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章33方法：把接到三相绕组上的方法：把接到三相绕组上的任意任意两根电源线两根电源线对调对调，就可实现旋转磁场的反转。就可实现旋转磁场的反转。 2022-3-23420

23、22-3-234重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章34问题：如果三相异步电动机的定子接入三相电源问题：如果三相异步电动机的定子接入三相电源, ,则转则转子将处于一个旋转的磁场当中，会产生什么效果呢？子将处于一个旋转的磁场当中，会产生什么效果呢？（二）感应电机工作原理（二）感应电机工作原理2022-3-2352022-3-235重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章35 机械负载机械负载 旋转起来旋转起来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） 磁感线切割磁感

24、线切割 转子绕组转子绕组 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力的作用 转子旋转起来转子旋转起来 电磁电磁转矩转矩感感应应 三相三相 交流交流 电能电能2022-3-2362022-3-236重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章36nsns1. 电磁转矩的产生电磁转矩的产生 转子电流的有功分量与旋转子电流的有功分量与旋转磁场相互作用，产生同转磁场相互作用，产生同一个方向的电磁转矩。一个方向的电磁转矩。NS特点：特点：电动机内必须有一个以电动机内必须有一个以ns旋转的磁场旋转的磁场实现能量转

25、换的前提；实现能量转换的前提； 电动运行时电动运行时n恒不等于恒不等于ns （异步）（异步）必要条件必要条件nns； 转子上是转子上是无源无源的，的，建立转矩的电流由感应产生建立转矩的电流由感应产生感应名称的来源。感应名称的来源。 三、电磁转矩及三相感应电机的运行状态三、电磁转矩及三相感应电机的运行状态n2022-3-2372022-3-237重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章37转差率转差率 :s = nsn ns转子转速转子转速 : n=(1 s) ns 起动时起动时 n = 0，s = 1 理想空载时理想空载时 n = ns，s = 0 正常运行时

26、正常运行时 0nns， 1s0 额定运行时额定运行时 sN = 0.01 0.092nsns0-ns210-1sn2022-3-2382022-3-238重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章381）电动机状态：）电动机状态：v0ns0v转子：转子：i2与与e2同方向；同方向；Tem与转向与转向n相同，为相同，为驱动转矩驱动转矩；v定子上：从电网吸收电功率。定子上：从电网吸收电功率。v转子上：输出机械功率转子上：输出机械功率Tem顺着转子转向，顺着转子转向，“拉拉”着转子着转子“跑跑”n1即即nS ；Tem即即Te2022-3-2392022-3-239重庆

27、理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章392）发电机状态：）发电机状态：vnn1 ；s0 v转子：转子： i2、e2与电动机状态相反；与电动机状态相反； Tem与转子转向相反，为与转子转向相反，为制动转矩制动转矩； v转子上：吸收机械功率转子上：吸收机械功率v定子上：输出电功率。定子上：输出电功率。Tem逆着转子转向，逆着转子转向，“拽拽”着转着转子子电动机状态电动机状态发电机状态发电机状态2022-3-2402022-3-240重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章403）制动状态：）制动状态：v n1v转子：转子：Tem与

28、与n1转向相同，与转向相同，与n方向相反方向相反, 为为制动转矩制动转矩v转子上：吸收机械功率转子上：吸收机械功率v定子上：从电网吸收电功率定子上：从电网吸收电功率 两者吸收的能量全转变为热能消耗掉两者吸收的能量全转变为热能消耗掉Tem逆着转子转向，逆着转子转向，“拽拽”着转子着转子电动机状态电动机状态制动状态制动状态2022-3-2412022-3-241重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章41 三种工作状态的应用三种工作状态的应用现代感应电机主要作为电动机。现代感应电机主要作为电动机。电磁制动往往只是感应电动机在完成某一生产过程而电磁制动往往只是感应电

29、动机在完成某一生产过程而出现的短时运行状态，例如交流起重机下放重物时，出现的短时运行状态，例如交流起重机下放重物时，为限制下放速度，往往使感应电机运行于电磁制动状为限制下放速度，往往使感应电机运行于电磁制动状态；态；感应发电机，有时用于农业小型水电站和风力发电站。感应发电机，有时用于农业小型水电站和风力发电站。旋转磁场与电磁转矩同向旋转磁场与电磁转矩同向电网向电机输入电能电网向电机输入电能转子转向与电磁转矩同向转子转向与电磁转矩同向电机向外界输出机械能电机向外界输出机械能2022-3-2422022-3-242重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章422.

30、电磁转矩的大小电磁转矩的大小 Te = CTm I2cos23. 电磁转矩的方向电磁转矩的方向(电动状态时电动状态时)与旋转磁场的转向相同。与旋转磁场的转向相同。顺时针方向旋转顺时针方向旋转问题：怎样改变转子的转向?3 M3U V W3 M3U V W逆时针方向旋转逆时针方向旋转2022-3-2432022-3-243重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章43四、额定值（感应电动机）四、额定值（感应电动机）u额定功率额定功率PN电动机在额定情况下，电动机在额定情况下，轴上输出的轴上输出的 机械功率。机械功率。单位：单位：KW。u额定电压额定电压UNu额定电流

31、额定电流 INu额定频率额定频率fN 50Hzu额定转速额定转速 nNu额定功率因数额定功率因数电动机额定运行时加在定子绕组上的电动机额定运行时加在定子绕组上的 线电压。单位：线电压。单位：V或或KV。电动机在额定电压下，轴上为额定功电动机在额定电压下，轴上为额定功 率输出时，定子绕组中的线电流。率输出时，定子绕组中的线电流。 单位：单位：A。电动机在额定状态时转子的转速。电动机在额定状态时转子的转速。单位：单位：r/min。NNcos电动机在额定状态时定子的功率因数电动机在额定状态时定子的功率因数2022-3-2442022-3-244重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自

32、动化系 第第5章章44n注意以下问题：注意以下问题：1 1、输入电功率，输出机械功率（电动机）、输入电功率，输出机械功率（电动机）P1N = 3 UNIN cos N PN = NP1N = 3 UNIN cos N N额定输入功率额定输入功率额定输出功率额定输出功率2022-3-2452022-3-245重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章452 2、感应电机的额定转速一般多大？、感应电机的额定转速一般多大？- - 特点：不能连续变化，没有特点：不能连续变化，没有2000r/min2000r/min的感应电机的感应电机2022-3-2462022-3-2

33、46重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章463 3、如何判断感应电机的极对数和同步转速？、如何判断感应电机的极对数和同步转速？一般额定点都在一般额定点都在sN = 0.01 0.09左右左右 可以根据上页的表格，根据可以根据上页的表格，根据nN倒推倒推2022-3-2472022-3-247重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章472022-3-2482022-3-248重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章48 三相异步电动机的定子部分在结构上和同步电动机的三相异步电动机的定子部分在

34、结构上和同步电动机的定子部分完全相同。定子部分完全相同。 对中、小容量的低压异步电动机，通常定子三相绕组对中、小容量的低压异步电动机，通常定子三相绕组的六个出线头都引出，这样可根据需要灵活地接成的六个出线头都引出，这样可根据需要灵活地接成“Y”形或形或“D”形。形。U1 V1 W1U1 V1 W1W2 U 2 V2W2 U2 V2D联结联结Y联结联结五、接线五、接线2022-3-2492022-3-249重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章495.2 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空载运行时，其转子速度空载运行时，其转子速

35、度n接近接近同步转速同步转速nS， 此时，定子磁动势此时，定子磁动势F1基本上就是基本上就是产生气隙主磁场产生气隙主磁场Bm的激磁磁动势的激磁磁动势Fm，定子电流，定子电流I10就近似等于激磁就近似等于激磁电流电流Im。计及铁心损耗时，磁场。计及铁心损耗时，磁场在空间滞后于磁动势以铁心损耗在空间滞后于磁动势以铁心损耗角角 ，如图，如图5-7所示。所示。一、空载运行时的磁动势和磁场一、空载运行时的磁动势和磁场 1.空载运行时的磁动势空载运行时的磁动势 FeI10 (Im) F1 (Fm) Bm 2022-3-2502022-3-250重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系

36、 第第5章章502. 主磁通和激磁阻抗主磁通和激磁阻抗主磁通是通过气隙并同时与定、转子绕组相交链的磁通，主磁通是通过气隙并同时与定、转子绕组相交链的磁通，它经过的磁路它经过的磁路(称为主磁路称为主磁路)包括气隙、定子齿、定子轭、包括气隙、定子齿、定子轭、转子齿、转子轭等五部分，主磁通用符号转子齿、转子轭等五部分，主磁通用符号m表示表示 。如如图图5-8所示。所示。主磁通主磁通m是旋转磁通，其是旋转磁通，其磁密波磁密波Bm沿气隙圆周按正弦沿气隙圆周按正弦规律分布，以同步转速规律分布，以同步转速 ns 旋旋转，转，m在数值上等于磁密在数值上等于磁密每半波（每极）的磁通。每半波（每极）的磁通。 ns

37、n2022-3-2512022-3-251重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章51气隙中的主磁场以同步转速旋转时，主磁通气隙中的主磁场以同步转速旋转时，主磁通 将将在定子每相绕组中感生电动势在定子每相绕组中感生电动势 1E1 11mw14.44Ejf Nk m由于旋转的主磁通与定、转子之间存在相对运动，它与定、由于旋转的主磁通与定、转子之间存在相对运动，它与定、转子绕组交链的磁通链数是随时间交变的。从电磁感应定转子绕组交链的磁通链数是随时间交变的。从电磁感应定律公式律公式 来看，异步电机的工作原理与变压器并来看，异步电机的工作原理与变压器并无本质的区别，也

38、称异步电机为旋转的变压器。无本质的区别，也称异步电机为旋转的变压器。deNdt 2022-3-2522022-3-252重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章52若主磁路的磁化曲线用一条线性若主磁路的磁化曲线用一条线性化的磁化曲线来代替，则主磁通化的磁化曲线来代替，则主磁通将与激磁电流成正比；于是可认将与激磁电流成正比；于是可认为为 与与 之间具有下列关系：之间具有下列关系：11() mmmmjEI ZIRX1EmI因为因为 、 ，所以所以 ，有如，有如右曲线关系：右曲线关系：mmIHmmB 1()()mmEf I 激磁阻抗激磁阻抗激磁电阻激磁电阻激磁电抗激

39、磁电抗Zm= Rm + jXm为励磁阻抗，为励磁阻抗，Rm是反映铁耗的等效励磁电阻，是反映铁耗的等效励磁电阻，Xm是是反映磁通变化的励磁电抗。气隙越小，励磁电抗就越大，在同一反映磁通变化的励磁电抗。气隙越小，励磁电抗就越大，在同一定子电压下，激磁电流就越小。定子电压下，激磁电流就越小。 Im=（25%50%）I1N主磁路的磁化曲线主磁路的磁化曲线2022-3-2532022-3-253重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章533. 定子漏磁通和漏抗定子漏磁通和漏抗 定子漏磁通又可分为槽漏磁、端部漏磁和谐波漏磁等三定子漏磁通又可分为槽漏磁、端部漏磁和谐波漏磁等

40、三部分，槽漏磁和端部漏磁部分，槽漏磁和端部漏磁如图如图5-10a）和）和b）所示。所示。 定子漏磁通定子漏磁通 将在定子绕将在定子绕组中感应漏磁电动势组中感应漏磁电动势 。把把 作为负漏抗压降来处作为负漏抗压降来处理，可得理，可得 1 E11 E 1112111111j22EI XXf Lf N 漏抗漏抗2022-3-2542022-3-254重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章54电磁关系：电磁关系：101I R1Em1可见，异步电动机空载时的电磁关系与变压器非常可见，异步电动机空载时的电磁关系与变压器非常相似。相似。10)(F三三相相合合成成0m1E0

41、2 E定子定子转子转子定子定子定子定子2022-3-2552022-3-255重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章554. 空载时定子的电压方程空载时定子的电压方程111ZRjX异步电动机空载时，每相电压平衡方程与变压器空载时的异步电动机空载时，每相电压平衡方程与变压器空载时的方程类似：方程类似： 110111UIREE10111()IjXRE10110mIZIZ 为定子绕组的漏阻抗：为定子绕组的漏阻抗：1Z2022-3-2562022-3-256重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章56异步电动机的空载运行的等效电路：

42、异步电动机的空载运行的等效电路：AX1E10mII1U1R1XmRmX.异步电动机空载运行时的等效电路是在忽略了微弱的转子异步电动机空载运行时的等效电路是在忽略了微弱的转子绕组感应电流和感应电动势得到的，绕组感应电流和感应电动势得到的，与变压器空载运行时的等效电路近似。与变压器空载运行时的等效电路近似。1101101011011010mmmUI ZI ZI RIXI RIX2022-3-2572022-3-257重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章57尽管异步电动机的电磁关系与变压器相似，但它们之间还是尽管异步电动机的电磁关系与变压器相似，但它们之间还是有

43、差别的：有差别的：1 1）主磁场性质不同：异步电动机为旋转磁场，变压器为）主磁场性质不同：异步电动机为旋转磁场，变压器为脉动磁场脉动磁场。22222)0000EIEI异步电动机空载时，；变压器，。4)4)异步电动机通常采用短距和分布绕组异步电动机通常采用短距和分布绕组, ,计算时需考虑绕计算时需考虑绕组系数组系数, ,变压器则为整距集中绕组变压器则为整距集中绕组, ,可认为绕组系数为可认为绕组系数为1 1。103),25% 50%,2% 10%NNIII由于存在气隙 异步电动机为而变压器的仅为。2022-3-2582022-3-258重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化

44、系 第第5章章581 1、电磁过程、电磁过程- - 定子绕组通电定子绕组通电- - 形成基波旋转磁场形成基波旋转磁场- - 同时切割定、转子绕组同时切割定、转子绕组- - 产生定、转子电势产生定、转子电势- - 产生定、转子电流、磁势产生定、转子电流、磁势- - 合成磁场合成磁场二、负载运行时的磁动势和磁场二、负载运行时的磁动势和磁场n2022-3-2592022-3-259重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章59n结果结果 产生了产生了相对独立相对独立的一个的一个定子电流系统，和一个转子定子电流系统，和一个转子电流系统电流系统 二个电流产生两个磁动二个电

45、流产生两个磁动势：势：F1 （定子磁动势）和（定子磁动势）和F2 （转子磁动势）（转子磁动势）2022-3-2602022-3-260重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章60n负载后转子侧的情况负载后转子侧的情况 关键关键- - 转子转速：转子转速：n- - 定子磁场转速：定子磁场转速：ns- - 相对转速：相对转速：n= ns- n = snssss21s6060p(nn)pn nnfsfn转子不转时,2101n,s, ff理想空载时,200nn ,s, f“转差频率转差频率”转子电势和电流的频率转子电势和电流的频率 转子是多相对称系统转子是多相对称系统

46、 产生多相对称电势产生多相对称电势 频率：频率：n2022-3-2612022-3-261重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章61212s6060fsfnsnnpp 22222902IpkN.mFw 1)1)幅值幅值2)2)转向转向因为定子旋转磁动势与定子电流相序方向相同；因为定子旋转磁动势与定子电流相序方向相同； 而而F2由由I2产生，所以转子旋转磁动势的方向与转子电流产生，所以转子旋转磁动势的方向与转子电流相序一致。相序一致。3) 速度速度 转子旋转磁动势转子旋转磁动势F2 相对于转子本身的转速为相对于转子本身的转速为n2转子本身又以转速转子本身又以转

47、速n在旋转，因此从定子侧观察时，在旋转，因此从定子侧观察时，F2在空在空间的转速应为间的转速应为2ss()nnnnnn结论：无论转子转速怎样变化，定、转子磁动势结论：无论转子转速怎样变化，定、转子磁动势F1、F2总是总是以同速、同向在空间旋转，两者在空间上总是保持相对静止以同速、同向在空间旋转，两者在空间上总是保持相对静止转子磁动势转子磁动势F22022-3-2622022-3-262重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章62 定子和转子磁动势之间的定子和转子磁动势之间的速度关系，如右图所示。速度关系，如右图所示。图图5-12表示三相绕线型转表示三相绕线型转

48、子的转子磁动势的空间相子的转子磁动势的空间相位。位。例题例题5-2snssns2022-3-2632022-3-263重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章63时间相量时间相量- -空间矢量图空间矢量图（以三相绕线式转子为例）（以三相绕线式转子为例）转子为纯电阻电路时转子为纯电阻电路时实际转子具有电阻和漏抗实际转子具有电阻和漏抗2022-3-2642022-3-264重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章64负载时转子磁动势的基波对气隙磁场的影响，称为转子反负载时转子磁动势的基波对气隙磁场的影响，称为转子反应。应。转子反应

49、有两个作用：转子反应有两个作用：2）定子和转子合成为气隙主磁场，在转子绕组上产生电）定子和转子合成为气隙主磁场，在转子绕组上产生电磁转矩，以带动轴上的机械负载。磁转矩，以带动轴上的机械负载。1）影响气隙磁场的大小和空间相位，从而引起定子感应）影响气隙磁场的大小和空间相位，从而引起定子感应电动势电动势 和定子电流和定子电流 发生变化。发生变化。2. 转子反应转子反应11mLIII1E1I12LFF 产生的磁动势产生的磁动势 与转子产生的磁动势与转子产生的磁动势 大小相等、方大小相等、方向相反，使气隙内的主磁通基本保持向相反，使气隙内的主磁通基本保持 不变。不变。1LF1LI2Fm负载分量负载分量

50、 2022-3-2652022-3-265重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章653.负载时的磁动势方程负载时的磁动势方程转子反应的两个作用合在一起，体现了通过电磁感应作用，转子反应的两个作用合在一起，体现了通过电磁感应作用，实现机电能量转换的机理。实现机电能量转换的机理。由此可以进一步导出负载时的磁动势方程：由此可以进一步导出负载时的磁动势方程：1m1L1m1L+IIIFFF图图5-13示出了负载时定、转子磁动势间的关系，以及定子示出了负载时定、转子磁动势间的关系，以及定子电流与激磁电流和转子电流的关系。电流与激磁电流和转子电流的关系。1L2FF 21L

51、II 12mFFF12mIII1m1LIII2022-3-2662022-3-266重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章66图图5-13注意注意：定转子极对数一定转子极对数一定相同的，因为定相同的，因为转子磁势就相当转子磁势就相当于定子磁势的于定子磁势的“影子影子”。其中，其中， 和和 取同一方向，因此取同一方向，因此 和和 为同一方向，为同一方向，和和 为同一方向。为同一方向。mBmmFmI2F2I2022-3-2672022-3-267重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章67用转子漏抗用转子漏抗 来反应漏磁通来反应

52、漏磁通 的变化：的变化：2s2212222Xf Lsf LsX4、转子漏磁通、漏抗和漏感电势、转子漏磁通、漏抗和漏感电势2转子电流除产生转子电流除产生 和转子反应外，还将产生漏磁通和转子反应外，还将产生漏磁通 ，22F21fsf 注意：注意：- ：转子中电流频率是：转子中电流频率是 f 1时的漏抗时的漏抗（转子不转转子不转）- 与与s 成正比，即：成正比，即：转子转子n，则漏抗，则漏抗 1222=fXL22=sXsX2sX每相转子的漏电感每相转子的漏电感2sX2022-3-2682022-3-268重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章682222222ss

53、EjIf LjI X 在转子绕组中感应的漏感电势用漏电抗上的压降来表在转子绕组中感应的漏感电势用漏电抗上的压降来表示：示：2222222ssEjsI XI sXEj 2E转子静止时的漏感电势转子静止时的漏感电势负载后（转子旋转），漏感电势为负载后（转子旋转），漏感电势为2022-3-2692022-3-269重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章69负载运行时的电磁关系负载运行时的电磁关系5.3 三相感应电动机的电压方程和等效电路11IR11E2 2sR I22 sE()1U三相系统1I2sI1F2FmFm1EsE22022-3-2702022-3-270重

54、庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章701. 定子电压方程定子电压方程11111(j)UI RXE一、电压方程一、电压方程定子每相电压方程：定子每相电压方程：1mmEI Z 其中其中2022-3-2712022-3-271重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章71 注意：注意：- E2：转子中电流频率：转子中电流频率f 2= f 1时的电势（即转子不转、时的电势（即转子不转、s =1）- E2s与与s成正比成正比转子中的电势（转子中的电势（m产生）产生）2s12w2m4.44Esf N k转子转动时的感应电动势转子转动时的

55、感应电动势:212w2m4.44Ef N k转子静止时的感应电动势转子静止时的感应电动势:2s2EsE二者关系为二者关系为: :2. 转子电压方程转子电压方程2s2s22 s2s22jsEI REI (RX)转子转子每相每相电压方程：电压方程：转子电阻转子电阻21fsf2022-3-2722022-3-272重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章72转子绕组的电流转子绕组的电流 结论：结论：- 转子越慢，转子越慢，s，则，则I2s- 何时最慢？何时最慢？s=1时时，即启动瞬间。此时，即启动瞬间。此时I2s最大。最大。22s22s2s22EsEI=R + jX

56、R + jsX222E=R+ jXs2022-3-2732022-3-273重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章73 结论：结论：- 转子转子越慢越慢，s， cos2s- 何时功率因数最小？何时功率因数最小？s =1时：起动时！时：起动时！222222sRcosR(sX)转子绕组的功率因数转子绕组的功率因数2022-3-2742022-3-274重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章74图图5-15电压方程相应的定、转子的耦合电路图（取电压方程相应的定、转子的耦合电路图（取A，a相）相）1I11111(j)EEI X 定

57、子定子22FmmF1F2s2s2s2s(j)EEIX 2sI1E2sE转子转子定子绕定子绕组内组内转子绕转子绕组内组内22sR I1 1R I1U2s2s22jsEI (RX)11111(j)UI RXE2022-3-2752022-3-275重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章75频率归算频率归算就是用一个等效的转子电路代替实际旋转的转子系就是用一个等效的转子电路代替实际旋转的转子系统，而等效的转子回路应与定子电路有相同的频率。统，而等效的转子回路应与定子电路有相同的频率。在归算的过程中，电机的电磁效应不变。因而有在归算的过程中，电机的电磁效应不变。因而

58、有两个归算的两个归算的条件条件：一个是保持转子磁动势不变；二是转子回路的功率不：一个是保持转子磁动势不变；二是转子回路的功率不变。变。转子回路电流转子回路电流22s22s2s22EsEI=R + jXR + jsX二、等效电路二、等效电路1. 频率归算频率归算转子转动时，定、转子有关物理量的频率不同转子转动时，定、转子有关物理量的频率不同，从电路角度，从电路角度看，看，不同频率物理量的表达式是不能联立求解的不同频率物理量的表达式是不能联立求解的。222E=R+ jXs2I2022-3-2762022-3-276重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章76 频率

59、归算的物理含义频率归算的物理含义只要保持频率折算前后转子电流的大小和相位不变，即可只要保持频率折算前后转子电流的大小和相位不变，即可保保持磁势平衡不变持磁势平衡不变，从而保持定子电流的大小和相位不变，也从而保持定子电流的大小和相位不变，也保持了保持了损耗和功率不变损耗和功率不变。方法：方法：用一个静止的、电阻为用一个静止的、电阻为 R2 /s 的等效转子去代替电阻为的等效转子去代替电阻为 R2 的实际旋转的转子。的实际旋转的转子。R2s= R2 + 1s sR2 U1I1R1 jX1E1 E2jX2 R2I2f1f1m1、 kw1N1 m2、 kw2N21s R2 s转子所产生的机械功率转子所

60、产生的机械功率相对应的模拟等效电阻相对应的模拟等效电阻2022-3-2772022-3-277重庆理工大学重庆理工大学 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 第第5章章77频率归算后频率归算后的等效电路的等效电路E2 f1转轴不输出机械功率转轴不输出机械功率向向 输出电功率输出电功率转动时的转动时的等效电路等效电路U1I1R1 jX1 E1 E2sjX2s R2I2sU1I1R1 jX1E1 E2jX2 R2I2f1f1m1、 kw1N1 m2、 kw2N21s R2 sE2s=sE2 f2=sf1转轴输出机械功率转轴输出机械功率f1f2m1、 kw1N1 m2、 kw2N2 1s sR2 2