第4章：三相异步电动机(1)

1、第第4章章 三相异步电动机三相异步电动机 电机拖动与控制电机拖动与控制4.1三相异步电动机的原理与结构三相异步电动机的原理与结构 4.1.1旋转磁场旋转磁场的产生的产生 定子铁芯里有六个线槽，槽内嵌放着三个结构完全相同的绕组，其首端和末端分别用U1、V1、W1和U2、V2、W2表示，它们在空间上彼此互差120。将三个末端连在一起，三个首端接到三相对称电源上，则绕组内便流过三相对称电流。在上图a中，U相绕组电流为正最大；V、W相的电流均为负。根据右手螺旋定则，三相电流产生两极合成磁场，位于U相绕组的轴线上。在上图b中，V相绕组电流为正最大；U、W相绕组中的电流均为负；根据右手螺旋定则，合成磁场位

2、于V相绕组的轴线上，并在空间沿逆时针方向转过了120。同理可得c、d图绕组中电流及其产生合成磁场的方向。 tt=0=120t=240在两极电机中，当电流在时间上变化一个周期，磁场在空间正好旋转一周，当某相电流最大，合成磁场就位于该相绕组的轴线上。由于三相定子电流最大值是按照顺序U、V、W的时间顺序依次交替变化的，相应的合成磁场也是按照UVW的顺序逆时针方向旋转。如果将定子绕组安排成四极，如图4-3所示，观察电流变化时磁场的变化，可以看出：当电流变化120时，磁场在空间沿逆时针方向转过了60，电流变化一个周期，磁场只在空间旋转了半周。旋转磁场的旋转磁场的转速与方向转速与方向1.三相对称绕组通以三

3、相对称电流，可产生旋转磁场。2.当电流变化一周期时，一对极磁场在空间旋转一周，二对极磁场在空间旋转半周。由此可推断：当有p对极时，电流变化一周，磁场在空间旋转1/p周。因此可得出旋转磁场的转速与电流频率及磁极对数的关系为pfn11603.磁场的旋转方向取决于三相交流电的相序。当交流电的相序为UVW时，合成磁场就按UVW的顺序旋转；如果相序变为UWV，则磁场的旋转方向也将随之改变为UWV。 因此，若要改变旋转磁场的转向，只需将三相异步电动机的三根电源线中任意两根对调即可。 4.1.2三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理图4-4 异步电动机工作原理图 设该旋转磁场以同步转速沿逆时针方向

4、旋转，如图4-4。由于转子绕组自成闭合回路，则在转子绕组中产生感应电流。转子绕组的载流导体在旋转磁场中将受到电磁力的作用，其方向由左手定则来判定。电磁力作用于转子从而形成电磁转矩，在电磁转矩的作用下转子逆时针方向旋转，如图4-4。 转子的方向与旋转磁场方向一致，因此欲改变转子的转动方向，需改变三相电流的相序。即将三相电源线的任意两根对调。 由于转子电流是通过切割磁场感应产生的，因此，转子转速不可能达到同步转速，否则，转子与旋转磁场之间便无相对运动，就不会产生感应电流，也就无法产生电磁转矩。故这两种转速的差异是电动机能够工作的必要条件，这也就是异步电动机“异步”名称的由来。因转子电流是感应产生的

5、，所以又称感应电动机。转差率转差率 把同步转速与转子转速之差称为转差或转差速度，转差与同步转速的之比称为转差率11nnnss电动机转子转速可表示为1)1 (nsn)1 (601spf转差率反映转子与旋转磁场之间相对运动的快慢，对运行性能有极大的影响。当起动瞬间，转差率为1；当空载运行时，因无负载转矩，转子转速接近同步转速，转差率接近0 。所以异步电动机正常运行时，转差率的变化范围为01。对普通的三相异步电动机，其额定转速略低于同步转速，额定转差率一般为（0.020.06）。根据转差率的大小和符号判断根据转差率的大小和符号判断异步电动机的三种运行状态异步电动机的三种运行状态 4.1.3三相异步电

6、动机的基本结构三相异步电动机的基本结构1.定子定子：三相异步电动机的定子部分由机座、定子铁芯和定子绕组三部分组成。定子绕组 三相异步电动机的定子绕组由结构完全相同、在空间互差120电角度的三个绕组组成，每相绕组由许多线圈按一定规律嵌放在定子槽内，有单、双层之分。为接线方便，将三相绕组的六个出线端引到接线盒上，根据需要接成星形或三角形 。2.转子：转轴、转子铁芯、转子绕组、风扇等。（1）转子铁芯：电动机磁路的一部分并要嵌放转子绕组，所用材料和定子一样，由0.5mm厚的冲有转子槽形的硅钢片叠压而成。 （2）笼型转子绕组：由槽内的导条和短接这些导条的导电端环组成。除掉铁心，整个转子绕组的形状像个笼子

7、，叫笼型转子。 （3）绕线型转子绕组结构与定子绕组相同，由对称的三相绕组组成。三相绕组连成星形，三个首端分别接到安装在转轴上的三个铜滑环（与转轴绝缘）上，通过固定在定子上的电刷装置与外电路相联，可以串电阻或频敏变阻器等，用以改善起动和调速性能 。3.气隙气隙大小对异步电动机性能影响极大。气隙大，磁阻大，励磁电流也就大，异步电动机功率因数就会降低。但气隙过小，会造成装配困难，且定、转子易发生机械摩擦，出现“扫膛”现象。实际电机应兼顾上述两方面因素。 4 4三相异步电动机的铭牌三相异步电动机的铭牌(1)型号(2)额定功率NP(3)额定电压NU (4)额定电流NI (5)额定转速 Nn(6)绝缘等级

8、 (7)工作制 （8）额定效率 N%1003COSIUPNNN = 5 5三相异步电动的主要系列三相异步电动的主要系列Y系列：一般用途的小型笼型全封闭自冷式三相异步电动机。YR系列：三相绕线转子异步电动机，用在起动静止负载或惯性负载较大的机械上。YZ和YZR系列：起重和冶金用三相异步电动机 YB系列：防爆式笼型异步电动机。YCT系列：电磁调速异步电动机 . . （4）额定负载时的转差率例4-1 一台三相异步电动机，额定功率55Kw，频率为50Hz，额定电压380V，额定效率0.79，额定功率因数0.89，额定转速570r/min，试求:5pAAUPINNNNN11979. 089. 03803

9、1055cos3305. 06005706001NNNnnns（1）同步转速:因电动机额定运行时转速接近同步转速，所以同步转速为600r/min。（2）极对数:为10极电动机（3）额定电流4.2 4.2 交流电机的定子绕组交流电机的定子绕组 三相交流电机绕组安排的要求：2、三相绕组的合成磁势和每相绕组所产生的感应电势的波形应尽量接近正弦等。有单层、双层绕组之分。 1、应尽可能产生较大的磁势和感应电势外，还要求三相绕组的匝数必须相等，每相绕组所产生的磁势和感应电势必须对称即大小相等、相位互差120。 一、交流绕组的几个术语一、交流绕组的几个术语7.每极每相槽数qZpa0360360ppmZq21

10、.绕组元件2.机械角度与电角度：电角度为3.极距4.节距y 5.槽距角6.相带：为保证对称，每个相带则占60电角度，称为60相带。8.极相组每个磁极下同一相的q个线圈，按一定规律连接起来，就构成极相组,将同一相的若干个极相组串联或并联，就构成了一相绕组 。 两极磁场 四极磁场 二、单层绕组二、单层绕组1.单层绕组的基本形式以一台三相四极24槽异步电动机为例。62pz22pmzq303600zpa单层绕组是指一个槽内仅放置一个线圈边，因此定子总线圈数等于总槽数的一半。单层绕组结构简单、嵌线方便，但磁势和电势波形不如双层绕组。因此单层绕组主要应用于功率在10KW以下的小型三相异步电机和单相异步电机

11、的定子绕组中。表43 相带与定子槽号对应表相 序U1W2V1U2W1V2N1 S11，23，45，67，89，1011，12N2 S213，1415，1617，1819，2021，2223，24常用的三相单层绕组基本形式有：链式、交叉式 、同心式。对单层绕组而言，有几对极就对应几个极相组。换句话说，极相组数等于极对数。2.交叉链式绕组以一台三相四极36槽异步电动机为例。相 序U1W2VlU2WlV2Nl，S11,2,34,5,67,8,910,11,1213,14,1516,17,18N2，S219,20,2l22,23,2425,26,2728,29,3031,32,3334,35,3692

12、pz32pmzq2. 绕组展开图 联接规律：两个相邻的大线圈之间“首一尾”相联，大线圈和小线圈之间“尾一尾”相联，小线圈与大线圈之间“首一首”相联 。嵌线步骤和规律为：三相轮着嵌，先嵌两个大线圈的一边，空一槽，再嵌一个小线圈的一边，空两槽，又嵌两个大线圈，再空一槽，嵌一个小线圈，以此类推，直至嵌完。即“嵌二槽(大线圈)，空一槽，再嵌一槽(小线圈)，空两槽”的规则下线。三.双层绕组双层绕组 以一台三相四极24槽异步电动机为例。=6；q =2；=30。采用60相带，其相带与定子槽号划分如下表： 相 序U1W2VlU2WlV2Nl，S11,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12N2，S21

13、3,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,双层叠绕组U相绕组展开图 4.34.3交流电机的磁动势与磁场交流电机的磁动势与磁场首先分析单个线圈磁势，进而分析相绕组的磁势，最后分析三相绕组的磁势。yyNi21一、单相绕组的磁势磁力线两次通过气隙，两段气隙的磁阻相等，各消耗线圈磁势的一半，即每极磁势为 若线圈内电流为tIiycos2tFtINNiyyyycoscos2221则矩形波磁势表达式为 这种空间位置固定不动，而大小和极性随电流交变的磁势和磁场，称为脉振磁势和脉振磁场。脉振磁势的频率就是交流电流的频率。 直接应用矩形波来分析绕组的磁势很不方便。可采用傅氏级数分析法，

14、将线圈的矩形波磁势分解为基波磁势和一系列谐波磁势，其中包含有3、5、7无数多个奇次谐波。 取线圈的中心线为纵坐标轴，在任意点处的磁势可以表示为矩形波磁势分解为基波磁势和谐波磁势 xFxFxFxfyyyy5cos3coscos)(531x 是与横坐标x对应的电角度。Fy1是基波磁势的幅值 yyyININF9 . 02241线圈磁势在空间的分布情况表达式为 Fy3、Fy5分别表示3、5各奇次谐波的幅值和相位，以v表示谐波次数，则有2sin9 . 01vINvFyyv xxxxINxyy7cos715cos513cos31cos9 . 0)(f考虑磁势随时间变化，既是空间函数又是时间函数txxxxI

15、Ntxfyycos7cos715cos513cos31cos9 . 0),( 二、单相绕组的合成磁势二、单相绕组的合成磁势考虑电机采用分布系数、qkykyqNkkk1Nk每相绕组所产生基波磁势幅值为1119 . 0NkpINF 次谐波磁势的幅值为 NkpINF19 . 0单相绕组的磁势方程式为 txkxkxkxkpINtxfNNNNcos7cos715cos513cos31cos9 . 0),(75311 定义磁势绕组系数 短距系数单相绕组磁势的几点结论：单相绕组磁势的几点结论： 3）单相绕组谐波磁势的幅值为基波磁势幅值1/ ，并谐波磁势绕组系数成正比。采用分布短距绕组可使谐波磁势大为减小。1

16、）位置固定不动，而大小和极性随电流交变的磁势和磁场，称为脉振磁势和脉振磁场。脉振磁势的频率就是交流电流的频率。 2）单相绕组磁势既包含有基波，又包含有3、5无数多个奇次谐波。三、三相绕组基波合成磁势三、三相绕组基波合成磁势旋转基波磁势旋转基波磁势 三相对称绕组通以三相对称电流，在U、V、W三个绕组中分别产生幅值相等、时间互差120电角度的脉振磁势，基波磁势方程式分别为txFfUcoscos11)120cos()120cos(11txFfV)240cos()240cos(11txFfWxtFffftxfWVUcos23),(11111将上列三式相加，得到三相绕组的基波合成磁势为1)cos(xtx

17、t三相绕组基波合成磁势的幅值为单相绕组基波磁势幅值的1.5倍，其值发生在 处，即在0t0 x当 时（U相电流达最大），磁势幅值出现在 位置（即U相绕组轴线上）； 当 时（V相电流达最大），磁势幅值出现在 位置（即V相绕组轴线上）； 120t120 x合成磁势是一个幅值恒定，而位置随时间按对应角度变化的旋转磁势。由于其波幅顶点运动轨迹是一个圆，故称为圆形旋转磁势，相应的磁场又称为圆形旋转磁场。当相电流达最大时，三相绕组基波合成磁势的幅值恰好位于该相绕组的轴线上。 三相基波合成磁势的特点三相基波合成磁势的特点 （1）当三相对称电流通入三相对称绕组时，基波合成磁势为旋转磁势。电流相位变化的电角度，等

18、于基波合成磁势在空间旋转的电角度。 （2）改变三相绕组中电流的相序，就能够改变基波合成磁势的旋转方向。 （3）当某相绕组电流达到最大值时，基波合成磁势的幅值必然在该相绕组的中心线上，而且基波合成磁势的方向与该相绕组的磁势方向相同。 （4）由于基波合成磁势幅值的轨迹是一个圆，称为圆形旋转磁势。由此可以推论，如果对称的m相绕组通以对称的m相电流，同样能产生旋转的磁势，其基波旋转磁势的幅值为IpkNmFmFN111145. 02可将单相绕组的磁势方程式如U相，分解为下式两项之和：),(),()cos(21)cos(21coscos111111txftxfxtFxtFtxFfU上式的物理意义是：一个脉

19、振磁势可以分解为两个大小相等、旋转方向相反的旋转磁势，分别称为正向旋转磁势、反向旋转磁势。4-4 4-4 交流绕组的感应电势交流绕组的感应电势一、线圈有效边中的感应电势设气隙中距离起始位置x处的基波磁通密度为Bx=Bmsin。可得线圈边1中的基波感应电势为e=NyBxlv=NyBmlvsin。 12 fvtfvtx12若磁场不动，线圈边1每秒移动的距离为2f1，即线速度为ttfxa12线圈边基波电动势的瞬时值为tEtlvBNecmysin2sin lvBNEmyc21一个极距内基波磁通密度的平均值为 mavBB2lBavm每极磁通 线圈边中的基波电势有效值为myavycNflBNfE11122

20、. 22整距线圈的感应电势 myccNfEEE1111144. 422短距线圈基波电势为 /0/111111ccccEEEEEmyycfkNyEE11111144. 490sin290sin)(2111yEkcy整距线圈电动势短距线圈电动势基波电势短距系数 基波电势短距系数基波电势短距系数 次谐波电势短距系数为 90sin1yky由于为奇数， )11 (1y0yk可见，选择适当的线圈节距，可使某次谐波的短距系数为零或接近于零，从而达到消除或削弱该次谐波电势的目的。 采用短距线圈，虽然其基波电势比整距线圈来有所减小，但谐波电势被削弱得更大，使电动势波形大为改善。所以，双层绕组多采用短距线圈，不但

21、可节约线圈端接部分使用的铜线，且能较好的改善电势的波形。谐波电势短距系数谐波电势短距系数若选线圈的节距 二、线圈组的感应电势与分布系数 线圈组由匝数相同、空间相隔一个槽距角的q个线圈串联组成。 22321REEE2sin21qREq线圈组的基波合成电势有效值 11112sin2sinqqkqEqqqEE2sin2sin111qqqEEkqq成电势）（集中线圈组的基波合成电势）（分布线圈组的基波合短距、分布线圈组的电势 mNymqyyqkqNfkkqNfE11111144. 444. 4111qyNkkkqNy是线圈组的总匝数。KN1称为基波绕组系数，表示线圈组基波电势减小的系数，等于基波短距系

22、数与基波分布系数的乘积，即 4.4.54.4.5相绕组的感应电势相绕组的感应电势相绕组的电势等于相绕组一条并联支路中串联线圈组电势的相量和。设相绕组的每条支路串联线圈总匝数为 N1，则相绕组电势基波的有效值为mNkNfE111144. 4对单层绕组 bNpqNy11对双层绕组 bNpqNy112b为支路数 相绕组电势中除了基波电势外，还有一系列高次谐波电势，并产生高次谐波电流，带来附加损耗、引起振动与噪音，使电机性能变差。因此应削弱高次谐波电势分量。 主要方法有：将对称三相绕组连接为Y或可消除线电势中3次及3的奇数倍谐波电势；采用短距和分布绕组削弱高次谐波电势，一般选取541y,使5次、7次谐

23、波得到较大的削弱。还可在电机结构上采用斜槽等。 4.54.5三相异步电动机的电路分析三相异步电动机的电路分析 一、三相异步电动机的空载运行一、三相异步电动机的空载运行1. 空载电流和空载磁动势空载电流大部分用来产生气隙磁场，称励磁电流（无功分量）；另一部分用来供给铁损耗，称铁耗电流（有功分量）。由于无功分量远大于有功分量，所以空载电流近似等于励磁电流。异步电动机与同容量变压器相比其空载电流要大，这是因为异步电动机磁路中有气隙的缘故。空载旋转磁动势 ，0F0111045. 0IpKNmFN其基波幅值为 异步电动机空载运行特点：异步电动机空载运行特点： 1nn 转子与旋转磁场之间几乎没有相对运动

24、02E0s02I02F气隙磁场完全由定子空载磁动势 0F同时与定、转子绕组相交链，这部分磁通称为主磁通 m在定、转子绕组中产生感应电动势 1E2E、mNKNfE111144. 4，（励磁磁动势）产生 mNKNfE222244. 4一小部分只与定子绕组相交链的磁通，称为定子漏磁通 1在定子绕组中产生漏磁电动势 1E101xIjE 定子绕组每相漏电抗 1112Lfx电压平衡方程式 11111011)(zIEjxrIEU定子绕组每相阻抗 111jxrz10zI空载时阻抗压降，为额定电压25，可忽略不计 mNKNfEU1111144. 4当电源频率一定时，电动机的主磁通仅与外加电压成正比 )(001m

25、mmjxrIzIEmz励磁阻抗 励磁电阻，反映铁芯损耗的等效电阻 mr励磁电抗，与主磁通相对应的等效电抗 mx空载时的等效电路 与变压器比较不同之处：变压器是静止的，无机械损耗；变压器磁路无气隙，空载电流比异步电动机要小。二、三相异步电动机的负载运行二、三相异步电动机的负载运行异步电动机负载运行是指定子接三相电源，转子轴带机械负载。由于负载增加，电动机转速下降，旋转磁场与转子的相对转速加大，转子感应电动势增大、转子电流、电磁转矩随之加大，当电磁转矩加大到与负载转矩相等时，电动机就在较底转速下稳定运行。转子感应电动势的频率 11260)(sfnnpf12ff 当转子静止时，n=0、s=1, 运转

26、时转速越高，转差率越小，转子电势频率越低 额定运行时，额定转差率通常在（0.020.06）之间，若电源频率为50 Hz ，则转子电动势的频率仅在13Hz转子绕组的感应电动势 221222244. 444. 4sEKsfKNfEmNmNs转子不动时转子感应电动势 mNKNfE221244. 4当转子转动时,转子感应电动势随转差率的减小而减小。 转子绕组的漏抗 22122222sxLsfLfxs转子不动时的转子漏抗 2122Lfx转子绕组的电流 0)(2222sssjxrIE绕线转子异步机给出了转子额定电势 NE2NI22222222jsxrEsxrEIsSs有效值为 222222)(sxrsEI

27、s当电动机起动瞬间，转差率为1，转子电流最大 转子回路功率因数 222222)(cossxrr当电动机起动瞬间，转差率为1，转子功率因数最低 异步电动机转子各量都是转差率的函数 负载时磁动势平衡方程式转子旋转磁动势2F1F空载时，主磁通由空载电流产生的定子磁动势0F负载时，主磁通由定子磁动势当电源电压不变时，主磁通基本不变，所以负载时磁动势与空载时磁动势应相等 021FFF)(201FFF1F2F定子磁动势有两个分量:励磁分量（产生气隙主磁通),负载分量(用来抵消转子磁动势对定子磁动势的去磁作用，以保持气隙中主磁通不变)。 同方向、同转速旋转 与定子磁动势建立和转子磁动势共同建立 111114

28、5. 0IpKNmFw2222245. 0IpKNmFw根据磁动势平衡方程式，可以得到定、转子电流之间关系为 )(211122201IKNmKNmIINN异步电动机的定子电流随着转子电流而变化，所以异步电动机和变压器一样，通过磁势平衡，使能量由定子传递到转子。 异步电动机的等效电路可仿照变压器通过绕组折算求其等效电路的方法，得到异步电动机的等效电路。首先必须进行频率折算，然后再进行绕组折算。在等效折算过程中，同样要保持磁动势平衡关系不变，各种功率不变。 （1）频率折算实质就是把旋转的转子等效成静止的转子。 转子旋转时的转子电流为2222222jsxrEsjxrEIsSs2222/jxsrEI2

29、221rssrsr经过频率折算后，等效的静止转子中串入了附加电阻 21rss在附加电阻上消耗的电功率22221rssIm可见该附加电阻是异步电动机轴上总机械功率的等效负载电阻，又称为模拟电阻。 代替了实际旋转的转子轴上所产生的总机械功率绕组折算 将相数为 、2m2N1Nk折算后，定、转子感应电动势相等，则a与a和b与b是等电位点，可将等电位点分别连接起来，这样将定子电路和转子电路合并成一个电路，得到异步电动机的T形等效电路。 折算成与定子绕组完全相同的等效绕组,折算后转子各量均为折算值，用“”表示。 每相匝数为、绕组系数为的转子绕组)(22212x jsrIEE)(201IIIT形等效电路 T

30、 型等效电路是一个混联电路。实际应用时，可将励磁支路前移将电路简化为并联电路，称等效电路为 。用等效电路计算出的转子各量是折算值，不是实际值。欲求实际值，可用折算值与实际值之间的关系式求得。 1、堵转短路状态：2、空载运行：转差率接近于零，附加电阻很大，转子电流很小，定子电流基本上等于励磁电流，空载功率因数很低。 3、额定负载运行：转差率约0.020.06 ，转子回路总电阻约为转子漏抗的20倍左右，转子回路功率因数较高，转子电流绝大部分为有功分量，异步电动机的功率因数也较高，一般在0.80.9之间。用等效电路分析异步电机运行状况 012rss定、转子电流都很大。由于附加电阻为零，转子功率因数较

31、低，起动转矩较小。4、电磁制动：转子旋转方向与旋转磁场的方向相反，转差率大于1，附加电阻上的模拟损耗为负，说明电动机既吸收机械功率也吸收电功率，都转化为电机铜损耗。 5、发电运行：转子转速超过同步转速时，转差率小于0 ，附加电阻上的损耗为负，说明电动机输出的机械功率为负，电机吸收机械功率，并转化为电能送给电网。 异步电动机相量图异步电动机相量图4.64.6功率与电磁转矩功率与电磁转矩 三相异步电动机运行时，从电源输入的功率为P1 1111cos3IUP 定子铜耗 12113rIpcuT形等效电路 定子铁耗（定子铁芯中造成磁滞和涡流） mFerIp203由于电动机正常运行时，转子电流的频率很低（

32、约为13Hz），转子铁耗可忽略不计。输入功率减去定子铜输入功率减去定子铜耗、铁耗后，就是传递到转子上的功率，称为电磁功率耗、铁耗后，就是传递到转子上的功率，称为电磁功率。 FecuemppPP11222222cos33IEsrIPem转子铜耗 emcusPrIp22223emCuemmPsrssIpPP)1132222（电磁功率减去转子铜耗，即转子轴上总的机械功率mP smmppPP2轴上输出的机械功率 机械损耗(摩擦损耗和风阻损耗) ) mp附加铁耗(高次谐波、转子中的横向电流等引起) spsmcuFecuPppppPP2121)1 ( :1:2ssPpPemcuem：当电磁功率一定时，电动

33、机转速越高、转差率越小，消耗在转子绕组回路的铜损耗越小，机械功率就越大，电动机的效率就越高。 二、转矩平衡方程式、转矩平衡方程式 2PppPsmm2PppPsmmTPsPsPememm11)1 ()1 (电磁转矩 0Tppadm空载转矩 LTP2负载转矩 LTTT0三、电磁转矩三、电磁转矩1）电磁转矩物理表达式12221cos3IEPTempf /211mNKNfE111244. 422cosICTmt异步电动机磁通一定时 ，电磁转矩正比于电流的有功分量 22cosI2)电磁转矩参数表达式pfsrIPTem/2/3122212212112)(xxSrrUI)()(23/2/3221221122

34、112221xxsrrfsrpUpfsrIPTem当定子相电压、电源频率不变，电机定、转子每相绕组电阻和其漏抗为常值，电磁转矩是转差率的函数。 例42 一台笼型三相异步电动机，已知：额定功率5.5kW，额定电压 380V，额定转速1460r/min，绕组三角形连接，额定负载运行时定子铜耗300W，铁耗200W，机械损耗与附加损耗合计80W。计算额定负载运行时的以下参数：1）额定转差率；2）转子铜耗；3）电磁转矩；4）输出转矩；5）额定效率。 027. 011nnnsNN解 1）额定转差率 2）总机械功率 WPppPNsmm5580WsPspNmNCu155123）电磁转矩 mNnPTNNL.3

35、64）输出转矩 5）效率 88. 0211smcuFecuNNNpppppPPPP转子铜耗 mNnPTNm.5 .3655. 94.7 4.7 工作特性工作特性1.转速特性在额定电压和额定频率条件下，)(2Pfn 的关系曲线。 随着负载的增大，转子电流加大， 铜损和电磁功率相应增大。铜损比电磁功率增加得快，所以随着负载的增加，转差率增加，转速下降 。 2.定子电流特性在额定电压和额定频率条件下，的关系曲线。 )(21PfI 空载时转子电流近似为零，定子电流为空载电流，主要用于励磁。随着负载增大，转子电流相应增大，从而定子电流随之增大 。 3.电磁转矩特性在额定电压和额定频率条件下，)(2PfT

36、 的关系曲线。 LTTT002TPT电磁转矩与输出功率近似成正比增加，由于转速略有下降，是一条接近直线略微上翘的曲线 4.功率因数特性在额定电压和额定频率条件下，)(cos21Pf的关系曲线。 空载时，定子电流主要是无功励磁电流，有功电流分量很小，功率因数很低，通常不超过0.2。负载时，随负载增大，转子电流增大，定子电流中的有功分量增大，功率因数随之增大，接近额定负载时，功率因数最高。若负载进一步增大，引起转差率迅速增大，导致电流中的无功分量增长较快，使定、转子的功率因数反而下降 。5.效率特性在额定电压和额定频率条件下，)(2Pf的关系曲线。 smcuFecupppppPP2122空载时，输

37、出功率为0则效率为0当输出功率增大时，可变损耗增加较慢，效率上升很快，当可变损耗等于不变损耗时，电动机效率最高。 若负载继续增加，可变损耗增加较快，故效率反而降低。 异步电动机选型时，为了获得较高的运行效率和功率因数，应尽量避免“大马拉小车”的现象，使得异步电动机的容量与负载匹配。对于已经出现“大马拉小车”情况，可通过外加变频器的方案来调整电动机的运行状态，确保电动机实际输出功率与负载匹配，使电动机运行在高效、节能状态。4.7.24.7.2三相异步电动机参数的测定三相异步电动机参数的测定空载实验目的:确定励磁阻抗、铁损耗和机械损耗。 实验方法为：在额定电压、额定频率下，让电动机空载运转一段时间

38、，使其机械损耗达到稳定。然后改变调压器的输出使得异步电动机定子绕组的电压从（1.11.2）额定电压开始逐渐降低，直至转速发生明显变化为止。 空载等效电路为定子漏阻抗与励磁阻抗相串联。此时电动机输入功率消耗在定子铜耗、铁耗和机械损耗上。 测量该过程中79个点，每次记录电动机定子电压、空载电流、空载输入功率和转速绘出空载特性曲线。 mFeppIP2003mFeppIP2003铁耗正比于电压的平方，而机械损耗仅与转速有关（可看作常数）。作出上图关系曲线。 00IUzN20003IpPrm20200rzx10rrrm10 xxxm 根据额定电压时的一组测量数据，可求得 由此得励磁参数 目的是确定电机的短路阻抗，转子电阻和定、转子漏电抗。堵转时转差率，等效电路中附加电阻为零，相当于短路；可认为励磁支路开路。因此堵转时的等效电路由短路电和短路电阻串联组成。 。2.2.短路实验短路实验短路实验又称堵转实验，即把转子堵住不转，将电动机接到三相对称电源。为防电流过大，通常从0.4倍额定电压开始，逐渐降低电压，测57个点。