第5章--三相异步电动机的基本原理

1、第五章第五章本章主要教学内容：本章主要教学内容：1. 1. 三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理2. 2. 交流电机的定子绕组交流电机的定子绕组3. 3. 交流电机绕组的磁动势交流电机绕组的磁动势4. 4. 交流电机绕组的电动势交流电机绕组的电动势5. 5. 三相异步电动机的电磁关系三相异步电动机的电磁关系6. 6. 三相异步电动机的功率和转矩三相异步电动机的功率和转矩7. 7. 三相异步电动机的工作特性三相异步电动机的工作特性8. 8. 三相异步电动机的参数测定三相异步电动机的参数测定第五章第五章5.1 5.1 三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理5.1.1 5.1.

2、1 基本结构基本结构1 1转子绕组；转子绕组；2 2端盖；端盖；3 3轴承盖；轴承盖；4 4轴；轴；5 5轴承；轴承；6 6定子绕组；定子绕组；7 7吊环；吊环；8 8转子；转子；9 9机座；机座；1010定子铁芯；定子铁芯；1111风扇；风扇；1212风罩；风罩；1313集电环；集电环；1414出线盒出线盒绕线型三相异步电动机剖面图绕线型三相异步电动机剖面图 第五章第五章基本结构：定子、转子（定转子之间是空气隙）基本结构：定子、转子（定转子之间是空气隙）（1 1） 定子：定子：构成：铁芯、绕组、机座构成：铁芯、绕组、机座作用：构成磁路一部分；作用：构成磁路一部分；按功能要求放置定子绕组按功能

3、要求放置定子绕组定子铁芯定子铁芯 定子绕组线圈定子绕组线圈 三相异步电动机的引出线三相异步电动机的引出线 第五章第五章（2 2） 转子：转子：构成：转子铁芯、转子绕组、转轴构成：转子铁芯、转子绕组、转轴分类：笼型、绕线型分类：笼型、绕线型（3 3） 气隙：气隙：定子与转子之间很小的空气隙，电机磁路的一部分定子与转子之间很小的空气隙，电机磁路的一部分铜条笼型转子铜条笼型转子铸铝笼型转子铸铝笼型转子 绕线型转子接线图绕线型转子接线图第五章第五章三相异步电动机外形实物图三相异步电动机外形实物图鼠笼式异步电动机外形绕线式异步电动机外形第五章第五章绕线式三相异步电动机剖面图绕线式三相异步电动机剖面图 1

4、 转子绕组；转子绕组；2 端盖；端盖；3 轴承盖；轴承盖；4 轴；轴；5 轴承；轴承； 6 定子绕组；定子绕组； 7 吊环；吊环； 8 转子；转子； 9 机座；机座； 10 定子铁芯；定子铁芯； 11 风扇风扇12 风罩；风罩；13 集电环集电环第五章第五章定子实物图定子实物图异步电动机定子异步电动机定子1异步电动机定子异步电动机定子第五章第五章转子实物图转子实物图鼠笼式转子鼠笼式转子绕线式转子绕线式转子第五章第五章绕线式定子与转子绕线式定子与转子第五章第五章鼠笼式转子绕线式转子异步电动机定子上有异步电动机定子上有三相对称的交流绕组三相对称的交流绕组鼠笼绕组鼠笼绕组第五章第五章 （1 1） 异

5、步电动机的铭牌数据异步电动机的铭牌数据 额定电压额定电压 ( (V V ) )，额定电流，额定电流 ( (A A) )，额定功率，额定功率 ( (W W ) )， 额定频率额定频率 ( (HzHz) )，额定转速，额定转速 ( (r r/ /minmin) ) （2 2）异步电动机的型号）异步电动机的型号5.1.2 铭牌数据和型号铭牌数据和型号NUNINPNfNnNNNNNIUPcos3式中，式中， ， 分别为额定效率和功率因数。分别为额定效率和功率因数。NNcos第五章第五章5.1.3 工作原理工作原理旋转磁场的形成原理旋转磁场的形成原理合成磁场相当于一对机械旋转磁极的旋转磁场合成磁场相当于

6、一对机械旋转磁极的旋转磁场，由电流超前，由电流超前相转向滞后相，电流变化一周，旋转磁场空间上旋转一周。相转向滞后相，电流变化一周，旋转磁场空间上旋转一周。 一对极旋转磁场示意图一对极旋转磁场示意图 tIimAcos120costIimB240costIimC第五章第五章两对极旋转磁场示意图两对极旋转磁场示意图 若有若有p对磁极，电流变化一周，旋转磁场转过对磁极，电流变化一周，旋转磁场转过1/p周。周。旋转磁场的转速为旋转磁场的转速为: : pfn1160第五章第五章.swf第五章第五章.swf第五章第五章异步电动机基本工作异步电动机基本工作原理：异步电动机工作原理异步电动机工作原理 转子的机械

7、转速与旋转磁场的转速之间存在差异是电磁作用转子的机械转速与旋转磁场的转速之间存在差异是电磁作用产生的基础，转差率产生的基础，转差率s：q 感应电势感应电势转子导体切割磁力线产生感应电动转子导体切割磁力线产生感应电动势，方向势，方向由由右手定则确定。右手定则确定。q 感应电流感应电流转子导体本身形成闭合回路，绕组转子导体本身形成闭合回路，绕组中中会产生与会产生与电动势方向一致的感应电流电动势方向一致的感应电流。q 电磁力电磁力有电流流过的转子导体在磁场中有电流流过的转子导体在磁场中受受到电磁力的作用，方向按左手定则确定。到电磁力的作用，方向按左手定则确定。q 电磁力矩电磁力矩转子导体受到的力形成

8、一个顺时针转子导体受到的力形成一个顺时针（或逆时针）（或逆时针）方向的电磁转矩，方向的电磁转矩，使使转子转子随着旋转磁场顺时针方向转动。随着旋转磁场顺时针方向转动。 11nnns第五章第五章例例5-1 某三相六极异步电动机：某三相六极异步电动机： ， ， ， ， ， ，定子为连接，求此电动机的额定转差率和额定电流。定子为连接，求此电动机的额定转差率和额定电流。 解解电动机的同步转速为电动机的同步转速为kWPN4VUN380HzfN50min/960rnN77. 0cosN84. 0Nmin)/(100035060601rpfnN04. 01000960100011nnnsNN)(4 . 984

9、. 077. 038034000cos3AUPINNNNN额定电流额定电流为为额定转差率额定转差率为为第五章第五章5.2 交流电机的定子绕组交流电机的定子绕组5.2.1 交流绕组的基本知识交流绕组的基本知识电角度与机械角度：极距与节距：槽距角：每极每相槽数：pZu2极距，节距，节距 y1 应接近极距应接近极距，一般，一般1y电角度电角度 p 机械角度机械角度uZp36012pmZqu极距，槽距角，每极每相槽数示意图极距，槽距角，每极每相槽数示意图 24uZ2p第五章第五章5.2.2 三相单层绕组三相单层绕组定子绕组三相分布定子绕组三相分布图图 每个槽内只有一个线圈边，每个槽内只有一个线圈边，绕

10、组的线圈数等于总槽数绕组的线圈数等于总槽数的一半的一半。24uZ2p62q 30单层绕组展开图单层绕组展开图 以以 ， 为例，为例，有有 ， ，本例中，支路数本例中，支路数 1a第五章第五章.swf第五章第五章5.2.3 三相双层绕组三相双层绕组一个槽内有两个线圈边，绕组的线圈数等于总槽数。一个槽内有两个线圈边，绕组的线圈数等于总槽数。以以 ， 为例，为例， ，24uZ2p6双层绕组展开图（串联）双层绕组展开图（串联） 支路数支路数 51y每相的每相的4个线圈组可个线圈组可进行串联或并联连接。进行串联或并联连接。 q 单层绕组元件少，下单层绕组元件少，下线容易，没有层间绝缘。线容易，没有层间绝

11、缘。q 短距双层绕组可以削短距双层绕组可以削弱谐波电动势和磁动势，弱谐波电动势和磁动势，改善波形，提高槽利用率。改善波形，提高槽利用率。1a第五章第五章5.3 交流电机绕组的磁动势交流电机绕组的磁动势磁动势分析过程磁动势分析过程 定子三相交流绕组按照一定规律分布在定子内圆表面，定子三相交流绕组按照一定规律分布在定子内圆表面，其中的电流随时间交变，绕组所产生的其中的电流随时间交变，绕组所产生的磁动势磁动势既沿空间分布，既沿空间分布，又随时间变化，又随时间变化，是时间与空间的函数是时间与空间的函数。第五章第五章5.3.1 单相绕组的磁动势单相绕组的磁动势脉振磁动势脉振磁动势（1 1） 整距线圈的磁

12、动势整距线圈的磁动势 整距线圈产生的磁动势整距线圈产生的磁动势 tIiyycos2yftNINiyyyycos222122tNINiyyyycos2221232第五章第五章 某四极交流电机瞬时磁动势某四极交流电机瞬时磁动势 下下图图为四极电机绕组在某瞬间流过电流产生的磁动势沿气隙为四极电机绕组在某瞬间流过电流产生的磁动势沿气隙圆周方向上的空间分布情况。圆周方向上的空间分布情况。 第五章第五章 矩形磁动势的分解矩形磁动势的分解基波与谐波量基波与谐波量 tINtfycos7cos715cos513cos31cos224,7531yyyyfffftFtfyycoscos,11yyyyyNINIF9

13、. 02241tFtfyycoscos,19 . 02241yyyyyyFNINIF第五章第五章（2 2） 线圈组的磁动势线圈组的磁动势整距线圈的线圈组磁动势整距线圈的线圈组磁动势 线圈组由线圈组由q个依次相距槽距角的个依次相距槽距角的线圈串联组成线圈串联组成 2sin2sin111qqqFFkyqq集中线圈的合成磁动势分布线圈的合成磁动势yyqyqqNIqkFqkF11119 . 0yyqyqqNIqkFqkF9 . 02sin2sinqqkq第五章第五章（3 3） 短距线圈组的磁动势短距线圈组的磁动势短短距线圈的距线圈的线圈组磁动势线圈组磁动势 1111111290sin22sin2qyq

14、qqFkyFyFF1119 . 029 . 02NyyyqyykNqIkkNqI基波磁动势短距系数：基波磁动势短距系数：基波绕组系数：基波绕组系数：90sin11yky111qyNkkk谐波磁动势短距系数：谐波磁动势短距系数：90sin1yky谐波绕组系数：谐波绕组系数：qyNkkkNyyyqyyqkNqIkkNqIF9 . 029 . 02第五章第五章（4 4） 单相绕组的磁动势单相绕组的磁动势相绕组由分布在各极下的同相线圈组联接而成（相绕组由分布在各极下的同相线圈组联接而成（ ） 谐波磁动势幅值：谐波磁动势幅值：基波磁动势幅值：基波磁动势幅值： 119 . 0NkpINF 单相绕组磁动势是

15、脉振磁动势，可分解为沿气隙分布单相绕组磁动势是脉振磁动势，可分解为沿气隙分布的基波及一系列谐波。幅值在空间位置固定不动，幅值大的基波及一系列谐波。幅值在空间位置固定不动，幅值大小随时间按余弦规律变化，其变化频率与电流频率相同。小随时间按余弦规律变化，其变化频率与电流频率相同。 对于单层绕组：对于单层绕组：11qNkk，apqNNy/对于双层绕组：对于双层绕组：，111yqNkkkapqNNy/2NkpINF9 . 01aIIy/第五章第五章5.3.2 三三相绕组的磁动势相绕组的磁动势基波旋转磁动势基波旋转磁动势（1 1） 三相绕组的基波磁动势三相绕组的基波磁动势脉振磁动势分解为两个旋转磁动势脉

16、振磁动势分解为两个旋转磁动势 脉振磁动势基波相量可以分解为两个旋转磁动势脉振磁动势基波相量可以分解为两个旋转磁动势，它们幅值，它们幅值相同，等于脉振磁动势幅值的一半，转速相同，转向相反。相同，等于脉振磁动势幅值的一半，转速相同，转向相反。 tFfAcoscos11tFtFffAAcos21cos211111第五章第五章三相绕组的基波磁动势三相绕组的基波磁动势上式两边相加得：上式两边相加得：三相合成旋转磁动势三相合成旋转磁动势 tFtFfftFfAAAcos21cos21coscos111111240cos21cos21120cos120cos111111tFtFfftFfBBB120cos21

17、cos21240cos240cos111111tFtFfftFfCCCtFtFtfcoscos23),(111第五章第五章合成磁动势基波合成磁动势基波基本结论基本结论对称对称m相绕组内通以对称相绕组内通以对称m相电流，合成磁动势基波为旋转相电流，合成磁动势基波为旋转磁动势波，非对称绕组或非对称电流的合成磁动势基波为椭圆磁动势波，非对称绕组或非对称电流的合成磁动势基波为椭圆旋转磁动势；旋转磁动势； 合成磁动势基波的转速，即同步转速为合成磁动势基波的转速，即同步转速为 r/min。电流。电流在时间上经过多少度，基波在空间上转过同一数值的电角度；在时间上经过多少度，基波在空间上转过同一数值的电角度；

18、 某相电流达到幅值时，基波的幅值与该相绕组的轴线重合；某相电流达到幅值时，基波的幅值与该相绕组的轴线重合；合成磁动势的转向由三相电流的相序和三相绕组空间上的位合成磁动势的转向由三相电流的相序和三相绕组空间上的位置决定，由超前相转向滞后相。三相交流电源中任意两根对调置决定，由超前相转向滞后相。三相交流电源中任意两根对调即可改变电机的旋转方向。即可改变电机的旋转方向。 pfn601第五章第五章（2 2） 三相绕组的谐波磁动势三相绕组的谐波磁动势 次谐波的极距为基波的次谐波的极距为基波的 ， ；高次谐波合成磁动势也是余弦分布，幅度不变的旋转磁动势。高次谐波合成磁动势也是余弦分布，幅度不变的旋转磁动势

19、。 tFtfcos23,NkpINF9 . 011 次谐波的转速为基波的次谐波的转速为基波的 ， ；1pfnn6011 谐波磁动势的旋转方向取决于谐波的次数，谐波磁动势的旋转方向取决于谐波的次数，当当 （ ）时，合成磁动势转向与基波相同；）时，合成磁动势转向与基波相同；当当 （ ）时，其转向与基波的相反。）时，其转向与基波的相反。 16 K, 3 , 2 , 1K16 K, 3 , 2 , 1K第五章第五章5.4 三相交流电机绕组的电动势三相交流电机绕组的电动势电机导体与基波磁场作相对运动，会产生感应电动势，其电机导体与基波磁场作相对运动，会产生感应电动势，其幅值为幅值为 。若定子内圆周长以若

20、定子内圆周长以 表示，则表示，则 ，又有，又有则单个导体基波电动势有效值为则单个导体基波电动势有效值为 导体基波电动势有效值为导体基波电动势有效值为 lvBEmmp260/2npvlfBnplBlvBEEmmmmc2602222pfn601122. 22ffEc5.4.1 线圈单个有效边的基波电动势线圈单个有效边的基波电动势 第五章第五章5.4.2 线圈基波电动势线圈基波电动势整距线匝基波电动势为整距线匝基波电动势为线匝电动势计算线匝电动势计算 11112ccctEEEE11144. 42fEEct 匝线圈基波电动势有效值为匝线圈基波电动势有效值为 yN11144. 4fNENEytyy 短距

21、线匝短距线匝1y90sin22sin22180cos211111yEEEEccct 匝短距线圈波电动势有效值为匝短距线圈波电动势有效值为 111144. 4fkNENEyytyy线圈的基波短距系数线圈的基波短距系数 90sin11ykycN第五章第五章5.4.3 线圈组基波电动势线圈组基波电动势分布线圈组基波电动势分布线圈组基波电动势 线圈组由空间互差一个槽距角线圈组由空间互差一个槽距角 的的 个线圈串联组成个线圈串联组成基波电动势基波电动势绕组的基波分布系数绕组的基波分布系数 q2sin2sin111qqqEEkyqq集中线圈的合成电动势分布线圈的合成电动势11111111144. 444.

22、 42sin2sinfkqNfkkqNEqkqEENyqyyyqyq111qyNkkk基波绕组系数基波绕组系数 第五章第五章5.4.4 基波相电动势基波相电动势绕组基波相电动势的有效值为绕组基波相电动势的有效值为 N 每相在一条支路的串联匝数。每相在一条支路的串联匝数。 单层绕组有单层绕组有 p 个线圈组，双层绕组有个线圈组，双层绕组有 2 2p 个线圈组，个线圈组， 对单层绕组对单层绕组 ， 对对双层绕组双层绕组11144. 4fNkENapqNNy/apqNNy/211Nk111qyNkkk基波绕组系数基波绕组系数, , 第五章第五章5.4.5 感应电动势与交链磁通的关系感应电动势与交链磁

23、通的关系 根据电磁感应定律根据电磁感应定律 ，交流电机绕组感应电动，交流电机绕组感应电动势与变压器绕组感应电动势均滞后磁通势与变压器绕组感应电动势均滞后磁通 。二者的区别二者的区别在于：在于： 变压器中，与绕组交链的磁通变化是因为主磁通随时间变压器中，与绕组交链的磁通变化是因为主磁通随时间变化（脉振）所引起的；交流电机中，气隙磁通密度本身大变化（脉振）所引起的；交流电机中，气隙磁通密度本身大小不变，但相对于绕组旋转，使得与绕组交链的磁通随时间小不变，但相对于绕组旋转，使得与绕组交链的磁通随时间变化。变化。 虽然二者引起绕组交链磁通随时间变化的原因不同，但虽然二者引起绕组交链磁通随时间变化的原因

24、不同，但从从“交链磁通发生变化而感应电动势交链磁通发生变化而感应电动势”的原理来看是一样的的原理来看是一样的。 90dtdNe第五章第五章5.4.6 谐波谐波电动势及其削弱方法电动势及其削弱方法绕组谐波电动势有效值为绕组谐波电动势有效值为次谐波电动势的频率次谐波电动势的频率1fffNkEN44. 4lBlBmm22 次谐波交链磁通次谐波交链磁通次谐波绕组系数次谐波绕组系数qyNkkk90sin1yky2sin2sinqqkq，第五章第五章削弱高次谐波电动势方法：削弱高次谐波电动势方法：三相绕组三相绕组Y Y形或形接法可消除三次谐波形或形接法可消除三次谐波；采用短距采用短距或分布或分布绕组；绕组

25、； 改善磁极的极靴外形改善磁极的极靴外形或或励磁绕组的分布范围励磁绕组的分布范围。谐波电动势的危害：谐波电动势的危害：发电机输出电压波形畸变，附加损耗增加，效率下降；发电机输出电压波形畸变，附加损耗增加，效率下降； 异步电异步电动动机产生有害的附加转矩，引起振动与噪声，运行机产生有害的附加转矩，引起振动与噪声，运行性能变坏；性能变坏；高次谐波电流在输电线引起谐振，产生过电压，并对邻近高次谐波电流在输电线引起谐振，产生过电压，并对邻近通讯线路产生干扰通讯线路产生干扰。第五章第五章例例5-2 一台三相四极异步电动机，定子槽数一台三相四极异步电动机，定子槽数 ，采用短距，采用短距双层叠绕组，双层叠绕

26、组， ，线圈匝数，线圈匝数 ，并联支路数，并联支路数 ，频率频率 ，气隙磁场基波每极磁通，气隙磁场基波每极磁通 ，五次谐波，五次谐波每极磁通每极磁通 ，七次谐波每极磁通，七次谐波每极磁通 ，求相绕组基波、五次谐波及七次谐波电动势有效值。求相绕组基波、五次谐波及七次谐波电动势有效值。 解解极距极距 （槽）（槽） 节距节距 （槽）（槽）每极每相槽数 （槽）36uZ)9/8(1y44yN2aHzf50Wb00685. 01Wb00007. 05Wb000018. 07922362pZu33223621pmZqu8998981y20363602360uZp2644423222yNapqN槽距角槽距角

27、每相绕组串联匝数每相绕组串联匝数 985. 080sin9098sin90sin11yky基波短距系数基波短距系数 96. 010sin330sin)2/sin()2/sin(1qqkq9456. 096. 0985. 0111qyNkkk基波基波分布分布系数系数 基波基波绕组绕组系数系数 第五章第五章643. 0400sin90985sin90sin15yky217. 050sin3150sin)2/sin()2/sin(5qqkq1395. 0217. 0643. 0555qyNkkk342. 0560sin90987sin90sin17yky177. 070sin3210sin)2/si

28、n()2/sin(7qqkq0605. 0177. 0342. 0777qyNkkk)(38000685. 0509456. 026444. 444. 41111VfNkEN)(86. 200007. 05051395. 026444. 444. 45555VfNkEN)(45. 000685. 05070605. 026444. 444. 47777VfNkEN五次谐波短距五次谐波短距系数系数 五次谐波分布五次谐波分布系数系数 五次谐波绕组五次谐波绕组系数系数 七次谐波短距七次谐波短距系数系数 七次谐波分布七次谐波分布系数系数 七次谐波绕组七次谐波绕组系数系数 第五章第五章5.5.1 磁路分

29、析磁路分析气隙中以同步转速旋转的基波磁通气隙中以同步转速旋转的基波磁通, ,同时与定、转子绕组交链，是同时与定、转子绕组交链，是定、定、转子之间的能量传递转子之间的能量传递的媒介。的媒介。（1 1）主磁通）主磁通（2 2）漏磁通）漏磁通主磁通和漏磁通主磁通和漏磁通 有定子漏磁通、转子漏磁通有定子漏磁通、转子漏磁通5.5 三相异步电动机的电磁关系三相异步电动机的电磁关系四极电机四极电机主磁通主磁通分布分布 第五章第五章5.5.2 转子绕组开路时的电磁关系转子绕组开路时的电磁关系图中图中，定、转子都是定、转子都是Y Y接，定子绕组接在三相对称电源上，接，定子绕组接在三相对称电源上，转子绕组开路。转

30、子绕组开路。 转子绕组开路时的转子绕组开路时的绕线型绕线型异步电动机异步电动机第五章第五章电磁过程电磁过程基波旋转磁场以同步转速同时切割定、转子绕组，基波旋转磁场以同步转速同时切割定、转子绕组，产生感应电动势产生感应电动势有效值为有效值为 ；转子绕组开路时的转子绕组开路时的电磁关系电磁关系mNkNfE111144. 4mNkNfE221244. 4相位滞后主磁通相位滞后主磁通 ，二者的比值，二者的比值 称为电动势变比称为电动势变比 m90221121NkNkEEkNNe第五章第五章等等效效电路与相量图电路与相量图 定子绕组电压平衡方程式为定子绕组电压平衡方程式为定子电动势可表示定子电动势可表示

31、 10111011ZIEjxrIEU111jxrZ1Z励磁阻抗；励磁阻抗； mmmZIjxrIE001mZ定子一相绕组漏阻抗定子一相绕组漏阻抗，mmmjxrZ励磁电阻；励磁电阻； 反映铁芯损耗反映铁芯损耗 mr励磁电抗，励磁电抗， 对应气隙主磁通的励磁参数对应气隙主磁通的励磁参数 mx第五章第五章5.5.3 转子绕组短路且转子堵转时的电磁关系转子绕组短路且转子堵转时的电磁关系转子绕组短接，施加制动力使转子静止不动转子绕组短接，施加制动力使转子静止不动，转子绕组中转子绕组中有有感应电流感应电流 ，定子、转子电流所建立的基波旋转磁动势保持，定子、转子电流所建立的基波旋转磁动势保持相对静止，有相对静

32、止，有 2I21FFFm其中，其中， 用来产生主磁通的励磁磁动势，用来产生主磁通的励磁磁动势， 用来抵消转子磁动势用来抵消转子磁动势 对主磁通的影响。对主磁通的影响。认为励磁磁动势由励磁电流认为励磁磁动势由励磁电流 （ ）建立，有）建立，有 mF)(2F2FmImNmIpkNmF1119 . 020IIm第五章第五章转子电流的出现，增加了转子漏磁通在转子绕组内感应的转子电流的出现，增加了转子漏磁通在转子绕组内感应的漏电动势漏电动势 ，有效值为，有效值为 转子绕组中也有电阻，产生电阻压降转子绕组中也有电阻，产生电阻压降可以写为可以写为2E2221244. 4NkNfE222xI jE22rI转子

33、堵转时的电磁关系示意图转子堵转时的电磁关系示意图 第五章第五章转子绕组的转子绕组的折算原则折算原则：保证转子旋转磁动势保证转子旋转磁动势 、转子输出功率、转子输出功率 以及以及转子的功率损耗转子的功率损耗 保持不变。保持不变。 阻抗的折算：阻抗的折算： 折算前后铜损耗不变折算前后铜损耗不变电流的折算：电流的折算：2F2P2P22FF2211122221IkIkNmkNmIiNN电动势的折算：电动势的折算： 22EkEe2211NNekNkNk 22222221rImrIm2221222212222rkkrkmmrImImriei折算前后转子漏磁场储能不变折算前后转子漏磁场储能不变2222222

34、1xImxIm22xkkxie折算前后转子功率因数角不变折算前后转子功率因数角不变22mIII21第五章第五章折算后的基本方程式，等效电路与相量图折算后的基本方程式，等效电路与相量图基本方程式基本方程式等效等效电路与相量图电路与相量图 第五章第五章5.5.4 转子旋转时的电磁关系转子旋转时的电磁关系（1 1）转差率与转子频率转差率与转子频率转子频率转子频率转子电流转子电流 转子绕组感应电动势有效值转子绕组感应电动势有效值 1111126060sfpnnnnnnpf2221222244. 444. 4sEkNfskNfEmNmNs转差率转差率11nnnssssjxrEI2222转子转子功率因数角

35、功率因数角 2212rxtgs转子旋转时，旋转磁场以转速差转子旋转时，旋转磁场以转速差 切割转子绕组切割转子绕组)(1nn 第五章第五章例例5-3 一台三相异步电动机，定子绕组接到一台三相异步电动机，定子绕组接到 的三相对称电源上，运行于额定转速的三相对称电源上，运行于额定转速 。求该电动机的极对数求该电动机的极对数 ，转差率，转差率 ，额定运行时，额定运行时转子的电动势频率转子的电动势频率 。解解异步电动机额定转差率较小，根据额定转速异步电动机额定转差率较小，根据额定转速 ，可以判断出，可以判断出 转子频率转子频率 转差率转差率 Hzf501min/960rnNpNs2fmin/10001r

36、n min/960rnN3100050606011nfp04. 01000960100011nnnsNN)(25004. 012HzfsfN极对数极对数 第五章第五章（2 2）定、转子磁动势平衡关系）定、转子磁动势平衡关系或或 、 同速同向旋转，在空间上相对静止同速同向旋转，在空间上相对静止，因此，因此异步电动机的合成磁动势是稳定的异步电动机的合成磁动势是稳定的，有，有由于电路约束条件由于电路约束条件 ，主磁通主磁通 和励磁磁动势和励磁磁动势 保持不变。实际运行过程中保持不变。实际运行过程中，定子电流会随转子电流的变定子电流会随转子电流的变化而变化，以满足负载的需要。化而变化，以满足负载的需要

37、。转子转子旋转磁动势旋转磁动势 相对于转子的速度为相对于转子的速度为 相对于定子的速度为相对于定子的速度为 2Fpfn22601111122260nnnnnnnsnnpfnnn21FFFm)(21FFFm11EUmmF2F1F第五章第五章（3 3）转子绕组的折算）转子绕组的折算经折算后的静止转子电路中经折算后的静止转子电路中除了实际的电阻除了实际的电阻 ，还有一个与转速有关的附加虚拟电阻还有一个与转速有关的附加虚拟电阻 。损耗损耗 实质上代表了异步电动机的机械功率。实质上代表了异步电动机的机械功率。 先进行频率折算，再进行大小折算先进行频率折算，再进行大小折算22222222222IjxsrE

38、jsxrEsjxrEIsss用假想不转的转子来代替实际转动的转子。用假想不转的转子来代替实际转动的转子。 2r21rss 2221rssI第五章第五章（4 4）基本方程式，等效电路与相量图）基本方程式，等效电路与相量图基本方程式基本方程式转子转子旋转时旋转时的的等效等效电路与相量图电路与相量图 第五章第五章电动机运行于额定负载时电动机运行于额定负载时，转差率，转差率 ，定子边功率因数定子边功率因数 较高。较高。可达可达0.80.80.850.85。从空载到额定负载运行时，主磁通从空载到额定负载运行时，主磁通 和励磁电流和励磁电流 基本上是常数基本上是常数, , 。可以简化等效电路。可以简化等效

39、电路。当电动机起动或运行于低速时，转差率等于或接近当电动机起动或运行于低速时，转差率等于或接近1， ，主磁通为额定负载运行时的一半左右。主磁通为额定负载运行时的一半左右。由于励磁的需要，由于励磁的需要，定子定子电流滞后于电源电压，电流滞后于电源电压，即异步电动机对电源即异步电动机对电源来说是感性负载。来说是感性负载。 05. 002. 0s1cosmmI1121UE 11EU转子转子旋转时旋转时的的简化等效简化等效电路电路 第五章第五章例例5-4 一台三相四极笼型异步电动机，有关数据为：一台三相四极笼型异步电动机，有关数据为： ， ， ， ，连接，连接， ， ， ， ， ， ，计算额定负载时的

40、，计算额定负载时的定子电流、转子电流、励磁电流、功率因数、输入功率和效率。定子电流、转子电流、励磁电流、功率因数、输入功率和效率。 解解(1) (1) 应用应用T型型等效等效电路电路 kWPN10VUN380min/1452rnNHzfN50133. 11r43. 21x12. 12r4 . 42x 7mr 90mxmin)/(150025060601rpfn032. 015001452150011nnnsNN)(3 .6177. 243. 233. 1111jjxrZ)(17. 728.354 . 435/222jx jsrZN)(55.8527.90907jjxrZmmm取取 为参考相量，

41、则定子额定相电流为为参考相量，则定子额定相电流为 )(43.2947.11)4 . 435()907(17. 728.3555.8527.90)43. 233. 1 (038022111AjjjzzzzzUImmN03801U第五章第五章定子线电流有效值为定子线电流有效值为 转子电流转子电流由并联支路关系可知由并联支路关系可知 定子输入功率定子输入功率 定子额定功率因数定子额定功率因数 （滞后）（滞后） )(87.1947.11331AIINN87. 043.29coscos1N)(1137687. 087.193803cos311WIUPNNNmIII212221zIzIIm励磁电流励磁电流

42、效率效率)(11.17002.1043.2947.11)907()4 . 435(55.8527.90122AjjIZZZImm)(27.8891. 343.2947.11)907()4 . 435(17. 728.35122AjjIZZZImm%9 .87%1001137610000%1001PPNN例例5-4第五章第五章(2) (2) 应用应用简化简化等等效效电路电路定子输入功率定子输入功率 定子额定功率因数定子额定功率因数 （滞后）（滞后） 效率效率定子额定相电流定子额定相电流励磁电流励磁电流转子转子电流电流)(35.16928.10)4 . 435()43. 233. 1 (03802

43、112AjjZZUI)(55.8521. 455.8527.9003801AZUImm)(32.3008.1235.16928.1055.8521. 4)(21AIIIm)(92.2008.12331AIINN86. 032.30coscos1N)(1184386. 092.203803cos311WIUPNNN%4 .84%1001184310000%1001PPNN定子线电流有效值定子线电流有效值例例5-4第五章第五章绕组系数绕组系数 ：若每相有：若每相有 1 1 根导体，根导体， ； 其余情况与定子绕组计算方法相同。其余情况与定子绕组计算方法相同。相数相数 ：若转子槽数：若转子槽数 能被

44、能被 整除，整除， ， ； 若不能被整除，若不能被整除， ， 。绕组匝数绕组匝数 ：若：若 ，每相有，每相有 根导体，根导体， ； 若若 ，每相有，每相有1 1根导体，根导体， 。5.5.5 笼型转子绕组参数笼型转子绕组参数极数极数 ：转子电流产生的磁场极数与定子极数相等，：转子电流产生的磁场极数与定子极数相等，ppp212m5 . 02ZppZm22pa 2p2Z22Zm 12a2NpZm22p22pN22Zm 2Nk12Nk第五章第五章5.6 三相异步电动机的功率和转矩三相异步电动机的功率和转矩5.6.1 功率平衡关系功率平衡关系电源输入功率电源输入功率图29 异步电动机的功率流程图 11

45、111cosIUmP 定子铜损耗定子铜损耗12111rImpCu定子铁损耗定子铁损耗mmFerImp21 可表示为可表示为电磁功率电磁功率FeCuMppPP11srImIEmPM22212221cos22212rImpCu转子铜损耗转子铜损耗总机械功率总机械功率222121rssImpPPCuMm输出功率输出功率02pPppPPmsmmsmCuFeCupppppPP2112)1 ( :1:2ssPpPmCuM第五章第五章5.6.2 转矩平衡关系转矩平衡关系由由 可得可得 电磁转矩既可以表示为总机械功率除以转子机械角速度，电磁转矩既可以表示为总机械功率除以转子机械角速度，也可以表示为电磁功率除以

46、同步角速度。也可以表示为电磁功率除以同步角速度。前者前者 以转子本身产生的机械功率表示；以转子本身产生的机械功率表示；后者后者 从旋转磁场对转子做功角度从旋转磁场对转子做功角度表示。表示。02PPPm02TTT电磁转矩电磁转矩 与空载转矩与空载转矩 及电动机轴上输出的机械及电动机轴上输出的机械转矩转矩 相平衡。相平衡。 T0T2T1)1 ()1 (MMMmPsPPsPT1MPTmPT第五章第五章例例5-5 一台三相六极笼型异步电动机，一台三相六极笼型异步电动机，有有 ， ， ， ，定子定子 连接，额定运行连接，额定运行时，时， ， ， ， 。求额定运行时的转差率求额定运行时的转差率, ,总机械

47、功率总机械功率, ,转子铜损耗转子铜损耗, ,输入功率输入功率, ,效率效率, ,定子电流定子电流, ,输出转矩输出转矩, ,空载转矩及电磁转矩。空载转矩及电磁转矩。 解解转子铜耗转子铜耗总机械功率总机械功率 kWPN5 . 7VUN380min/960rnNHzfN501Y824. 0cos1WpCu4741WpFe231Wp5 .820min)/(1000350606011rpfn04. 01000960100011nnnsNN)(5 .75825 .8275000WpPPNm)(94.3155 .7582)04. 01/(04. 012WPssPspmNNMNCu)(44.860394.

48、3152314745 .7582211WpppPPCuFeCum输入功率输入功率第五章第五章空载转矩空载转矩 )(86.15824. 0380344.8603cos3111AUPINNN)(43.759605 . 7955095502mNnPTNNN)(82. 0960105 .8295509550300mNnpTN)(61.7482. 061.7402mNTTTNN定子额定电流定子额定电流输出转矩输出转矩%2 .87%10044.86037500%1001PPN额定效率额定效率电磁转矩电磁转矩 例例5-5第五章第五章（5 5）效率特性）效率特性 与直流电机类似，可变损耗等于不变损耗时，效率最

49、与直流电机类似，可变损耗等于不变损耗时，效率最高。高。5.7 三相异步电动机的工作特性三相异步电动机的工作特性5.7.1 工作特性分析工作特性分析（1 1）转速特性）转速特性 异步电动机的异步电动机的工作特性工作特性)(2Pfn 是一条向下稍微倾斜的曲线是一条向下稍微倾斜的曲线，空载时接，空载时接近同步转速，随着负载增加转速下降。近同步转速，随着负载增加转速下降。（2 2）定子电流特性）定子电流特性 随负载增大，转子电流增大，定子电流随负载增大，转子电流增大，定子电流也随之增大，变化与也随之增大，变化与 几乎成比例。几乎成比例。)(21PfI 2P（3 3）定子功率因数特性）定子功率因数特性 随负载增大，功率因数增加，