第七章三相异步电动机的工作原理

1、 交流电机主要包括异步电机和同步电机两交流电机主要包括异步电机和同步电机两大类；两类电机在结构上既具有共同之处，大类；两类电机在结构上既具有共同之处，又各有其自身特点。共同之处在于定子铁又各有其自身特点。共同之处在于定子铁心和绕组，不同之处在于转子结构和绕组。心和绕组，不同之处在于转子结构和绕组。 本篇主要介绍异步电机的结构、异步电动机本篇主要介绍异步电机的结构、异步电动机的运行分析、异步电动机的机械特性、异的运行分析、异步电动机的机械特性、异步电机的起动、制动和调速。步电机的起动、制动和调速。 第七章第七章 三相异步电动机的工三相异步电动机的工作原理作原理电机与拖动电机与拖动7.1 异步电动

2、机的结构、原理和额定值主要内容：主要内容：异步电动机的基本结构异步电动机的基本结构异步电动机的基本工作原理异步电动机的基本工作原理异步电动机的额定值异步电动机的额定值 一 异步电动机的基本结构用途：异步电机主要用作电动机，是应用最用途：异步电机主要用作电动机，是应用最广泛的一种电动机，拖动各种生产机械。厂广泛的一种电动机，拖动各种生产机械。厂矿企业，交通工具，娱乐，科研，农业生产，矿企业，交通工具，娱乐，科研，农业生产，日常生活都离不开异步电动机。日常生活都离不开异步电动机。异步电动机的优点异步电动机的优点:结构结构简单、容易制造、价简单、容易制造、价格低廉、运行可靠、坚固耐用、运行效率较格低

3、廉、运行可靠、坚固耐用、运行效率较高和具有适用的工作特征。高和具有适用的工作特征。 异步电动机的缺点：异步电动机的缺点： 功率因数较差。异步电动机运行时，功率因数较差。异步电动机运行时，必须从电网里吸收落后性的无功功率，必须从电网里吸收落后性的无功功率，它的功率因数总是小于。它的功率因数总是小于。 异步电动机运行时，定子绕组接到交异步电动机运行时，定子绕组接到交流电源上，转子绕组自身短路，由于电流电源上，转子绕组自身短路，由于电磁感应的关系，在转子绕组中产生电动磁感应的关系，在转子绕组中产生电动势、电流，从而产生电磁转矩。所以，势、电流，从而产生电磁转矩。所以，异步电机又叫感应电机。异步电机又

4、叫感应电机。类型：类型：异步电机主要分为：异步电机主要分为：（1）按定子相数分有：）按定子相数分有： 单相异步电动机；单相异步电动机； 两相异步电动机；两相异步电动机； 三相异步电动机三相异步电动机（2）按转子结构分有：）按转子结构分有： 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（3）各种控制用电动机。）各种控制用电动机。异步电动机的定子：异步电动机的定子： 异步电动机的定子是由异步电动机的定子是由机座、定子铁机座、定子铁心心和和定子绕组定子绕组三个部分组成的。三个部分组成的。 1、定子铁心：是电动机磁路的一部分，装、定子铁心：是电动机磁路的一部分，装在机座里。为

5、了降低定子铁心里的铁损耗，定在机座里。为了降低定子铁心里的铁损耗，定子铁心用用子铁心用用0.5mm厚的硅钢片叠压而成的，在厚的硅钢片叠压而成的，在硅钢片的两面还应途上绝缘漆。硅钢片的两面还应途上绝缘漆。 2、定子绕组、定子绕组： 高压大、中型容量的异步高压大、中型容量的异步电动机定子绕组常采用电动机定子绕组常采用Y接，只有三根引出接，只有三根引出线，如图线，如图(a)所示。对中、小容量低压异步所示。对中、小容量低压异步电动机，通常把定子三相绕组的六根出线电动机，通常把定子三相绕组的六根出线头都引出来，根据需要可接成头都引出来，根据需要可接成Y形或形或形，形，如图如图(b)所示。定子绕组用绝缘的

6、铜（或铝）所示。定子绕组用绝缘的铜（或铝）导线绕成，嵌在定子槽内。导线绕成，嵌在定子槽内。绕组联结方式：接法或者Y接法。 3 3 、其他部件：机座，端盖，风罩，、其他部件：机座，端盖，风罩，铭牌等。铭牌等。 机座主要是为了固定与支撑定子铁心。如机座主要是为了固定与支撑定子铁心。如果是端盖轴承电机，还要支撑电机的转子果是端盖轴承电机，还要支撑电机的转子部分，因此，机座应有足够的机械强度和部分，因此，机座应有足够的机械强度和刚度；对中、小型异步电动机，通常用铸刚度；对中、小型异步电动机，通常用铸铁机座；对大型电机，一般采用钢板焊接铁机座；对大型电机，一般采用钢板焊接的机座，整个机座和座式轴承都固定

7、在同的机座，整个机座和座式轴承都固定在同一个底板上。一个底板上。 气隙：气隙： 异步电动机的气隙比同容量直流电异步电动机的气隙比同容量直流电动机的气隙小得多，在中、小型异动机的气隙小得多，在中、小型异步电动机中，气隙一般为步电动机中，气隙一般为0.21.5mm左右。左右。异步电动机的转子：异步电动机的转子： 异步电动机的转子是由转子铁心、转异步电动机的转子是由转子铁心、转子绕组和转轴组成的子绕组和转轴组成的 。 1、转子铁心：是电动机磁路的一部分，它、转子铁心：是电动机磁路的一部分，它用用0.5mm厚的硅钢片叠压而成。铁心固定厚的硅钢片叠压而成。铁心固定在转轴或转子支架上，整个转子的外表呈在转

8、轴或转子支架上，整个转子的外表呈圆柱形。圆柱形。 2、转子绕组：分为笼型和绕线型两类。、转子绕组：分为笼型和绕线型两类。 1）笼型转子：笼型绕组是一个自己短路）笼型转子：笼型绕组是一个自己短路的绕组。在转子的每个槽里放上一根的绕组。在转子的每个槽里放上一根导体，在铁心的两端用端环连接起来，导体，在铁心的两端用端环连接起来，形成一个短路的绕组。如果把转子铁形成一个短路的绕组。如果把转子铁心拿掉，则可看出，剩下来的绕组形心拿掉，则可看出，剩下来的绕组形状像个松鼠笼子，如图所示，因此又状像个松鼠笼子，如图所示，因此又叫鼠笼转子。导条的材料有用铜的，叫鼠笼转子。导条的材料有用铜的，也有用铝的。也有用铝

9、的。2）绕线式转子：其绕组为三相对称绕组，）绕线式转子：其绕组为三相对称绕组，通过滑环与外串电阻连接。通过滑环与外串电阻连接。 电机与拖动电机与拖动7.1.2 异步电动机的工作原理 转差率（为什么叫异步电动机？）转差率（为什么叫异步电动机？） 切割磁力线是产生转子感应电流和电磁转矩的必切割磁力线是产生转子感应电流和电磁转矩的必要条件。要条件。 转子必须与旋转磁场保持一定的速度差，才可能转子必须与旋转磁场保持一定的速度差，才可能切割磁力线。切割磁力线。 （所以叫异步电动机）（所以叫异步电动机） 旋转磁场的转速用旋转磁场的转速用n1表示，称为同步转速；转子表示，称为同步转速；转子的实际转速用的实际

10、转速用n表示，转差：表示，转差： n=n1-n 转差率：转差率：s= n/ n1 转差率是异步电动机的一个重要参数。转差率是异步电动机的一个重要参数。在在分析异步电动机运行时有着重要的地位。分析异步电动机运行时有着重要的地位。 起动瞬间，起动瞬间，n = 0,s=1 理想空载运行时：理想空载运行时：n=n1,s=0 作为电动机运行时，作为电动机运行时，s的范围在的范围在0-1之间。之间。 转差率一般很小，如转差率一般很小，如s = 0.03。 制动运行时，电磁转矩方向与转速方向相反，制动运行时，电磁转矩方向与转速方向相反，即即n1与与n反向，反向，s1 发电运行时，发电运行时，n高于同步转速高

11、于同步转速n1 ,s0. 根据转差率可以区分异步电动机运行状态：根据转差率可以区分异步电动机运行状态：电机与拖动电机与拖动7.3 异步电动机的额定值 （1）额定功率）额定功率 PN：指电动机在额定运行时轴上：指电动机在额定运行时轴上输出的机械功率，单位是输出的机械功率，单位是k w。 （2）额定电压）额定电压UN ：指额定运行状态下加在定子：指额定运行状态下加在定子绕组上的线电压，单位为绕组上的线电压，单位为V。 （3）额定电流）额定电流IN：指电动机在定子绕组上加额：指电动机在定子绕组上加额定电压、轴上输出额定功率时，定子绕组中的线定电压、轴上输出额定功率时，定子绕组中的线电流，单位为电流，

12、单位为A。 （4）额定频率）额定频率f N： 指我国规定工业用电的频率指我国规定工业用电的频率是是50Hz。电机与拖动电机与拖动 （5）额定转速）额定转速n N ：指电动机定子加额定频率的：指电动机定子加额定频率的额定电压，且轴端输出额定功率时电机的转速，额定电压，且轴端输出额定功率时电机的转速，单位为单位为r/min 。 （6）额定功率因数）额定功率因数cosN：指电动机定子加额：指电动机定子加额定负载时，定子边的功率因数。定负载时，定子边的功率因数。 PN与与UN 、IN之间的关系：之间的关系：NNNNNNNNNIUIUP cos3cos3电机与拖动电机与拖动 此外，铭牌上还标明了绝缘等级

13、与温升、此外，铭牌上还标明了绝缘等级与温升、工作方式、连接方法等。工作方式、连接方法等。 对绕线式异步电动机还要标明转子绕组对绕线式异步电动机还要标明转子绕组的接法、转子绕组额定电动势的接法、转子绕组额定电动势E2N（指定（指定子加额定电压时，转子绕组的开路线电子加额定电压时，转子绕组的开路线电动势）和转子的额定电流动势）和转子的额定电流I2N 。 电机与拖动电机与拖动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）当电动机铭牌上标明）当电动机铭牌上标明“电压电压380/220V，接，接法法Y/”时，如果电源电压（线电压）为时，如果电源电压（线电压）为380V，则接

14、成则接成Y接；电源电压（线电压）为接；电源电压（线电压）为220V时，则时，则接成接成接。接。 （2）当电动机铭牌上标明）当电动机铭牌上标明“电压电压380V，接法时，接法时”时，则只有这一种时，则只有这一种接法。但是在电动机起接法。但是在电动机起动过程中，可以接成动过程中，可以接成Y接，接在接，接在380V电源上，起电源上，起动完毕，恢复动完毕，恢复接法。接法。 对有些高压电动机，往往定子绕组有三根引出线，对有些高压电动机，往往定子绕组有三根引出线，只在电源电压符合电动机铭牌电压值，便可使用。只在电源电压符合电动机铭牌电压值，便可使用。7.2 三相异步电动机转子不转、转子绕组开路时的电磁关系

15、 图图9-1 三相异步电动机的正方向三相异步电动机的正方向 9.1.2 磁通及磁动势磁通及磁动势 当三相异步电动机的定子绕组接到三相对称的电当三相异步电动机的定子绕组接到三相对称的电源上时，定子绕组里就会有三相对称电流流过，源上时，定子绕组里就会有三相对称电流流过，三相电流的有效值分别用三相电流的有效值分别用I0A、IOB、IOC 表示。表示。 由于对称，只考虑由于对称，只考虑A相的电流相的电流 即可。为了简单起即可。为了简单起见，见，A相电流下标中的相电流下标中的A也不标出，用也不标出，用I0表示，表示，并画在图并画在图9-2(a)的时间参考轴上。的时间参考轴上。 从对交流绕组产生磁动势的分

16、析中知道，三相对从对交流绕组产生磁动势的分析中知道，三相对称电流流过三相对称绕组能产生合成旋转磁动势。称电流流过三相对称绕组能产生合成旋转磁动势。 0F0F OIBOIB1E2E1E2E1 1 1 +A1，+A2 +j +j +A1，+A2 （a） （b） （c） 图图9-2 励磁电流、励磁电流、励磁励磁磁动势以及定、转子绕组电动势向量图磁动势以及定、转子绕组电动势向量图 三相异步电机定子绕组里流过三相对称电流，产三相异步电机定子绕组里流过三相对称电流，产生的空间合成旋转磁通势用表示。其特点如下：生的空间合成旋转磁通势用表示。其特点如下： （1）幅值为）幅值为 （2）转向）转向 由于定子电流的

17、相序为由于定子电流的相序为A1B1C1的次序，所的次序，所以磁动势的转向是从以磁动势的转向是从+A1 +B1+C1。011022423IpkNFN （3）转速）转速 相对于定子绕组以角频率相对于定子绕组以角频率1=2pn1/60（rad / s）旋转，旋转，n1是磁动势的同步转速，单位是是磁动势的同步转速，单位是r/min 。 （4）瞬间位置）瞬间位置 图图9-2（a）中定子）中定子A1相电流再过相电流再过90时间电角时间电角度，就转到度，就转到+j轴上，即达到正最大值，那时三轴上，即达到正最大值，那时三相合成旋转磁动势就应在相合成旋转磁动势就应在+A1的轴上。所以画的轴上。所以画图的瞬间，三

18、相合成旋转磁通势就应画在图图的瞬间，三相合成旋转磁通势就应画在图9-2(b) + A1的轴后面的轴后面90空间电角度的地方。空间电角度的地方。 把时间参考轴把时间参考轴+j，空间坐标轴，空间坐标轴+A1，+A2三者三者重叠在一起重叠在一起 磁动势磁动势 F F0 正好与正好与I0 同方向同方向 由于转子绕组是开路的，不会产生转子磁动由于转子绕组是开路的，不会产生转子磁动势。这时作用在磁路上只有定子磁动势势。这时作用在磁路上只有定子磁动势 ，于是于是 就要在电机的磁路里产生磁通。为此，就要在电机的磁路里产生磁通。为此， F F0也叫励磁磁动势，电流也叫励磁磁动势，电流I0 叫励磁电流。叫励磁电流

19、。 转子不转的三相异步电机，相当于一台副边转子不转的三相异步电机，相当于一台副边开路的三相变压器，只是在磁路中多了一个开路的三相变压器，只是在磁路中多了一个空气隙磁路而已。空气隙磁路而已。 OI2. 2.主磁通与定子漏磁通主磁通与定子漏磁通 把通过气隙同时链着定、转子两个绕组的磁通叫把通过气隙同时链着定、转子两个绕组的磁通叫主磁通，气隙里每极主磁通量用主磁通，气隙里每极主磁通量用1 表示表示 把不交链转子绕组而只链定子绕组本身的磁通叫把不交链转子绕组而只链定子绕组本身的磁通叫定子绕组漏磁通，用定子绕组漏磁通，用 表示。表示。 漏磁通主要有槽部漏磁通和端接漏磁通。漏磁通主要有槽部漏磁通和端接漏磁

20、通。 由于气隙是均匀的，励磁磁动势产生的主磁通由于气隙是均匀的，励磁磁动势产生的主磁通1表所对应的气隙磁密是一个在气隙中旋转、表所对应的气隙磁密是一个在气隙中旋转、在空间接正弦分布的磁密波在空间接正弦分布的磁密波 。1B 图图9-3异步电机的主磁通与漏磁通异步电机的主磁通与漏磁通 气隙里每极主磁通气隙里每极主磁通1为为 式中式中 是气隙平均磁密；是气隙平均磁密；是定子的极是定子的极 矩；矩； 是电机轴向的有效长度。是电机轴向的有效长度。 lB21B2l 9.1.3 感应电动势感应电动势 旋转着的气隙每极主磁通旋转着的气隙每极主磁通1在定、转子绕组中在定、转子绕组中感应电动势的有效值分别为感应电

21、动势的有效值分别为E1和和 E2（理解为（理解为A1相和相和A2相的相电动势）。相的相电动势）。 1111144. 4NkNfE1221244. 4NkNfE 定子、转子每相电动势之比叫电压变化，用定子、转子每相电动势之比叫电压变化，用ke表表示，即示，即 只要是只要是+j轴与绕组轴线轴与绕组轴线+A1、A2重合，气隙磁密重合，气隙磁密向量一定领先电动势向量一定领先电动势 、 两相量两相量90。 为了分析问题方便，采用折合算法把转子绕组向为了分析问题方便，采用折合算法把转子绕组向定子边折合，即把转子原来定子边折合，即把转子原来N2kN2看成和定子边看成和定子边的的N1kN1一样，转子绕组每相感

22、应电动势便为一样，转子绕组每相感应电动势便为 221121NNekNkNEEk1E2E212EkEEe 9.1.4 励磁电流励磁电流 由于气隙磁密与定子，转子都有相对运动，定子、由于气隙磁密与定子，转子都有相对运动，定子、转子铁心中产生磁滞和涡流损耗，即铁损耗。与转子铁心中产生磁滞和涡流损耗，即铁损耗。与变压器一样，这部分损耗是电源送入的，励磁电变压器一样，这部分损耗是电源送入的，励磁电流也由流也由IFe 和和I两分量组成。两分量组成。IIIFe0有功分量有功分量IFe很小，因此很小，因此 领先领先 一个一个不大的角度。不大的角度。在时间空间向量图上在时间空间向量图上 ， 与与 相位相同，相位

23、相同， 与与 相位一样，相位一样， 和和领先领先 一个不大的角度。一个不大的角度。 OIIOIOFIBOIBOF图图9-4 计及铁计及铁损耗后的时空损耗后的时空向量图向量图 9.1.5 电压方程式电压方程式 定子绕组的漏磁通在定子绕组里的感应电动势，定子绕组的漏磁通在定子绕组里的感应电动势，用用 表示，叫定子漏电动势。表示，叫定子漏电动势。 漏磁通本身比较小，并且由漏磁通产生的漏电动漏磁通本身比较小，并且由漏磁通产生的漏电动势其大小与定子电流势其大小与定子电流I0成正比。把漏磁通在定子成正比。把漏磁通在定子绕组里的感应漏电动势看成是定子电流绕组里的感应漏电动势看成是定子电流I0在漏电在漏电抗上

24、的压降抗上的压降 1E101xI jE 定子绕组电阻定子绕组电阻R1上的压降为上的压降为 I0R1 。 根据各量的正方向，列出定子一相回路的电压方根据各量的正方向，列出定子一相回路的电压方程式为程式为 式中式中Z1=R1+ j 是定子一相绕组的漏阻抗。是定子一相绕组的漏阻抗。 10 xI 11011ERIEU10101xI jRIE)(1101jxRIE101ZIE9.1.6 9.1.6 等值电路等值电路 用励磁电流用励磁电流 在参数在参数 上的压降表示为上的压降表示为 （9-2） 式中式中 叫励磁阻抗；叫励磁阻抗； Rm叫励磁电阻，它是等效铁损耗的参数；叫励磁电阻，它是等效铁损耗的参数； 叫

25、励磁电抗。叫励磁电抗。 0ImZ1EmmmZIjxRIE001mmmjxRZmx 电压平衡等式为电压平衡等式为 转子回路电压方程式为转子回路电压方程式为 11011jxRIEU1100jxRIjxRImm10ZZIm22EU转子绕组开路时的等值电路为：转子绕组开路时的等值电路为： 图图9-6 转子绕组开路时的等值电路转子绕组开路时的等值电路 电机与拖动电机与拖动9.2 三相异步电动机转子堵转时的电磁关系 9.2.1 磁动势与磁通磁动势与磁通 9.2.2 定、转子回路方程定、转子回路方程 9.2.3 转子绕组的折合转子绕组的折合 9.2.4 基本方程式、等值电路和相基本方程式、等值电路和相量图量

26、图9.2 三相异步电动机转子堵转时的电磁关系 9.2.1 磁动势与磁通磁动势与磁通 1磁动势磁动势 定子接额定电压，转子堵住不转，各量的正方定子接额定电压，转子堵住不转，各量的正方向标在图向标在图9-7中。中。 既然转子绕组自己短路，它的线电压为零，由既然转子绕组自己短路，它的线电压为零，由于对称，相电压也为零。转子绕组感应电动势于对称，相电压也为零。转子绕组感应电动势并不为零，于是在转子三相绕组里产生三相对并不为零，于是在转子三相绕组里产生三相对称电流，每相电流的有效值用称电流，每相电流的有效值用 表示。这表示。这种情况与变压器副边短路情况相类似。种情况与变压器副边短路情况相类似。 2I 图

27、图9-7 转子短路并堵转的三相异步电动机转子短路并堵转的三相异步电动机 在三相对称的转子绕组里流过三相对称电流时，在三相对称的转子绕组里流过三相对称电流时，产生的转子空间旋转磁动势的特点：产生的转子空间旋转磁动势的特点： （l l）幅值）幅值 （2 2）转向）转向 假设气隙旋转磁密逆时针方向旋转，在转子绕组假设气隙旋转磁密逆时针方向旋转，在转子绕组里感应电动势及产生电流的相序为里感应电动势及产生电流的相序为 ，则磁动势也是逆时针方向旋转的，即从十则磁动势也是逆时针方向旋转的，即从十 转转到十到十 ，再转到十，再转到十 。 222222423IpkNFN222CBA2A2B2C （3 3）转速：

28、相对于转子绕组的转速为）转速：相对于转子绕组的转速为 转子电流的频率转子电流的频率 。用角频率表示时，为。用角频率表示时，为 （4 4）瞬间位置）瞬间位置 同样把转子电流同样把转子电流 理解为转子边理解为转子边 相绕组里的电相绕组里的电流。当流。当 达正最大值时，即在十达正最大值时，即在十j轴上，那时转轴上，那时转子旋转磁动势子旋转磁动势 应转到应转到 相绕组的轴线处，即相绕组的轴线处，即十十 轴上。可见，画时空向量图时，应该使磁动轴上。可见，画时空向量图时，应该使磁动势与势与 重合重合11226060npfpfn12ff )/(60/2122sradpn2I2A2I2F2A2A2I 转于绕组

29、短路的三相异步电机，作用在磁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，称它们为同步旋转。地旋转着，称它们为同步旋转。 把它们按向量的关系加起来，得到合成的把它们按向量的关系加起来，得到合成的磁动势仍用磁动势仍用 表示。即表示。即0F021FFF 图图9-8 转子堵转子堵转时的相量图转时的相量图0F111E2E 这个合成的旋转磁动势这个合成的旋转磁动势 ，才是产生气隙每极，才是产

30、生气隙每极主磁通主磁通 的磁动势。主磁通的磁动势。主磁通 在定、转子相在定、转子相绕组里感应电动势绕组里感应电动势 和和 。 2.2.漏磁通漏磁通 定子电流产生的漏磁通，表现的漏电抗仍定子电流产生的漏磁通，表现的漏电抗仍为为 ，由于漏磁路是线性的，由于漏磁路是线性的， 为常数。为常数。 转子绕组中有电流时转子绕组中有电流时, ,也要产生漏磁通，表现也要产生漏磁通，表现的电抗为的电抗为 。1x1x2x图图9-9 漏磁通漏磁通 一般情况下，转子漏电抗也是一个常数。只有当一般情况下，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定、转子电流非常大时，例如直接起动异步电动机，

31、由于起动电流很大（约为额定电流的机，由于起动电流很大（约为额定电流的47倍；），这时定、转子的漏磁路也会出现饱和现倍；），这时定、转子的漏磁路也会出现饱和现象，使定、转子漏电抗、数值变小。象，使定、转子漏电抗、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 1是它的最大是它的最大振幅。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。 9.2.2 定、转子回路方程定、转子回路方程 当转子绕组里有电流时，在转子绕组每相电阻上当转子绕组里有电流时，在转子绕组每相电阻上的压降为的压降为 ， 在每相漏电抗上的压降为在每相漏电抗上的压降为

32、 。 根据给定的正方，得转子绕组一相的回路电压方根据给定的正方，得转子绕组一相的回路电压方程式程式22rI22xI j2222222)(0zIEjxrIE 转子相电流为转子相电流为 式中式中 是转子绕组回路的功率因数角是转子绕组回路的功率因数角 、 、 等的频率都是等的频率都是 ，即与，即与定子同频率。定子同频率。 2222222222jexrEjxrEI222rxarctg22E2I2x12ff 根据定、转子磁动势合成关系，有根据定、转子磁动势合成关系，有 改写成改写成 这就可以认为定子旋转磁动势里包含着两个分量：这就可以认为定子旋转磁动势里包含着两个分量：一个分量是大小等于一个分量是大小等

33、于 ，而方向与，而方向与 相反，用相反，用 表示。它的作用是抵消转子旋转磁动势表示。它的作用是抵消转子旋转磁动势 对主对主磁通的影响；另一个分量就是励磁磁动势磁通的影响；另一个分量就是励磁磁动势 。它是用来产生气隙旋转磁密它是用来产生气隙旋转磁密 的 。021FFF)(201FFF2F2F2F2F0FB定子回路的电压方程式为定子回路的电压方程式为 9.2.3 转子绕组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，至于转子边的电动势、电流大小、相位

34、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。以及每相串联有效匝数是多少都无关紧要。 )(11111jxrIEU 设想把实际电动机的转子抽出，换上一个新转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、分别和定子的一样（也是三相、 、 ） 在新换的转子中，每相的感应电动势为在新换的转子中，每相的感应电动势为 、电流为电流为 ，转子漏阻抗为，转子漏阻抗为 虽然换成了新转子，但转子旋转磁动势并没有虽然换成了新转子，但转子旋转磁动势并没有改变，所以对定子边的影响不变，这就是进行改

35、变，所以对定子边的影响不变，这就是进行折合的依据折合的依据 。 1N1Nk2E2I222x jrz 根据定、转子磁通势的关系根据定、转子磁通势的关系 可以写成可以写成 令令 021FFF2222111224222423IpkNmIpkNNN01122423IpkNN2112222224232242IpkNIpkNmNN 可得可得 简化为简化为 可以得到可以得到 式中式中 称为电流变比称为电流变比 2111112242322423IpkNIpkNNN01122423IpkNN021III211222213IkIkNkNmIiNNeNNikmkNmkNIIk2222112233 转子回路的电压方程

36、式变为转子回路的电压方程式变为 与与 的关系为的关系为 折合后转子漏阻抗与折合前转子漏阻抗的关系为折合后转子漏阻抗与折合前转子漏阻抗的关系为 )(2222x jrIEo)(22222222jxrkkkIEkIEx jrzieie2z2z22xkjkrkkieie22rkkrie22xkkxie 阻抗角阻抗角 折合前后的功率、无功功率关系不变折合前后的功率、无功功率关系不变 222222rkkxkkarctgrxarctgieie22222222222)( 33rImmmrkkkIrIiei22222222222)(33xImmmxkkkIxIiei9.2.4 基本方程式、等值电路和相量图基本方

37、程式、等值电路和相量图 异步电动机进行折合后，转子不转而转子短路异步电动机进行折合后，转子不转而转子短路时的五个基本方程式列写如下：时的五个基本方程式列写如下： )(11111jxrIEU)(01mmjxrIE021222221)(IIIx jrIEEE图图9-10 转子不转、转子绕组短路时的等值电路转子不转、转子绕组短路时的等值电路图图9-11 转子不转、转子不转、转子绕组短路时转子绕组短路时的向量图的向量图 异步电动机定、转子的漏阻抗标么值都是比较小异步电动机定、转子的漏阻抗标么值都是比较小的，如果在它的定子绕组加上额定电压，这时定、的，如果在它的定子绕组加上额定电压，这时定、转子的电流都

38、很大，大约是额定电流的转子的电流都很大，大约是额定电流的47倍。倍。 如果使电动机长期工作在这种状态，则有可能将如果使电动机长期工作在这种状态，则有可能将电机烧坏。电机烧坏。 有时为了测量异步电动机的参数，采用转子绕组有时为了测量异步电动机的参数，采用转子绕组短路并堵转实验。为了不使电动机定转子过电流，短路并堵转实验。为了不使电动机定转子过电流，必须把加在定子绕组上的电压降低，以限制定、必须把加在定子绕组上的电压降低，以限制定、转子绕组中的电流。转子绕组中的电流。 电机与拖动电机与拖动9.3 三相异步电动机转子旋转时的电磁关系9.3.1 转差率转差率9.3.2 转子电动势转子电动势9.3.3

39、定、转子磁动势及磁动势的关系定、转子磁动势及磁动势的关系9.3.4 转子绕组频率的折合转子绕组频率的折合9.3.5 基本方程式、等值电路和时间空间基本方程式、等值电路和时间空间空间相量图空间相量图9.3.6 鼠笼转子鼠笼转子9.3 三相异步电动机转子旋转时的电磁关系 9.3.1 转差率转差率 转子绕组与气隙旋转磁密之间才有相对运动，才转子绕组与气隙旋转磁密之间才有相对运动，才能在转于绕组里感应电动势、电流，产生电磁转能在转于绕组里感应电动势、电流，产生电磁转矩。可见，异步电动机转子转速总是小于同步转矩。可见，异步电动机转子转速总是小于同步转速的。速的。 当异步电动机转子的转速为某一确定值时，这

40、时当异步电动机转子的转速为某一确定值时，这时产生的电磁转矩恰好等于作用在电机转轴上的负产生的电磁转矩恰好等于作用在电机转轴上的负载转矩（还包括由电机本身摩擦及附加损耗引起载转矩（还包括由电机本身摩擦及附加损耗引起的转矩），于是异步电动机转子的转速便会稳定的转矩），于是异步电动机转子的转速便会稳定运行在这个恒定的转速下。运行在这个恒定的转速下。 把同步转速和电动机转子转速二者之差与同步转把同步转速和电动机转子转速二者之差与同步转速的比值叫做转差率（也叫转差或者滑差），用速的比值叫做转差率（也叫转差或者滑差），用s表示。表示。 s s是一个没有量纲的数，它的大小也能反映电动是一个没有量纲的数，它的

41、大小也能反映电动机转子的转速。机转子的转速。 正常运行的异步电动机，转子转速接近于同步转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，一般速，转差率很小，一般 。11nnns05. 001. 0s 9.3.2 转子电动势转子电动势 当异步电动机转子以转速恒速运转时，转子回路当异步电动机转子以转速恒速运转时，转子回路的电压方程式为的电压方程式为 是转子转速为是转子转速为 时，转于绕组的相电动势；时，转于绕组的相电动势； 是上述情况下转子的相电流；是上述情况下转子的相电流； 是转子转速为时，转子绕组一相的漏电是转子转速为时，转子绕组一相的漏电抗。抗。 )(2222sssjxRIEsE2

42、nsI2sx2 转子以转速恒速旋转时，转子绕组的感应电动势、转子以转速恒速旋转时，转子绕组的感应电动势、电流和漏电抗的频率（下面简称转子频率）用电流和漏电抗的频率（下面简称转子频率）用 表示表示. . 在电动机转子上的频率为在电动机转子上的频率为 转子旋转时转子绕组中感应电动势为转子旋转时转子绕组中感应电动势为 sfnnnpnnnppnf11111226060)(602f1222244. 4NskNfE21221444sEkNsfN 是转子不转时转子绕组中感应电动势。是转子不转时转子绕组中感应电动势。 电动势电动势 并不是异步电机堵转时真正的电动势并不是异步电机堵转时真正的电动势, ,因为电机

43、堵转时，气隙主磁通因为电机堵转时，气隙主磁通1 1的大小要发生的大小要发生变化变化 。 转子漏抗转子漏抗 是对应转子频率是对应转子频率 时的漏电抗。时的漏电抗。它与转子不转时转子漏电抗它与转子不转时转子漏电抗 ( (对应于频率对应于频率Hz)Hz)的关系为的关系为 = s= s 正常运行的异步电动机，正常运行的异步电动机， 。 2E2Esx22f2xsx22x22xxs 9.3.3 定、转子磁动势及磁动势关系定、转子磁动势及磁动势关系 1 1定于磁定于磁动动势势 当异步电机旋转起来后，定于绕组里流过的电流当异步电机旋转起来后，定于绕组里流过的电流为为 ，产生旋转磁通势，产生旋转磁通势 。 2

44、2转子旋转磁转子旋转磁动动势势 （1 1）幅值）幅值: :当异步电动机以转速旋转时，由转子当异步电动机以转速旋转时，由转子电流产生的三相合成旋转磁动势的幅值为电流产生的三相合成旋转磁动势的幅值为1I1F1F2FsNIpkNF222222423 （2 2）转向）转向 转子已经旋转起来，有一定的转速转子已经旋转起来，有一定的转速 ，由于是，由于是电动机状态，转子旋转的方向与气隙旋转磁密电动机状态，转子旋转的方向与气隙旋转磁密 同方向，仅仅是转子的转速小于气隙旋转同方向，仅仅是转子的转速小于气隙旋转磁密的转速。磁密的转速。 站在转子上看气隙旋转磁密。它相对于转子的转站在转子上看气隙旋转磁密。它相对于

45、转子的转速为速为 ，转向为逆时针方向。这样，由气，转向为逆时针方向。这样，由气隙旋转磁密在转子每相绕组感应电动势，产生电隙旋转磁密在转子每相绕组感应电动势，产生电流的相序，仍为流的相序，仍为 nB)(1nn 222CBA 由转子电流入产生的三相合成旋转磁动势的转向，由转子电流入产生的三相合成旋转磁动势的转向，相对于转子绕组而言，仍为逆时针方向旋转。相对于转子绕组而言，仍为逆时针方向旋转。 （3 3）转速）转速 转子电流转子电流 的频率为的频率为 ，显然由转子电流的，显然由转子电流的产生的三相合成旋转磁动势产生的三相合成旋转磁动势 ，它相对于转子，它相对于转子绕组的转速用绕组的转速用 表示为表示

46、为 sI22f2F2n11226060snpsfpfn（4 4）瞬间位置）瞬间位置 当转子绕组哪相电流达正最大值时，正好位于该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。相绕组的轴线上。 3 3合成磁动势合成磁动势 （1 1）幅值）幅值 定、转子磁势的幅值定、转子磁势的幅值仍为前面分析的结果。仍为前面分析的结果。 （2 2）转向）转向 定、转子磁势二者的转向相对于定子都为逆时针定、转子磁势二者的转向相对于定子都为逆时针方向旋转。方向旋转。 （3 3）转速）转速 定子旋转磁动势定子旋转磁动势 相对于定子绕组的转速为相对于定子绕组的转速为 转子旋转磁动势转子旋转磁动势 相对于转子绕组

47、的逆时针转相对于转子绕组的逆时针转速为速为 转子本身相对于定子绕组有一逆时针转速转子本身相对于定子绕组有一逆时针转速n 于是，转子旋转磁动势于是，转子旋转磁动势 相对于定子绕组的转相对于定子绕组的转速为速为 1n1F2F2n2Fnsnnn121111nnnnnn 把定子旋转磁动势与转子旋转磁动势按向量的办把定子旋转磁动势与转子旋转磁动势按向量的办法加起来，得到一个合成的总磁动势，仍用法加起来，得到一个合成的总磁动势，仍用 来表示。即来表示。即 异步电动机运行时的励磁磁动势异步电动机运行时的励磁磁动势, ,对应的电流是对应的电流是励磁电流。对于一般的异步电动机，励磁电流。对于一般的异步电动机，

48、的大小的大小约为（约为（2050）% 。 可见，定子旋转磁动势与转子旋转磁动势，它们可见，定子旋转磁动势与转子旋转磁动势，它们相对定子来说，都是同转向，以相同的转速一前相对定子来说，都是同转向，以相同的转速一前一后旋转着，称为同步旋转。一后旋转着，称为同步旋转。0F021FFF0INI 9.3.4 转子绕组频率的折合转子绕组频率的折合 定、转子之间的联系是通过磁通势相联系，只要定、转子之间的联系是通过磁通势相联系，只要保持转子旋转磁通势的大小不变，即每极安匝不保持转子旋转磁通势的大小不变，即每极安匝不变就行，至于电流的频率是多少无所谓变就行，至于电流的频率是多少无所谓. 变换变换 （频率为（频

49、率为 ） （频率为（频率为 ） 2222222jsxrEsjxrEIsss2f2222IjxsrE1f 在频率变换的过程中，除了电流有效值保持不变在频率变换的过程中，除了电流有效值保持不变外，转子电路的功率因数角也没有发生任何变化。外，转子电路的功率因数角也没有发生任何变化。即即 证明了两个电流证明了两个电流 和和 的有效值以及初相的有效值以及初相角完全相等。角完全相等。srxarctgrsxrxarctgs2222222argsI22I 分析一下这两个有效值相等的电流分析一下这两个有效值相等的电流 和和 它们的频率如何它们的频率如何 sI22I图图9-13 转子绕组频率的折合转子绕组频率的折

50、合 两个电流的频率虽然不同，由于有效值和两个电流的频率虽然不同，由于有效值和相位相等，在产生转子旋转磁通势的幅值相位相等，在产生转子旋转磁通势的幅值和相位上又都是一样的。和相位上又都是一样的。 转子电路虽然经过这种变换，但是从定子转子电路虽然经过这种变换，但是从定子边看转子旋转磁通势并没有发现任何不同。边看转子旋转磁通势并没有发现任何不同。这就是转子电路的频率折合，即把转子旋这就是转子电路的频率折合，即把转子旋转时实际频率为转时实际频率为 的电路，变成了转子的电路，变成了转子不转，频率为不转，频率为 的电路。的电路。 2f1f 以上这种把图以上这种把图9-13 折合成折合成 电路，即所谓电路，

51、即所谓频率折合。频率折合。 把转子绕组的相数、匝数以及绕组系数都折合到把转子绕组的相数、匝数以及绕组系数都折合到定子边，转子回路的电压方程式则变为定子边，转子回路的电压方程式则变为 当异步电动机转子电路进行了频率折合后，转子当异步电动机转子电路进行了频率折合后，转子旋转磁通势的幅值可写成旋转磁通势的幅值可写成 )(a)(b)(2222x jsrIE222222242IpkNmFN 再考虑转子绕组的相数、匝数折合，再考虑转子绕组的相数、匝数折合， 为为 定、转子旋转磁动势的关系定、转子旋转磁动势的关系 ，又可写成又可写成 即为电流关系了。即为电流关系了。 2F211222423IpkNFN021

52、FFF021III9.3.5 基本方程式、等值电路和时空向量图基本方程式、等值电路和时空向量图 与异步电动机转子绕组短路并把转子堵住不转时与异步电动机转子绕组短路并把转子堵住不转时相比较，在基本方程式中，只有转子绕组回路的相比较，在基本方程式中，只有转子绕组回路的电压方程式有所差别电压方程式有所差别, ,在转子回路里增加了一项在转子回路里增加了一项电阻，其值为：电阻，其值为： 于是得到异步电动机转子旋转时的基本方程式：于是得到异步电动机转子旋转时的基本方程式： 21rss021222221011111)()(IIIx jsrIEEEjxrIEjxrIEUmm异步电动机的简化等效电路异步电动机的

53、简化等效电路 由等值电路看出，当异步由等值电路看出，当异步电动机空载时，转子的转电动机空载时，转子的转速接近同步速，转差率速接近同步速，转差率s很小，很小， /s趋于趋于，电流可认为等于零电流可认为等于零,这时这时定子电流就是励磁电流定子电流就是励磁电流,电动机的功率因数很低。电动机的功率因数很低。 异步电动机时空向量图如异步电动机时空向量图如图图9-15所示。所示。2r图图9-15三相异步电三相异步电动机时空向量图动机时空向量图 9. 3. 6 鼠笼转子鼠笼转子 鼠笼转子每相邻两根导条电动势（电流）相位鼠笼转子每相邻两根导条电动势（电流）相位相差的电角度与它们空间相差的电角度是相同的，相差的

54、电角度与它们空间相差的电角度是相同的，导条是均匀分布的。导条是均匀分布的。 若一对磁极范围内有若一对磁极范围内有 根鼠笼条，转子就感根鼠笼条，转子就感应产生应产生 相对称的感应电动势和电流。相对称的感应电动势和电流。 若一对磁极范围内鼠笼条不为整数，则取若一对磁极范围内鼠笼条不为整数，则取 等等于转子槽数于转子槽数 。2m2m2mrZ 采用三相对称绕组通入三相对称电流产生采用三相对称绕组通入三相对称电流产生圆形旋转磁通势同样的分析方法，可以得圆形旋转磁通势同样的分析方法，可以得到对称的鼠笼绕组流过对称的电流条件下到对称的鼠笼绕组流过对称的电流条件下产生圆形旋转磁通势的结论。产生圆形旋转磁通势的

55、结论。 鼠笼式转子相数为鼠笼式转子相数为Z Zr r，每根绕组匝数为，每根绕组匝数为 1 12 2，绕组系数为，绕组系数为1 1。 鼠笼转子绕组没有固定的极数，定子绕组鼠笼转子绕组没有固定的极数，定子绕组的极数就是鼠笼转子绕组的极数。的极数就是鼠笼转子绕组的极数。 电机与拖动电机与拖动 第10章 三相异步电动机的功率与转矩主要内容：主要内容： 10.1 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 10.2 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性 10.3 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 10.4 三相异步电动机参数的测定三相异步电动

56、机参数的测定电机与拖动电机与拖动10.1 三相异步电动机的功率与转矩10.1.1 功率关系功率关系10.1.2 转矩关系转矩关系10.1.3 电磁转矩的物理表达式电磁转矩的物理表达式 10.1.1 功率关系功率关系 P1：从电源输入的功率：从电源输入的功率 定子铜损耗：定子铜损耗： 铁损耗：定子铁心与旋转磁场相对转速为铁损耗：定子铁心与旋转磁场相对转速为n1较较大，故铁耗主要为定子铁耗：大，故铁耗主要为定子铁耗： 1111cos3IUP 12113rIpCumFeFerIpp201310.1 三相异步电动机的功率与转矩 电磁功率：传输给转子回路的功率；转子电磁功率：传输给转子回路的功率；转子

57、回路全部电阻上的损耗。回路全部电阻上的损耗。 转子绕组中的铜损耗转子绕组中的铜损耗srIppPPFeCuM2221132222222coscos3IEmIEPMMCusPrIp22223 电机转轴上总的机械功率电机转轴上总的机械功率Pm：电磁功率减去转子电磁功率减去转子绕组中的铜损耗绕组中的铜损耗 机械损耗机械损耗pm ： 电动机在运行时，会产生轴承以及风阻等摩擦阻电动机在运行时，会产生轴承以及风阻等摩擦阻转矩，这也要损耗一部分功率。转矩，这也要损耗一部分功率。 附加损耗附加损耗pad: 由于定、转子开了槽和定、转子磁通势中含有谐由于定、转子开了槽和定、转子磁通势中含有谐波磁通势，而产生。根据

58、经验估算，约为输出额波磁通势，而产生。根据经验估算，约为输出额定功率的定功率的0.5%；而在小型异步电动机中，满载；而在小型异步电动机中，满载时，可达输出额定功率的（时，可达输出额定功率的（13）%或更大些。或更大些。MCuMmPsrssIpPP)1 (132222 转轴上真正输出的功率转轴上真正输出的功率P P2 2。 (10.1)(10.1) 图图10-1 异步电动机的功率流程异步电动机的功率流程admmppPP2 异步电动机运行时电磁功率、转子回路铜损耗和异步电动机运行时电磁功率、转子回路铜损耗和机械功率三者之间的定量关系机械功率三者之间的定量关系 若电磁功率一定，转差率若电磁功率一定，

59、转差率S越小，转子回路铜损越小，转子回路铜损耗越小，机械功率越大。电机运行时，若耗越小，机械功率越大。电机运行时，若s大，大，效率一定不高。效率一定不高。)1 ( :1:2ssPpPmCuMadmFeCuppppPP!12 10.1.2 转矩关系转矩关系 电磁转矩：机械功率除以轴的角速度电磁转矩：机械功率除以轴的角速度 电磁转矩与电磁功率的关系电磁转矩与电磁功率的关系 式中式中1为同步角速度（用机械角表示）为同步角速度（用机械角表示）mPT11602)1 (602MmmmPnsPnPPT 式（式（10-110-1）两边除以角速度，得出）两边除以角速度，得出 式中式中 为空载转矩，为空载转矩，

60、为输出转矩。为输出转矩。02TTT0T00pppTadm2T10.1.3 电磁转矩物理表达关系 电磁功率除以同步机械角速度电磁功率除以同步机械角速度 得电磁转得电磁转矩矩602312221nrIPTM602cos31222nIE602cos231222112nnIkNfN22122cos23IkpNN221cosICjM 式中式中 是一常数，叫转矩系数。是一常数，叫转矩系数。 当磁通单位为当磁通单位为Wb，电流单位为，电流单位为A，上式转，上式转矩的单位为矩的单位为 从上看出，异步电动机的电磁转矩从上看出，异步电动机的电磁转矩T与与气隙每极磁通、转子电流以及转子功率气隙每极磁通、转子电流以及转