第5章异步电机课件播放定稿

第五章异步电机

§5.1异步电机的基本类型和基本结构一、异步电机的用途和类型：

★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，厂矿企业，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。它具有结构简单、易于控制、坚固耐用、价格低廉、效率高和功率大、相当好的工作特性等许多优点。★类型：按相数：单相、三相；按转子结构：三相分鼠笼式异步电动机，绕线式异步电动机；单相都是笼型。鼠笼式异步电动机结构简单，坚固，成本低，运行性能不如绕线式；绕线式异步电动机通过外串电阻改善电机的起动，调速等性能。

二、异步电机的结构:主要由定子、转子、端盖等组成。1、定子：定子铁心、定子绕组、机座三部分构成。★定子铁心作用：定子磁路的一部分、嵌放定子绕组。图5-1为定子铁心图5-2为定子铁心与机座构成：为减少铁耗，铁心一般采用导磁性能好、比损耗小的0.5mm厚的低硅钢片叠成。叠片结构如图5-3为嵌放定子绕组，定子冲片中均匀地冲制若干个形状相同的槽。槽形：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）、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）如图5-4定子冲片图。★定子绕组：

图5-1图5-2定子铁心与机座图5-3叠片结构图图5-4定子冲片图作用：是电机的电路，它可感应电动势、流过电流、实现机电能量转换。分：成型线圈（图5-5），散嵌线圈（图5-6）机座：固定和支撑定子铁心。图5-52、转子：转子铁心、转子绕组、转轴构成。分类：笼型、绕线式★转子铁心：0.5mm厚的硅钢片冲制厚叠压而成。作用：电机磁路的一部分、嵌放转子绕组。绕线式转子铁心如图5-7；笼型转子铁心如图5-8图5-7图5-6图5-8笼型转子铁心图5-9鼠笼绕组★转子绕组：感应电动势、流过电流、产生电磁转矩。（鼠笼绕组图5-9；绕线式绕组见图5-10）★转轴：支撑转子铁心，输出机械转矩。图5-10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。特点：可在转子回路串入附加电阻，改善起动性能、调节转速。3、端盖、风罩铭牌、轴、轴承、风扇、气隙（图5-11）：气隙：定转子之间的间隙，很小，0.2-1mm.对电机的性能影响很大。图5-11§5.2异步电机的基本工作原理

电动机运行是异步电机最主要的运行方式。一、异步电动机是如何转动起来的：（图5-13）

★异步电动机定子上有三相对称的交流绕组★三相对称交流绕组通入三相对称交流电流时，将在电机气隙空间产生旋转磁场（n1)

★转子绕组的导体处于旋转磁场中

★转子导体切割磁力线，并产生感应电势，判断感应电势方向

图5-12定子绕组示意图★转子导体通过端环自成闭路，并通过感应电流。★感应电流与旋转磁场相互作用产生电磁力，判断电磁力的方向。

★电磁力作用在转子上将产生电磁转矩，并驱动转子旋转（n)。

★根据以上电磁感应原理，异步电动机也叫感应电动机。

异步电动机特点：转子实际转向与旋转磁场转向相同；nn1

。旋转磁场的转速用n1表示，称为同步转速；转子的实际转速用n表示，转差Δn=n1-n。

nn1是异步电机产生电磁转矩的必要条件。二、转子转动三条件：★旋转磁场

n1=60f/p★转子导体闭合，产生I★nn1

图5-13异步电机三种运行状态图（a)电动机状态（b)发电机状态（c)电磁制动状态三、感应电机三种运行状态：1、电动机状态：★0<n<n10<s<1★转子：i2、e2同方向；Tem与转向相同，为驱动转矩；i1、i2反方向。★转子上：Tem

>0输出机械转矩定子上：e1i1<0从电网吸收电功率。2、发电机状态：★

>n>n1-

<s<0★转子：i2、e2

与电动机状态相反；e1与电动机状态相同；i1与电动机状态相反；Tem为制动转矩；i1、i2反方向。★转子上：Tem

<0

吸收机械转矩定子上：e1i1>0

输出电功率。3、制动状态：★

-<n<0

s

★转子：Tem与n1转向相反，与n方向相同，为驱动转矩★转子上：Tem

<0

吸收机械转矩定子上：e1i1<0从电网吸收电功率吸收能量全转变为热能消耗掉。四、转差率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，产生转子感应电流和电磁转矩。

★转差率：转差率是异步电动机的一个基本变量，在分析异步电动机运行时有着重要的地位。s=(n1-n)/n1=Δn/n1★起动瞬间，n=0,s=1★理想空载运行时：n=n1,s=0★作为电动机运行时，s的范围在0---1之间。

★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，即n1与n反向，s>1★发电运行时，n高于同步转速n1,s<0.★根据转差率可以区分异步电机运行状态：（图5-14）

s>1

s=1

s=0s<0

制动运行电动机运行发电机运行图5-14§5.3异步电机的额定值三相异步电动机型号Y132M-4功率7.5KW频率50Hz电压380V电流15.4A接法△转速1440r/min绝缘等级B工作方式连续年月编号××电机厂一、铭牌：型号，额定值，绕组联结方式，生产厂家等。先以Y132M-4型电动机为例，来说明电机铭牌上各个数据的意义。1、型号：为了适应不同用途和不同工作环境的需要，电动机制成不同的系列，每种系列用各种型号表示。型号说明：

Y

132

M-4

三相异步电动机磁极数机座中心高机座长度代号（S-短机座；M-中机座；L-长机座）异步电动机产品名称代号产品名称异步电动机绕线式异步电动机防爆型异步电动机高起动转矩异步电动机新代号汉字意义老代号Y异异绕异爆异起YRYBYQJ、JOJR、JROJB、JBOJQ、JQO2、接法(图5-15）U1U2V1V2W1W2U1U2V1V2W1W2U1V1W1W2U2V2接电源接电源U1W1W2U2V2V1图5-153、额定值：正常运行时的主要数据指标。★额定电压：(V)，额定运行时，规定加在定子绕组上的线电压；★额定电流：(A),额定运行时，规定加在定子绕组上的线电流；★额定功率：(kW),额定运行时，电动机的输出功率；★额定转速：(r/min),额定运行时，电动机的转子转速；由于生产机械对转速的要求不同，需要生产不同磁极数的异步电动机，因此有不同的转速等级。最常用的是四磁极的（n0=1500r/min)。★额定频率：(Hz)，规定的电源频率(50Hz)

★额定定效率N：所谓效率就是输出功率与输入功率的比值（N）

★绝缘等级绝缘等级是按电动机绕组所用的绝缘材料在使用时容许的极限温度来分级的。所谓极限温度，是指电动机绝缘结构中最热点的最高容许温度。绝缘等级极限温度（0C）AEB105120130作业：P2805.285.29★额定功率因数：cosN。铭牌上所标的电压值是指电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电压（UN）。★三相感应电动机：

PN=3UNINcosNN

§5.4电势平衡方程式一、定子绕组电势平衡方程式：定子绕组接到交流电源上，与电源电压相平衡的电势（压降）包括：

1、主电势（感应电势）：

★定子绕组通入三相对称交流电流时，将会产生旋转的主磁通，同时被定子绕组和转子绕组切割，并在其中产生感应电势。

★定子绕组感应电势的有效值（下标1表示定子）：E1=4.44f1N11kN12、漏磁电势（漏抗压降）

★定子漏磁通：仅与定子绕组相匝链。

★漏抗压降：E1

=

-j

X

1*

I1

..★电阻压降：I1R1

★定子电势平衡方程式：U1＝I1R1-E1-E1

＝I1R1+j

X1*

I1-E1＝I1Z1-E1

..........二、转子绕组的电势及电流

1、转子绕组导体切割主磁通的相对转速：★主磁通以同步速度旋转；

★转子以转速n旋转

★转子绕组导体切割主磁通的相对转速为(n1-n)=sn12、转子绕组中感应电势的频率

★公式：★结论：由于s很小，转子感应电势频率很低，为0.5-3Hz

3、转子感应电势的有效值

（下标2表示转子）★公式：E2S=4.44f2N21kN2=4.44sf1N21kN2

=

sE2E2表示转子静止时的感应电势上式表明：感应电势与转差率正比。

★对绕线式异步电机，转子绕组每相串联匝数，相数计算方法同定子绕组的计算。

★对笼型转子来说，由于每个导条中电流相位均不一样，所以，每个导条即为一相，可见相数等于导条数即转子槽数；每相串联匝数为半匝即1/2。

★注意转子不动时（s=1)时的感应电势与转子旋转是感应电势的关系

4、转子绕组的阻抗

★由于转子绕组是闭合的，所以有转子电流流过。同样会产生漏磁电抗压降。

★漏抗公式：X2S=W2L2=2f2L2=2sf1L2=sX2漏抗也与转差率正比。转速越高，漏抗越小。★考虑到转子绕组的相电阻后的漏阻抗：Z2S=R2+jsX25、转子绕组中的电流★转子绕组短路，转子电压为0，感应电势全部加在转子阻抗上★转子回路方程：

E2S＝I2Z2S★转子电流：

I2＝

E2S/

jZ

2S＝s

E2/(R2+jsX2)......§5.5异步电动机的磁势平衡

图5-16讨论：转子电流随s的变化。（图5-16）一、定子绕组的磁势1、大小（有效值）

F1=m1F1/2=m1/2*(0.9N1I1kN1/p)2、转速：

n1=60f1/p二、转子绕组磁势1、大小：

F1=m2F2/2=m2/2*(0.9N2I2kN2/p)2、转速：

n2=60f2/p=sn13、转子磁势的绝对转速（相对于不动的定子）

n+n2=sn1+(1-s)n1=sn14、结论：转子绕组的磁势与定子绕组的磁势转速相同，在空间相对静止。

三、磁势平衡方程式1、激磁电流Im和激磁磁势Fm★产生主磁通1所需要的电流称为激磁电流Im

★对应的磁势称为激磁磁势Fm=m1/2*(0.9N1ImkN1/p)2、空载、负载运行，激磁磁势近似不变

★由电势平衡方程式，电源电压不变，阻抗压降很小，电势近似不变；

★由公式：E1=4.44f1N11kN1，近似不变；故激磁磁势和激磁电流几乎不变

3、空载运行时，激磁磁势全部由定子磁势提供，即

F1=Fm4、负载运行时，转子绕组中有电流流过，产生一个同步旋转磁势F2，为了保持Fm不变，定子磁势F1除了提供激磁磁势Fm外，还必须抵消转子磁势F2的影响，即：

Fm=F1+F25、异步电动机的磁势平衡方程：

Fm=F1+F2m1/2*(0.9N1ImkN1/p)=m1/2*(0.9N1I1kN1/p)+

m2/2*(0.9N2I2kN2/p)

I1+I2(m2N2kN2/m1kN1N1)=I1+I2/ki=Im

ki

--电流变比结论：空载运行时，转子电流为0，定子电流等于激磁电流；负载时，定子电流随负载增大而增大。

................§5.6异步电动机的等效电路等效电路法是分析异步电动机的重要手段。在异步电动机中，作等效电路遇到的两大障碍是：(1)定转子电路的频率不相同；(2)定转子边的相数，匝数，绕组系数等不相等。所以,首先研究异步电动机的频率折算和绕组折算的问题。一、频率折算（用静止的转子代替旋转的转子）1、转差率为s的异步电动机转子电路频率：f2=sf12、转子静止时s=1；则转子频率等于定子频率。

3、频率折算后，希望磁势平衡不变，即转子电流不变

I2＝

E2S/

jZ

2S＝s

E2/(R2+jsX2)=E2/(R2/s

+jX2)可理解为：转子不动，转子电阻为R2/s=R2(1-s)/s+R2的异步电动机的转子电流，此电流和转子以转差率s旋转的，转子电阻为的异步电动机转子电流相等。....4、频率折算的方法：给转子绕组电阻中，计入一个附加电阻R2(1-s)/s，即可以把原来旋转的转子看成静止的转子。(如下图5-17)

图5-175、讨论：★不论静止或者旋转的转子，其转子磁势总以同步转速旋转，即转子磁势的转速不变，大小相位又没有变，故电机的磁势平衡依然维持。

★静止的转子不再输出机械功率，即电机的功率平衡中少了一大块机械功率。

★静止的转子中多了一个附加电阻，而电流有没有变，所以多了一个电阻功率。

★分析证明：附加电阻上消耗的电功率等于电机输出的机械功率。

二、绕组折算

1、用绕组（m1，kN1，N1）等效替代绕组（m2，N2，kN2）代替的原则是：

★磁势平衡不变

★功率平衡不变

2、电流折算：根据磁势不变

m2/2*(0.9N2I2kN2/p)=m1/2*(0.9N1I2kN1/p)

得：I2=（m2N2kN2/m1N1kN1）I2=I2/ki3、电势折算：磁通应不变

E2=4.44f1N21kN2

E2=4.44f1N11kN1E2=(N1kN1/N2kN2)E2

=keE2N1kN1/N2kN2=ke----电动势变比4、阻抗折算：★功率不变

m1I22R2=m2I22R2R2=R2(m2/m1)(I2/I2)2=R2(m2/m1)(m1N1kN1/m2N2kN2)2=kekiR2=kZR2kZ---阻抗变比★漏电抗有同样的结论。三、折算后转子电路方程式

四、等效电路1、激磁回路：Zm=Rm

+jXm2、折算后的磁势方程式：I1+I2=Im

3、经过频率折算和绕组折算后异步电动机的方程式如右：4、等效电路：

★

T形等效电路，看图5-18

）在异步电动机分析中具有重要地位。

图5-18T型等效电路★简化等效电路：见图5-19图5-19简化等效电路五、相量图★异步电动机的相量图类似于变压器相量图。

★从转子电路方程出发可以一步一步作出异步电机相量图。本节例题：P228-229

例5.2

例5.3

§5.7异步电动机的参数测量5.7.1空载试验一、空载试验：（与变压器相似，简述）1、目的：测量Zm=Rm+jXm2、接线（电压加在定子侧，轴上不带负载）3、损耗特点：

p0pmec+pFe+pado+m1I02R1

(因为I0小，

转子pCu0)从p0中扣除定子铜耗得p0′

p0′=p0-m1I02R1=

pmec+pFe+pado4、实验步骤调节U0定子：

从1.1~1.3UN开始降低、空载电流逐渐减少，直到电动机转速发生明显变化为止，记录测量值U1、

I0

、

p0、n

。得I0

=

f(U1

)

，p0=f(U1

)曲线，见图5-20。

U1UNP0I0I0P0图5-20空载特性5、空载参数（--表示相值l--表示线值）★求铁耗p0′=p0-m1I02R1=

pmec+pFe+padopmec与电压无关，n变化不大时认为是常数，pFe+pado近似认为与U1的平方（Bm的平方）成正比，p0′与U12的关系曲线如图5-21。pado相对较小，可用其它试验将之与pFe分离，从而求得pFeU12P0′pmecpFe+padoUN2图5-21铁损耗求取★

参数：Z0=Z1+Zm

ZmZ0=U10/I0R0=p0/m1I02

X0=(Z02–R02

）1/2电动机空载，s0,转子支路近似开路，Xm

=X0-X1X1由短路试验测出；Rm=pFe/I02

5.7.2短路试验1、目的：测量ZK=RK+jXK、转子电阻、定、转子漏抗。2、接线：定子加电压，转子堵转。3、实验步骤U1从UK=0.4U1N开始逐渐降低，记录定子绕组UK、IK、PK，作出短路特性如图5-22。图5-22短路特性4、参数求取：据短路特性，求出I1N对应的UK、IK、PK，ZK=UK/IKRK=pK/IK2

XK=(ZK2–RK2）1/2根据短路时的等效电路（图5-23），因XmRm，忽略Rm并近似认为X1′=X2′得：k将其虚部、实部展开考虑到Xm

=X0-X1由上面两方程解出对于大、中型异步电机，因Xm很大，励磁支路可近似认为开路，此时：图5-23转子堵转时的等效电路§5.8笼型转子的参数计算

5.8.1笼型转子的相数和极对数

一、相数：转子总导体数为Z2，每导体中感应电动势大小相同，时间上相差的电角度为：=2p/Z2，构成一个对称的Z2相电动势系统，该电动势作用在结构对称的笼型绕组上，产生对称的Z2相电流，相邻两个导条之间电流相位差也是，因此笼型转子的相数等于导条数，

Z2=m2，每相只有一根导条即1/2匝，绕组系数为1。二、极对数：气隙磁场极对数为p,导条中感应电流也是p对，转子磁动势也是p对极。5.8.2笼型转子的参数计算

一、在图5-24中，每根导条的电阻为RB、漏抗为XB，每段端环则为RR、XR，将端环阻抗折算到导条里，有：图5-24笼型转子的参数故转子每相电阻、电抗分别为：因m2=Z2，N2=1/2，kN2=1,折算到定子方的转子电阻、电抗为：一、功率平衡方程式，电机效率1、功率流程图见图5-25，T型等效电路及其所表示的各种功率见图5-26。2、异步电动机从电源获取电功率，即输入功率：

3、输入功率首先经定子绕组产生定子铜耗：

§5.9异步电动机的功率、转矩平衡PempCu1pFe1pCu2padpmecP2图5-25功率流程图

P1图5-26

T型等效电路表示的各种功率4、旋转磁场掠过定转子铁心，产生铁耗：

★定子铁心与旋转磁场相对转速为n1较大，故铁耗主要为定子铁耗：

★转子铁心与旋转磁场相对转速为sn1较小，故转子铁耗可以忽略不计。

5、剩余功率将通过气隙磁场感应到转子绕组，此一功率称为电磁功率：Pem=P1–pcu1–pFe=m1E2′I2′cos2=m1I2′2R2′/s6、电磁功率Pem首先提供转子铜耗：

7、剩余的电磁功率全部转化为机械功率：

Pmec=m1I2′2(1-s)R2′/s8、机械功率一部分克服机械损耗附加损耗，其余功率为输出的机械功率：

P2=Pmec-pmec

-

pad9、异步电动机的功率平衡方程式：

P2=Pmec-pmec-

pad=P1–pcu1–pFe

–pcu2-

pmec-

pad=P1–p10、几个重要的关系：

★

pcu2=sPem

Pem=m1I2′2R2′/spcu2=

m1I2′2R2′

Pmec=m1I2′2(1-s)R2′/s★Pmec=(1-s)Pem

=(1-s)pcu2/s

Pmec

/Pem=1-s=n/n111、效率：=P2/P1*100%二、转矩平衡方程★

Tem=Pmec/=2n/60=2(1-s)n1/60=(1-s)1---机械角速度1---同步角速度T2=P2/空载转矩T0=(pmec+pad)/★转矩平衡方程为：Tem=T2+T0★Tem=Pmec/=Pem/1例P236

例5.4§5.10电磁转矩三种表达式

5.10.1物理表达式电磁转矩T

是三相异步电动机最重要的物理量之一，是异步电动机的驱动转矩，本节专题研究之。一、电磁转矩物理表达式：Tem=Pem/1=1/1*(m1I2′2R2′/s)=1/1*m1E2′I2′cos2=p/w1*m1E2′I2′cos2=p/(2f1)*m1E2′I2′cos2′w1=2f1=2n1p/60=1p

E2′=4.44f1N1mkN1Tem=(pm1N1kN1/2)

mI2′cos2′=CMmI2

cos2CM=pm2N2kN2/2

对已制成电机CM为常数。5.10.2参数表达式参数表达式描述电磁转矩与参数的关系.一、Pem=m1I2′2R2′/s),由图5-27所示的简化等效电路得转子电流I2′为：

故Tem=Pem/1为：

其中：1=2f1/p★U1、

f1为常数时，电机参数不变，则Tem仅与s有关。★转矩与定子的相电压U1的平方成正比。所以，电源电压的变动对转矩的影响很大。图5-27简化等效电路二、Tem=f(s)曲线：（图5-28）在电源电压U1和转子电阻R2一定的情况下，转矩与转差率的关系曲线Tem=f(s)或转速与转矩的关系曲线n=f(Tem)，称为电动机的机械特性曲线。三种运行状态：电动，发电，制动1、s=0,n=n1,e2=i2=0，Tem=02、当s较小时，Tem与s近似成正比；当s很大时，Tem与s成反比(以双曲线为渐近线)，有最大转矩Tmax存在。s=0，Tem，e2,

i2（s较小时，Tem表达式分母中R2′/s

值很大，可忽略，故s，Tem）;S继续，Tem不多；S较大时，s,Tem,(s较大时，分母中R2′/s

值变小，X远大于R，

成为主要部分，故s，Tem不多

;S较大时，Tem

=Temmax后，s,Tem）图5-28异步电机的Tem=f(s)曲线图5-29转子回路串电阻对

Tem=f(s)曲线的影响T2+T0abcn=0n=n1d调速前nn1

nanbncnd调速三、最大转矩，过载能力1、异步电动机的机械特性曲线T-s上有一个最高点，称为最大转矩或临界转矩。最大转矩可以根据高等数学中求极值的方法求得。★令：求得：★最大电磁转矩为：1=2f1/p+号表示电动机状态，-号表示发电机状态★通常R12《（X1+X2′）2*5%，故R12可略去，上两式简化为：2、过载能力kM：最大转矩与额定转矩之比：kM=Tmax

/TN

（一般在1.6--2.2之间，起重，冶金电动机2-3）

sm

=±R2′/(

X1+X2′)Tmax

=±m1pU12/[4f1(

X1+X2′)]3、几个重要结论：

★最大转矩与电网电压的平方成正比；

★最大转矩近似于漏电抗反比

★最大转矩的位置可以由转子电阻的大小来调整；（调节转子电阻时

Tem=f(s)曲线的变化见图5-29）★最大转矩的值与转子电阻值没有关系。四、起动转矩(起动转矩则是起动瞬间电动机的电磁转矩)：1、在Tem表达式中令s=1，得2、如果希望起动转矩等于最大电磁转矩，则令sm=1,可得：

R2′+

Rst串′=X1+X2′3、对绕线式电动机当转子回路串电阻Rst串，且

R2′+

Rst串′=X1+X2′时，起动转矩等于最大电磁转矩。4、几个重要结论：

★异步电动机的起动转矩与电压的平方成正比；

★总漏抗越大，起动转矩越小；

★绕线式异步电动机可在转子回路串适当的电阻以增大起动转矩；★当R2′+

Rst串′=X1+X2′时，起动转矩最大（参考图5-29）5.10.3实用表达式通过铭牌数据求取电动机电磁转矩的方法。一、由sm=R2′/(

X1+X2′)，X1+X2′=R2′/sm代入Tmax

=m1pU12/[4f1(

X1+X2′)]得：Tmax

=m1pU12/（4f1*R2′/sm）二、代入得：Tmax=m1pU12*(R2′/sm

)/[2f1*(R2′/2)2+(R2′/sm)2]三、实用表达式★★例：P240例5.5作业：P2815.355.36§5.11异步电动机的工作特性异步电动机的工作特性是指在额定电压及额定频率下，电动机的主要物理量（转差率或转速n，输出转矩T2,定子电流I1，效率，功率因数cos1等随输出功率P2变化的关系曲线。

一、转差率特性★方法一：空载运行，P2=0，s0,nn1.在[0，sm]区域，T2Tems,P2

T2nsns(1-s),P2,s,n.★s=f(P2)曲线如图5-30。★方法二：随着负载功率的增加，转子电流增大，故转差率随输出功率增大而增大。

图5-30工作特性二、效率特性=f(P2)=P2/P1*100%其中：P2=P1–pcu1–pFe

–pcu2-

pmec-

pad=P1–p★空载运行，P2=0，=0.★不变损耗：从空载到额定负载运行，因基本不变，铁耗基本不变；n基本不变,机械损耗近似不变。

★可变损耗：定转子铜耗随着负载的变化而变化（与负载电流的平方正比）；附加损耗也随负载增加而增加。★P2从0开始增加，总损耗p增加较慢，上升很快，在不变损耗等于可变损耗时，即pFe

+

pmec

=pcu2+pcu1+

pad，达到最大值；P2继续增加，定转子铜耗增加很快，反而下降。=f(P2)曲线如图5-30。★异步电动机额定效率在74-94%之间；最大效率发生在(0.7-1.0)倍额定效率处。三、功率因数特性：cos1=f(P2)1、异步电动机必须从电网吸收滞后的电流来励磁，其功率因数永远小于1。2、空载时，定子电流基本上用来产生主磁通，有功功率很小，功率因数也很低，通常小于0.2。3、随着负载电流增大，输入电流（定子电流）中的有功分量也增大，功率因数

cos1增大。

4、在额定功率附近，功率因数达到最大值。

5、如果负载继续增大，则导致转子漏电抗增大（漏电抗与频率正比），从而引起功率因数下降。cos1=f(P2)曲线如图5-30。

四、转矩特性：T2=f(P2)1、异步电动机的输出转矩：

T2=P2/

2、转速的变换范围很小，从空载到满载，转速略有下降。

3、转矩曲线为一个上翘的曲线。（近似直线）

T2=f(P2)曲线如图5-30。五、电流特性I1=f(P2)1、异步电动机定子电流：2、空载时I2′=0，I1=I0为励磁电流，电流很小，随着负载电流I2′增大，电机的输入电流I1L增大，故I1增大。

I1=f(P2)曲线如图5-30。...§5.12三相异步电动机的起动

一、起动电流Ist1、n=0,s=1,异步电机对电网呈现短路阻抗ZK，流过它的稳态电流称起动电流。2、利用简化等效电路，忽略励磁支路，则起动电流为：一般笼型异步电动机ZKI*=0.14~0.25,在额定电压下直接起动，Ist

*=4~7，即起动电流倍数kI

=Ist

/IN=4~7.3、在刚起动时，由于旋转磁场对静止的转子有着很大的相对转速，磁力线切割转子导体的速度很快，这时转子绕组中感应出的电动势和产生的转子电流都很大。一般中小型电动机的起动电流约为额定值的5-7倍。二、起动转矩：起动转矩倍数kst

=0.9~1.3（2.2）

分析：在刚起动时，虽然转子电流较大，但由于转子的功率因数

cos2是很低的(0.25~0.4)。因此起动转矩Tst

=CMmI2

cos2是不大的，它与额定转矩之比值约为0.9~1.3（2.2）.例、

Ist

*=6，m*=0.5,

cos2=0.3,则Tst*=0.9如果起动转矩过小，就不能在满载下起动，应设法提高。但起动转矩也不能过大，否则，会使传动机构收到冲击而损坏。三、异步电动机起动时特点是起动电流较大，起动转矩较小，为了减小起动电流，适当增大起动转矩，同时缩短起动时间，保证起动设备简单可靠，必须采用适当的起动方法。5.12.1直接起动鼠笼式电动机的起动方法有两种：1.直接起动；2.降压起动一、直接起动1、直接起动就是利用闸刀开关或接触器将电动机定子绕组直接接到额定电压电网上。2、特点：起动设备及操作简单，起动电流较大。3、现代设计的鼠笼式电动机本身都允许直接起动。4、起动电流大将使线路电压下降（经常起动的电机，起动时引起的母线电压降不大于10%；偶尔起动的电机，电压降不大于15%），影响其它负载的正常工作。一般只有功率在二三十千瓦以下的小容量异步电动机才能采用直接起动的方法来起动。而对于功率较大的异步电动机通常都采用降压起动。5.12.2降压起动所谓降压起动就是在电动机起动时，降低其定子绕组上所加的电压。其目的就是要减小起动电流。降压起动通常采用下面的几种方法。一、定子串电抗降压起动1、在定子绕组中串联电抗或电阻都能降低起动电流，但串电阻起动能耗较大，只用于小容量电机中。一般都采用定子绕组串联电抗降压起动。2、定子绕组串联电抗降压起动及全压起动等效电路如右图5-31。图5-313、若串电抗降压及全压起动电机端电压之比为：UX/UN=1/a

则此两种情况下电网提供的线电流之比（相应的电动机相电流之比等于电机端电压之比）Ist/IstN为：

Ist/IstN=

UX/UN=1/a降压起动转矩Tst与全压起动的起动转矩TstN之比Tst/TstN为：

Tst/TstN

=(UX/UN)2=1/a24、在已知a时，可由下述方法求出所串电抗值X。Rk2+(Xk+X)2=a2(Rk2+Xk2)二、用星形—三角形（Y-△）起动器起动1、只有在正常运行时定子绕组接成三角形且其三相绕组首尾六个端子全部引出来的电动机才采用Y-△起动器起动。△运行Y起动K1BXACYZ图5-32Y-△起动接线图AYZXBC.2、Y-△起动接线图起动时，K2投向“起动”位置，然后合上K1，电动机低压起动，转速上升。当转速接近正常运行转速时，将K2投向“运行”位置，电机绕组△接法，在全压下运行。K23、Y、△接时的等效电路：见图5-334、Y--△降压起动与全压起动时起动电流关系：Y接时定子端相电压UX/△直接起动时定子端相电压UN=1/3Y起动时定子相电流Ist/△直接起动时定子相电流Ist=1/3Y起动时电网线电流Ist/△直接起动时电网线电流IstN=1/3图5-335、Y--△降压起动与全压起动时起动转矩关系：Y起动时起动转矩Tst/△直接起动时起动转矩TstN=(UX/UN)2=1/36、Y--△起动器价格便宜，操作简单，是小型异步电动机常用的起动方法。国产Y系列4KW以上电动机定子绕组均采用△接法，以便用Y--△起动方法起动。三、自耦变压器降压起动1、自耦降压起动是利用三相自耦变压器将电动机在起动过程中的端电压降低，其接线如图5-34所示。自耦变压器备有抽头，以便得到不同的电压（例如国产自耦变压器一般有三个抽头，分接电压分别为额定电压的73%、64%、55%），根据对起动转矩的要求而选用。2、自耦降压起动适用于容量较大的或正常运行时联成星形不能采用三角起动器的鼠笼式异步电动机。工作起动图5-34自耦变压器降压起动接线图3、自耦变压器降压起动时的等效电路：见下图5-354、自耦变压器降压起动与全压起动时起动电流关系：自耦变降压起动定子端相电压UX/全压直接起动时定子端相电压UN=1/a自耦变降压起动时相电流IX/全压直接起动相电流IstN=1/a自耦变降压起动电网线电流Ist/全压起动电网线电流IstN=1/a25、自耦变压器降压起动与全压起动时起动转矩关系：自耦变压器降压起动时起动转矩Tst/全压直接起动时起动转矩TstN=(UX/UN)2=1/a2各种降压起动方法比较表例：P249

例5.65.12.3采用高起动转矩异步电动机一、常见：深槽笼型异步电动机、双笼型异步电动机二、原理：电机起动时，由于趋肤效应（集肤效应），流过电流的导条高度和有效截面积减小，使转子电阻自动增大，使起动转矩增大，起动电流减小。正常运行时，转子电阻自动减小至正常值，减小转子铜耗，使电机具有较高的效率。三、深槽笼型异步电动机：槽深与槽宽之比为：10~12起动时由于趋肤效应（集肤效应），导条中电流被挤到了槽口，转子电阻自动增大，转子漏抗减小。使起动转矩增大，起动电流减小。正常运行时，转子电流频率很低，电流分配主要取决于电阻，因各小导条电阻相等，电流均匀分布。此时转子漏抗比普通笼型转子漏抗要大，故其运行时功率因数和最大转矩比普通笼型转子要低。其起动性能的改善是牺牲正常运行时的性能换来的。四、双笼型异步电动机上笼：起动笼，截面积小，用电阻系数较大的黄铜或铝青铜制成，电阻较大。下笼：工作笼，截面积大，用电阻系数较小的紫铜制成，电阻较小。起动时，转子电流频率高，f2=f1，上、下笼电流分配主要取决于漏电抗，电流主要流过上笼，产生较大的起动转矩；工作时，转子电流频率低，上、下笼电流分配主要取决于电阻，电流主要流过电阻小的下笼，产生正常运行时的电磁转矩。5.12.4采用绕线式异步电动机一、特点：普通笼型异步电动机降压起动：起动电流减小，起动转矩减小；绕线式异步电动机转子电路接入大小适当的起动电阻起动：减小起动电流，增大起动转矩。二、具体方法：1、采用逐级切除电阻的方法，以缩短起动时间，加快起动过程。2、采用频敏电阻，f2=sf1增大则R增大（即起动时s=1，R最大，正常运行时R小）。nTem三、多级起动的机械特性：串不同电阻分级起动，工作在(0，sm)区间,当s较小时，有Tem与s近似成正比。Tem=2sTmax/sm可将机械特性简化为一条直线。当电机带恒转矩负载时，Tem恒定，ssR2总，即s与转子回路总电阻成正比。转子回路串电阻二级起动机械特性见图5-36。TZ----负载转矩图5-36二级起动机械特性TZT2R2R2+RQ1R2+RQ2T2---切换转矩，一般为(1.1~1.2)TZ

abcdef例：P254

例5.7作业：P2825.385.39四、计算：R2′/sb

=(R2′+R1′)/sd=(R2′+R2′)/sf§5.13三相异步电动机的制动一、因为电动机的转动部分有惯性，所以把电源切断后，电动机还会继续转动一定时间后停止。为了缩短辅助工时，提高生产机械的生产率，并为了安全起见，往往要求电动机能够迅速停车和反转。这就需要对电动机制动。对电动机制动，也就是要求它的转矩与转子的转动方向相反。这时的转矩称为制动转矩。二、制动常用下列几种方法：反接制动、反向回馈制动、能耗制动三、反接制动1、分：转速反向、两相反接。2、两相反接：为迅速让电动机停转或迅速反转，将定子两相绕组的出线头对调后接到电源，接线图及原理图见右图5-37。M3~图5-37两相反接制动接线图、原理图四、能耗制动将正在运行的电动机定子绕组从电网断开，接到直流电源上。接线图及原理图见右图5-38。Φn0nM3~R+-图5-38能耗