电机拖动5异步电机

第五章 异步电机(二)－三相异步电动机的运行原理及单相异步电动机

三相异步电机的磁场

转子静止时的三相异步电机

转子旋转时的三相异步电机

三相异步电动机的等效电路及向量图

三相异步电动机的功率和转矩

三相异步电动机工作特性

三相异步电动机参数的测定

三相异步电动机的转矩与转差率之关系

单相异步电动机§1

三相异步电机的磁场一、主磁通主磁通：由基波旋转磁势产生的通过气隙，并与定、转子同时交链的基波磁通，用符号Φm表示。主磁通的磁路：气隙、定子齿、定子轭、转子齿、转子轭五部分。二、漏磁通⒈定子槽漏磁通⒉定子端部漏磁通⒊定子谐波漏磁通（气隙总磁通—基波磁通）Φ1σ虽然定子谐波漏磁通与转子绕组交链，但不产生有用的转矩。

谐波漏磁通是由定子磁势中的高次谐波产生，其极对数为vp，转速为n1/v，在定子绕组中感应电势频率仍为f1。

实际运行时，主磁通由定子磁势和转子磁势的基波合成，转子也有漏磁通（Φ2σ）存在。转子漏磁通同样分为槽漏磁通、端部漏磁通、谐波漏磁通三类。主磁通Φm是旋转磁通，其磁密波Bm沿气隙圆周按正弦规律分布，以同步转速n1旋转，在数值上Φm等于磁密每半波（每极）的磁通。

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。从电磁感应定律公式来看，异步电机的工作原理与变压器并无本质的区别，也称异步电机为旋转的变压器。三、漏抗的概念漏磁通Φ1σ、Φ2σ分别在定转子绕组中感应漏磁电势E1σ、E2σ。

漏磁通与产生它们的漏电流之间的关系基本是线性的。§3转子旋转时的三相异步电机

先分析转子转动时对转子各物理量的影响，然后写出转动时的基本方程组，进而导出等效电路。一、转子转动时对各物理量的影响

转子转动时，转子绕组的电势和电流的频率与转子的转速有关，取决于气隙旋转磁场与转子的相对速度。

根据旋转磁场的理论，旋转磁势的转速与频率成正比。转子电流产生的转子基波旋转磁势相对于转子的转速为：

因转子自身以转速n旋转，故转子基波旋转磁势相对于定子的转速为：结论：不论转子自身的转速如何，由转子电流产生的转子基波旋转磁势和定子电流产生的定子基波旋转磁势没有相对运动（即静止）。二、转子转动时的基本方程式

转子转动时，从电路角度看，最主要的不同点在于转子频率随转子的转速变化，它影响到转子电势和漏抗之变化，以下标“2s”表示转子转动时的相关物理量。转子转动时的回路电压平衡方程式为：不论转子的实际转速如何，磁势平衡式仍然成立。

因定子绕组接至电源，不论转子旋转与否，定子频率取决于电源频率，外施电压与定子电势和定子阻抗压降所平衡。三、频率折算

转子转动时，定、转子有关物理量的频率不同，从电路角度看，不同频率物理量的表达式是不能联立求解的。

频率折算的目的在于寻找一个等效的转子电路来替代实际转动的转子电路，使其相关的物理量的频率与定子的相同。

转子不动时，定转子电路具有相同的频率。故等效的转子电路应是静止不动的。进行频率折算的最主要目的是计算电路的需要，不应影响定子各物理量的大小和相位。

只要保持频率折算后的转子电流的大小和相位不变，即可保持磁势平衡不变，从而保持定子的电流的大小和相位不变，也保持了损耗和功率不变。E2s=sE2f2=sf1转轴输出机械功率E2f1转轴不输出机械功率频率归算后的等效电路E2s=sE2f2=sf1转轴输出机械功率E2f1转轴不输出机械功率转动时的等效电路在实际转动的电机中，在转子回路中无电阻，但有机械功率输出。在频率折算后的转子电路中，因已等效成不转的转子，故没有机械功率输出，但却串入附加电阻，其功率等于轴上的机械功率。这个电阻实际上是模拟了轴上的输出机械功率，因此电阻又称为模拟电阻。四、等效电路频率折算后转子电势、电流和阻抗还应按各自的变比进行绕组折算。折算后的定子电压平衡方程式、转子电压平衡方程式、磁势平衡方程式、励磁方程式汇总如下：转子旋转时的方程式转子转动时，异步电机的等效电路当n=0时，s=1,，机械功率为0，堵转或静止。当n=n1时，s=0,，机械功率为

，理想空载。.五、相量图

异步电动机的相量图与接有纯电阻负载时的变压器的相量图相似，异步电机的模拟电阻压降相当于变压器的副边电压，其余部分的画法与变压器相量图没有什么区别。

利用等效电路和相量图分析电机特性是一切交流电机所采用的普遍方法。通过等效电路能计算出电机的电流、功率、功率因数、转矩和效率。但等效电路往往掩盖了各个物理量的实质，掌握物理概念和工程运算，两者不可偏废。异步电动机相量图§4三相异步电机等效电路及其简化.T形等效电路变形T形等效电路.教材143页例5-1

在讨论变压器等效电路简化问题时，是把励磁支路直接移至端点而得到近似等效电路。由于变压器的励磁电流较小，不致引起太大的误差。而异步电机的励磁电流较大，在把T形等效电路简化成近似等效电路时，需作必要修正。令

根据T形等效电路，可得到两个回路电压方程：式中：r1<<x1,rm<<

xm修正系数根据T形等效电路：求定子电流较准确的近似等效电路求转子电流实用等效电路异步电机简化等效电路容量>40kw时，c1≈1§3异步电机的功率和转矩平衡关系一、功率平衡方程式①输入功率相电压相电流②定子损耗④转子损耗③电磁功率⑤机械功率⑦输出功率⑧功率平衡方程式⑥机械损耗和附加损耗⑨电磁功率、机械功率和转子铜耗之间的关系二、转矩平衡方程式异步电机以转速n稳定运行时，作用在转子上的转矩有3个：①Tem；②T0；③T2，其平衡式为：式中：§4三相异步电动机的工作特性一、转差率特性二、转矩特性三、定子电流特性四、功率因数特性五、效率特性00.20.40.60.81.01.20.20.40.60.81.01.2§5三相异步电机的参数测定

和变压器等效电路的参数测定方法类似，异步电机等效电路的参数可通过空载试验和短路试验测出。测定励磁阻抗rm、xm、铁耗pFe及机械损耗pmec。一、空载试验⒈试验目的⒉试验接线图VVVWWAAA调压源定子绕组

测量仪表的接法（尽量减小测量误差）：电压表应接在变压器侧，电流表应接在电机侧，功率表应接在中间。⒊试验方法将定子端电压调至额定电压的1.1~1.3倍，而后逐步降压，直到空载电流I0上升为止。⒋参数的计算方法

用另一台辅助电机将异步电机拖至同步转速n1，转子电流I2=0，pFe和pad均为0，定子电流为纯励磁电流Im。空载时，I2≈0，从等效电路看：短路试验取得二、短路试验（堵转试验）⒈试验目的求取短路阻抗参数

2.试验方法先将转子堵住，再将定子端电压调至额定电压的

0.9~1.1倍，而后逐步降压至0.25倍为止。受设备条件限制时，短路电流可从3倍的额定电流起，至1倍额定电流止。试验时，动作要快，连续通电时间要短，防绕组过热。3.参数的计算方法大、中型异步电机：由于，可认为励磁之路开路，即输入功率全部消耗在定、转子铜耗上。

§6电磁转矩与转差率的关系一、电磁转矩的物理表达式式中：异步电机常数二、电磁转矩的参数表达式求转子电流实用等效电路修正系数当电网电压和频率为常数时，电动机的电阻和电抗不会改变，则电磁转矩仅与转差率有关。即绘成曲线如下：这就是电磁转矩的参数表达式。电动机状态电磁制动状态发电机状态电磁转矩与转差率之间的关系曲线三、最大电磁转矩结论：⒈当电源的频率和电机的参数不变时，Tmax∝U12。⒉当电源的电压和频率一定时，Tmax近似与定、转子漏抗成反比。⒊Tmax∝1/f1。⒋最大转矩与转子电阻无关，但sm与转子的电阻值成正比，此时Tmax不变。

5.过载能力四、起动转矩若在起动时，得到最大起动转矩，则：起动转矩倍数结论：⒈当电源的频率和电机的参数不变时，Tst∝U12。⒉当电源的电压和频率一定时，Tmax近似与定、转子漏抗成反比。⒊Tst随电源频率的提高而减小。⒋对于绕线型异步电机，在转子回路串入适当附加电阻Rst，可提高起动转矩。当回路的总漏抗和总电阻的折算值相等时，Tst=Tmax。六、电磁转矩的实用表达式一般异步电动机：则：电磁转矩的实用表达式为根据产品目录给出的额定功率、额定转速和过载能力，就可使用实用表达式计算。例题一台绕线式三相四极异步电动机，已知额定功率额定电压，额定频率，额定转速，过载倍数。求电