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第四章异步电机原理本讲稿第一页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础2/67第一节第一节 三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理如图所示，如在某种因素的如图所示，如在某种因素的作用下，使磁极以作用下，使磁极以n n1 1的速度的速度逆时针方向旋转，形成一逆时针方向旋转，形成一个旋转磁场，转子导体就个旋转磁场，转子导体就会切割磁力线而感应电动会切割磁力线而感应电动势势e e。感应电动机的旋转磁感应电动机的旋转磁场是由装在定子铁心上的三场是由装在定子铁心上的三相绕组，通入对称的三相电相绕组，通入对称的三相电流而产生的。流而产生的。一、三相异步电动机的基本工作原理一、三相异步电动机的基本工作原理本讲稿第二页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础3/67 用右手定则可以判定，在转子上半部分的导体中，用右手定则可以判定，在转子上半部分的导体中，感应电动势的方向为感应电动势的方向为 ，下半部分导体的感应电动势的，下半部分导体的感应电动势的方向为方向为 ，在感应电动势的作用下，导体中就有电流，在感应电动势的作用下，导体中就有电流i i，若不计电动势与电流的相位差，则电流，若不计电动势与电流的相位差，则电流i i与电动势与电动势e e同同方向。载流导体在磁声中将受到一电磁力的作用，由左方向。载流导体在磁声中将受到一电磁力的作用，由左手定则可以判定电磁力手定则可以判定电磁力F F的方向。由电磁力的方向。由电磁力F F所形成的电所形成的电磁转矩磁转矩T T使转子以使转子以n n的速度旋转，旋转方向与磁场的旋转的速度旋转，旋转方向与磁场的旋转方向相同。即方向相同。即异步电动机的基本工作原理异步电动机的基本工作原理本讲稿第三页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础4/67 异步电动机的转子速度不可能等于磁场旋转的速异步电动机的转子速度不可能等于磁场旋转的速度，这种电动机一般也称之为异步电动机。度，这种电动机一般也称之为异步电动机。旋转磁场旋转磁场的旋转速度的旋转速度n1称为同步转速。由于转子转动的方向与磁称为同步转速。由于转子转动的方向与磁场的旋转方向是一致的，所以如果场的旋转方向是一致的，所以如果n=n1，则磁场与转子，则磁场与转子之间就没有相对运动，它们之间就不存在电磁感应关系，之间就没有相对运动，它们之间就不存在电磁感应关系，也就不能在转子导体中感应电动势、产生电流，也就不也就不能在转子导体中感应电动势、产生电流，也就不能产生电磁转矩。能产生电磁转矩。本讲稿第四页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础5/67转子转速转子转速n n与旋转磁场转速与旋转磁场转速 n n1 1 之差称为转差之差称为转差n,n,转差与磁转差与磁场转速场转速n n1 1之比之比,称为转差率称为转差率s s。式中式中：n n1 1：旋转磁场同步转速；：旋转磁场同步转速；n n ：转子转速。：转子转速。一般一般n n略小于略小于n n1 1。当当n=nn=nN N时，时，s s为额定转差率，为额定转差率，s sN N一般为一般为2%-6%2%-6%。本讲稿第五页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础6/67二、二、三相异步电机的结构三相异步电机的结构绕线转子异绕线转子异电机剖面图电机剖面图1 1转子绕组转子绕组 2 2段盖段盖3 3轴承轴承 4 4定子绕组定子绕组 5 5转子转子 6 6定子定子 7 7集电环集电环8 8出线盒出线盒本讲稿第六页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础7/671结构：1)定子：定子铁芯，定子绕组，机座定子：定子铁芯，定子绕组，机座2)2)转子：转子铁芯，转子绕组（笼型绕组、转子：转子铁芯，转子绕组（笼型绕组、绕线型绕组）。绕线型绕组）。3)3)气隙：中小型气隙大小可达气隙：中小型气隙大小可达0.21.5mm0.21.5mm；大型气隙可达大型气隙可达12mm.12mm.本讲稿第七页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础8/672 2、转子、转子异步动机的转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成。异步动机的转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成。1 1）笼型绕组）笼型绕组铜条笼铜条笼型转子型转子铸铝笼铸铝笼型转子型转子本讲稿第八页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础9/67本讲稿第九页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础10672)绕线转子照片本讲稿第十页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础11673 3）绕线型绕组接线示意图）绕线型绕组接线示意图3 3、气隙、气隙气隙大：产生同样大小气隙大：产生同样大小磁通所需的励磁电流就磁通所需的励磁电流就答，从而电机的功率因数小；答，从而电机的功率因数小；气隙小：制造困难或运气隙小：制造困难或运行时定转子间易发生摩擦。行时定转子间易发生摩擦。本讲稿第十一页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础1267三、三、三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机的铭牌数据额定功率额定功率 电动机在额定运行时输出的电动机在额定运行时输出的机械功率机械功率,单位单位 kW额定电压额定电压 在额定运行状态下，电网加在定子绕组的线电压，在额定运行状态下，电网加在定子绕组的线电压，单位单位 V额定电流额定电流 电动机在额定电压下使用，输出额定功率时，电动机在额定电压下使用，输出额定功率时，定子绕组中的线电流，单位定子绕组中的线电流，单位 A额定频率额定频率 我国的电网标准频率为我国的电网标准频率为 50Hz额定转速额定转速 电动机在额定电压、额定频率及额定功率下的电动机在额定电压、额定频率及额定功率下的 转速，单位转速，单位 r/min本讲稿第十二页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础1367第二节第二节 三相异步电动机的定子磁场和感应电动势三相异步电动机的定子磁场和感应电动势一、交流绕组的一些基本知识和基本量一、交流绕组的一些基本知识和基本量交流绕组产生的磁场既是时间的函数，又是空间的函数交流绕组产生的磁场既是时间的函数，又是空间的函数 异步电动机从定子绕组上输入电功率后，产生旋转磁场，异步电动机从定子绕组上输入电功率后，产生旋转磁场，它切割定子绕组，在定子绕组中产生感应电动势，旋转磁它切割定子绕组，在定子绕组中产生感应电动势，旋转磁场切割转子绕组，在转子绕组中产生相应的感应电动势，场切割转子绕组，在转子绕组中产生相应的感应电动势，通过电磁感应使转子绕组中产生电磁转矩，将能量传递给通过电磁感应使转子绕组中产生电磁转矩，将能量传递给转子，使转子输出机械能，实现能量转换。转子，使转子输出机械能，实现能量转换。本讲稿第十三页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础14672、线圈、线圈组成交流绕组的单元是线圈。线圈是由一匝或多匝串联而成，组成交流绕组的单元是线圈。线圈是由一匝或多匝串联而成，它有两个引出线，一个称为首端，另一个称为末端。它有两个引出线，一个称为首端，另一个称为末端。1 1、电角度与机械角度、电角度与机械角度 电机圆周在几何上分成电机圆周在几何上分成360，这个角度称为机械角度。，这个角度称为机械角度。若磁场在空间按正弦波分布，则经过若磁场在空间按正弦波分布，则经过N、S 一对磁极恰好相当于一对磁极恰好相当于正弦曲线的一个周期。因此，一对磁极所占有的空间是正弦曲线的一个周期。因此，一对磁极所占有的空间是360电角度。电角度。可见，一个具有可见，一个具有 p 对磁极电机，电机圆周按电角度计算就为对磁极电机，电机圆周按电角度计算就为 p360，而机械角度总是而机械角度总是360。电角度电角度=p机械角度机械角度本讲稿第十四页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础15674、槽距角、槽距角 相邻槽之间的电角度称为槽距角相邻槽之间的电角度称为槽距角若若Q1为定子槽数，为定子槽数，p为极对数，则槽距角为极对数，则槽距角5、每极每相槽数、每极每相槽数q 每一极每相绕组所占槽数，用符号每一极每相绕组所占槽数，用符号q表示表示 （m相数）相数）3、节距、节距 一个线圈的两个边所跨定子圆周上的距离称为节距，一个线圈的两个边所跨定子圆周上的距离称为节距，用用y1表示，一般用槽数计算。节距应该接近极距表示，一般用槽数计算。节距应该接近极距。整距绕组整距绕组，短距绕组短距绕组，长距绕组长距绕组本讲稿第十五页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础1667二、单相绕组的磁动势二、单相绕组的磁动势 脉振磁动势脉振磁动势（一）整距线圈的磁动势（一）整距线圈的磁动势整距线圈磁动整距线圈磁动势分布曲线势分布曲线整距线圈所建整距线圈所建立的磁场分布立的磁场分布1 1、单个线圈的磁动势、单个线圈的磁动势本讲稿第十六页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础1767t=0,i=Imt=90,i=0t=180,i=-Im 整距线圈所形成的磁动整距线圈所形成的磁动势在任何瞬时，空间的分布势在任何瞬时，空间的分布总是一个矩形波。总是一个矩形波。这种从空间上看位置这种从空间上看位置固定，从时间上看大小固定，从时间上看大小在正负最大值之间变化在正负最大值之间变化的磁动势，称为脉振磁的磁动势，称为脉振磁动势。脉振的频率就是动势。脉振的频率就是交流电流的频率。交流电流的频率。本讲稿第十七页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础1867四极整距线圈的磁动势四极整距线圈的磁动势磁场分布磁场分布磁动势分布磁动势分布把以把以2 2 为周期的为周期的矩形矩形磁动势波用磁动势波用傅氏级数分解傅氏级数分解 应用傅氏级数对矩形波进行应用傅氏级数对矩形波进行分解。矩形波中含有分解。矩形波中含有1，3，5，奇次谐波，又对称于纵轴。奇次谐波，又对称于纵轴。本讲稿第十八页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础1967各线圈磁各线圈磁动势波动势波合成磁动合成磁动势的基波势的基波基波磁动势基波磁动势矢量相加矢量相加 线圈组的合成线圈组的合成基波磁动势为基波磁动势为为基波磁动势为基波磁动势的分布系数的分布系数1、整距线圈的、整距线圈的 线圈组磁动势线圈组磁动势（二）线圈组的磁动势（二）线圈组的磁动势本讲稿第十九页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础20672、短距线圈的线圈组磁动势、短距线圈的线圈组磁动势q=2,=6,y1=5的的双层短距叠绕组双层短距叠绕组本讲稿第二十页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础2167短距线圈节距缩短的（电）角度短距线圈节距缩短的（电）角度称为基波磁动势的短距系数称为基波磁动势的短距系数式中式中短距线圈组的磁动势短距线圈组的磁动势同理，对于同理，对于v 次谐波次谐波式中式中称为谐波磁动势的短距系数称为谐波磁动势的短距系数本讲稿第二十一页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础2267（三）相绕组的磁动势（三）相绕组的磁动势 绕组由集中的改为分布的，基波合成磁动势幅值应该打一个折扣绕组由集中的改为分布的，基波合成磁动势幅值应该打一个折扣kq1；线圈由整距改为短距的线圈由整距改为短距的基波合成磁动势幅值应该打一个折扣基波合成磁动势幅值应该打一个折扣ky1；因此，由；因此，由短距线圈组成的分布绕组的基波合成磁动势幅值等于具有相同匝数的整短距线圈组成的分布绕组的基波合成磁动势幅值等于具有相同匝数的整距集中绕组的基波合成磁动势幅值乘以系数距集中绕组的基波合成磁动势幅值乘以系数kw1=kq1ky1，称为基波绕组称为基波绕组系数系数。对于对于v 次谐波次谐波 kwv=kqvkyv对于单相绕组磁动势性质：对于单相绕组磁动势性质：1 1）单相绕组的磁动势是一种空间位置上固定、幅值）单相绕组的磁动势是一种空间位置上固定、幅值随时间变化的随时间变化的脉振磁动势脉振磁动势。2 2）单相绕组的基波磁动势幅值的位置与绕组的轴线相重合。）单相绕组的基波磁动势幅值的位置与绕组的轴线相重合。本讲稿第二十二页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础23673）单相绕组脉振磁动势中的基波磁动势幅值为）单相绕组脉振磁动势中的基波磁动势幅值为 而而v 次谐波磁动势幅值为：次谐波磁动势幅值为：谐波次数越高，幅值越小。谐波次数越高，幅值越小。本讲稿第二十三页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础2467三、三相绕组的磁动势三、三相绕组的磁动势 旋转磁动势旋转磁动势 取取A相绕组的轴线处作为空间坐标的原点，并且以正相序方向作为相绕组的轴线处作为空间坐标的原点，并且以正相序方向作为x的正方向，同时选择的正方向，同时选择A相电流达到最大值的瞬间为时间的起始点，则三相电流达到最大值的瞬间为时间的起始点，则三相的基波磁动势为：相的基波磁动势为：本讲稿第二十四页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础2567利用三角公式利用三角公式本讲稿第二十五页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础2667将三相基波磁势相加，得出三相绕组的基波合将三相基波磁势相加，得出三相绕组的基波合成磁动势成磁动势式中式中（m1为相数）为相数）本讲稿第二十六页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础2767三相绕组合成磁动势是一个大小不变、旋转的行波三相绕组合成磁动势是一个大小不变、旋转的行波旋转磁场的转速旋转磁场的转速 可以得出结论，当某相电流达到最大值，旋转磁动势的幅值就将转到该可以得出结论，当某相电流达到最大值，旋转磁动势的幅值就将转到该相绕组的轴线处。相绕组的轴线处。本讲稿第二十七页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础2867 如果电流是正序的，则磁动势波旋转方向是从如果电流是正序的，则磁动势波旋转方向是从A相转向相转向B相，再转向相，再转向C相相。如果电流是负序的，则磁动势波旋转方向。如果电流是负序的，则磁动势波旋转方向是从是从A相转向相转向C相，再转向相，再转向B相。相。因此，如果因此，如果要要改变改变三相异步电动机磁场的三相异步电动机磁场的旋转方向，旋转方向，只要改只要改变定子电流的相序，把定子绕组变定子电流的相序，把定子绕组三个出线端的任意两个（例如三个出线端的任意两个（例如B端和端和C端）对调即可。端）对调即可。本讲稿第二十八页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础2967从而可得出从而可得出结论：一个正弦分布的幅值为结论：一个正弦分布的幅值为F1,的的脉振磁势波脉振磁势波可以分解为两可以分解为两个幅值相等、转速相同、转向相反的个幅值相等、转速相同、转向相反的旋转磁动势波旋转磁动势波，其幅值均，其幅值均为为F1/2，转速均为同步转速。转速均为同步转速。本讲稿第二十九页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础3067三相基波合成磁动势（三相基波合成磁动势（旋转磁动势旋转磁动势）特性：）特性：1）是一个旋转磁动势，转速均为同步转速）是一个旋转磁动势，转速均为同步转速 ，旋转方向决定于电流的相序。，旋转方向决定于电流的相序。2）幅值）幅值F1不变，为各相脉振磁动势幅值的不变，为各相脉振磁动势幅值的1.5倍，旋转幅值轨迹是一个圆。倍，旋转幅值轨迹是一个圆。3）三相电流中任意一相电流瞬时值达到最大值时，三相基波合成磁动势）三相电流中任意一相电流瞬时值达到最大值时，三相基波合成磁动势的幅值，恰好在这一组绕组的轴线上。的幅值，恰好在这一组绕组的轴线上。4）推论推论：m相对称绕组中通以相对称绕组中通以m相对称电流时，所形成的相对称电流时，所形成的m相合成相合成磁动势也是圆形旋转磁动势，其幅值为各相脉振磁动势幅值的磁动势也是圆形旋转磁动势，其幅值为各相脉振磁动势幅值的m/2，其转速仍为同步转速。其转速仍为同步转速。本讲稿第三十页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础3167三次谐波表达式为：三次谐波表达式为：结论：交流电机的磁场中不含三及三的倍数次谐波结论：交流电机的磁场中不含三及三的倍数次谐波本讲稿第三十一页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础3267AXCZBYo旋转磁场的产生本讲稿第三十二页，共七十四页o规定规定 i:“+”首端流入，尾端流首端流入，尾端流出。出。i:“”尾端流入，首端流尾端流入，首端流出。出。AYCBZX()电流出电流出()电流入电流入本讲稿第三十三页，共七十四页 tAXYCBZAXYCBZAXYCBZ 三相电流合成磁三相电流合成磁三相电流合成磁三相电流合成磁场场场场 的分布情况的分布情况的分布情况的分布情况合成磁场方向向下合成磁场方向向下合成磁场方向向下合成磁场方向向下合成磁场旋转合成磁场旋转合成磁场旋转合成磁场旋转6060合成磁场旋转合成磁场旋转90600o本讲稿第三十四页，共七十四页AAXZBCYAAXZBCY取决于三相电流的相序取决于三相电流的相序取决于三相电流的相序取决于三相电流的相序旋转磁场的旋转方向旋转磁场的旋转方向旋转磁场的旋转方向旋转磁场的旋转方向结论：结论：结论：结论：任意调换两根任意调换两根任意调换两根任意调换两根电源进线，则旋转电源进线，则旋转电源进线，则旋转电源进线，则旋转磁场反转。磁场反转。磁场反转。磁场反转。任意调换两根电源进线任意调换两根电源进线AXBYCZ本讲稿第三十五页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础3667四、三相异步电动机的定子磁场四、三相异步电动机的定子磁场 当对称三相绕组接通对称三相电源后，在气隙内建立一种以同当对称三相绕组接通对称三相电源后，在气隙内建立一种以同步转速旋转的磁场。它是异步电动机的步转速旋转的磁场。它是异步电动机的主磁场主磁场。异步电动机中的谐。异步电动机中的谐波磁场作为波磁场作为漏磁场漏磁场来处理。来处理。五、三相异步电动机定子绕组的电动势五、三相异步电动机定子绕组的电动势本讲稿第三十六页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础37671、绕组的感应电动势、绕组的感应电动势气隙磁密分布气隙磁密分布 定子绕组内切割气隙磁场，在定子绕组中所感应产生的电动势。定子绕组内切割气隙磁场，在定子绕组中所感应产生的电动势。1）整距线圈的电动势）整距线圈的电动势瞬时值的表达式瞬时值的表达式有效值的表达式有效值的表达式本讲稿第三十七页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础3867有效值的表达式有效值的表达式2）短距线圈的电动势）短距线圈的电动势瞬时值的表达式瞬时值的表达式本讲稿第三十八页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础39672、线圈组的感应电动势、线圈组的感应电动势一个线圈组电动势的有效值为一个线圈组电动势的有效值为本讲稿第三十九页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础4067本讲稿第四十页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础41673、相绕组的感应电动势、相绕组的感应电动势相电势相电势对对单层绕组单层绕组而言，每个相绕组有而言，每个相绕组有p个线圈组，并联支路数为个线圈组，并联支路数为a，每个，每个线圈的匝数为线圈的匝数为Ny，则每个相绕组串联匝数为，则每个相绕组串联匝数为对对双层绕组双层绕组而言，每个相绕组有而言，每个相绕组有2p个线圈组，每个相绕组串联匝数个线圈组，每个相绕组串联匝数为为本讲稿第四十一页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础4267例例一台四极三相异步电动机，定子槽数为一台四极三相异步电动机，定子槽数为3636，计算其基波和，计算其基波和5 5次、次、7 7次次谐波磁动势的分布系数。谐波磁动势的分布系数。解解 计算每相每极槽数计算每相每极槽数q和和值值基波分布系数基波分布系数本讲稿第四十二页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础4367五次谐波分布系数五次谐波分布系数七次谐波分系系数七次谐波分系系数本讲稿第四十三页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础4467第三节第三节 三相异步电动机运行原理三相异步电动机运行原理一、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（一）空载运行的空载电流和磁动势（一）空载运行的空载电流和磁动势1.空载电流:电动机空载，定子三相绕组接到对称的三相电源时，在定子绕组中流过的电流。输出功率为0即负载转矩为0。此时的电流用于产生空载磁场。2.空载电流：3.空载磁势：本讲稿第四十四页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础4567主磁通主磁通0 0：作用：传递能量的媒介作用；作用：传递能量的媒介作用；路径：定子路径：定子气隙气隙转子转子气隙气隙定子。定子。漏磁通漏磁通1 1 ：不起传递能量的媒介作用，只起电抗压降作用；不起传递能量的媒介作用，只起电抗压降作用；包括：槽部漏磁通、端部漏磁通和高次谐波。包括：槽部漏磁通、端部漏磁通和高次谐波。空载磁通：空载磁通：（二）空载时电压平衡方程式及等效电路二）空载时电压平衡方程式及等效电路本讲稿第四十五页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础4667二、二、异步电动机负载运行异步电动机负载运行（一）负载时气隙磁动势（一）负载时气隙磁动势1.1.当三相异步电动机的定子绕组接到对称三相当三相异步电动机的定子绕组接到对称三相电源时，定子绕组中就通过三相交流电流。电源时，定子绕组中就通过三相交流电流。若不计谐波和齿槽影响，这个对称三相交流若不计谐波和齿槽影响，这个对称三相交流电流将在气隙内形成按正弦规律分布、并且电流将在气隙内形成按正弦规律分布、并且以同步转速以同步转速n1旋转的旋转磁动势旋转的旋转磁动势 ，由旋转，由旋转磁动势磁动势 建立旋转的气隙主磁场建立旋转的气隙主磁场Bm。本讲稿第四十六页，共七十四页 2.转子磁动势转子磁动势 这个旋转磁场切割定子、转子绕组，分别在定子、转子绕组内感这个旋转磁场切割定子、转子绕组，分别在定子、转子绕组内感应出定子电动势和转子电动势。在转子电动势作用下转子回路中有应出定子电动势和转子电动势。在转子电动势作用下转子回路中有对称三相电流流过。于是，在气隙磁场和转子电流的相互作用下，对称三相电流流过。于是，在气隙磁场和转子电流的相互作用下，产生了电磁转矩，转子就顺着旋转磁场的方向转动。同时由于转子产生了电磁转矩，转子就顺着旋转磁场的方向转动。同时由于转子回路中有三相电流流过，因此回路中有三相电流流过，因此转子绕组中也产生磁动势转子绕组中也产生磁动势3、转子磁动势、转子磁动势 的旋转方向的旋转方向 如果相序为如果相序为A-B-C的异步电动机定子电流所产生的旋转磁的异步电动机定子电流所产生的旋转磁场按逆时针方向旋转，因为场按逆时针方向旋转，因为nn0，则转子电流相序为，则转子电流相序为a-b-c。则转子磁动势。则转子磁动势F2的旋转方向也按照相序的旋转方向也按照相序a-b-c，即：按逆，即：按逆时针方向。即时针方向。即与定子磁场的转向相同。与定子磁场的转向相同。本讲稿第四十七页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础48674、转速的大小转速的大小 转子绕组内感应电动势和电流的频转子绕组内感应电动势和电流的频率为率为f2为称为为称为转差频率转差频率，转子电流形成的，转子电流形成的转子磁动势转子磁动势F2的旋转方向与的旋转方向与F1的旋转方的旋转方向相同，它相对于转子的转速为向相同，它相对于转子的转速为n，而相对于，而相对于定子的转速为定子的转速为n+n=n1。即即 和和 相对静止相对静止本讲稿第四十八页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础4967（二）（二）磁动势平衡磁动势平衡转子磁动势转子磁动势F2与定子磁动势与定子磁动势F1相对静止，得到合成磁动势相对静止，得到合成磁动势F1+F2负载时负载时空载时空载时电动机从空载到负载，定子绕组的感应电动势的变化很小，差不电动机从空载到负载，定子绕组的感应电动势的变化很小，差不多和电源电压相平衡。所以，可以近似认为多和电源电压相平衡。所以，可以近似认为于是于是本讲稿第四十九页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础5067两极异步电动机的定两极异步电动机的定子、转子绕组示意图子、转子绕组示意图负载时定子、转子磁负载时定子、转子磁动势和电流的相矢图动势和电流的相矢图本讲稿第五十页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础5167（三）基本电磁关系（三）基本电磁关系有效值有效值异步电动机的负载运异步电动机的负载运行时的电磁关系行时的电磁关系相量表达式相量表达式定、转子的漏磁通在各自绕组中感应产生漏电动势定、转子的漏磁通在各自绕组中感应产生漏电动势本讲稿第五十一页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础5267（四）基本方程式（四）基本方程式1.磁动势平衡方程式磁动势平衡方程式式中：式中：m1、m2为定子、转子的相数；为定子、转子的相数；Im为对应于励磁磁动势的励磁电流。为对应于励磁磁动势的励磁电流。励磁电流励磁电流负载电流负载电流令令则则异步电动机异步电动机的电流比的电流比本讲稿第五十二页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础53672.电动势平衡方程式电动势平衡方程式 Zm为表征铁心磁化特性和铁耗的一个综合参数，称为励磁阻抗；为表征铁心磁化特性和铁耗的一个综合参数，称为励磁阻抗；Xm称为励磁电抗；称为励磁电抗；Rm为反映铁耗的励磁电阻。为反映铁耗的励磁电阻。定子漏电抗定子漏电抗转子漏电抗转子漏电抗因此因此本讲稿第五十三页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础5467异步电动机负载时的基本方程式列出如下异步电动机负载时的基本方程式列出如下旋转时异步电旋转时异步电动机的电路动机的电路本讲稿第五十四页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础5567（五）（五）三相异步电动机的等效电路三相异步电动机的等效电路为为电（动）势变比电（动）势变比1.频率折算频率折算频率折算频率折算 保持整个电磁系统的电磁性能不变，把一种频率的保持整个电磁系统的电磁性能不变，把一种频率的参数和物理量换算成另一种频率的参数和物理量。在这里，就是参数和物理量换算成另一种频率的参数和物理量。在这里，就是用一个具有定子频率而等效于转子的电路去代换实际转子电路。用一个具有定子频率而等效于转子的电路去代换实际转子电路。折算条件折算条件：1）进行折算后，转子电路对定子电路的电磁效应不变。）进行折算后，转子电路对定子电路的电磁效应不变。2）等效的转子电路的电磁性能（有功功率、无功功率、铜耗等）必须）等效的转子电路的电磁性能（有功功率、无功功率、铜耗等）必须和实际转子电路一样。和实际转子电路一样。本讲稿第五十五页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础5667频率归算后的频率归算后的定、转子电路定、转子电路频率归算前的频率归算前的定、转子电路定、转子电路本讲稿第五十六页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础5767转子不转时转子电路中电流转子不转时转子电路中电流转子旋转时转子电路中的电流转子旋转时转子电路中的电流 在附加电阻在附加电阻 上产生的功耗，实质上表征了异步电上产生的功耗，实质上表征了异步电动机的机械功率动机的机械功率 满足折算条件，实现了频率折算，将旋转的转子用静止的转子代替。满足折算条件，实现了频率折算，将旋转的转子用静止的转子代替。本讲稿第五十七页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础58672.绕组归算绕组归算绕组归算后的绕组归算后的定、转子电路定、转子电路由转子磁动势不变由转子磁动势不变式中式中：称为称为电流变比电流变比本讲稿第五十八页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础5967由转子总的视在功率不变由转子总的视在功率不变式中式中由转子铜耗和漏磁通储能不变由转子铜耗和漏磁通储能不变称为电势变比称为电势变比本讲稿第五十九页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础60673.等效电路等效电路经过折算后，定子、转子的电动势方程式经过折算后，定子、转子的电动势方程式磁动势方程式磁动势方程式励磁支路的电动势方程式励磁支路的电动势方程式本讲稿第六十页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础6167（六）几种异步电动机的典型运行情况（六）几种异步电动机的典型运行情况1、空载运行、空载运行2、额度负载下运行、额度负载下运行转子电路基本上是电阻性的，功率因数较高。转子电路基本上是电阻性的，功率因数较高。3、起动时的情况、起动时的情况附加电阻为零，起动电流很大，功率因数较低。附加电阻为零，起动电流很大，功率因数较低。4、异步发电运行、异步发电运行转差率为负，附加电阻也为负值。表示从转子轴上输入（而不是输出）机械转差率为负，附加电阻也为负值。表示从转子轴上输入（而不是输出）机械功率。功率。本讲稿第六十一页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础62675、电磁制动状态运行、电磁制动状态运行 ，附加电阻为负值，附加电阻为负值，表示从转子轴上输入（而表示从转子轴上输入（而不是输出）机械功率。不是输出）机械功率。异步电机近似异步电机近似等效电路等效电路本讲稿第六十二页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础6367例例一台一台2对极的三相异步电动机，有关数据如下：对极的三相异步电动机，有关数据如下：定子绕组为三角形接法，试求额定负载时的定子电流、转子电定子绕组为三角形接法，试求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。流、励磁电流、功率因数、输入功率和效率。解解本讲稿第六十三页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础6467（1）用）用T形等效电路计算形等效电路计算设设 ，定子电流，定子电流定子线电流有效值定子线电流有效值本讲稿第六十四页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础6567定子功率因数定子功率因数定子输入功率定子输入功率转子电流转子电流 和励磁电流和励磁电流效率效率本讲稿第六十五页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础6667（2）用近似等效电路计算）用近似等效电路计算负载支路阻抗负载支路阻抗励磁支路阻抗励磁支路阻抗转子电流（即负载电流）转子电流（即负载电流）励磁电流励磁电流本讲稿第六十六页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础6767定子电流定子电流定子线电流有效值定子线电流有效值定子功率因数定子功率因数定子输入功率定子输入功率效率效率本讲稿第六十七页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础6867第四节第四节 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一、功率流程图一、功率流程图本讲稿第六十八页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础6967二、功率平衡方程式二、功率平衡方程式：转子功率因数角：转子功率因数角输入功率输入功率 定子铜损耗定子铜损耗：铁耗：铁耗：转子铜损耗转子铜损耗：电磁功率：电磁功率：本讲稿第六十九页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础7067总机械功率总机械功率三、转矩方程式三、转矩方程式式中：式中：T2输出转矩输出转矩;TO空载转矩空载转矩 四、电磁转矩公式四、电磁转矩公式注意：注意：本讲稿第七十页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础7167转矩常数转矩常数中的数据，还知道电动机的机械损耗中的数据，还知道电动机的机械损耗 为为100w ，额定负载时的附加损耗为，额定负载时的附加损耗为50w ，试计算各种功率和转矩。，试计算各种功率和转矩。例例一台一台2对极的三相异步电动机，有关数据如下：对极的三相异步电动机，有关数据如下：本讲稿第七十一页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础7267解解定子和转子的铜耗、及定子铁耗定子和转子的铜耗、及定子铁耗转子机械角速度转子机械角速度总机械功率总机械功率本讲稿第七十二页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础7367电磁功率电磁功率负载转矩负载转矩空载转矩空载转矩电磁转矩电磁转矩本讲稿第七十三页，共七十四页*电机及拖动基础电机及拖动基础7467第五节第五节 三相异步电动机的工作特性三相异步电动机的工作特性一、转速特性一、转速特性二、定子电流特性二、定子电流特性三、功率因数特性三、功率因数特性四、电磁转矩特性四、电磁转矩特性五、效率特性五、效率特性本讲稿第七十四页，共七十四页