[工学]第五章-异步电机二课件.ppt

1、电电机机学学及及拖拖动动基基础础1重庆大学自动化学院重庆大学自动化学院电电机机学学及及拖拖动动基基础础2第五章第五章 异步电机（二）异步电机（二）三相异步电动机的运行原理三相异步电动机的运行原理电电机机学学及及拖拖动动基基础础3 主要内容主要内容第一节第一节 三相异步电动机运三相异步电动机运行时的电磁过程行时的电磁过程第二节第二节 三相异步电动机的等三相异步电动机的等效电路及相量图效电路及相量图第三节第三节 三相异步电动机的功三相异步电动机的功率和转矩率和转矩第四节第四节 三相异步电动机的工三相异步电动机的工作特性及其测取方法作特性及其测取方法第五节第五节 三相异步电动机参三相异步电动机参数的

2、测定数的测定第六节第六节 三相异步电动机三相异步电动机的转矩与转差率的关系的转矩与转差率的关系第七节第七节 单相异步电动机单相异步电动机电电机机学学及及拖拖动动基基础础4第一节第一节 三相异步电动机运行时的三相异步电动机运行时的电磁过程电磁过程 定子绕组接到对称三相电源定子绕组接到对称三相电源U1，产生对称三相电流产生对称三相电流I1；形成按正弦分布、以转速形成按正弦分布、以转速ns旋转的定子合成磁动势旋转的定子合成磁动势F1；建立旋转的气隙主磁场建立旋转的气隙主磁场Bm；气隙旋转磁场切割定、转子绕组，产生对称三相感应电动气隙旋转磁场切割定、转子绕组，产生对称三相感应电动势势E1、E2s；转子

3、回路中通过对称三相电流转子回路中通过对称三相电流I2；在气隙磁场和转子电流相互作用下，产生电磁转矩，转子在气隙磁场和转子电流相互作用下，产生电磁转矩，转子随着旋转磁场方向转动。随着旋转磁场方向转动。一一 异步电动机负载时的物理情况异步电动机负载时的物理情况电电机机学学及及拖拖动动基基础础5 空载运行时：空载运行时：nns，n0，E2s0，I20建立建立Bm的励磁磁动势的励磁磁动势Fm0就是定子绕组产生就是定子绕组产生的三相基波合成磁动势的三相基波合成磁动势F10，即，即Fm0=F10异步电动机空载运行时的电磁关系异步电动机空载运行时的电磁关系 负载运行时：负载运行时：nns，n增大，增大，E2

4、s增大，增大，I2增大增大转子电流转子电流I2也将形成转子磁动势也将形成转子磁动势F2 F2的性质？与的性质？与F1的关系？对气隙主磁场的影响？的关系？对气隙主磁场的影响？电电机机学学及及拖拖动动基基础础6 绕线型：绕线型：转子绕组为转子绕组为对称三相绕对称三相绕组组，转子电流是，转子电流是对称三相电流对称三相电流，形成的磁动势无疑是形成的磁动势无疑是旋转旋转的。的。鼠笼型：鼠笼型：导条形成一种导条形成一种对称的多对称的多相绕组相绕组（一般每对极下的导条数（一般每对极下的导条数就是相数），转子感应电势为对就是相数），转子感应电势为对称多相电动势，转子电流为称多相电动势，转子电流为对称对称多相电

5、流多相电流，形成的合成磁动势？，形成的合成磁动势？用用矩形磁动势波叠加法矩形磁动势波叠加法分析，分析，也是也是旋转旋转的。的。（一）转子磁动势的分析（一）转子磁动势的分析 转子磁动势是一种旋转磁动转子磁动势是一种旋转磁动势，且近似按正弦规律分布势，且近似按正弦规律分布笼型转子的磁动势笼型转子的磁动势电电机机学学及及拖拖动动基基础础71、F2的旋转方向的旋转方向 若定子电流相序若定子电流相序A-B-C，产生逆，产生逆时针方向的旋转磁场时针方向的旋转磁场 由于由于nns，因此旋转磁场在转，因此旋转磁场在转子中感应电动势相序为子中感应电动势相序为a-b-c，则转子电流相序也为则转子电流相序也为a-b

6、-c 由转子电流形成的旋转磁动势由转子电流形成的旋转磁动势F2的方向也是按的方向也是按a-b-c的相序的相序转子绕组的相序转子绕组的相序 转子磁动势转子磁动势F2与定子磁动势与定子磁动势F1的旋转方向相同。的旋转方向相同。电电机机学学及及拖拖动动基基础础82、F2的转速大小的转速大小 旋转磁场以旋转磁场以n=ns-n的相的相对转速切割转子绕组对转速切割转子绕组 转子绕组中感应的多相电转子绕组中感应的多相电动势和电流的频率为：动势和电流的频率为：转子磁动势转子磁动势F2相对于转子相对于转子本身的转速为：本身的转速为：转子磁动势转子磁动势F2相对于静止相对于静止的定子的转速为：的定子的转速为：转子

7、磁动势转子磁动势F2与定子磁动势与定子磁动势F1的转速是相同的，的转速是相同的，均为均为ns即，即，F2与与F1在空间上保持相对静止。在空间上保持相对静止。21()6060ssssp nnpn nnfsfn216060ssffnsn snnpp snnn 电电机机学学及及拖拖动动基基础础9 F2与与F1相对静止，因此气隙内产生的旋转磁场是相对静止，因此气隙内产生的旋转磁场是定、转子的定、转子的合成磁动势建立的：合成磁动势建立的：F1+F2负载时负载时空载时空载时 由变压器知识，一次绕组感应电势与电源电压只由变压器知识，一次绕组感应电势与电源电压只差一个漏阻抗压降。而异步电机正常运行时电源差一个

8、漏阻抗压降。而异步电机正常运行时电源电压为电压为U1N，故可认为，故可认为电动机从空载到负载的过程电动机从空载到负载的过程中，定子绕组内的感应电势中，定子绕组内的感应电势E1近似不变近似不变，由此可，由此可认为：认为：（二）磁动势平衡（二）磁动势平衡12mmmFFFB10000mmmFFB0mm电电机机学学及及拖拖动动基基础础10 于是，于是，磁动势平衡关系磁动势平衡关系：或者：或者：表明：表明：负载时异步电动机的定子磁动势负载时异步电动机的定子磁动势F1包含两包含两个分量，一个是产生气隙内主磁通的励磁磁动势个分量，一个是产生气隙内主磁通的励磁磁动势Fm，另一个是抵消转子磁动势作用的（，另一个

9、是抵消转子磁动势作用的（-F2）120mmmFFFF 12()mFFF 异步电动机负载运行时磁动势的平衡关系异步电动机负载运行时磁动势的平衡关系电电机机学学及及拖拖动动基基础础11 磁动势和电流的关系磁动势和电流的关系相矢图（时空矢量图）相矢图（时空矢量图）旋转磁动势及磁场可用一种以同步角速度旋转磁动势及磁场可用一种以同步角速度s旋转的旋转的矢量矢量表表示；示；对应的电流可用数值上等于同步角速度对应的电流可用数值上等于同步角速度s的角速度的角速度旋转旋转的的相量相量表示；表示；由于由于旋转磁动势与对应电流有一定的时空关系旋转磁动势与对应电流有一定的时空关系 当某相电流达到最大值时，旋转磁动势幅

10、值正好当某相电流达到最大值时，旋转磁动势幅值正好位于该相绕组的轴线上位于该相绕组的轴线上 如果把时间参考轴放在如果把时间参考轴放在A相绕组的轴线上，则相绕组的轴线上，则F与与I1A始终始终是重合的是重合的 因此可将矢量和相量混合在一起，用因此可将矢量和相量混合在一起，用相矢图相矢图分析分析 F2与与F1的相互关系？它们与对应电流的关系？的相互关系？它们与对应电流的关系？电电机机学学及及拖拖动动基基础础12负载时定子、转子磁动势和电流的相矢图：负载时定子、转子磁动势和电流的相矢图：考察考察Bm位于位于A相轴线的瞬间相轴线的瞬间 Bm的空间位移与的空间位移与m的时间位移一致的时间位移一致 由于磁滞

11、和涡流损耗的存在，由于磁滞和涡流损耗的存在，Bm滞后滞后Fm一个铁耗角一个铁耗角Fe 根据电磁感应定律，感应电动势滞后于绕组磁链根据电磁感应定律，感应电动势滞后于绕组磁链90o电角度电角度 F2在空间上滞后于在空间上滞后于Bm的电角度为的电角度为 在相矢图中，磁动势矢量的方向与对应电流相量方向一致在相矢图中，磁动势矢量的方向与对应电流相量方向一致 Fm与与-F2相加，得到相加，得到F1290电电机机学学及及拖拖动动基基础础13 励磁磁动势励磁磁动势Fm建立气隙内主磁场建立气隙内主磁场Bm，其主磁通为，其主磁通为 主磁通主磁通 分别在定、转子绕组中，感应出对称的分别在定、转子绕组中，感应出对称的

12、定定子电动势子电动势 和和转子电动势转子电动势 ：有效值有效值分别为：分别为：相位相位上均滞后上均滞后 90o电角度电角度 与与 的的相量表达式相量表达式分别为：分别为：（三）电磁关系（三）电磁关系mm1E2sEm1E2sE111122224.444.44wmswmEf N kEf N k111122221224.444.444.44wmswmwmEjf N kEjf N kjf N ks 电电机机学学及及拖拖动动基基础础14 此外，定、转子电流产生的漏磁通在各自绕组内感应出此外，定、转子电流产生的漏磁通在各自绕组内感应出漏漏电动势电动势 和和 ：另外，定、转子绕组中还有因电阻存在而产生的另外

13、，定、转子绕组中还有因电阻存在而产生的电压降电压降 和和 。1E2 sE111112222212224.444.444.44wswswsEjf N kEjf N kjf N ks 11I R22I R异步电动机负载运行时的电磁关系异步电动机负载运行时的电磁关系电电机机学学及及拖拖动动基基础础15二二 基本方程式基本方程式 由磁动势与相电流的关系：由磁动势与相电流的关系：（一）磁动势平衡方程式（一）磁动势平衡方程式1212()mmFFFFFF 11111111222220.920.920.92wwmmwN kmFIpN kmFIpN kmFIpm1定子绕组的相数定子绕组的相数m2转子绕组的相数转

14、子绕组的相数Im对应于励磁磁动对应于励磁磁动势的励磁电流势的励磁电流电电机机学学及及拖拖动动基基础础16 在时空矢量图中，在时空矢量图中，磁动势矢量的方向磁动势矢量的方向与与电流相量方向电流相量方向一一致，磁动势平衡方程式也可以写成：致，磁动势平衡方程式也可以写成：211111112220.920.90.922wwmwN kN kN kmmIIpmIpp令令 ，并使：，并使：221IkIi111111111120.0.90.92229wwmwN kN kN kmmIIppmIp则：则：111222wiwm N kkm N kk ki i异步电动机的电流比异步电动机的电流比变换的前提变换的前提变

15、换前后转子磁动势保持不变变换前后转子磁动势保持不变，即：，即：2211212220.90.922wwN kN kmmFIIpp电电机机学学及及拖拖动动基基础础17 负载时异步电动机的定子电流可以看成由两部分负载时异步电动机的定子电流可以看成由两部分组成：一部分为组成：一部分为励磁电流分量励磁电流分量，其作用是产生气，其作用是产生气隙主磁通；另一部分为隙主磁通；另一部分为负载电流分量负载电流分量，其作用是，其作用是抵消转子电流所产生的磁效应。抵消转子电流所产生的磁效应。从而将磁动势的矢量关系从而将磁动势的矢量关系变换变换为对应电流的相量为对应电流的相量关系，得到关系，得到用电流相量表达的磁动势平

16、衡方程式用电流相量表达的磁动势平衡方程式：1212mmIIIIII 电电机机学学及及拖拖动动基基础础18 由由负载运行时的电磁关系负载运行时的电磁关系，可列出异步电动机定、，可列出异步电动机定、转子绕组的电动势平衡方程式：转子绕组的电动势平衡方程式：（二）电动势平衡方程式（二）电动势平衡方程式111112222()()()()ssUEEI REEIRR R转子绕组的外加电阻转子绕组的外加电阻对于笼型转子，则对于笼型转子，则R=0电电机机学学及及拖拖动动基基础础191(jX)mmmmmEI ZIR Z Zm m表征铁心磁化特性和铁耗的一个综合参数，称为励磁阻抗表征铁心磁化特性和铁耗的一个综合参数

17、，称为励磁阻抗X Xm m反映气隙主磁通的励磁电抗反映气隙主磁通的励磁电抗R Rm m反映铁耗的励磁电阻反映铁耗的励磁电阻111jEI X 222jssEI X X X1 1表征定子绕组漏磁通磁路特性的一个参数，称为定子漏电抗表征定子绕组漏磁通磁路特性的一个参数，称为定子漏电抗X X2s2s表征转子绕组漏磁通磁路特性的一个参数，称为转子漏电抗表征转子绕组漏磁通磁路特性的一个参数，称为转子漏电抗 和变压器一样，把感应电势和变压器一样，把感应电势 和漏电动势和漏电动势 、作为电压降来处理，即：作为电压降来处理，即：1E1E2 sE电电机机学学及及拖拖动动基基础础20 转子漏电势的有效值转子漏电势的

18、有效值为：为：2222212224.444.44swswsEf N kf N ks转子不动时转子不动时，n=0、s=1，这时，这时f2=f1，用，用E2表示转表示转子不动时转子漏电势的有效值：子不动时转子漏电势的有效值：转子转动时转子转动时，转子漏电势有效值：，转子漏电势有效值：212224.44wEf N k22sEE s22sXX s 转子绕组漏电抗转子绕组漏电抗也有这种关系：也有这种关系：同理，同理，转子电动势的有效值转子电动势的有效值：222212224.444.44swmwmEf N ksf N kE s 电电机机学学及及拖拖动动基基础础21 定、转子绕组的电动势平衡方程式可改写成：

19、定、转子绕组的电动势平衡方程式可改写成：111111222222()sUEI RjI XEE sIRRjI X s 如外加电阻如外加电阻R=0，旋转时异步电动机的电路为：旋转时异步电动机的电路为：注意：注意：定、转子绕组的定、转子绕组的相数相数、有效匝数有效匝数、电动势和电流的电动势和电流的频率频率均不相同均不相同定、转子电路还定、转子电路还不能连接不能连接起来。起来。电电机机学学及及拖拖动动基基础础22异步电动机负载时的基本方程式：异步电动机负载时的基本方程式：111111111UEI RjI XEI Z 222222()sEE sIRRjI X s1(X)mmmmmEIRjI Z miII

20、kI2112222112122111111114.444.44wwwwwmwmeEjf N kjf N kN kN kN kN kkEE 其中，其中，k ke e电动势比电动势比111222wewN kEkN kE电电机机学学及及拖拖动动基基础础23第二节第二节 三相异步电动机的等效电路三相异步电动机的等效电路及相量图及相量图 直接求解直接求解5个基本方程式，不仅个基本方程式，不仅计算十分复杂计算十分复杂，而，而且由于转子电路的频率且由于转子电路的频率f2与定子电路的频率与定子电路的频率f1不同，不同，直接联立求解这些频率不同的电路相量方程式是直接联立求解这些频率不同的电路相量方程式是没有物理

21、意义没有物理意义的。的。因此，需要将耦合电路中的一个电路归算到因此，需要将耦合电路中的一个电路归算到另一个电路，导出所谓等效电路的方法。另一个电路，导出所谓等效电路的方法。电电机机学学及及拖拖动动基基础础24一一 异步电动机的等效电路异步电动机的等效电路 在不改变在不改变定子绕组中的物理量定子绕组中的物理量（定子电动势、电（定子电动势、电流及功率因数等）和流及功率因数等）和异步电动机的电磁性能异步电动机的电磁性能的的前前提提下，将转子绕组进行下，将转子绕组进行“归算归算”，然后，然后将归算后将归算后的转子绕组与定子绕组直接联系起来的转子绕组与定子绕组直接联系起来，即可得到，即可得到异步电动机的

22、等效电路异步电动机的等效电路：1 1）频率归算）频率归算和变压器不同；和变压器不同；2 2）绕组归算）绕组归算和变压器一样。和变压器一样。电电机机学学及及拖拖动动基基础础25 所谓所谓“频率归算频率归算”保持整个电磁系统的电磁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。一种频率的参数和物理量。在异步电动机中，就在异步电动机中，就是用一个具有定子频率而等效于转子的电路去代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换实际转子电路。所谓所谓“等效等效”是指是指1）等效后转子电路对定子电路的电磁效应不变

23、）等效后转子电路对定子电路的电磁效应不变，即即保持保持F2不变（同转速、幅值、空间位移角）不变（同转速、幅值、空间位移角）；2）等效后转子电路的电磁性能）等效后转子电路的电磁性能（有功功率、无功（有功功率、无功功率、铜耗等）功率、铜耗等）必须和实际转子电路一样必须和实际转子电路一样。（一）频率归算（一）频率归算电电机机学学及及拖拖动动基基础础26 由由f2=sf1，得出当，得出当s=1时，时，f2=f1，这一关系说明：，这一关系说明：转子频率和定子频率相等时，转子是静止的。转子频率和定子频率相等时，转子是静止的。因此，因此，转子频率的归算，需用一个静止的转转子频率的归算，需用一个静止的转子电路

24、去代替实际转动的转子电路子电路去代替实际转动的转子电路。能否等效？能否等效？从转子磁动势的转速看，从转子磁动势的转速看，频率为频率为f2的实际转子电的实际转子电流产生的转子磁动势的绝对转速是同步转速，频流产生的转子磁动势的绝对转速是同步转速，频率为率为f1的静止转子电流产生的转子磁动势的绝对的静止转子电流产生的转子磁动势的绝对转速仍然是同步转速转速仍然是同步转速 从转子磁动势的幅值与空间位移角看，从转子磁动势的幅值与空间位移角看，转子电流转子电流的相量不变，则的相量不变，则F2矢量的大小和空间位移角矢量的大小和空间位移角不变不变电电机机学学及及拖拖动动基基础础27可以看出，除改变与频率有关的参

25、数和电动可以看出，除改变与频率有关的参数和电动势以外，势以外，用用R2/s去代替去代替R2，即可保持，即可保持 、F2不变。不变。若若R=0，则：，则：2222XE sIRjs2222/jXEIRs 静止转子电路中的电流：静止转子电路中的电流：有效值和相位角：有效值和相位角：222222222222(/)()EE sIIRsXRX s 222222arctanarctan/XX sRsR 2I电电机机学学及及拖拖动动基基础础28 从功率看，从功率看，作电动机运行时，作电动机运行时，0s1，转子电阻由，转子电阻由R2变变为为R2/s，相当于转子电路中串入一个附加电阻：，相当于转子电路中串入一个附

26、加电阻：静止转子电路中在附加电阻上产生的这部分虚拟的功耗，静止转子电路中在附加电阻上产生的这部分虚拟的功耗，实质上表征了异步电动机的机械功率。实质上表征了异步电动机的机械功率。因此，用静止的转因此，用静止的转子去代替实际转子，在功率和损耗方面也是等效的。子去代替实际转子，在功率和损耗方面也是等效的。2221RsRRss 频率归算频率归算相当于转子电路中串加一个附加电相当于转子电路中串加一个附加电阻阻(1-s)R2/s，把实际转子等效为一个静止转子。，把实际转子等效为一个静止转子。电电机机学学及及拖拖动动基基础础29 频率归算后，定、转子电路的电动势还不相等，频率归算后，定、转子电路的电动势还不

27、相等，即：即：定、转子电路定、转子电路仍不能连接仍不能连接起来。起来。和变压器绕组归算一样，异步电动机的绕组归算：和变压器绕组归算一样，异步电动机的绕组归算：就是人为地用一个相数、每相串联匝数以及绕组就是人为地用一个相数、每相串联匝数以及绕组因数和定子绕组一样的绕组，去代替相数为因数和定子绕组一样的绕组，去代替相数为m2、每相串联匝数为每相串联匝数为N2以及绕组因数为以及绕组因数为kw2并经过频率并经过频率归算后的转子绕组。归算后的转子绕组。归算原则：归算原则：归算前后，转子对定子的电磁效应不归算前后，转子对定子的电磁效应不变，即变，即转子磁动势、转子总的视在功率、转子铜转子磁动势、转子总的视

28、在功率、转子铜耗以及转子漏磁场储能耗以及转子漏磁场储能均保持不变。均保持不变。（二）绕组归算（二）绕组归算12EE电电机机学学及及拖拖动动基基础础30 电流归算原则电流归算原则转子磁动势不变转子磁动势不变归算后的转子电流有效值为：归算后的转子电流有效值为：112212220.90.922wwN kN kmmIIpp 2222221111wwim N kIIIm N kk ki电流比电流比 电动势归算原则电动势归算原则转子总的视在功率不变转子总的视在功率不变222221IEmIEm1122222wewN kEEk EN k 22111eeeEk EkEEk ke电势比电势比电电机机学学及及拖拖动

29、动基基础础31 阻抗归算阻抗归算由转子铜耗和漏磁场储能不变由转子铜耗和漏磁场储能不变221 22222m I Rm I R 1111122222222wweiwwN km N kRRk k RN km N k 1111122222222wweiwwN km N kLLk k LN km N k 221 222221122m I Lm I L 22eiXk k X 频率和绕组归算后的异步定、转子电路图：频率和绕组归算后的异步定、转子电路图：电电机机学学及及拖拖动动基基础础32异步电动机归算后的基本方程式：异步电动机归算后的基本方程式：11111111()UEI RjXEI Z 222222222

30、211()ssEI RIRjXI RI Zss 12EE12mIII1mmEI Z 归算后的定、转子电动势方程式：归算后的定、转子电动势方程式：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：电电机机学学及及拖拖动动基基础础33 由归算后的基本方程式，可导出：由归算后的基本方程式，可导出：221112211mmsZZRsUIZsZZRs 相应的电路相应的电路异步电动机的异步电动机的T T形等效电路形等效电路R R1 1、X X1 1：定子绕组的电阻和漏电抗：定子绕组的电阻和漏电抗R R2 2、X X2 2：归算后转子绕组的电阻和漏电：归算后转子绕组的电阻和漏电抗抗R

31、 Rm m：与定子铁心损耗对应的励磁电阻：与定子铁心损耗对应的励磁电阻X Xm m：与主磁通对应的铁心磁路励磁电抗：与主磁通对应的铁心磁路励磁电抗（三）异步电动机的等效电路（三）异步电动机的等效电路等效电路以电路形式综合了异步电机的电磁过程，因此它等效电路以电路形式综合了异步电机的电磁过程，因此它必然反映异步电机的各种运行情况。必然反映异步电机的各种运行情况。电电机机学学及及拖拖动动基基础础34几种异步电机的典型运行情况几种异步电机的典型运行情况1、空载运行：、空载运行：nns，s0，转子相当于开路，定子中的电流转子相当于开路，定子中的电流 滞后于外加电滞后于外加电压压 接近接近90o电角度，

32、功率因数是滞后的，且很低电角度，功率因数是滞后的，且很低21sRs mI1U2、额定负载运行：、额定负载运行：sN5%归算后的转子电路基本上是电阻性的，功率因数归算后的转子电路基本上是电阻性的，功率因数较高；定子电流中负载分量起主要作用，定子功较高；定子电流中负载分量起主要作用，定子功率因数能达到率因数能达到0.80.85；定子漏阻抗压降影响不；定子漏阻抗压降影响不大，大，和相应的主磁通只比空载时略小。和相应的主磁通只比空载时略小。1E电电机机学学及及拖拖动动基基础础35 3、起动时的情况：、起动时的情况：转子堵转时，转子堵转时，n=0，s=1，相当于电路短路状态，所以起动电流（即堵转电相当于

33、电路短路状态，所以起动电流（即堵转电流）很大，功率因数也较低。流）很大，功率因数也较低。210sRs 4、异步发电机运行：、异步发电机运行：nsn，-s1s1，产生的机械功率也为负值，表示从转子轴上输入产生的机械功率也为负值，表示从转子轴上输入机械功率。这时由定子传到转子的电磁功率以及机械功率。这时由定子传到转子的电磁功率以及轴上吸收的机械功率，都供给了转子的铜耗。轴上吸收的机械功率，都供给了转子的铜耗。222110ssIRs（四）等效电路的简化（四）等效电路的简化因为励磁电流占总负载电流因为励磁电流占总负载电流的比例并不很小，故励磁支的比例并不很小，故励磁支路只能前移，不能略去路只能前移，不

34、能略去异步电动机的近似等效电路异步电动机的近似等效电路电电机机学学及及拖拖动动基基础础37二二 异步电动机的相量图异步电动机的相量图异步电动机异步电动机T T形等效电路的相量图形等效电路的相量图 为参考相量为参考相量 和和 均滞后于均滞后于 9090o o电角度电角度 则超前于则超前于 一个一个FeFe电角度电角度 由由 和和 决定决定 由由 和和 相加得出相加得出 由由 和和 得到得到m1E2EmmIm2I2E22/RsjX1ImI2I1U1E111()I RjX电电机机学学及及拖拖动动基基础础38注意一点：注意一点：定子电流永远滞后于电源定子电流永远滞后于电源电压，即异步电动机的功电压，即

35、异步电动机的功率因数始终是滞后的。率因数始终是滞后的。异步电动机近似等效电路的相量图异步电动机近似等效电路的相量图电电机机学学及及拖拖动动基基础础39 例例5-1 5-1 一台一台2p=42p=4的三相异步电动机，数据如下：的三相异步电动机，数据如下：kW10NPV380NUmin/r1452Nn11.33/R 相12.43/X 相21.12/R 相24.4/X 相7/mR 相90/mX相定子绕组为三角形联结，试求额定负载时的定子电流、转定子绕组为三角形联结，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。子电流、励磁电流、功率因数、输入功率和效率。解解N1500 14

36、521500ssnnsn21.12350.032NRs电电机机学学及及拖拖动动基基础础40（1 1）用）用T T形等效电路计算：形等效电路计算：22jX(35j4.4)35.4 7.15 RsjX(7j90)90.4 85.54 mmmZR2222(/jX)35.4 7.1590.4 85.54(27.6j13.89)(/jX)35.4 7.1590.4 85.54mmRsZRsZ22122(/jX)33.23 29.43(/jX)mmRsZZRsZ、设设 ，定子电流为：，定子电流为：V03801U1122122380 0A11.4229.43 A(/jX)33.23 29.43(/jX)mm

37、UIRsZZRsZ定子线电流有效值为：定子线电流有效值为：A8.19A42.113电电机机学学及及拖拖动动基基础础41、定子功率因数：定子功率因数：)(87.043.29coscos1滞后、定子输入功率：定子输入功率：W11326W87.042.113803cos31111IUP212290.411.42A9.97A(/)103.5mmZIIRsjXZ、转子电流转子电流 和励磁电流和励磁电流 ：2ImI22122/35.411.42A3.91A(/)103.5mmRsjXIIRsjXZ、效率：效率：%26.88%100113301000012PP电电机机学学及及拖拖动动基基础础42（2 2）用

38、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：122/jX(1.33j2.4335.1j4.4)(36.43j6.83)37.1 10.6 ZRs励磁支路阻抗：励磁支路阻抗：jX(7j90)90.4 85.54 mmmZR、转子电流（即负载电流）：转子电流（即负载电流）：12122380 0A10.2410.6 A/jX37.1 10.6UIZRs、励磁电流：励磁电流：A54.852.4A54.854.9003801mmZUI电电机机学学及及拖拖动动基基础础43、定子电流：定子电流：A1.2945.12A)065.6 j396.10(21 IIIm定子线电流有效值：定子线电流

39、有效值：A6.21A45.123、定子功率因数：定子功率因数：)(874.01.29coscos1滞后、定子输入功率：定子输入功率：W12405W874.045.123803cos31111IUP、效率：效率：%6.80%100124001000012PP两种方法比较：两种方法比较：用近似等效电路算出的定、转子电流将比用用近似等效电路算出的定、转子电流将比用T T形等效电路算出的稍大，且电动机功率越小相对偏差越大形等效电路算出的稍大，且电动机功率越小相对偏差越大电电机机学学及及拖拖动动基基础础44第三节第三节 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 直流电动机：直流电动机：磁场由

40、定、转子绕组双边的电流共同激励；磁场由定、转子绕组双边的电流共同激励；气隙磁场随着负载变化，产生电枢反应。气隙磁场随着负载变化，产生电枢反应。异步电动机：异步电动机：磁场仅由定子绕组一边的电流来建立；磁场仅由定子绕组一边的电流来建立；气隙磁场基本上与负载大小无关，无电枢反应。气隙磁场基本上与负载大小无关，无电枢反应。异步电动机的机电能量转换过程和直流电动机相异步电动机的机电能量转换过程和直流电动机相似：似：输入电功率输入电功率电磁感应电磁感应输出机械功率输出机械功率 机电能量转换的关键在于：机电能量转换的关键在于：作为耦合介质的磁场作为耦合介质的磁场对电气系统和机械系统的作用和反作用。对电气系

41、统和机械系统的作用和反作用。电电机机学学及及拖拖动动基基础础45一一 功率转换过程功率转换过程 功率转换过程：功率转换过程：输入输入从定子绕组输入电功率从定子绕组输入电功率P1定子定子定子铜耗定子铜耗pCu1+定子铁耗定子铁耗pFe+电磁功率电磁功率Pe转子转子转子铜耗转子铜耗pCu2+转子铁耗转子铁耗pFe+总机械功率总机械功率Pmech输出输出总机械功率总机械功率Pmech-机械损耗机械损耗pmech-附加损耗附加损耗p =净机械功率净机械功率P2 通常，通常，转差率很小转差率很小，转子铁心中磁通变化频率很低，转子铁心中磁通变化频率很低，转子转子铁耗可忽略不计铁耗可忽略不计 如果如果转差率

42、较大转差率较大，则，则f2较大，就较大，就应该考虑转子铁耗应该考虑转子铁耗电电机机学学及及拖拖动动基基础础46异步电动机的能量转换关系异步电动机的能量转换关系直流电动机的功率图直流电动机的功率图pCuapmech异步电动机的功率图异步电动机的功率图hpmechpmech电电机机学学及及拖拖动动基基础础47二二 功率方程式功率方程式1122()CuFeeeCumechmechmechPppPPpPPppPU1定子相电压定子相电压I1 定子相电流定子相电流 定子功率因数角定子功率因数角 转子功率因数角转子功率因数角sPe转差功率转差功率12转速转速n越低，转差越低，转差率率s越大，即转差越大，即转

43、差功率越大，则转功率越大，则转子铜耗就越大子铜耗就越大式中，式中，111 11cosPmU I211 11Cupm I R21Femmpm I R2212221 2coseRPm E Im Is 221 22Cuepm I RsP22221 21 22(1)mecheCueRPPpm Im I Rs Ps电电机机学学及及拖拖动动基基础础48三三 转矩方程式转矩方程式 由机械功率方程式：由机械功率方程式：除以转子的机械角速度除以转子的机械角速度，得到，得到稳态转矩方程式稳态转矩方程式：电动机稳态运行时的转矩平衡规律电动机稳态运行时的转矩平衡规律电磁转矩与总的机电磁转矩与总的机械转矩相平衡。械转矩

44、相平衡。2()mechmechPPpp20eTTTTe电磁转矩电磁转矩T2输出机械转矩，或负载制动转矩输出机械转矩，或负载制动转矩T0空载转矩，空载转矩，0mechppT 电磁转矩电磁转矩Te既可用转子的总机械功率除以转子机械角速度既可用转子的总机械功率除以转子机械角速度来计算，也可用电磁功率除以同步角速度来计算：来计算，也可用电磁功率除以同步角速度来计算：(1)mecheeessnPs PPPnmecheesPPT电电机机学学及及拖拖动动基基础础49四四 电磁转矩公式电磁转矩公式22e22e1 21 21222011cos2ssPRRppTm Im Im E Issf 代入归算过的转子电动势

45、，代入归算过的转子电动势，21112wmEf N k 得到得到异步电动机的电磁转矩公式异步电动机的电磁转矩公式：式中，式中，111e22122coscos2wmTmpm N kTICI 111T12wpm N kC转矩常数转矩常数可见，异步电动机的电磁转矩可见，异步电动机的电磁转矩T Te e的大小：与的大小：与每极磁通每极磁通m m、归算后转子电流的有功分量归算后转子电流的有功分量 成正比。成正比。22cosI电电机机学学及及拖拖动动基基础础50第四节第四节 三相异步电动机的三相异步电动机的工作特性及其测取方法工作特性及其测取方法异步电动机的工作特性异步电动机的工作特性U1=U1N、f=fN

46、时，时，n=f(P2)、I1=f(P2)、=f(P2)、Te=f(P2)、=f(P2)。1cos直流电动机工的作特性直流电动机工的作特性U=UN，R=0、If=IfN时，时，n=f(P2)、Te=f(P2)、=f(P2)或或 n=f(Ia)、Te=f(Ia)、=f(Ia)。电电机机学学及及拖拖动动基基础础51一、工作特性的分析一、工作特性的分析1 1、转速特性、转速特性)(2Pfn 2Cu2222e22221cossssnnPm I RnsnnPm E I Cu2ePsPu空载时：空载时：P20 I2 0 s 0 nns u负载增加时：负载增加时：P2nE2sI2Tes对异步电动机：对异步电动

47、机：额定负载时转差率为额定负载时转差率为1.5%5%，n=(1-sN)ns=(0.9850.95)ns电电机机学学及及拖拖动动基基础础522 2、定子电流特性、定子电流特性)(21PfI 12()mIII 电流平衡方程式电流平衡方程式u空载时：空载时：P20 I2 0 I1Im u负载增加时：负载增加时：P2nE2sI2F1I1P23 3、功率因数特性、功率因数特性)(cos21Pfu对电源来说，异步电动机相当于一个感性阻抗对电源来说，异步电动机相当于一个感性阻抗u空载时：空载时：I1Im，功率因数约为，功率因数约为0.10.2u负载增加时：负载增加时：I2有功分量有功分量I1有功分量有功分量

48、功率因数功率因数u额定负载时最大额定负载时最大u超过额定负载后：超过额定负载后：s2I2无功分量无功分量功率因数功率因数222arctan X s R电电机机学学及及拖拖动动基基础础534、电磁转矩特性、电磁转矩特性e2()Tf Pe0202/TTTTP5、效率特性、效率特性)(2Pf212Cu1FeCu2mech1100%100%pPPPppppp u可变损耗小于不变损耗时，效率随负载的增加而增加；可变损耗小于不变损耗时，效率随负载的增加而增加；u可变损耗等于不变损耗时，效率最大；可变损耗等于不变损耗时，效率最大；u可变损耗大于不变损耗时，效率随负载的增加而减小。可变损耗大于不变损耗时，效率

49、随负载的增加而减小。u负载不超过额定值时，转速变化负载不超过额定值时，转速变化很小，很小，T T0 0可以认为基本不变。可以认为基本不变。电电机机学学及及拖拖动动基基础础54第五节第五节 三相异步电动机三相异步电动机参数的测定参数的测定u空载状态的励磁参数：空载状态的励磁参数：励磁阻抗励磁阻抗Zm、Rm、Xm 决定于电动机主磁路的饱和程度，是一种非决定于电动机主磁路的饱和程度，是一种非线性参数。线性参数。u堵转电流时的参数：堵转电流时的参数：对应堵转电流的漏阻抗对应堵转电流的漏阻抗Z1、R1、X1、与电动机的饱和程度无关，是一种线性参数与电动机的饱和程度无关，是一种线性参数222ZRXu分别通

50、过空载试验和堵转试验测定。分别通过空载试验和堵转试验测定。电电机机学学及及拖拖动动基基础础55一、空载试验与励磁参数的确定一、空载试验与励磁参数的确定1、空载试验、空载试验 异步电动机在额定电压、额定频率下，轴上不带任何负载异步电动机在额定电压、额定频率下，轴上不带任何负载运行。运行。调节电源电压从调节电源电压从（1.11.3）开始，开始，下降到转速发生明显下降到转速发生明显变化时，测量变化时，测量点，记录端电压、空点，记录端电压、空载电流、空载功率和载电流、空载功率和转速。转速。空载特性曲线空载特性曲线电电机机学学及及拖拖动动基基础础562、励磁参数与铁耗及机械损耗的确定、励磁参数与铁耗及机