1、第三章第三章 异步电动机原理异步电动机原理第三章第三章 异步电动机的原理异步电动机的原理第一节第一节 三相异步电动机基本原理三相异步电动机基本原理第二节第二节 三相异步电动机电磁关系三相异步电动机电磁关系第三节第三节 三相异步电动机等效电路与功率关系三相异步电动机等效电路与功率关系第四节第四节 三相异步电动机运行特性三相异步电动机运行特性第一节第一节 三相异步电动机基本原理三相异步电动机基本原理第一节第一节 三相异步电动机基本原理三相异步电动机基本原理 工作原理工作原理 类型与基本结构类型与基本结构 额定数据额定数据 运行状态运行状态一、异步电动机的工作原理一、异步电动机的工作原理异步电动机模
2、型异步电动机模型01U 1I)(0nF mB2E emT2I)(0nn 感应电机原理特点：感应电机原理特点：旋转磁场旋转磁场(实现能量转换的前提实现能量转换的前提)转子导体形成回路（转子导体形成回路（ei0，产生电流，产生电流）建立转矩的电流由感应产生（称为建立转矩的电流由感应产生（称为感应电机感应电机）旋转磁场与转子导体存在旋转磁场与转子导体存在转速差转速差，即，即n0n0（必要条件，（必要条件，异步异步）感应电机最重要的参数：感应电机最重要的参数：转差率转差率 异步：异步：n nn n0 0 ，n n-n n0 0n0n0 转差率转差率：000nnnnns 通常异步电机的通常异步电机的s
3、s0 00.5%0.5%，s sN N 5%5%。n n略低于略低于n n0 0例：例：已知异步电机的额定转速为已知异步电机的额定转速为730转转/分，求电机的分，求电机的级数与同步转速。级数与同步转速。pfn1060 n n0 0可能的值：可能的值：3000,1500,1000,7503000,1500,1000,7504min/7500 prn，二、异步电机的运行状态二、异步电机的运行状态运行状态判断：转差率的正负与大小、功率的传递运行状态判断：转差率的正负与大小、功率的传递三、异步电机的类型与结构三、异步电机的类型与结构1 1、异步电机的类型：、异步电机的类型：按定子相数分：按定子相数分
4、：1 1）三相；）三相；2 2）单相；）单相；3 3）两相；）两相；按转子型式分：按转子型式分：1 1）绕线转子；）绕线转子；2 2）笼型转子；）笼型转子；其它分类方式（略）其它分类方式（略）2 2、异步电机的结构、异步电机的结构 定子：定子：定子铁心；定子铁心；定子绕组；定子绕组；机座；机座；转子：转子：转子铁心；转子铁心；转子绕组；转子绕组；转轴转轴 气隙；气隙；采用铸铝的鼠笼式转子四、三相异步电动机的额定数据四、三相异步电动机的额定数据 额定功率额定功率 ：额定运行状态下的：额定运行状态下的轴上输出功轴上输出功 率率，单位，单位：kWkW。额定电压额定电压 ：额定运行状态下加在定子绕组：
5、额定运行状态下加在定子绕组 上的上的线线电压，单位：电压，单位：V V。额定电流额定电流 ：额定运行状态下电动机定子绕：额定运行状态下电动机定子绕 组的组的线线电流，单位：电流，单位：A A。额定转速额定转速 ：额定运行状态下电动机的转速，：额定运行状态下电动机的转速，单位：单位：r/minr/min。额定频率额定频率 ：电动机电源电压标准频率。：电动机电源电压标准频率。NPNUNINnNf额定数据的计算额定数据的计算:NNNNNNNNNcosIU3cosIU3P 第二节第二节 三相异步电动机的电磁关系三相异步电动机的电磁关系一、转子不转时异步电动机内的电磁过程一、转子不转时异步电动机内的电磁
6、过程注意两类物理量：空间矢量、时间矢量注意两类物理量：空间矢量、时间矢量 2E 1E1E2E22RI11RI 2 1m 1N2N2I2N1N1N2F1F1I1U mFmB 1、物理过程：、物理过程：2 2、磁通势平衡方程式：、磁通势平衡方程式：感应电势感应电势转子绕组短路转子绕组短路转子电流产生。转子电流产生。（）转子电流转子电流 的性质：的性质：a a、合成磁通势仍是旋转磁通势；、合成磁通势仍是旋转磁通势；b b、与定子旋转磁通势有相同的转速；、与定子旋转磁通势有相同的转速；c c、旋转磁势转向相同；、旋转磁势转向相同；22 IE2I 所以：定子和转子旋转磁通势空间相对静所以：定子和转子旋转
7、磁通势空间相对静 止止 可合成矢量可合成矢量（空间坐标、三相）：（空间坐标、三相）：电机磁场由定、转子磁通势共同建立。电机磁场由定、转子磁通势共同建立。(时间坐标、单相时间坐标、单相)21mFFF1N1m2N221N11KNIKNIKNI 3 3、空间矢量空间矢量 和时间向量和时间向量 间的关系间的关系 -时空矢量图时空矢量图 F I0w0w0tFsAA1+j0w0w0tIA A1AA轴线轴线时间时间空间空间时轴时轴相轴相轴+j0w0w0tIU1+A+AFs时空矢量图时空矢量图 电流（时间）相量的性质：电流（时间）相量的性质：当当A A相电流达到最大值时，相电流达到最大值时，在在+j+j轴线上
8、轴线上;旋转角频率旋转角频率:f f：定子电流频率、：定子电流频率、n:n:转子转速。转子转速。AI 0060np2f2 w w 磁势（空间）矢量的性质：磁势（空间）矢量的性质：当当A A相电流达到最大值时，相电流达到最大值时，在在A A相绕组相绕组 轴线上轴线上 ;旋转角速度旋转角速度:f f：定子电流频率：定子电流频率,n:,n:转子转速。转子转速。1F006022 npf w w 时空矢量关系时空矢量关系：取取 A A相电流的时轴与该相相轴重合，则相电流的时轴与该相相轴重合，则 磁势和电流有相同的初相，且在任一瞬磁势和电流有相同的初相，且在任一瞬 时二者均保持相同的相位。时二者均保持相同
9、的相位。此关系不因定、转子绕组轴线不重合而此关系不因定、转子绕组轴线不重合而 改变。改变。4 4、定、转子绕组间的磁势平衡方程、定、转子绕组间的磁势平衡方程11N11IpKN351F .，22N22IpKN351F .m1N1mIpKN351F .21mFFF1N1m2N221N11KNIKNIKNI 5 5、一相定、转子绕组间的磁势平衡方程一相定、转子绕组间的磁势平衡方程 KeKe 异步电动机电流变比异步电动机电流变比;Im Im 称为定子电流的励磁分量。称为定子电流的励磁分量。meIKII 212N1NKNKNK21e 定、转子绕组间的磁势合成：定、转子绕组间的磁势合成：A(a)A(a)F
10、2 2F1 1Fm mIA AIaIm m磁势平衡关系时空矢量图 6 6、电动势平衡方程电动势平衡方程：因磁通势实现了相分离，故三相绕组可用一因磁通势实现了相分离，故三相绕组可用一 相为代表讨论，延用变压器负载运行各电磁量相为代表讨论，延用变压器负载运行各电磁量的假定正向，有：的假定正向，有：)()(0ZIEjXRIEU22222222 11111111ZIEjXRIEU )(7 7、电机基本方程式：、电机基本方程式：)jX(RIZIEEKEZIEZIEUIKIImmmmm12e12221111me21 8 8、折算处理：折算处理：n=0n=0：无频率折算；：无频率折算；仅做仅做绕组折算绕组折
11、算。2e2EKEe22KII 22e2ZKZ 9 9、折算后的电机基本方程式：折算后的电机基本方程式：mm121m2122221111ZIEEEIIIjXRIEZIEU )(10 10、等效电路：、等效电路：T型型等效电路等效电路二、转子转动时异步电动机内的电磁过程二、转子转动时异步电动机内的电磁过程 1E1E11RI 1m 1N2N1N1N1F1I1U mFmB 2E22RI 2I 2N2F 2 2SE 1f频频率率为为1sf频频率率为为1、物理过程：、物理过程：定子旋转磁场切割转子导体的相对速定子旋转磁场切割转子导体的相对速度下降为度下降为：-nn=n0sffsnnnfnnnpnnpff1
12、0000026060 转子导体扫过一对磁极空间的时间变长，转子导体扫过一对磁极空间的时间变长，使转子电势频率减小为：使转子电势频率减小为：2、转子电势的变化转子电势的变化：转子电势、漏电抗和电流的变化转子电势、漏电抗和电流的变化：fNkEN44.4 fX 2222222f2jXsREsjXRsEI sEE2s2 sXX2S2 3 3、转子转动时的磁通势平衡方程式转子转动时的磁通势平衡方程式：2F2Fsnspf60pf60n0f2f 00nsnnnnf 在转子上的转速为：在转子上的转速为：21?FFFm转子转速为转子转速为n，则，则 相对于定子的转速为相对于定子的转速为：与与 空间相对静止，与空
13、间相对静止，与n无关无关。2F1F 21FFFm 4 4、转子转动时、转子转动时一相定、转子绕组间的磁势平衡方程一相定、转子绕组间的磁势平衡方程 me21IKII 问题问题：定、转子电流频率不同不能相加？定、转子电流频率不同不能相加？（引入（引入频率折算频率折算）21FFFm1N1m2N221N11KNIKNIKNI 5 5、转动转子和不动转子的等效与折算：转动转子和不动转子的等效与折算：转子旋转时，电势和电流的频率为转子旋转时，电势和电流的频率为 ，和，和 转子不转时相比，其大小的数值为：转子不转时相比，其大小的数值为：sf1 sEE2s2 sXX2s2 2222222f2jXRss)1(R
14、EsjXRsEI 21RssReq 零速等效零速等效：把一个旋转转子看成静止的转子，并在：把一个旋转转子看成静止的转子，并在不转动的转子中接入等效电阻：不转动的转子中接入等效电阻：两者旋转磁通势相对静止的性质并不改变；两者旋转磁通势相对静止的性质并不改变；不动的转子电流在大小和相位上正好和转子不动的转子电流在大小和相位上正好和转子旋转时的数值一致。旋转时的数值一致。那么，那么，从定子的角度看：两者没有区别从定子的角度看：两者没有区别。频率频率折算折算（零速等效）：转子转动（零速等效）：转子转动转子不转动转子不转动11fsf sEEEs22s2 sXXXs22s2 22222s22222222I
15、sXREXsREII )()()()()(11122s2222RXtgRsXtgsRXtgj 6 6、定、转子绕组间的磁势合成（时空矢量图）：、定、转子绕组间的磁势合成（时空矢量图）：A(a)A(a)F2 2F1 1Fm mIA AIaIm m磁势平衡关系时空矢量图 7 7、电动势平衡方程电动势平衡方程：（三相绕组用一相为代表讨论）（三相绕组用一相为代表讨论）)()()(0sRs1ZIEjXsRIEU222222222 11111111ZIEjXRIEU )(8 8、电机基本方程式：、电机基本方程式：)jX(RIZIEEKEsRsIEZIEUIKIImmmmmeme 1212222111121
16、)1(Z 9 9、绕组折算处理：绕组折算处理：22EKEeiKII 2222ZKKZie 10 10、折算后的电机基本方程式：折算后的电机基本方程式：)jX(RIZIEEEjXsRIEZIEUIIImmmmmm 1212222111121 11 11、等效电路的导出、等效电路的导出：T型型等效电路等效电路 型型等效电路：等效电路：12 12、相量图：相量图：第三节第三节 三相异步电动机的功率关系三相异步电动机的功率关系1、功率流图、功率流图：mecem 2 2、功率平衡方程：、功率平衡方程：1111IU3P cos)(Fe1Cu1emppPP 1211CuRI3p m2mFeRI3p 2Cue
17、mMpPP 2222CuRI3p 0M2pPP 3 3、几个功率量间的关系：、几个功率量间的关系：sRI3IE3P222222emcos )()(s1PRss1I3Pem222M sem2222CupsPRI3p ems2cusPpp M2cuPs1sp 4 4、转矩平衡方程转矩平衡方程0000),1(,)1(,602,emememMMemPTsPPsnPT 电磁转矩的另外表现形式：电磁转矩的另外表现形式：221em12222emIE3PEEIE3P coscos ，pf2pf60602n602ffKNf444E001m1N111 ,.22m1N122m1N10ememIKN222p3Ipf2
18、KfN4443PT cos).(cos.2mTem2IKT cos 转矩平衡方程：转矩平衡方程：0emTTT 00PT 2PT空载转矩空载转矩：轴上输出转矩轴上输出转矩：1414、三相异步电动机的参数测定、三相异步电动机的参数测定：（1 1）空载运行试验：）空载运行试验：电动机不带任何负载，电动机不带任何负载，空载运行。空载运行。试验在接线边做；试验在接线边做；电压由低调节到高时，测量电压由低调节到高时，测量电压、电流和功电压、电流和功率损耗率损耗的相应数据；的相应数据；一定要测量出一定要测量出额定电压时的相对应数据额定电压时的相对应数据；空载损耗中的机械损耗的分离空载损耗中的机械损耗的分离空
19、载运行试验测量数据的处理：空载运行试验测量数据的处理：2m2mm20femm00m1mrzxIprzIUzzz （2 2）堵转运行试验：将电动机的转子堵住，）堵转运行试验：将电动机的转子堵住，使其不能转动的运行试验。使其不能转动的运行试验。试验在接线边做；试验在接线边做；电压由低调节到高时，测量电压由低调节到高时，测量电压、电流和功率电压、电流和功率损耗损耗的相应数据；的相应数据；一般要求测量出：一般要求测量出：a a、额定电流时的相对应数据额定电流时的相对应数据；b b、额定电压时的相对应数据；、额定电压时的相对应数据；c c、（、（2323）倍额定电流时的相对应数据）倍额定电流时的相对应数
20、据；堵转实验测量数据的处理堵转实验测量数据的处理2k2C75kC75kkC75k2k2kk2kkk21kkk22mxrz)228(5.23475)228(5.234rrrzxIprzzzIUz/zz 第四节第四节 三相异步电动机的运行特性三相异步电动机的运行特性一、工作特性：一、工作特性：1 1、转速特性：、转速特性：2 2、效率特性：、效率特性：3 3、功率因数特性：、功率因数特性：4 4、转矩特性：、转矩特性：5 5、定子电流特性：、定子电流特性：)(2Pfn )(2Pf )(cos21Pf j j)(22PfT )(21PfI NU1UNf1f2121PfITn )(,cos,j j 二
21、、机械特性：二、机械特性：1 1、机械特性的参数表达式：、机械特性的参数表达式：22122122222emXXsRRsRsRI3P1U3 pfpfn 26060260200 )(sfXXsRRf2sRpU3PT2212212210emem 电磁制动状态电磁制动状态电动状态电动状态发电机状态发电机状态2 2、机械特性图形表示：、机械特性图形表示：电动状态电动状态电磁制动状态电磁制动状态 机械特性的机械特性的三个特殊点：三个特殊点：1 1、同步点、同步点(0,(0,n n0 0)2 2、极限点、极限点(T Tmaxmax,S,Sm m)3 3、起动点、起动点（Ts,0)Ts,0)T Tn0 0Ts
22、TsSmSmT Tmaxmaxn n0 0最大转矩和起动转矩最大转矩和起动转矩 ：22121121maxXXRRUf4p3T 221212mXXRRs 1Sst 2212212210emstXXRRf2RpU3PT 转矩过载倍数：转矩过载倍数：一般为一般为1.62.21.62.2 起动转矩倍数起动转矩倍数：一般为一般为0.81.20.81.2 NTTTmax NssTT 3 3、机械特性的实用表达式：机械特性的实用表达式：ssss2TTmmmax 221212mXXRRs 1ss2TTNm Tmax Tem =1 s sm()2Tmax Tem4 4、人为机械特性：、人为机械特性：定子端电压降
23、低；定子端电压降低；转子电路内串入对称电阻；转子电路内串入对称电阻；定子电路串联对称电抗；定子电路串联对称电抗；定子电路串联对称电组；定子电路串联对称电组；转子电路接入并联电抗；转子电路接入并联电抗；221221221em)XX()SRR(SRUf2mpT 电动机降低定子电压人为机械特性：电动机降低定子电压人为机械特性：sMnT OUN0.8UN0.5UNTm0.64Tm0.25Tmn0 n0不变不变 Tmax及及Tst 与与U12成正比下降成正比下降 sm不变不变思考：异步电动机带额定负载运行时，若电源电压下降过多会产生什么后果？思考：异步电动机带额定负载运行时，若电源电压下降过多会产生什么
24、后果？R2+Rs1(2)(2)转子电阻增加时的人为特性转子电阻增加时的人为特性Ts OTMsM1sM1TstTst1Tst3Tst2Rs1Rs2Rs32m22112RsRXX n0不变，Tmax不变 sm随转子电阻 增大而增大 Tst 开始随 R2 增大而增大；当R2=Rst,Tst=Tm；若R2继续增大，Tst将减小。(3)(3)定子电路串联对称电抗定子电路串联对称电抗s Osm1nn0 n0不变 Tmax,Tst,sm 随定子串联 电抗增大 而减小TTmTstTst1Tm1X1+Xs1X1sm1 22121121maxXXRRUf4p3T 221212mXXRRs (4)(4)定子电路串联
25、对称电阻定子电路串联对称电阻s Osm1sm1nn0 n0不变 Tm,Tst,sm随定子 串联电阻增大 而减小TTmTstTst1Tm1R1+Rs1R1(5)(5)转子电路接入并联阻抗转子电路接入并联阻抗s OsM1nn0 n0不变 起动时，s大，电抗器感抗X大，转子电流主要 流过电阻RTTmTstTst1X1 转速高时，s很小，电抗器感抗X很小，转子电流主要流过X机械特性的三种表达式：机械特性的三种表达式：)(sfXXsRRf2sRpU3PT2212212210emem max2mmTssTss22mTemIKTj j cos 实用表达式实用表达式:参数表达式参数表达式:物理表达式物理表达式:
