1、第13章 异步电动机的基本理论第第1页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论优点：优点：结构简单、制造容易、价格低廉、运行可靠、结构简单、制造容易、价格低廉、运行可靠、坚固耐用、运行效率较高并具有适用的工作特性。坚固耐用、运行效率较高并具有适用的工作特性。缺点：缺点：功率因数较差，电机在运行过程中必须从电网功率因数较差，电机在运行过程中必须从电网吸收感性无功功率，因此它的功率因数总小于吸收感性无功功率，因此它的功率因数总小于1 1。第第2页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论 异步电动机的种类很多，从不同的角度看，异步电动机的种类很多，从不同的角度看，有不同的分类法，常见
2、的有：有不同的分类法，常见的有：按定子相数分按定子相数分 单相异步电动机单相异步电动机 两相异步电动机两相异步电动机 三相异步电动机三相异步电动机第第3页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论 绕线型异步电动机绕线型异步电动机 鼠笼型异步电动机鼠笼型异步电动机第第4页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论 三相异步电机主要用作电动机，拖动各三相异步电机主要用作电动机，拖动各种生产机械。结构简单、制造、使用和维护种生产机械。结构简单、制造、使用和维护方便，运行可靠，成本低，效率高，得以广方便，运行可靠，成本低，效率高，得以广泛应用。但是，功率因数低、起动和调速性泛应用。但是，
3、功率因数低、起动和调速性能差。能差。第第5页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论13.1异步电动机的结构及额定值三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构一、定子部分1.1.定子铁心：由导磁性能很好的硅钢片叠成定子铁心：由导磁性能很好的硅钢片叠成导磁部分。导磁部分。2 2、定子绕组：放在定子铁心内圆槽内、定子绕组：放在定子铁心内圆槽内导电部分。导电部分。3 3、机座：固定定子铁心及端盖，具有较强的机械强度和刚度。、机座：固定定子铁心及端盖，具有较强的机械强度和刚度。二、转子部分1 1、转子铁心：由硅钢片叠成，也是磁路的一部分。、转子铁心：由硅钢片叠成，也是磁路的一部分。2 2
4、、转子绕组转子绕组：1 1）鼠笼式转子：转子铁心的每个槽内插入一）鼠笼式转子：转子铁心的每个槽内插入一根裸导条，形成一个多相对称短路绕组。根裸导条，形成一个多相对称短路绕组。2 2）绕线式转子：转）绕线式转子：转子绕组为三相对称绕组，嵌放在转子铁心槽内。子绕组为三相对称绕组，嵌放在转子铁心槽内。异步电动机的气隙是均匀的。大小为机械条件所能允许达异步电动机的气隙是均匀的。大小为机械条件所能允许达到的最小值。到的最小值。三、气隙第第6页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论第第7页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论按转子结构分按转子结构分：绕线型异步电动机绕线型异步电动机鼠
5、笼型异步电动机鼠笼型异步电动机第第8页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论三相笼型异步电动机结构图三相笼型异步电动机结构图转子转子 定子定子 风扇风扇 冷空气流冷空气流 罩罩 壳（非驱动端）壳（非驱动端）端盖（驱动端）端盖（驱动端）第第9页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论三相笼型异步电动机的部件图三相笼型异步电动机的部件图第第10页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论下面是它主要部件的拆分图。下面是它主要部件的拆分图。右图是一台三相鼠笼型异步电动机的外右图是一台三相鼠笼型异步电动机的外形图。形图。第第11页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论
6、鼠笼型转子铁鼠笼型转子铁心和绕组结构心和绕组结构示意图示意图三相绕线型三相绕线型转子结构图转子结构图第第12页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论三相绕线型异步电动机的结构三相绕线型异步电动机的结构第第13页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论三相绕线型异步电动机示意图三相绕线型异步电动机示意图第第14页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论第第15页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论定子铁心第第16页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论定子槽形定子槽形散嵌绕组成型绕组效率和功率因数较高绕组嵌线工艺复杂小容量及中型低压电机可嵌放成型线
7、圈大型低压电动机绝缘放置可靠、绕组下线方便高压电动机第第17页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论定子绕组定子绕组 定子绕组通常应用双层短距绕组，小型电机可应用单层绕定子绕组通常应用双层短距绕组，小型电机可应用单层绕组。组。第第18页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论转子铁心转子铁心第第19页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论转子槽转子槽 槽形的选择主槽形的选择主要决定于对要决定于对运运行性能行性能和和起动起动性能性能的要求。的要求。第第20页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论转子绕组转子绕组 鼠笼式转子鼠笼式转子squirrel-cage
8、 rotorsquirrel-cage rotor：焊接，铸铝。：焊接，铸铝。斜槽形式第第21页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论第第22页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论线绕转子（线绕转子（wound rotorwound rotor）：铁芯上绕有一对称）：铁芯上绕有一对称绕组，和定子绕组有相同的极数，且制成相同绕组，和定子绕组有相同的极数，且制成相同的相数。的相数。通常采用对称的三相绕组，连接成星形。通常采用对称的三相绕组，连接成星形。转子的一端装有三个集电环，各与转子绕组的转子的一端装有三个集电环，各与转子绕组的三个起始端相连接。每个集电环上各有一电刷，三个
9、起始端相连接。每个集电环上各有一电刷，通过电刷把转子绕组与外接变阻器相接。通过电刷把转子绕组与外接变阻器相接。安装变阻器的目的是改善起动特性安装变阻器的目的是改善起动特性(增加起动增加起动转短，减小起动电流转短，减小起动电流)或用以调节电动机的转或用以调节电动机的转速。速。第第23页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论转轴转轴 shaftshaft第第24页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论异步电机的气隙异步电机的气隙air gapair gap 特点特点气隙很小，在中、气隙很小，在中、小型电机中，气隙一般小型电机中，气隙一般为为0.2-1.50.2-1.5毫米。毫米
10、。气隙大小对电机性能有气隙大小对电机性能有很大的影响很大的影响气隙大：磁阻大，励磁电气隙大：磁阻大，励磁电流（空载电流）大，功流（空载电流）大，功率因数低；气隙磁场谐率因数低；气隙磁场谐波含量（漏磁引起附加波含量（漏磁引起附加损耗）减少，改善启动损耗）减少，改善启动性能。性能。气隙小：按加工可能及机气隙小：按加工可能及机械安全所限制。械安全所限制。第第25页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论13.1.4 13.1.4 型号和额定值型号和额定值一、型号例例:第第26页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论第第27页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论额定值关系
11、有：额定值关系有：3NNNNNPU I cos)VkV(UN或或额额定定电电压压额定运行状态时加在额定运行状态时加在定子绕组上的线电压定子绕组上的线电压.)kW(PN额额定定功功率率额定条件下转轴上额定条件下转轴上输出的机械功率。输出的机械功率。)A(IN额额定定电电流流在额定运行状态下流在额定运行状态下流入定子绕组的线电流入定子绕组的线电流.min)/r(nN额定转速额定转速额定运行时电额定运行时电动机的转速动机的转速.NNf额额定定效效率率额额定定频频率率额额定定功功率率因因数数Ncos二、额定值二、额定值第第28页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论 三相异步电动机的定子部分
12、在结构上和同步电动机三相异步电动机的定子部分在结构上和同步电动机的定子部分完全相同。的定子部分完全相同。对中、小容量的低压异步电动机，通常定子三相绕对中、小容量的低压异步电动机，通常定子三相绕组的六个出线头都引出，这样可根据需要灵活组的六个出线头都引出，这样可根据需要灵活地接成地接成“Y Y”形或形或“D D”形。形。U1 V1 W1U1 V1 W1W2 U 2 V2W2 U2 V2D联结联结Y联结联结三、接线三、接线第第29页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论异步电机的铭牌异步电机的铭牌(Name plate)(Name plate)及额定值及额定值 (Rating)(Rati
13、ng)铭牌：型号、额定值、绕组联结方式及生产厂家铭牌：型号、额定值、绕组联结方式及生产厂家等。等。型号举例：型号举例：Y132S-4,Y132S-4,Y-Y-异步电动机；异步电动机；132-132-机座中心高度为机座中心高度为132mm132mm；S-S-短铁心；短铁心；4-4-极数。极数。额定值额定值:正常运行时的主要数据指标。正常运行时的主要数据指标。第第30页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论 绕组联结方式：接法或者绕组联结方式：接法或者Y Y接法。接法。主要额定值如下（三相时）：主要额定值如下（三相时）：额定电压额定电压:U:UN N(V)(V)，额定运行时，规定加在定子
14、绕组上的线电压；，额定运行时，规定加在定子绕组上的线电压；额定电流：额定电流：I IN N(A),(A),额定运行时，规定加在定子绕组上的线电流；额定运行时，规定加在定子绕组上的线电流；额定功率额定功率:P PN N(W(W；kW),kW),额定运行时，电动机的输出功率；额定运行时，电动机的输出功率；额定转速额定转速:n:nN N(r/min),(r/min),额定运行时，电动机的转子转速；额定运行时，电动机的转子转速；额定频率额定频率:f:fN N(Hz)(Hz)，规定的电源频率，规定的电源频率(我国用工我国用工 频频 50Hz)50Hz)；额定效率额定效率N N，额定功率因数，额定功率因数
15、:cos:cosN N 等。等。额定功率：额定功率：无论接法或是无论接法或是Y Y 接法，下式均成立：接法，下式均成立：P PN N=3U=3UNpNpI INpNpcoscosN NN N=sqrt(3)U=sqrt(3)UN NI IN NcoscosN NN N(W)(W)第第31页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论异步电动机的特点异步电动机的特点 异步电机，异步电机，转子转速转子转速n n与磁场同步转速与磁场同步转速n n1 1间存在一间存在一定差异定差异。asynchronousasynchronous 优点：结构简单，制造、使用和维护方便，运行优点：结构简单，制造、使
16、用和维护方便，运行可靠，效率较高，价格低廉，坚固耐用。可靠，效率较高，价格低廉，坚固耐用。缺点：缺点：转速不易调节转速不易调节鼠笼式异步电动机的鼠笼式异步电动机的起动性能较差起动性能较差功率因数滞后，功率因数滞后，激磁电流由电网供给激磁电流由电网供给第第32页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论2 2、对于中低压电动机：、对于中低压电动机：第第33页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论13.213.2、异步电机的三种运行状态、异步电机的三种运行状态U2U1W2V1W1V21nn一、三相异步电动机的基本工作原理三相异步电动机的基本工作原理1 1、电生磁、电生磁：三相对称绕
17、组通三相对称绕组通往三相对称电流产生圆形旋转往三相对称电流产生圆形旋转磁场。磁场。2 2、磁生电、磁生电：旋转磁场切割旋转磁场切割转子导体感应电动势和电流。转子导体感应电动势和电流。3 3、电磁力、电磁力：转子载流（有功转子载流（有功分量电流）体在磁场作用下受分量电流）体在磁场作用下受电磁力作用，形成电磁转矩，电磁力作用，形成电磁转矩，驱动电动机旋转，将电能转化驱动电动机旋转，将电能转化为机械能。为机械能。第第34页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论第第35页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论160 fnp(/min)r 同步速的气隙磁场切割转子同步速的气隙磁场切割
18、转子绕组，产生感应电动势并在转子绕组，产生感应电动势并在转子绕组中产生相应的电流；绕组中产生相应的电流；转子绕组在磁场中受到电磁转子绕组在磁场中受到电磁力矩作用，这个力矩驱动转子旋力矩作用，这个力矩驱动转子旋转，实现电动机的工作过程。转，实现电动机的工作过程。1nn 1nSN第第36页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论两极异步电动机示意图 第第37页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论思考：思考：能否等于能否等于？何谓异步？何谓异步？电机的转向决定于什么？电机的转向决定于什么？n1nNS1nNS1nNS1n1nnNS1nNS1nNS1n0n第第38页页/共共167页页
19、第13章 异步电动机的基本理论转差率11nnsn 转差率转差率是异步电机的一个基本物理量，它反映电机的各种是异步电机的一个基本物理量，它反映电机的各种运行情况。运行情况。转子未转动时转子未转动时，;s,n10 电机理想空载时电机理想空载时，.s,nn01 作为电动机，转速在作为电动机，转速在10n范围内变化，转差率在范围内变化，转差率在0 01 1范围内变。范围内变。负载越大，转速越低，转差率越大；反之，转差率越小。负载越大，转速越低，转差率越大；反之，转差率越小。转差率的大小能够反映电机的转速大小或负载大小。电机的转转差率的大小能够反映电机的转速大小或负载大小。电机的转速为：速为：11n=(
20、-s)n 额定运行时，转差率一般在额定运行时，转差率一般在0.010.010.060.06之间，即电机转速之间，即电机转速接近同步速。接近同步速。同步转速与转子转速之差与同步转速的比值称为转差率，用同步转速与转子转速之差与同步转速的比值称为转差率，用s s表示，表示，即：即：第第39页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论二、发电机运行二、发电机运行 在转子上施加原动力矩拖动转子以大于同步转速在转子上施加原动力矩拖动转子以大于同步转速顺着旋转磁场方向旋转，则旋转磁场切割转子的顺着旋转磁场方向旋转，则旋转磁场切割转子的相对速度便倒转方向。和电动机运行情况相比，相对速度便倒转方向。和电动
21、机运行情况相比，转子导体中感应电势和电流的方向倒转转子导体中感应电势和电流的方向倒转第第40页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论 导体上所受到的电磁力的方向与转子旋转方向相反；导体上所受到的电磁力的方向与转子旋转方向相反；这时机械功率为输入，电功率为输出，外施力这时机械功率为输入，电功率为输出，外施力F F为为原动力，电磁力原动力，电磁力FeFe为阻力为阻力发电机运行。发电机运行。结论：异步电机作为发电机运行，转速需大于同步结论：异步电机作为发电机运行，转速需大于同步转速，即转速，即n nn1n1，s s0 0。第第41页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论第第42页
22、页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论三、电磁制动三、电磁制动 转子在外力拖动下使其旋转方向与旋转磁场的旋转转子在外力拖动下使其旋转方向与旋转磁场的旋转方向相反，则旋转磁场切割转子导体的相对转速大方向相反，则旋转磁场切割转子导体的相对转速大于同步转速于同步转速 。电磁力的方向与外施力方向相反，所起的作用是制电磁力的方向与外施力方向相反，所起的作用是制动作用。动作用。定子从电网吸收电功率定子从电网吸收电功率,外力供给机械功率外力供给机械功率,都转变都转变为电机内部的损耗为电机内部的损耗电磁制动状态电磁制动状态。第第43页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论 电机的电机的n
23、n应取负值，相对转速大于同步转速，即应取负值，相对转速大于同步转速，即n n0 0，s sl l。例如，当起重机下放重物时，如不采取任何措施，例如，当起重机下放重物时，如不采取任何措施，重物将加速下坠。这时如使电机运行在制动状态，重物将加速下坠。这时如使电机运行在制动状态，由电磁转矩制止了转子的加速由电磁转矩制止了转子的加速。第第44页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论第第45页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论返回第第46页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论异步电机的三种运行状态根据转差率的大小和正负根据转差率的大小和正负,异步电机有三种运行状态异步
24、电机有三种运行状态机械能转变为电机械能转变为电能能电能和机械能变电能和机械能变成内能成内能电能转变为机电能转变为机械能械能能量关系制动制动制动制动驱动驱动电磁转矩转差率转速外力使电机快速外力使电机快速旋转旋转外力使电机沿磁外力使电机沿磁场反方向旋转场反方向旋转定子绕组接对定子绕组接对称电源称电源实现发电机发电机电磁制动电磁制动电动机电动机状态状态10 n n0n n10 s1s0s第第47页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论实际中要解决的问题：实际中要解决的问题：主要是已知异步电动机电压与输出功率求解主要是已知异步电动机电压与输出功率求解电流、转速的问题；或已知电压和转速求电电流
25、、转速的问题；或已知电压和转速求电流和功率等问题。流和功率等问题。第第48页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论 为解决上述问题仍用等效电路法，要设为解决上述问题仍用等效电路法，要设法找出与变压器相似的等效电路。本章要求法找出与变压器相似的等效电路。本章要求掌握等效电路方面的要点：掌握等效电路方面的要点：1 1）如何得到等效电路？掌握绕组归算、转）如何得到等效电路？掌握绕组归算、转子位置归算与频率归算等；子位置归算与频率归算等；2 2）等效电路各元件各代表什么？等效哪些）等效电路各元件各代表什么？等效哪些实际的物理量？实际的物理量？第第49页页/共共167页页第13章 异步电动机的
26、基本理论为了得到等效电路的过程，主要解决以下三个问题：为了得到等效电路的过程，主要解决以下三个问题：1 1）设法用静止转子等效旋转的转子，以便借用变压器）设法用静止转子等效旋转的转子，以便借用变压器的分析方法；的分析方法；2 2）在气隙磁场作用下，定转子绕组的感应电势之间的）在气隙磁场作用下，定转子绕组的感应电势之间的关系，引入电压变比；关系，引入电压变比；3 3）定转子电流产生的磁势如何合成，引入电流变比。）定转子电流产生的磁势如何合成，引入电流变比。仿照变压器的思路得到等效电路仿照变压器的思路得到等效电路 第第50页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论基本思路基本思路 首先分析
27、仅仅定子有电流而转子没有电流的情首先分析仅仅定子有电流而转子没有电流的情况况转子绕组开路，转子只有感应电动势，但无转子绕组开路，转子只有感应电动势，但无电流；电流；然后分析，转子绕组短路，但转子堵转的情况；然后分析，转子绕组短路，但转子堵转的情况；最后分析转子旋转的情况最后分析转子旋转的情况采用等效静止转采用等效静止转子代替实际旋转转子。子代替实际旋转转子。第第51页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论规定定、转子各相电气物理量的正方向；规定定、转子各相电气物理量的正方向；规定磁动势、磁通的正方向；规定磁动势、磁通的正方向；确定定转子绕组空间坐标。确定定转子绕组空间坐标。正方向的规
28、定正方向的规定 第第52页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论 1 1）定、转子绕组电流、电动势及端电压的正方向；）定、转子绕组电流、电动势及端电压的正方向；3 3）磁动势、磁通密度从定子内圆出来进入）磁动势、磁通密度从定子内圆出来进入气隙气隙为正为正（定子铁心内圆表面（定子铁心内圆表面N N极为正）极为正）。2 2）绕组轴线的正方向：与电流、电动势成右手螺）绕组轴线的正方向：与电流、电动势成右手螺旋关系旋关系,并假设转子并假设转子A A相绕组轴线相绕组轴线 在定子在定子A A相绕相绕组轴线组轴线 前方前方 空间电角度；空间电角度；01+A2A 正方向的规定（下页图）正方向的规定（
29、下页图）第第53页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论第第54页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论第第55页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论空载运行时的电磁关系空载运行时的电磁关系13.3三相异步电动机电势平衡一、主、漏磁通的分布 为了便于分析，根据磁通路径和性质不同，异步电动机的为了便于分析，根据磁通路径和性质不同，异步电动机的磁通分为主磁通和漏磁通。磁通分为主磁通和漏磁通。主磁通同时交链定、转子绕组，主磁通同时交链定、转子绕组，其路径为：定子铁心其路径为：定子铁心气隙气隙转子转子铁心铁心气隙气隙定子铁心。主磁通起定子铁心。主磁通起传递能量的作用。传
30、递能量的作用。除了主磁通以外的磁通称为漏除了主磁通以外的磁通称为漏磁通，它包括槽漏磁通、端漏磁通磁通，它包括槽漏磁通、端漏磁通和高次谐波磁通。漏磁通只起电抗和高次谐波磁通。漏磁通只起电抗压降作用。压降作用。第第56页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论1sm第第57页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论二、空载电流和空载磁动势异步电动机空载运行时的定子电流称为空载电流异步电动机空载运行时的定子电流称为空载电流。.I,I:I,ar0000功功分分量量损损耗耗的的有有另另一一个个是是用用来来供供给给铁铁心心的的无无功功分分量量产产生生主主磁磁通通一一是是用用来来由由两两部部
31、分分组组成成异异步步电电动动机机空空载载电电流流与与变变压压器器一一样样基基波波幅幅值值为为载载磁磁动动势势产产生生的的旋旋转转磁磁动动势势为为空空三三相相空空载载电电流流,FI000IpkNmF1w1100.92.IIIar000:即即.F，I，E，、,00022 于于是是乎乎为为零零转转子子之之间间相相对对速速度度几几定定接接近近同同步步速速转转子子转转速速很很高高空空载载运运行行时时.II,I,IIrar00000 即即基基本本为为一一无无功功性性质质电电流流所所以以由由于于第第58页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论三、电磁关系10RI1U()三相系)(I三三相相系系统统
32、0)(F三三相相合合成成01E011E02 E13.3.113.3.1 定子绕组的电压平衡方程定子绕组的电压平衡方程一、感应电动势与变压器一样与变压器一样,主、漏磁通在定子绕组上感应的电动势主、漏磁通在定子绕组上感应的电动势011114.44wkNfjE101XI jE可见，异步电动机空载时的电磁关系与变压器非常相似。可见，异步电动机空载时的电磁关系与变压器非常相似。第第59页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论二、电压平衡方程与等效电路与变压器一样，根据基尔霍夫电压定律，可列出空载时与变压器一样，根据基尔霍夫电压定律，可列出空载时定子每相电压方程式：定子每相电压方程式：01110
33、10110111IZEXI jRIERIEEU 同样也有：同样也有：100mmmE=-I(R+jX)=-I Z根据上两式，可以作出空载时根据上两式，可以作出空载时等效电路。等效电路。第第60页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论时空相矢图和等效电路：时空相矢图和等效电路：第第61页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论 尽管异步电动机的电磁关系与变压器相似，但它们之间还是尽管异步电动机的电磁关系与变压器相似，但它们之间还是有差别的：有差别的：1 1）主磁场性质不同：异步电动机为旋转磁场，变压器为脉动）主磁场性质不同：异步电动机为旋转磁场，变压器为脉动磁场磁场.4 4）由于
34、存在气隙）由于存在气隙,异步电动机漏抗较变压器的大异步电动机漏抗较变压器的大.;I,E,I,E)000022222 变压器变压器异步电动机空载时异步电动机空载时%.%,%I,)102302030的的仅仅为为而而变变压压器器为为异异步步电电动动机机由由于于存存在在气气隙隙5)5)异步电动机通常采用短距和分布绕组异步电动机通常采用短距和分布绕组,计算时需考虑绕组计算时需考虑绕组系数系数,变压器则为整距集中绕组变压器则为整距集中绕组,可认为绕组系数为可认为绕组系数为1.1.第第62页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论负载运行时的电磁关系负载运行时的电磁关系三相异步电动机的负载运行11I
35、R11E22IR22E)(1三相系统U)(I三三相相系系统统1)(I多相系统多相系统21F2F0F01EsE2第第63页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论13.3.2 13.3.2 转子绕组各电磁量转子绕组各电磁量一、转子电动势的频率 感应电动势的频率正比于导体与磁场的相对切割速度感应电动势的频率正比于导体与磁场的相对切割速度,故转子电动势的频率为故转子电动势的频率为:转子不转时,.ff,s,n1210 理想空载时,.f,s,nn0021 二、转子绕组的感应电动势转子旋转时的感应电动势转子旋转时的感应电动势:02222444wskNf.E 转子不转时的感应电动势转子不转时的感应电
36、动势:02212444wkNf.E 二者关系为二者关系为:22sE=sE1111226060sfpnnnnpnf第第64页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论三、转子绕组的漏阻抗电抗与频率正比于电抗与频率正比于,转子旋转时转子漏电抗转子旋转时转子漏电抗:22122s2Lf2Lf2XsXs二者关系二者关系:22sX=sX.转子绕组的漏阻抗转子绕组的漏阻抗:22s22s2jsXRjXRZ四、转子绕组的电流转子绕组为闭合绕组转子绕组为闭合绕组,转子电流为转子电流为222s22s2s2s22jsXREsjXREZEI转子不转时转子漏电抗转子不转时转子漏电抗:222Lf2X 当转速降低时当转
37、速降低时,转差率增大转差率增大,转子电流也增大转子电流也增大.第第65页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论五、转子绕组的功率因数22222222222RRcos=R+XR+(sX)转子功率因数与转差率有关转子功率因数与转差率有关,当转差率增大时当转差率增大时,转子功率因转子功率因数则减小。数则减小。六、转子旋转磁动势转子绕组流过三相或多相对称电流时产生圆形旋转磁动势转子绕组流过三相或多相对称电流时产生圆形旋转磁动势.22222902IpkN.mFw 1)1)幅值幅值2)2)转向转向 转子电流相序与定子旋转磁动势方向相同转子电流相序与定子旋转磁动势方向相同,转子旋转磁转子旋转磁动势
38、的方向与转子电流相序一致动势的方向与转子电流相序一致.1nnn)(nnn12转子旋转磁动势相对定子的速度为转子旋转磁动势相对定子的速度为 可见可见,无论转子转速怎样变化无论转子转速怎样变化,定、转子磁动势总是以同速、定、转子磁动势总是以同速、同向在空间旋转，两者在空间上总是保持相对静止。同向在空间旋转，两者在空间上总是保持相对静止。第第66页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论13.4.2 13.4.2 磁动势平衡方程磁动势平衡方程021FFF磁动势的平衡方程为：磁动势的平衡方程为：可以改写为：可以改写为：LFF)F(FF10201.,F,F;,F:L主主磁磁通通的的影影响响用用来
39、来抵抵消消转转子子磁磁动动势势对对即即它它用用平平衡衡转转子子磁磁动动势势另另一一个个是是负负载载分分量量产产生生气气隙隙磁磁通通它它用用来来一一个个是是励励磁磁磁磁动动势势个个分分量量定定子子旋旋转转磁磁动动势势包包括括两两表表明明2100写成磁动势幅值公式写成磁动势幅值公式：011122221110.920.920.92IpkNmIpkNmIpkNmww1w:kNmkNmkwwi有有两两边边除除以以电电流流变变比比222111 021IkIIi第第67页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论电动势平衡方程电动势平衡方程根据基尔霍夫电压定律可写出定、转子侧电动势平衡方程：根据基尔霍
40、夫电压定律可写出定、转子侧电动势平衡方程：111111111U=-E+I R+jI X=-E+I Z222222220ssss=E-I R-jI X=E+I Z:kEE:e之比称为电动势比之比称为电动势比与转子不转时电动势与转子不转时电动势其中其中21221121wwekNkNEEk第第68页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论折算折算13.5三相异步电动机的等效电路和相量图 频率折算频率折算就是用一个等效的转子电路代替实际旋转的转子系就是用一个等效的转子电路代替实际旋转的转子系统统,而等效的转子回路应与定子电路有相同的频率。而等效的转子回路应与定子电路有相同的频率。一、频率折算
41、在折算的过程中，电机的电磁效应不变，因而有在折算的过程中，电机的电磁效应不变，因而有两个条件两个条件：一个是保持转子磁动势不变；二是转子回路的功率不变。一个是保持转子磁动势不变；二是转子回路的功率不变。转子回路电流转子回路电流212s2s2222s2s22222EEsEEI=-sZR+jXR+jsXR+jX+Rs.F,Rss,不不变变同同时时保保持持转转子子磁磁动动势势为为定定子子频频率率就就可可以以将将转转子子频频率率折折算算电电阻阻在在转转子子回回路路中中串串联联一一个个用用一一个个不不转转的的转转子子并并且且可可见见221 第第69页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论第第7
42、0页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论222222s222I)sXj(REsI)jX(REUs2Rss1实际的旋转转子轴上有机械损耗和机械功率输出。频率折实际的旋转转子轴上有机械损耗和机械功率输出。频率折算后，转子静止，没有机械损耗和机械功率输出，但电路中多算后，转子静止，没有机械损耗和机械功率输出，但电路中多了一个附加电阻了一个附加电阻。根据能量守恒关系，该电阻消耗的功。根据能量守恒关系，该电阻消耗的功率等效机械损耗和机械功率之和率等效机械损耗和机械功率之和总的机械功率。总的机械功率。21Rss从等效电路角度，可以把从等效电路角度，可以把看成是异步电动机的看成是异步电动机的”电
43、阻负载电阻负载”，其上的压降可以看成是转子回路的端电压，其上的压降可以看成是转子回路的端电压:第第71页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论二、绕组归算二、绕组归算 转子绕组的归算转子绕组的归算把实际相数为把实际相数为m m2 2、绕组、绕组匝数为匝数为N N2 2、绕组系数为、绕组系数为k kw2w2的转子绕组，归算的转子绕组，归算成与定子绕组有相同相数、相同匝数和相同成与定子绕组有相同相数、相同匝数和相同绕组系数的转子绕组。绕组系数的转子绕组。在进行归算时，有电压变比、电流变比和阻在进行归算时，有电压变比、电流变比和阻抗变比。抗变比。第第72页页/共共167页页第13章 异步电
44、动机的基本理论1.电流的归算 根据归算前后转子磁势应保持不变为条件2.电势的归算 根据归算前后转子视在功率保持不变为条件iwwkIIkNmkNmI22111222222222111*9.0*2*9.0*2IpkNmIpkNmww222221IEmIEm2222112EkEkNkNEeww第第73页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论3.阻抗的归算 根据归算前后转子上的铜耗保持不变为条件 根据归算前后转子功率因数保持不变为条件22222221rImrIm22222rxrxtg第第74页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论ieewwiwwkkEkEkNkNEkIIkNmkN
45、mI阻抗变比变比压电电流变比2222112221112222磁势平衡11111()UEIRjX 10()mmEIRjX 12EE2222()EIRjX120III第第75页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论T型等效电路和简化等效电路由基本方程可以作出等效电路由基本方程可以作出等效电路:T T型等效电路型等效电路简化等效电路简化等效电路第第76页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论绕组折算。k、Nmk、Nmww同同本本相相折折算算的的方方法法与与变变压压器器基基组组的的实实际际转转子子绕绕及及取取代代等等效效转转子子及及绕绕组组相相同同的的定定子子绕绕组组折折算算就就是
46、是用用一一个个和和222111122EEkEe i22kII 2222XkkXRkkReiei 等效电路绕组后的基本方程111111XI jRIEU 222222XI jRIEU 021III 12EE 01I)jXR(Emm 2221RssIU 第第77页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论从等效电路分析可知从等效电路分析可知:;,I,Rss,s,nn,)电电机机相相当当于于开开路路总总机机械械功功率率近近似似为为零零理理想想空空载载时时0102220 ;,Rss,s,n,)短短路路状状态态电电机机处处于于总总机机械械功功率率为为零零电电机机不不转转时时011012 3)3)三相
47、异步电动机的功率因数永远滞后；三相异步电动机的功率因数永远滞后；4)4)附加电阻不能用电感或电容来代替。附加电阻不能用电感或电容来代替。5)5)在等效电路中负载的变化是用转差率在等效电路中负载的变化是用转差率s s来体现的来体现的第第78页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论13.5.3 相量图 按照基本方程和等效电路可以按照基本方程和等效电路可以作出异步电动机的相量图。作出异步电动机的相量图。，、。UI,后后的的因因数数总总是是滞滞所所以以异异步步电电动动机机的的功功率率率率定定的的感感性性无无功功功功电电机机需需要要从从电电源源吸吸收收一一转转子子的的漏漏磁磁通通气气隙隙中中的
48、的主主磁磁通通和和定定这这是是因因为为要要建建立立和和维维持持于于电电源源电电压压总总是是滞滞后后定定子子电电流流从从相相量量图图可可见见11。，I，I，s，n，械械的的转转换换实实现现由由电电能能到到机机吸吸取取更更多多的的电电功功率率电电动动机机从从电电源源随随之之增增加加增增加加使使增增大大转转差差率率下下降降转转速速增增加加时时当当电电动动机机机机械械负负载载还还可可见见看看出出12 第第79页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论第第80页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论11111()UEIRjX 10()mmEIRjX 12EE120III2222()RE
49、IjXs基本方程和相量图第第81页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论第第82页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论2m22222111 122dpdpN kN k k 鼠笼转子的问题鼠笼转子的问题第第83页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论21sRs210sRs1s 210sRs1s 21221sm IRs总结总结21221msPm IRs第第84页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论空载时，空载时，转子绕组转子绕组2)2)旋转的异步电动机和一台副边绕组接有电阻旋转的异步电动机和一台副边绕组接有电阻负载的变压器相似：负载的变压器相似：时，即刚
50、起动瞬间时，即刚起动瞬间 ，相当于副，相当于副1s 1nn0s 21sRs 210sRs边短路的变压器；边短路的变压器；近似开路，相当于空载运行的变压器。近似开路，相当于空载运行的变压器。第第85页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论 ，3)3)机械负载的变化在等效电路中由转差率机械负载的变化在等效电路中由转差率 的变化来体现：的变化来体现：机械负载机械负载 sns21sRs2I1ImP电动机从电源吸收更多的电功率。电动机从电源吸收更多的电功率。第第86页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论4 4）总是滞后总是滞后 ，所以异步电动机功率因数，所以异步电动机功率因数 总是
