1、第4章 三相异步电动机 4.1 4.1 三相异步电动机的基本工作原理和结构三相异步电动机的基本工作原理和结构 4.2 4.2 交流电机的绕组交流电机的绕组 4.3 4.3 交流电机绕组的感应电动势交流电机绕组的感应电动势 4.4 4.4 交流电机绕组的磁动势交流电机绕组的磁动势 4.5 4.5 三相异步电动机的空载运行三相异步电动机的空载运行 4.6 4.6 三相异步电动机的负载运行三相异步电动机的负载运行 4.74.7三相异步电动机的等效电路和相量图三相异步电动机的等效电路和相量图. . 4.84.8三相异步电动机的功率平衡、转矩平衡三相异步电动机的功率平衡、转矩平衡 三相异步电机主要用作电
2、动机，拖动各种生产机械。结构简单、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、使用和维护方便，运行可靠，成本低，效率高，得以广泛制造、使用和维护方便，运行可靠，成本低，效率高，得以广泛 应用。但是，功率因数低、起动和调速性能差。应用。但是，功率因数低、起动和调速性能差。 第4章 三相异步电动机 4.1三相异步电动机的基本工作原理与结构 4.1.14.1.1三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
3、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、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
4、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4章 三相异步电动机 第4章 三相异步电动机 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 鼠笼型异步电动机鼠笼型异步电动机 继续 继续 第4章 三相异步电动机 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右图是一台三相鼠笼型异步电 动机的外形图。动机的外形图。 第4章 三相异步电动机 鼠笼型转子鼠笼型转子 铁心和绕组铁心和绕组 结构示意图结构示意图 三相绕线型三相绕线型 转子结构图转子结构图 返回 第4章 三相异步电动机 第4章
5、三相异步电动机 4.1.2 4.1.2 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 U2 U1 W2 V1 W1 V2 1 n n 一、转动原理 1 1、电生磁、电生磁：三相对称绕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
6、 为机械能。为机械能。 第4章 三相异步电动机 二、转差率 1 1 nn s n 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,nn0 1 作为电动机，转速在作为电动机，转速在 1 0n范围内变化，转差率在范围内变化，转差率在0 0 1 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
7、的转速大小或负载大小。电机的转 速为：速为： 1 1n= ( - s)n 额定运行时，转差率一般在额定运行时，转差率一般在0.010.060.010.06之间，即电机转速接之间，即电机转速接 近同步速。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4章 三相异步电动机 三、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
8、 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 1 01q1的且为的且为 奇数的小型三相异奇数的小型三相异 步电动机步电动机。 第4章 三相异步电动机 三、单层同心式绕组 同心式绕组由几个几何尺寸和节距不等的线圈连成同心同心式绕组由几个几何尺寸和节距不等的线圈连成同心 形状的线圈组构成。形状的线圈组构成。 同心式绕组端同心式绕组端 部连线较长，适用部连线较长，适用 于于q
9、=4q=4、6 6、8 8等偶等偶 数的数的2 2极小型三相极小型三相 异步电动机。异步电动机。 第4章 三相异步电动机 优点优点 不适宜于大 中型电机 元件少，结构简元件少，结构简 单，嵌线方便，单，嵌线方便， 槽内无层间绝缘槽内无层间绝缘 广泛应用于广泛应用于10kW10kW以下的以下的 异步电动机定子绕组异步电动机定子绕组 单层绕组为单层绕组为 整距绕组整距绕组 缺点 电动势和磁动电动势和磁动 势波形较差势波形较差 铁损和噪铁损和噪 声较大声较大 起动性 能较差 三相 单层 绕组 的优 缺点 第4章 三相异步电动机 4.2.3 4.2.3 三相双层绕组三相双层绕组 双层绕组每个槽内放上、
10、下两层线圈的有效边，线圈的每双层绕组每个槽内放上、下两层线圈的有效边，线圈的每 一个有效边放在某一槽的上层，另一个有效边则放置在相隔为一个有效边放在某一槽的上层，另一个有效边则放置在相隔为 y y 的另一槽的下层。的另一槽的下层。 双层绕组分双层叠绕组（如图双层绕组分双层叠绕组（如图2a=12a=1）和双层波绕组（略）和双层波绕组（略）。 第4章 三相异步电动机 双层绕组的特点：双层绕组的特点： 1 1）线圈数等于槽数；）线圈数等于槽数； 2 2）线圈数组数等于极数，也等于最大并联支路数）线圈数组数等于极数，也等于最大并联支路数； 3 3）每相绕组的电动势等于每条支路的电动势。）每相绕组的电动
11、势等于每条支路的电动势。 优 点 可以选择最有利的节可以选择最有利的节 距，使电动势和磁动距，使电动势和磁动 势波形更接近正弦波势波形更接近正弦波 所有线圈的形状所有线圈的形状 和尺寸相同，便和尺寸相同，便 于实现机械化于实现机械化 端部排列整齐端部排列整齐 机械强度高机械强度高 可组成较可组成较 多的并联多的并联 支路支路 缺点 嵌线 困难 用铜用铜 量大量大 第4章 三相异步电动机 4.34.3交流电机绕组的感应电动势交流电机绕组的感应电动势 4.3.1 4.3.1 线圈的感应电动势及短距系数线圈的感应电动势及短距系数 一、一根导体的电动势 二、整距绕组的电动势 每个整距绕组由每个整距绕组
12、由N Nc c个相同和线匝组成，每个整距线圈的个相同和线匝组成，每个整距线圈的 电动势电动势: : 111 4 44 y (y)ctc EN E.fN 电动势频率电动势频率: : 60 pn f 电动势大小电动势大小: : 1 2 22 1c E.f 电动势波形电动势波形: : Blve 随时间变化的波形随时间变化的波形 取决于气隙磁密在取决于气隙磁密在 空间的分布波形空间的分布波形 第4章 三相异步电动机 三、短距线圈的电动势 每个短距线圈的电动势每个短距线圈的电动势: : 1 4 44 11()cy E.fN k yy 称为称为短距系数短距系数： 线圈短距时电动线圈短距时电动 势比整距时打
13、的势比整距时打的 一个折扣一个折扣 0 90 1 1 1 y (y ) y y (y ) E y ksin() E 第4章 三相异步电动机 4.3.2 4.3.2 线圈组的感应电动势及分布系数线圈组的感应电动势及分布系数 一组线圈由一组线圈由q q个线圈组成个线圈组成, ,若若q q个线圈为集中绕组时个线圈为集中绕组时, ,各线圈各线圈 电动势大小相等、相位相同，线圈组电动势为电动势大小相等、相位相同，线圈组电动势为: : 1111 4.44 q (q= )cy E=fqN k 若若q q个线圈为分布绕组个线圈为分布绕组, ,放在放在q q个槽内个槽内, ,各线圈电动势大小相各线圈电动势大小相
14、 同同, ,相位相差相位相差电角度电角度, ,电动势为电动势为: : 11111 4 444 44 11()cyqc E.fqN k k.fqN k qqw 1 1 1 2 2 q (q1) q q (q=1) qa sin E k= a E qsin 称为称为基波分布系数基波分布系数: 线圈组电动势等于集线圈组电动势等于集 中线圈组电动势打的中线圈组电动势打的 一个折扣一个折扣. 称为称为基波绕组基波绕组 系数。系数。 111wyq k= k k 第4章 三相异步电动机 4.3.3 4.3.3 一相绕组的基波感应电动势一相绕组的基波感应电动势 一绕组有一绕组有2a2a条支路，一条支路由若干个
15、线圈组路串联组成。条支路，一条支路由若干个线圈组路串联组成。 一相绕组的基波电动势为一条支路的基波电动势一相绕组的基波电动势为一条支路的基波电动势 111 4.44 pw E=fNk 一、一相绕组的基波电动势 对单层绕组：对单层绕组： 2 c pqN N = a 对双层绕组：对双层绕组： c 2 pqN N = 2a 第4章 三相异步电动机 二、短距绕组、分布绕组对电动势波形的影响 0 90 2 2 4 44 ksin() sin k sin E.fNkk y q pyq y q q 对V次谐波： 1 pp nn p n ff 60 第4章 三相异步电动机 改善电动势波形的方法改善电动势波形的
16、方法: : 00 1 py E,k,y时时采用采用 .k y 尽可能小尽可能小让让0 （）（）采用短距绕组来削弱高次谐波采用短距绕组来削弱高次谐波 （）采用分布绕组来削弱高次谐波（）采用分布绕组来削弱高次谐波 尽可能小尽可能小让让 q k 改善主磁极磁场的分布改善主磁极磁场的分布 改善交流绕组的构成，削弱谐波电动势改善交流绕组的构成，削弱谐波电动势 采用接线消除线电动势中的三及其倍数的奇次谐波采用接线消除线电动势中的三及其倍数的奇次谐波 00 5 4 55 py E,k,y时时 第4章 三相异步电动机 4.4交流电机绕组的磁动势 4.4.1 4.4.1 单相绕组的磁动势单相绕组的磁动势 一、整
17、距集中绕组的磁动势 一台两极气隙均匀的交流电机一台两极气隙均匀的交流电机, ,一个整距一个整距 绕组通入交流电流绕组通入交流电流, ,线圈磁动势在某瞬间的分线圈磁动势在某瞬间的分 布如图布如图, ,由全电流定律得由全电流定律得: : iNiHdl c 忽略铁心磁阻忽略铁心磁阻, ,磁动势完全降落在两磁动势完全降落在两 个气隙上个气隙上. .每个气隙的磁动势为每个气隙的磁动势为: : ttsinFsinINiNf cmcccc 2 1 2 1 空间分布为空间分布为矩形波矩形波, ,随时间按随时间按正弦规律正弦规律变变 化化. .变化变化频率为电流频率频率为电流频率。 空间位置不变而幅值和方向随时
18、间变化的磁动势称为空间位置不变而幅值和方向随时间变化的磁动势称为脉动磁脉动磁 动势动势。 第4章 三相异步电动机 矩形波磁动势可能分解为基波和一系列高次谐波矩形波磁动势可能分解为基波和一系列高次谐波: : 13 3 ( , )sincossincos.sincos. cccc fx tFtxFtxFtx 基波磁动势为基波磁动势为: : 1 42 0 9 2 ccccc FN I. N I 11 ( , )sincos cc fx tFtx 基波磁动势最大值为基波磁动势最大值为: : 整距绕组基波磁动势在空间按余弦分布，幅值位于绕组轴线，整距绕组基波磁动势在空间按余弦分布，幅值位于绕组轴线， 空
19、间每一点的磁动势大小按正弦规律变化空间每一点的磁动势大小按正弦规律变化仍然为仍然为脉动磁动势脉动磁动势。 第4章 三相异步电动机 二、单相脉动磁动势 1 1、整距分布绕组的磁动势、整距分布绕组的磁动势 cqycyqp Ikk)qN(kFF 11111 20.92 每个绕组由每个绕组由q q 个线圈串联构成，依次在定子圆周空间错开个线圈串联构成，依次在定子圆周空间错开 槽距角槽距角,绕组的基波磁动势为绕组的基波磁动势为q q个线圈基波磁动势的空间矢量个线圈基波磁动势的空间矢量 和：和： 111qcq kqFF 2 2、一组双层短距分布绕组的基波磁动势、一组双层短距分布绕组的基波磁动势 双层短距分
20、布绕组的基波磁动势为两个等效绕组基波磁动双层短距分布绕组的基波磁动势为两个等效绕组基波磁动 势的相量和，用短距系数计及绕组短距的影响：势的相量和，用短距系数计及绕组短距的影响： 第4章 三相异步电动机 3 3、相绕组的磁动势、相绕组的磁动势 每个极下的磁动势和磁阻构成一条分支磁路。若电机有每个极下的磁动势和磁阻构成一条分支磁路。若电机有p p 对磁极，就有对磁极，就有p p条并联的对称分支磁路，所以一相绕组的基波条并联的对称分支磁路，所以一相绕组的基波 磁动势就是该绕组在一对磁极下线圈所产生的基波磁动势，若磁动势就是该绕组在一对磁极下线圈所产生的基波磁动势，若 每相电流为每相电流为I Ip p
21、: : xcostsinI p Nk .xcostsinFt)(x,f p 1w pp 90 11 单相绕组的基波磁动势是在空间按余弦规律分布，单相绕组的基波磁动势是在空间按余弦规律分布， 幅值大小随时间按正弦规律变化的幅值大小随时间按正弦规律变化的脉动磁动势脉动磁动势。 第4章 三相异步电动机 三、单相脉动磁动势的分解 即一个脉动磁动势可以分解成两个幅值大小相等的磁动势。即一个脉动磁动势可以分解成两个幅值大小相等的磁动势。 1111 11 11 22 ppp +- pp f (x,t)FsincosxFsin(x)F sin(x) = f (x,t)+ f (x,t) p ttt 先分析 )
22、xtsin(F)t ,x(f pp 11 2 1 取幅值点分析 2 xt ;x,t 22 0 时时 ;x,t0 2 时时 ;x,t 22 时时 x t)(x,f 1p 2 2 第4章 三相异步电动机 综上分析综上分析 。 。 )t ,x(f,x)t ,x(f)( pp 向旋转磁动势向旋转磁动势 称为正称为正故故轴正方向移动轴正方向移动朝朝随着时间推移随着时间推移 11 1 。 。)t ,x(f)( p 势幅值的一半势幅值的一半的幅值为单相基波磁动的幅值为单相基波磁动 1 2 min)/( 60 )/( 2 2 )/(2)3( 1 r p f sr p f p f n smf dt dx v 旋
23、转速度 线速度为 。 。x,)t ,x(f)t ,x(f pp 的负方向的负方向只是旋转方向是只是旋转方向是性质基本一致性质基本一致的性质与的性质与 11 第4章 三相异步电动机 可见 (1)(1)单相绕组的基波磁动势为脉动单相绕组的基波磁动势为脉动, ,它可以分解为大小相等、它可以分解为大小相等、 转速相同而转身相反的两个旋转磁场。转速相同而转身相反的两个旋转磁场。 (2)(2)反之反之, ,满足上述性质的两个旋转磁动势的合成即为脉满足上述性质的两个旋转磁动势的合成即为脉 动磁动势。动磁动势。 （3）由于正方向或反方向的旋转磁动势在旋转过程中，大）由于正方向或反方向的旋转磁动势在旋转过程中，
24、大 小不变，两矢量顶点的轨迹为一圆形，所以这两个磁动势为小不变，两矢量顶点的轨迹为一圆形，所以这两个磁动势为 圆形旋转磁动势。圆形旋转磁动势。 第4章 三相异步电动机 4.4.2 4.4.2 三相绕组基波合成磁动势三相绕组基波合成磁动势旋转磁动势旋转磁动势 三相的合成磁动势：三相的合成磁动势： 取取U U相绕组轴线位置作为空间坐标原点、以相序的方向作为相绕组轴线位置作为空间坐标原点、以相序的方向作为 x x的参考方向、的参考方向、U U相电流为零时作为时间起点，则三相基波磁动相电流为零时作为时间起点，则三相基波磁动 势为：势为： )xtsin(F)xtsin(F)xcos()tsin(Ff )
25、xtsin(F)xtsin(F)xcos()tsin(Ff )xtsin(F)xtsin(FxcostsinFf pppW pppV pppU 3 4 2 1 2 1 3 2 3 2 3 4 2 1 2 1 3 2 3 2 2 1 2 1 1111 1111 1111 111 3 2 p f (x,t)=F sin(t-x)= F sin(t-x) 可见：三相合成磁动势也是一个可见：三相合成磁动势也是一个圆形旋转磁动势圆形旋转磁动势。 交流电机三相对称绕组交流电机三相对称绕组, , 通入三相对称电流，磁动势是三相通入三相对称电流，磁动势是三相 的合成磁动势。的合成磁动势。 第4章 三相异步电动
26、机 为了分析旋转磁动势的旋转方向，设三相对称电流按余弦规为了分析旋转磁动势的旋转方向，设三相对称电流按余弦规 律变化，律变化，U U 相电流最大时为计时点，电流取首进尾出为正，电相电流最大时为计时点，电流取首进尾出为正，电 流波形和各时刻旋转磁动势的位置如图所示：流波形和各时刻旋转磁动势的位置如图所示： U2 U1 W2 V1 W1 V2 1 n 第4章 三相异步电动机 用图解法分析用图解法分析不同时刻三相合成磁动势不同时刻三相合成磁动势 合成磁动势的转向是从载有超前电流的相转到载有滞后电合成磁动势的转向是从载有超前电流的相转到载有滞后电 流的相。流的相。 第4章 三相异步电动机 产生圆形旋转
27、磁动势的条件：产生圆形旋转磁动势的条件：一是三相或多相对称绕组；二一是三相或多相对称绕组；二 是三相或多相对称电流。两个条件有一个不满足，即产生椭圆形是三相或多相对称电流。两个条件有一个不满足，即产生椭圆形 旋转磁动势。旋转磁动势。 三相对称绕组通入三相对称电流，产生的基波合成磁 动势是一个幅值恒定不变的圆形旋转磁动势，它有以下主 要性质 (1)(1)幅值是单相脉动磁动势最大幅值的幅值是单相脉动磁动势最大幅值的3/23/2倍。倍。 (2)(2)转向由电流相序决定转向由电流相序决定, ,从载有超前电流相转到载有滞后电从载有超前电流相转到载有滞后电 流相流相. . (3)(3)转速决定于电流的频率
28、和电机的磁极对数转速决定于电流的频率和电机的磁极对数 p f n 60 1 (4)(4)当某相电流达最大值时当某相电流达最大值时, ,旋转磁动势的波幅位置刚好转到该旋转磁动势的波幅位置刚好转到该 相绕组的轴线位置上相绕组的轴线位置上 第4章 三相异步电动机 4.5.1 4.5.1 空载运行时的电磁关系空载运行时的电磁关系 4.5三相异步电动机的空载运行 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
29、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4章 三相异步电动机 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, a r 0 00 0 功分量功分量 损耗的有损耗的有另一个是用来供给铁心另一个是用来供给铁心的无功分量的无功分量
30、产生主磁通产生主磁通 一是用来一是用来由两部分组成由两部分组成异步电动机空载电流异步电动机空载电流与变压器一样与变压器一样 基波幅值为基波幅值为载磁动势载磁动势产生的旋转磁动势为空产生的旋转磁动势为空三相空载电流三相空载电流,FI 00 0 I p kNm F 1w11 0 0.9 2 .III ar000 :即即 .F， ，I， ，E， ， 、 、, 000 22 于是于是乎为零乎为零 转子之间相对速度几转子之间相对速度几定定接近同步速接近同步速转子转速很高转子转速很高空载运行时空载运行时 .II,I,II rar00000 即即基本为一无功性质电流基本为一无功性质电流所以所以由于由于 第4
31、章 三相异步电动机 三、电磁关系 10R I 1 U ()三相系)(I 三相系统三相系统 0 )(F三相合成三相合成 0 1 E 0 1 1 E 0 2 E 4.5.2 4.5.2 空载运行时的电压平衡方程空载运行时的电压平衡方程 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 0 1111 4.44 w kNfjE 101 XI 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4章 三相异步电动机 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
32、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： 0111010110111 IZEXI jRIERIEEU 同样也有：同样也有： 100mmm E = - 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4章 三相异步电动机 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
33、 4）由于存在气隙）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)00002 2222 变压器变压器异步电动机空载时异步电动机空载时 %.% %,%I,) 102 30203 0 的仅为的仅为 而变压器而变压器为为异步电动机异步电动机由于存在气隙由于存在气隙 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4章 三相异步电动机 4.6.1 4.6.1 负载运行时的电磁关系
34、负载运行时的电磁关系 4.6三相异步电动机的负载运行 11I R 1 1 E 22I R 2 2 E )( 1 三相系统U )(I三相系统三相系统 1 )(I多相系统多相系统 2 1 F 2 F 0 F 0 1 E s E2 第4章 三相异步电动机 4.6.2 4.6.2 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: : 111 21 11 60 p(n -n)n -npn f = sf nn 转子不转时, .ff,s ,n 12 10 理想
35、空载时, .f,s ,nn00 21 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: : 02222 444 ws kNf.E 转子不转时的感应电动势转子不转时的感应电动势: : 02212 444 w kNf.E 二者关系为二者关系为: : 22s E= sE 第4章 三相异步电动机 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: : 222 2LfX s 二者关系二者关系: : 22s X= sX . 转子绕组的漏阻抗转子绕组的漏阻抗: : 2222 jsXRjXRZ 2ss 四、转子绕组的电流 转子绕组为闭
36、合绕组转子绕组为闭合绕组, ,转子电流为转子电流为 22 2 22 2 2 2 2 jsXR Es jXR E Z E I s s s s 转子不转时转子漏电抗转子不转时转子漏电抗: : 222 2LfX 当转速降低时当转速降低时, ,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4章 三相异步电动机 五、转子绕组的功率因数 2 22 2222 2222 RR cos= 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
37、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. . 2 222 2 90 2 I p kN . m F w 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. . 1 nnn)(nnn 12 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，
38、两者在空间上总是保持相对静止。 第4章 三相异步电动机 4.6.3 4.6.3 磁动势平衡方程磁动势平衡方程 021 FFF 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： L FF)F(FF 10201 . ,F,F; ,F: L 主磁通的影响主磁通的影响用来抵消转子磁动势对用来抵消转子磁动势对 即即它用平衡转子磁动势它用平衡转子磁动势另一个是负载分量另一个是负载分量产生气隙磁通产生气隙磁通 它用来它用来一个是励磁磁动势一个是励磁磁动势个分量个分量定子旋转磁动势包括两定子旋转磁动势包括两表明表明 210 0 写成磁动势幅值公式写成磁动势幅值公式： 0 111 2 222
39、1 11 0.9 2 0.9 2 0.9 2 I p kNm I p kNm I p kNm ww1w : kNm kNm k w w i 有有两边除以电流变比两边除以电流变比 222 111 0 2 1 I k I I i 第4章 三相异步电动机 4.6.4 4.6.4 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：根据基尔霍夫电压定律可写出定、转子侧电动势平衡方程： 111111111 U = -E + I R + jI X = -E + I Z 22222222 0 ssss = E - I R - jI X= E + I Z :kEE: e 之比称为
40、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 21 22 11 2 1 w w e kN kN E E k 第4章 三相异步电动机 4.7.1 4.7.1 折算折算 4.7三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 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。
41、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 2 1 2s2s22 2 2s2s22 222 EEsEE I = - s ZR + jXR + jsX R + jX +R s .F, ,R s s , 不变不变同时保持转子磁动势同时保持转子磁动势为定子频率为定子频率就可以将转子频率折算就可以将转子频率折算 电阻电阻在转子回路中串联一个在转子回路中串联一个用一个不转的转子并且用一个不转的转子并且可见可见 2 2 1 第4章 三相异步电动机 222222s222 I)sXj(REsI)jX(REU s 2 R s s1 实际的旋转转子轴上有机械损耗和机械功率输出。频
42、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。 2 1 R s s 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” 电阻负载”，其上的压降可以看成是转子回路的端电压电阻负载”，其上的压降可以看成是转子回路的端电压: 第4章 三相异步电动机 二、绕组折算 。
43、 。 。 。 k、N、Nm k、N、Nm w w 同同 本相本相折算的方法与变压器基折算的方法与变压器基组组 的实际转子绕的实际转子绕及及取代取代 等效转子等效转子及及绕组相同的绕组相同的 定子定子绕组折算就是用一个和绕组折算就是用一个和 222 111 122 EEkE e i 2 2 k I I 22 22 XkkX RkkR ei ei 4.7.2 等效电路 一、绕组后的基本方程 111111 XI jRIEU 222222 XI jRIEU 021 III 12 EE 01 I )jXR(E mm 222 1 R s s IU 第4章 三相异步电动机 二、T型等效电路和简化等效电路 由
44、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4章 三相异步电动机 从等效电路分析可知从等效电路分析可知: : ; ,I ,R s s ,s ,nn,) 电机相当于开路电机相当于开路 总机械功率近似为零总机械功率近似为零理想空载时理想空载时0 1 02 220 ; ,R s s ,s ,n,) 短路状态短路状态 电机处于电机处于总机械功率为零总机械功率为零电机不转时电机不转时0 1 101 2 3)3)三相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
45、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4章 三相异步电动机 4.7.3 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。 。 。 ， ， ， ，、 、 。 。U I, 后的后的 因数总是滞因数总是滞所以异步电动机的功率所以异步电动机的功率率率 定的感性无功功定的感性无功功电机需要从电源吸收一电机需要从电源吸收一 转子的漏磁通转子的漏磁通气隙中的主磁通和定气隙中的主磁通和定 这是因为要建立和维持这是因为要建立和维持于电源电压于电源电压 总是滞后总是滞后定子电
46、流定子电流从相量图可见从相量图可见 1 1 。 。 ， ， ， ，I， ，I ， ，s， ，n， ， ， ， 械的转换械的转换 实现由电能到机实现由电能到机吸取更多的电功率吸取更多的电功率 电动机从电源电动机从电源随之增加随之增加增加增加使使 增大增大转差率转差率下降下降转速转速增加时增加时 当电动机机械负载当电动机机械负载还可见看出还可见看出 12 第4章 三相异步电动机 4.8.1 4.8.1 功率平衡和转矩平衡功率平衡和转矩平衡 4.8三相异步电动机的功率平衡、转矩平衡 异步电动机的功率和损耗有：异步电动机的功率和损耗有： 一、功率平衡 输入功率输入功率 11111 cosIUmP 定子铁损定子
