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1、第2章 异步电动机,2.3 异步电动机的空载与负载运行分析,本节主要掌握异步电动机空载与负载运行的状态，了解旋转磁场对定子绕组和转子绕组的作用。理解转差率对转子回路各物理量的影响。 2.3.1三相异步电动机的空载运行 异步电动机定子与转子之间并没有导线间的连接，两者之间通过定转子的铁心进行磁的耦合。异步电动机工作时，其定子绕组与电源相连，从而定子绕组从电源处吸取能量，并借助于电磁感应的作用传递给转子。异步电动机的定子绕组相当于变压器一次侧绕组，而转子绕组则相当于二次侧绕组。从电磁感应原理和能量传递角度来看，异步电动机与变压器有许多相似之处，变压器相当于静止不动的电机。异步电动机正常工作时是旋转
2、的，转子转速变化时，会引起转子电动势及电流的频率发生变化，且不和定子电动势及电流频率相等。同时，转速变化时也会引起转子回路中物理量发生变化。,第2章 异步电动机,2.3 异步电动机的空载与负载运行分析,1、电磁关系 异步电动机空载运行时的定子电流称为空载电流，用表示，异步电动机空载运行时，轴上没带机械负载，异步电动机所产生的电磁转矩仅克服了摩擦、风阻的阻转矩，所以是很小的。电机所受到得阻转矩很小，因此，电动机的空载转速很高，接近于同步转速。转子与定子旋转磁场之间几乎无相对运动，于是转子的感应电动势0 ，转子电流0，转子磁势0 。此时气隙磁场只由定子空载磁势产生。空载时的定子磁势，即为励磁磁势，
3、空载时的定子电流，主要是用作产生磁场的励磁电流。当定子绕组通上三相电源后，定转子气隙中便产生磁通。,第2章 异步电动机,2.3 异步电动机的空载与负载运行分析,1）主磁通 主磁通同时交链定、转子绕组，便会在定、转子绕组中产生感应电动势，并在闭合的转子绕组中产生感应电流。转子导体中的电流与定子磁场相互作用而产生电磁转矩，从而将定子绕组吸收的电能转化为轴上输出的机械能。因此，主磁通是异步电动机实现机电能量转换的关键。 2）、定子漏磁通 定子磁势除产生主磁通以外，还产生仅与定子绕组相交链的磁通，称为定子漏磁通，漏磁通不参与能量转换，并且主要通过空气闭合，受磁路饱和的影响较小，可以看做近似的线性磁路。
4、 2、空载时的定子电压平衡关系 对一台已经生产好的异步电动机，当电源频率f1一定时，电源电压与主磁通成正比，且与电动机的运行状态无关，这是分析异步电动 机运行的重要理论依据。,第2章 异步电动机,2.3 异步电动机的空载与负载运行分析,由此可见，在异步电动机中，茬外加电压一定时，其主磁通基本上也为 一定值，这和变压器的情况一样。 由以上的分析结果表明，异步电动机空载时的物理现象和电压平衡关系式与变压器十分分相似。但是，变压器工作时是静止的，故不存在机械损耗，主磁通所经过的磁路气隙也很小，因此变压器的空载电流很小，仅为额定中流的2%一10%:而异步中动机的空载电流则较大，在小型异步电动机中，空载
5、电甚至可达额定电流的60%。其主要原因一是异步电动机空载时存在机械损耗，二是磁路上有气隙，需要有较大的电流励磁。,第2章 异步电动机,2.3 异步电动机的空载与负载运行分析,2.3.2、三相异步电动机的负载运行 1、负载运行时的物理状况 异步电动机带上机械负载时，电动机转子以低于同步转速n1的速度n旋转，其转向仍与气隙旋转磁场的方向相同。这时，定子旋转磁场以相对速度n=n1-n切割转子绕组，于是转子绕组中将感应电动势E2和电流I2。 电机带上负载运行时，除定子电流会产生定子旋转磁势F1以外，此时转子电流由于转子带载而不为零，故转子电流也将产生一转子旋转磁势F2，则气隙中的总磁势为F1和F2的合
6、成，气隙磁场由两者共同建立。 1）转子磁势分析 （1）转子磁势性质。我们知道三相对称交流电通入三相对称绕组产生旋转磁势，同理可以论证多相对称交流电通入多相对称绕组产生的也是旋转磁势。绕线式异步电动机转子绕组为对称三相绕组，流过,第2章 异步电动机,2.3 异步电动机的空载与负载运行分析,绕组的电流是三相对称电流，其转子磁势是一旋转磁势；鼠笼式异步电动机的转子绕组是多相对称绕组，流过绕组的电流为多相对称电流，其转子磁势也是一个旋转磁势。即无论是绕线式异步电动机还是鼠笼式异步电动机，转子磁势都是一个旋转磁势，该磁势产生的磁场也是一个旋转磁场。由于没有定子旋转磁场切割转子导条，就不可能产生转子电流，
7、也就没有转子磁势，故转子磁势产生于定子磁势，故转子绕组的极对数p2与定子绕组的极对数p相同。 （2）转子磁势的转向。我们知道，定子旋转磁势的转向与定子绕组三相电流的相序有关。若定子旋转磁场沿ABCA的相序顺时针方向旋转如图所示,因此在转子绕组中感应电动势和感应电流的相序也应为abca.又因为转子磁势转向取决于转子绕组中电流相序，故可确定转子磁势的转向也应从abca.的顺时针方向旋转。综上所述，可得以下结论：转子电流相序与定子电流相序一致，转子磁势转向同定子磁势转向一致。,第2章 异步电动机,2.3 异步电动机的空载与负载运行分析,（3）转子旋转磁势的转速。转子转速为n，气隙旋转磁场以n=-n1
8、-n=sn1的相对速度切割转子绕组，在转子绕组中感应电动势和电流，其频率为 转子绕组的极对数p2=p,转子磁势相对于转子转速为 转子本身以转速n旋转，故转子磁势相对于定子的转速为 此式表明，转子磁势与定子磁势在气隙中的转速相同。 由此可见，无论异步电动机的转速n如何变化，定子磁势F1与转子磁势F2总是相对静止的。定、转子磁势相对静止也是一切旋转电机能够正常运行的必要条件，因为这样，才能产生恒定的平均电磁转矩，从而实现机电能量转换。 异步电动机负载运行时，定子磁势F1与转子磁势F2共同建立了气隙主磁通m。,第2章 异步电动机,2.3 异步电动机的空载与负载运行分析,定转子回路电压方程 1）定子回
9、路电压方程 异步电动时负载运行时，绕组电流由IO变为I1，故定子回路电压平衡方程为 2）、转子回路电压方程 异步电动机负载运行时，气隙主磁通m以同步转速切割定子绕组，也以n=n1-n的相对速度切割转子绕组，并在转子绕组中感应频率为f2的电动势 。 式中m主磁场的每极磁通； N2转子每组绕组匝数； 转子绕组系数，它是由转子绕组的短矩和分布所引起的； f2转子电流频率。,第2章 异步电动机,2.3 异步电动机的空载与负载运行分析,3.电磁关系 根据磁动势及电动势平衡方程可以得到如图2-19所示的电磁关系。 图219 异步电动机负载运行时的电磁关系 4、转子绕组漏抗 转子不动时，f2=f1，转子绕组
10、漏抗为 ，即 当电动机转动起来时，由于 所以,第2章 异步电动机,2.3 异步电动机的空载与负载运行分析,5、转子绕组电流 通过转子绕组的电流I2 5、转子功率因数 转子的功率因数cos2为 由上述公式可知，上述5个转子物理量的大小均与电动机的转差率有关。即转子转动时，转速发生变化时这些物理量都会发生变化。其中，转子频率f2,转子电抗x2，转子电动势E2和转子电流I2均随着转差率s增大（即转速n下降）而增大；而转子功率因数则随转差率增大而减小。特别当异步电动机起动瞬间，n=0，而定子旋转磁场已建立，故s=1，此时转子回路频率f2=f1，此时功率因数cos2最小，而转子回路电抗x2，转子绕组电动势E2和转子电流均达到了最大值，一般此时转子电流可达电机满载运行时的5-6倍，而定子电流则达到了额定运行时电流的6-7倍。,
