异步电机原理PPT幻灯片

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1、第七章 三相异步电动机的基本原理7.1 结构、铭牌数据及工作原理7.2 定子绕组及感应电动势7.3 电磁过程7.4 等效电路7.5 功率和转矩7.7 机械特性7.6 工作特性1交流电机的分类交流电机的分类交流电机可分为交流电机可分为异步电机异步电机和和同步电机同步电机两大类。两大类。 按定子绕组供电电源相数按定子绕组供电电源相数按转子绕组的结构按转子绕组的结构单相异步电动机单相异步电动机三相异步电动机三相异步电动机两相异步电动机两相异步电动机异步电机异步电机鼠笼鼠笼式异步电动机式异步电动机绕线绕线式异步电动机式异步电动机三相异步电机主要用作三相异步电机主要用作电动机电动机，拖动各种生产机械。结

2、构简，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，单、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。得以广泛应用。2一一. .三相异步电机的结构三相异步电机的结构1.1.定子定子部分（电枢）部分（电枢）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。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。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。2.2.转子转子部分部分转子铁心：由硅钢片叠成，也是磁路的一部分。转子铁心

3、：由硅钢片叠成，也是磁路的一部分。转子绕组转子绕组： 1 1）鼠笼式鼠笼式转子：转子铁心的每个槽内插入一根转子：转子铁心的每个槽内插入一根 导条，形成一个多相对称短路绕组。导条，形成一个多相对称短路绕组。2 2）绕线式绕线式转子：转转子：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到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。的最小值。3.3.气隙气隙7.1结构、额定数据及工作原理37.1结构、额定数据及工作原理41 1、定子、定子异步动机的定子由定子铁心、定子绕组和机座三部分组成

4、。异步动机的定子由定子铁心、定子绕组和机座三部分组成。7.1结构、额定数据及工作原理5 机座机座 机座是电动机的外壳，支撑电机各部件，并通过机座的底机座是电动机的外壳，支撑电机各部件，并通过机座的底脚将电机安装固定。全封闭式电机的定子铁心紧贴机座内壁，脚将电机安装固定。全封闭式电机的定子铁心紧贴机座内壁，故机座外壳上的散热是电机的主要散热面。中小型电机采用铸故机座外壳上的散热是电机的主要散热面。中小型电机采用铸铁机座。大型电机一般采用钢板焊接机座。铁机座。大型电机一般采用钢板焊接机座。 7.1结构、额定数据及工作原理机 座67.1结构、额定数据及工作原理 定子铁心定子铁心导磁导磁部分部分 定子

5、铁心是电定子铁心是电机磁路的一部分，机磁路的一部分，并起固定定子绕组并起固定定子绕组的作用。为了增强的作用。为了增强导磁能力和减小铁导磁能力和减小铁耗，定子铁心常选耗，定子铁心常选用用0.5mm0.5mm或或0.35mm0.35mm厚厚的硅钢片冲制叠压的硅钢片冲制叠压而成，片间涂上绝而成，片间涂上绝缘漆。定子铁心内缘漆。定子铁心内圆均匀冲出许多形圆均匀冲出许多形状相同的槽，用以状相同的槽，用以嵌放定子绕组。嵌放定子绕组。 77.1结构、额定数据及工作原理定子冲片照片定子冲片照片8 定子绕组定子绕组：放在定子铁心内圆槽内放在定子铁心内圆槽内导电部分。导电部分。 定子绕组是异步电动机的电路部分，其

6、材料主要采用紫铜。小型异步定子绕组是异步电动机的电路部分，其材料主要采用紫铜。小型异步电动机常采用三相单层绕组，大中型异步电动机常采用三相双层短矩叠绕电动机常采用三相单层绕组，大中型异步电动机常采用三相双层短矩叠绕组形式，三相绕组的六个出线端子均接在机座侧面的接线板上，可根据需组形式，三相绕组的六个出线端子均接在机座侧面的接线板上，可根据需要将三相绕组接成要将三相绕组接成Y Y形或形或形。形。 7.1结构、额定数据及工作原理97.1结构、额定数据及工作原理10定子线圈照片定子线圈照片7.1结构、额定数据及工作原理11转 子2 2、转子、转子异步电机的转异步电机的转子主要部分：子主要部分： 转子

7、铁心转子铁心 转子绕组转子绕组 转轴转轴7.1结构、额定数据及工作原理127.1结构、额定数据及工作原理转子铁心转子铁心13铜条笼铜条笼型转子型转子铸铝笼铸铝笼型转子型转子7.1结构、额定数据及工作原理鼠笼式绕组鼠笼式绕组特点：结构简单，自己短路。特点：结构简单，自己短路。147.1结构、额定数据及工作原理15三相绕线式转子三相绕线式转子7.1结构、额定数据及工作原理特点特点：把静止的外电路串：把静止的外电路串联到转子绕组回路中，改联到转子绕组回路中，改善电动机的特性。善电动机的特性。16绕线式转子照片绕线式转子照片7.1结构、额定数据及工作原理17铭牌铭牌：型号，额定值，绕组联结方式，生产厂

8、家等：型号，额定值，绕组联结方式，生产厂家等型号型号：Y132S1-2,Y-异步电动机；异步电动机；132-机座中心高度机座中心高度132mm，S1-短机座短机座1号铁心；号铁心；2-极数。极数。额定值额定值:正常运行时正常运行时的主要数据指标。的主要数据指标。绕组联结方式绕组联结方式：接法或者接法或者Y接法接法。7.1结构、额定数据及工作原理二二.铭牌数据铭牌数据18额定值额定值额定电压额定电压UN：(V)，额定运行时，规定加在额定运行时，规定加在定子绕组定子绕组上的上的线电压线电压；额定电流额定电流IN：(A),额定运行时，规定加在额定运行时，规定加在定子绕组定子绕组上的上的线电流线电流；

9、额定功率额定功率PN：(kW),额定运行时，电动机的额定运行时，电动机的输出功率输出功率；额定转速额定转速n：(r/min),额定运行时，电动机的额定运行时，电动机的转子转速转子转速；额定频率额定频率fN：(Hz)，规定的规定的电源频率电源频率(50Hz)；额定效率、额定功率因数额定效率、额定功率因数等等7.1结构、额定数据及工作原理197.1结构、额定数据及工作原理三三. .三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理电磁感应电磁感应1.1.旋转磁场的产生旋转磁场的产生旋转磁场旋转磁场：一种极性和大小不变，并且以一定转速旋转的磁场。：一种极性和大小不变，并且以一定转速旋转的磁场。A-X、

10、B-Y、C-Z三个线圈在空间上彼此互隔三个线圈在空间上彼此互隔120120分布在定子分布在定子铁心内圆的圆周上，构成了对称三相绕组。铁心内圆的圆周上，构成了对称三相绕组。当当三相对称绕组三相对称绕组接上接上三相对称三相对称电源电源，就产生旋转磁场。，就产生旋转磁场。20 B相从相从A相后移相后移120C相从相从B相后移相后移120A相从相从C相后移相后移120NSNSNSNS7.1结构、额定数据及工作原理21N1S1S2N2四极旋转磁四极旋转磁场示意图场示意图p为极对数；为极对数；f1为交流电源的为交流电源的频率。频率。ns同步转速同步转速，旋转，旋转磁场的转速。单位磁场的转速。单位r/min

11、；N1N1S1N2N2N2S2S2S2N1S1S17.1结构、额定数据及工作原理22U2U1W2V1W1V2n2. 2. 转动原理转动原理(1)(1)电生磁电生磁：定子的三相对称定子的三相对称绕组通入三相对称电流产生圆绕组通入三相对称电流产生圆形旋转磁场。形旋转磁场。(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：转子载流体在磁转子载流体在磁场作用下受电磁力作用，形成场作用下受电磁力作用，形成电磁转矩，驱动电动机旋转，电磁转矩，驱动电动机旋转，将电能转化为机械能。将电能转化为机械能。7.1结构、额定数据及工作原理2

12、33. 3. 三相异步电动机的转速三相异步电动机的转速转差率转差率:同步转速与转子转速之差与同步转速的比值称为转同步转速与转子转速之差与同步转速的比值称为转差率，用差率，用s表示，即：表示，即：作为作为电动机电动机: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：转速为：n=ns(1-s)额定运行时，转差率一般在额定运行时，转差率一般在0.010.06之间，即电机转速之间，即电机转速接接近同步转速。近同步转速。转速在转速在0ns范围

13、内变化，转差率在范围内变化，转差率在01范围内变化。范围内变化。7.1结构、额定数据及工作原理24例例有一台有一台50Hz的三相异步电动机运行，空载转差率为的三相异步电动机运行，空载转差率为0.267%，额定转速为，额定转速为，求该电动机的极对数、，求该电动机的极对数、同步转速、空载转速以及额定负载时的转差率。同步转速、空载转速以及额定负载时的转差率。解：解： 额定转差率额定转差率同步转速同步转速考虑本题的额定转速考虑本题的额定转速极对数极对数空载转速空载转速7.1结构、额定数据及工作原理251 1）三相绕组对称；）三相绕组对称；2 2）力求获得最大的电动势和）力求获得最大的电动势和磁动势；磁

14、动势；3 3）绕组的电动势和磁动势的波）绕组的电动势和磁动势的波形力求接近正弦；形力求接近正弦；对绕组的要求：对绕组的要求：7.2 7.2 定子绕组及感应电动势定子绕组及感应电动势定子绕组定子绕组26 单层绕组一个槽中只放一个元件边；单层绕组一个槽中只放一个元件边； 双层绕组一个槽中放两个元件边。双层绕组一个槽中放两个元件边。单层绕组和双层绕组单层绕组和双层绕组7.2 7.2 定子绕组及感应电动势定子绕组及感应电动势27交流绕组的一些基本知识和基本量交流绕组的一些基本知识和基本量电角度与机械角度电角度与机械角度：转子铁心的横截面是一个圆，其几何角度为转子铁心的横截面是一个圆，其几何角度为360

15、度，度，称为称为机械角度机械角度。从电磁角度看，一对从电磁角度看，一对N,S极构成一个磁场周期，即极构成一个磁场周期，即1对对极为极为360电角度电角度；电机的极对数为电机的极对数为p时，气隙时，气隙圆周的角度数为圆周的角度数为p360电角电角度。度。电角度电角度= p机械角度机械角度7.2 7.2 定子绕组及感应电动势定子绕组及感应电动势28 极距极距：沿定子铁心内圆每个磁极所占的范围；：沿定子铁心内圆每个磁极所占的范围； 用长度表示用长度表示/ /用槽数表示；用槽数表示； 槽距角槽距角 ：相邻槽之间的电角度称为槽距角：相邻槽之间的电角度称为槽距角若若Q1为定子槽数，为定子槽数，p为极对数，

16、则槽距角为极对数，则槽距角每极每相槽数每极每相槽数q ：每一极每相绕组所占槽数，用符号每一极每相绕组所占槽数，用符号q表示表示（m相数）相数）交流绕组的一些基本知识和基本量交流绕组的一些基本知识和基本量7.2 7.2 定子绕组及感应电动势定子绕组及感应电动势29均匀原则均匀原则：每个极域内的槽数（线圈数）要相等，：每个极域内的槽数（线圈数）要相等，各相绕组在每个极域内所占的槽数应相等；各相绕组在每个极域内所占的槽数应相等；对称原则对称原则：三相绕组的结构完全一样，但在电机的：三相绕组的结构完全一样，但在电机的圆周空间互相错开圆周空间互相错开120电角度。电角度。如槽距角为如槽距角为，则相邻两相

17、错开的槽数为则相邻两相错开的槽数为120/。电势相加原则电势相加原则：线圈两个圈边的感应电势应该相加；：线圈两个圈边的感应电势应该相加；线圈与线圈之间的连接也应符合这一原则。线圈与线圈之间的连接也应符合这一原则。如线圈的一个边在如线圈的一个边在N极下，另一个应在极下，另一个应在S极下极下。交流绕组的构成原则交流绕组的构成原则7.2 7.2 定子绕组及感应电动势定子绕组及感应电动势301.分极分相分极分相：将总槽数按给定的极数均匀分开（将总槽数按给定的极数均匀分开（N、S极相邻分布）并标极相邻分布）并标记假设的感应电势方向。记假设的感应电势方向。将每个极域的槽数按三相均匀分开。三相在空间错开将每

18、个极域的槽数按三相均匀分开。三相在空间错开120电电角度。角度。实例：实例：Q24（槽）、（槽）、m3（相）、（相）、2p4（极）的单层叠绕组（极）的单层叠绕组基本步骤：基本步骤：每极每相槽数每极每相槽数7.2 7.2 定子绕组及感应电动势定子绕组及感应电动势317.2 7.2 定子绕组及感应电动势定子绕组及感应电动势322. 2. 连线圈和线圈组：连线圈和线圈组： 将将一对极域一对极域内属于内属于同一相同一相的某两个线圈边连成的某两个线圈边连成一个线圈，共有一个线圈，共有q q个线圈。个线圈。 将将一对极域一对极域内属于同一相的内属于同一相的q q个线圈连成一个个线圈连成一个线圈组；线圈组；

19、 以上连以上连接应符合电势相加接应符合电势相加原则。原则。 7.2 7.2 定子绕组及感应电动势定子绕组及感应电动势337.2 7.2 定子绕组及感应电动势定子绕组及感应电动势34将属于同一相将属于同一相的的p个线圈组连个线圈组连成一相绕组，成一相绕组，并标记首尾端。并标记首尾端。7.2 7.2 定子绕组及感应电动势定子绕组及感应电动势35将三个构造好的单相绕组连成完整的三相绕组；将三个构造好的单相绕组连成完整的三相绕组； 接法或接法或Y接法；接法；连三相绕组连三相绕组7.2 7.2 定子绕组及感应电动势定子绕组及感应电动势36U1V1W1U1V1W1W2U2V2W2U2V2D联结联结Y联结联

20、结通常定子三相绕组的六个出线头都引出，这样可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接线。根据需要灵活接线。地接成地接成“Y”形或形或“D”形。形。连三相绕组连三相绕组7.2 7.2 定子绕组及感应电动势定子绕组及感应电动势37旋转磁场是交流电机工作的基础。在交流电机理论中旋转磁场是交流电机工作的基础。在交流电机理论中有两种旋转磁场：有两种旋转磁场：(1)机械旋转磁场机械旋转磁场通过原动机拖动磁极旋转可以产生机械旋转磁场；通过原动机拖动磁极旋转可以产生机械旋转磁场；(2)电气电气旋转磁场旋转磁场三相对称的交流绕组通入三相对称的交流电流时会三相对称的交流绕组通入三相对称的交流电流时

21、会在电机的气隙空间产生电气旋转磁场；在电机的气隙空间产生电气旋转磁场；交流绕组处于旋转磁场中，并切割旋转磁场，产生感交流绕组处于旋转磁场中，并切割旋转磁场，产生感应电势。应电势。7.2 7.2 定子绕组及感应电动势定子绕组及感应电动势绕组感应电动势（主磁通）绕组感应电动势（主磁通）38电气旋转磁场电气旋转磁场机械旋转磁场机械旋转磁场7.2 7.2 定子绕组及感应电动势定子绕组及感应电动势绕组感应电动势（主磁通）绕组感应电动势（主磁通）39 感应电势随时间变感应电势随时间变化的波形和磁感应强度化的波形和磁感应强度在空间的分布波形相一在空间的分布波形相一致。致。 只考虑磁场基波时，只考虑磁场基波时

22、，感应电势为正弦波感应电势为正弦波。 7.2 7.2 定子绕组及感应电动势定子绕组及感应电动势绕组感应电动势（主磁通）绕组感应电动势（主磁通）波形波形 主磁通主磁通：正弦分布，每一点的幅值不变，以同步转速：正弦分布，每一点的幅值不变，以同步转速n ns s旋旋转的旋转磁场。转的旋转磁场。 40磁场转过一对极，导体中磁场转过一对极，导体中的感应电势变化一个周期；的感应电势变化一个周期；磁场旋转一周，转过磁场旋转一周，转过p（电（电机的极对数）对磁极；机的极对数）对磁极； 磁场相对磁场相对转速为转速为n/（r/min)的电机，磁场每秒钟转过的电机，磁场每秒钟转过(pn/60)对极；对极； 导体中感

23、应电势的频率：导体中感应电势的频率： 注意：注意：n n为磁场相对绕组的相对旋转速度为磁场相对绕组的相对旋转速度. . f=(pn/60)Hz7.2 7.2 定子绕组及感应电动势定子绕组及感应电动势绕组感应电动势（主磁通）绕组感应电动势（主磁通）频率频率41n n为磁场相对绕组的相对旋转速度为磁场相对绕组的相对旋转速度. . f=(pn/60)Hz定子定子绕组感应电动势的频率：绕组感应电动势的频率：f1为交流电源的频率。为交流电源的频率。 结论：定子绕组的感应电动势频率等于结论：定子绕组的感应电动势频率等于电源频率电源频率。 转子转子绕组感应电动势的频率：绕组感应电动势的频率： 结论：定子绕组

24、感应电动势频率结论：定子绕组感应电动势频率不等于不等于转子绕组电动势频率。转子绕组电动势频率。 7.2 7.2 定子绕组及感应电动势定子绕组及感应电动势42kw1 定子绕组系数，和绕组的结构有关定子绕组系数，和绕组的结构有关定子定子绕组感应电动势：绕组感应电动势：kw2 转子绕组系数，和绕组的结构有关转子绕组系数，和绕组的结构有关转子转子绕组感应电动势：绕组感应电动势：7.2 7.2 定子绕组及感应电动势定子绕组及感应电动势绕组感应电动势（主磁通）绕组感应电动势（主磁通）大小大小转子旋转转子旋转时电动势时电动势转子不转子不转时电转时电动势动势437.3运行时的电磁过程运行时的电磁过程主磁通和漏

25、磁通主磁通和漏磁通主磁通主磁通漏磁通漏磁通44 漏电抗：漏磁通在定子绕组中会感应漏磁电势，漏电抗：漏磁通在定子绕组中会感应漏磁电势，该电势用漏抗压降表示该电势用漏抗压降表示: :称为定子漏电抗。称为定子漏电抗。 转子绕组通过电流时，也会有漏磁通。对应的漏抗转子绕组通过电流时，也会有漏磁通。对应的漏抗 电势电势漏电抗7.3运行时的电磁过程运行时的电磁过程转子旋转转子旋转时漏电抗时漏电抗45 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。

26、7.3运行时的电磁过程运行时的电磁过程空载运行空载运行空载的情况下：空载的情况下：nns, I2046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：同样也有：同样也有： 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。7.3运行时的电磁过程运行时的电磁过程47 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：

27、异步电动机为旋转磁场，变压器为脉动磁场磁场.4 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. .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1.1.7.3运行时的电磁过程运行时的电磁过程48负载运行负载运行负载运行时的电磁关系：负载运行时的电磁关系：7.3运行时的电磁过程运行时的电磁过程49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

28、程：7.3运行时的电磁过程运行时的电磁过程 Zm为表征铁心磁化特性和铁耗的一个综合参数，称为为表征铁心磁化特性和铁耗的一个综合参数，称为励磁励磁阻抗阻抗；Xm称为称为励磁电抗励磁电抗；Rm为反映铁耗的为反映铁耗的励磁电阻励磁电阻。定子漏电抗定子漏电抗转子漏电抗转子漏电抗因此因此50旋转时旋转时异步电异步电动机的动机的电路电路异步电动机负载时的基本方程式列出如下异步电动机负载时的基本方程式列出如下:7.3运行时的电磁过程运行时的电磁过程517.4 等效电路等效电路法是分析异步电动机的重要手段。在异步等效电路法是分析异步电动机的重要手段。在异步电动机中，作等效电路遇到的两大障碍是：电动机中，作等效

29、电路遇到的两大障碍是：(1)(1)定转子电路的频率不相同；定转子电路的频率不相同；(2)(2)定转子边的相数，匝数，绕组系数等不相等。定转子边的相数，匝数，绕组系数等不相等。52一一. . 频率折算频率折算频率归算频率归算 保持整个电磁系统的电磁性能不变，把一种频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一种频率的参数和物理量。在这率的参数和物理量换算成另一种频率的参数和物理量。在这里，就是里，就是用一个用一个具有定子频率具有定子频率而等效于转子的电路去代换实而等效于转子的电路去代换实际转子电路际转子电路。所谓所谓“等效等效”是指：是指：1）进行代换后，转子电路对定子电路

30、的）进行代换后，转子电路对定子电路的电磁效应不变电磁效应不变。2）等效的转子电路的）等效的转子电路的电磁性能（有功功率、无功功率、铜耗电磁性能（有功功率、无功功率、铜耗等）必须和实际转子电路一样等）必须和实际转子电路一样。7.4等效电路53 转差率为转差率为s s的异步电动机转子电路频率：的异步电动机转子电路频率：转子静止时转子静止时s=1s=1；则转子频率等于定子频率。；则转子频率等于定子频率。频率折算就是用静止的转子代替旋转的转子。频率折算就是用静止的转子代替旋转的转子。 频率折算后，希望磁势平衡不变，即转子电流不变。频率折算后，希望磁势平衡不变，即转子电流不变。7.4 等效电路54转子不

31、动，转子电阻为转子不动，转子电阻为的异步电动机的转子的异步电动机的转子电流，和转子以转差率电流，和转子以转差率s旋转的，转子电阻为旋转的，转子电阻为R2的异步电动机的异步电动机转子电流相等。转子电流相等。结论结论：频率折算的方法：给转子绕组电阻中，计入一个附加电阻，频率折算的方法：给转子绕组电阻中，计入一个附加电阻，即可以把原来旋转的转子看成静止的转子。即可以把原来旋转的转子看成静止的转子。7.4 等效电路55 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，但电路中多了后，转子静止，没有机械损耗

32、和机械功率输出，但电路中多了一个附加电阻一个附加电阻 。根据能量守恒关系，该电阻消耗的功率。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。 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”电电阻负载阻负载”。7.4 等效电路567.4 等效电路频率归算后的频率归算后的定、转子电路定、转子电路旋转时旋转时异步电异步电动机的动机的电路电路57用绕组（用绕组（m1、N1、kw1）等效替代绕组（）等效替代绕组（m2、N2、kw2）代替）代替的原则是：的原则是：磁势平衡不变磁势平衡不变功率平衡不变功率

33、平衡不变二二. 绕组折算绕组折算电流折算：根据磁势不变：电流折算：根据磁势不变：7.4 等效电路58电势折算：磁通应不变。电势折算：磁通应不变。阻抗折算：功率不变。阻抗折算：功率不变。电抗和漏阻抗可同样折算。电抗和漏阻抗可同样折算。7.4 等效电路597.4 等效电路607.4 等效电路频率归算后的频率归算后的定、转子电路定、转子电路绕组归算后的绕组归算后的定、转子电路定、转子电路617.4 等效电路绕组归算后的绕组归算后的定、转子电路定、转子电路异步电动机的异步电动机的等效电路等效电路62经过归算后，定子、转子的电动势方程式经过归算后，定子、转子的电动势方程式7.4 等效电路637.4 等效

34、电路647.5 三相异步电动机的功率和转矩一一. .功率平衡方程式功率平衡方程式功率变换和传递功率变换和传递是电是电动机的主要功能动机的主要功能, ,结结合等效电路分析异步合等效电路分析异步电动机功率流向。电动机功率流向。异步电动机从电源获取电功率，即异步电动机从电源获取电功率，即输入功率输入功率：此一功率首先通过定子绕组，产生此一功率首先通过定子绕组，产生定子铜耗定子铜耗：657.5 三相异步电动机的功率和转矩 此功率产生的此功率产生的旋转磁场掠过定转旋转磁场掠过定转子铁心，产生子铁心，产生铁耗铁耗。定子铁心与旋转磁场相对转速为定子铁心与旋转磁场相对转速为n ns s较大，转子铁心与旋较大，

35、转子铁心与旋转磁场相对转速为转磁场相对转速为snsns s较小，故较小，故铁耗主要为定子铁耗铁耗主要为定子铁耗： 剩余功率将通过气隙磁场感应到转子绕组，此一功率称剩余功率将通过气隙磁场感应到转子绕组，此一功率称为为电磁功率电磁功率: :667.5 三相异步电动机的功率和转矩 电磁功率首先提电磁功率首先提供供转子铜耗转子铜耗: : 剩余的电磁功率全部剩余的电磁功率全部转化为转化为机械功率机械功率: : 机械功率一部分克服机械功率一部分克服机械损耗机械损耗和和附加损耗附加损耗: : 其余功率为输出的其余功率为输出的机械功率机械功率: : 异步电动机的异步电动机的功率平衡方程式功率平衡方程式：677

36、.5 三相异步电动机的功率和转矩P1PeP2pcu1pFepcu2pmech+p Pmech687.5 三相异步电动机的功率和转矩几个重要的关系式几个重要的关系式:pcu1PepFePmechpcu2转差功率转差功率697.5 三相异步电动机的功率和转矩二二. .转矩平衡方程式转矩平衡方程式机械功率机械功率=转矩转矩机械角速度机械角速度转矩由机械功率产生：转矩由机械功率产生：转矩平衡方程为：转矩平衡方程为：式中式中: Te电动机电动机电磁转矩电磁转矩，为，为驱动性质驱动性质转矩；转矩； T2电动机轴上输出的电动机轴上输出的机械负载转矩机械负载转矩，为，为制动性质制动性质； T0对应机械损耗和附

37、加损耗的转矩，称为对应机械损耗和附加损耗的转矩，称为空载转矩空载转矩，为，为 制动性质制动性质；707.5 三相异步电动机的功率和转矩三三. .电磁转矩电磁转矩71 电磁转矩物理表达式：电磁转矩物理表达式：反映了感应电动机的反映了感应电动机的电磁转矩与气隙每极磁通和电磁转矩与气隙每极磁通和转子电流有功分量转子电流有功分量的乘积成正比的乘积成正比的物理本质。的物理本质。7.5 三相异步电动机的功率和转矩727.7 三相异步电动机的工作特性异步电动机的工作特性是指在额定电压及额定频率下，电动异步电动机的工作特性是指在额定电压及额定频率下，电动机的主要物理量（转速、定子电流、电磁转矩、功率因数及机的

38、主要物理量（转速、定子电流、电磁转矩、功率因数及效率等）随效率等）随输出功率输出功率变化的关系曲线。变化的关系曲线。 一一. 工作特性的分析工作特性的分析1、转速特性、转速特性转差率sP2转速n负载增大负载增大阻转矩增大阻转矩增大电磁（驱动）转矩增大电磁（驱动）转矩增大转子电流增大转子电流增大转子电势增大转子电势增大转子相对磁场的磁转子相对磁场的磁场速度增大场速度增大ns-n增大增大n减小减小737.7 三相异步电动机的工作特性2. 2. 定子电流特性定子电流特性 I I1 1f f（P P2 2）随着负载增大，转子电流增大，电随着负载增大，转子电流增大，电机的输入电流（定子电流）增大。机的输

39、入电流（定子电流）增大。P2定子电流I1Im电流I1747.7 三相异步电动机的工作特性3. 3. 定子功率因数特性定子功率因数特性cos1 f（P2） 空载时空载时，定子电流基本上用来产生主磁通，有功功率很，定子电流基本上用来产生主磁通，有功功率很小，小，功率因数也很低功率因数也很低； 随着随着负载电流增大负载电流增大，输入电流中的有功分量也增大，输入电流中的有功分量也增大，功功率因数逐渐升高率因数逐渐升高； 在在额定功率附近，功率因额定功率附近，功率因数达到最大值数达到最大值。 如果如果负载继续增大负载继续增大，则导，则导致转子漏电抗增大（漏电抗致转子漏电抗增大（漏电抗与频率正比），从而引

40、起与频率正比），从而引起功功率因数下降率因数下降。P2功率因数cos1757.7 三相异步电动机的工作特性4. 4. 电磁转矩特性电磁转矩特性 T Tf f（P P2 2）P2电磁转矩Te5. 5. 效率特性效率特性效率P2转差率s功率因数cos1电流I1电磁转矩T不变损耗不变损耗= =可变损耗时，可变损耗时， 效率最高。效率最高。767.6三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性是指电动机的三相异步电动机的机械特性是指电动机的转转速速与与电磁转矩电磁转矩之间的关系，由于电机的转速之间的关系，由于电机的转速与转差率之间存在一定的关系，所以异步电与转差率之间存在一

41、定的关系，所以异步电动机的机械特性通常用动机的机械特性通常用表示。表示。77一、机械特性的参数表达式一、机械特性的参数表达式 根据简化电路得到的转子电流：根据简化电路得到的转子电流：电磁转矩的参数表达式：电磁转矩的参数表达式：7.6三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性78电磁转矩的参数表达式：电磁转矩的参数表达式： 表明：电磁转矩与电源参数（表明：电磁转矩与电源参数（1、f1）、结构参数（）、结构参数（R、X、m、p）和运行参数（）和运行参数（s）有关。）有关。7.6三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性制动运行制动运行发电运行发电运行电动运行电动运行79二、固有机械特性

42、二、固有机械特性当定子的对称三相绕组：当定子的对称三相绕组：按规定的接线方式；按规定的接线方式；定子不经任何阻抗直接加定子不经任何阻抗直接加额定电压额定电压、额额定频率定频率的三相电压；的三相电压；转子回路不串任何阻抗，直接短路。转子回路不串任何阻抗，直接短路。这种情况下得到的这种情况下得到的nf（T），），称为称为固有机械特性固有机械特性。7.6三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性80TS固有机械特性的特殊点：固有机械特性的特殊点：1.起动点：该点起动点：该点s1；2.临界点：该点临界点：该点ssm；3.额定点：该点额定点：该点ssn；4.同步点：该点同步点：该点s0，5.又称理

43、想空载点；又称理想空载点；S=0S=1T0SnTnSmTm7.6三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性制动运行制动运行发电运行发电运行电动运行电动运行81异步电动机的异步电动机的T-sT-s曲线上有一个最高点；曲线上有一个最高点； 最大转矩可以根据高等数学中求极值的方法求得。最大转矩可以根据高等数学中求极值的方法求得。 代入转矩公式，得代入转矩公式，得过载能力过载能力：最大转矩与额定转矩之比：最大转矩与额定转矩之比：（1.63.0)最大转矩，过载能力最大转矩，过载能力7.6三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性TS82最大转矩最大转矩与电网电压的平方成正比与电网电压的平方成

44、正比； 最大转矩近似最大转矩近似与漏电抗成反比与漏电抗成反比； 最大转矩的最大转矩的值与转子电阻值没有关系值与转子电阻值没有关系；最大转矩的最大转矩的位置可以由转子电阻的大小位置可以由转子电阻的大小来调整来调整；异步电动机调节转子电阻时机械特性的异步电动机调节转子电阻时机械特性的变化。变化。关于最大转矩的几个重要结论：7.6三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性83起动电流指起动电流指起动瞬间电机从电网吸收的电流起动瞬间电机从电网吸收的电流；从等效电路；从等效电路求出起动电流：求出起动电流：起动转矩，即起动瞬间电动机的电磁转矩起动转矩，即起动瞬间电动机的电磁转矩若令若令Sm=1起动转

45、矩等于最大转矩。起动转矩等于最大转矩。对于绕线式转子可通过外串电对于绕线式转子可通过外串电阻达到。阻达到。起动电流、起动转矩起动电流、起动转矩(堵转转矩）堵转转矩）7.6三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性84异步电动机的起动转矩异步电动机的起动转矩与电压的平方成正比与电压的平方成正比； 总漏抗越大，起动转矩越小总漏抗越大，起动转矩越小； 绕线式异步电动机可以绕线式异步电动机可以在转子回路串入适当的在转子回路串入适当的电阻可以增大起动转矩电阻可以增大起动转矩； 起动转矩的几个重要结论起动转矩的几个重要结论:当当时，时，起动转矩起动转矩最大最大。起动转矩倍数起动转矩倍数: :（0.8

46、1.2)7.6三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性851)H-P部分（转矩由部分（转矩由0Tm，转差率由，转差率由0sm）。这一部分为电）。这一部分为电机的机的稳定工作部分稳定工作部分，特性曲线为一条直线。特性曲线为一条直线。2）PA部分（转矩由部分（转矩由TstT，转差率由，转差率由sm1）。在这部）。在这部分随着转矩的减小，转速也减小，特性为一曲线。分随着转矩的减小，转速也减小，特性为一曲线。针对恒转矩针对恒转矩负载负载，称为电机的，称为电机的不稳定非工作部分。不稳定非工作部分。稳定运行问题稳定运行问题0S=1S=0HPTemPTMTstTNSmnsAn1CDTZ7.6三相异步

47、电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性86三、人为机械特性三、人为机械特性人为地改变电动机地任一个参数（如人为地改变电动机地任一个参数（如U1、f1、p、定子回路、定子回路电阻或电抗、转子回路电阻或电抗电阻或电抗、转子回路电阻或电抗）的机械特性称为人为）的机械特性称为人为机械特性。机械特性。1.1.降低定子端电压的人为特性降低定子端电压的人为特性；2.2.改变转子回路的电阻的人为特性；改变转子回路的电阻的人为特性；3.3.改变定转子回路电抗的人为特性；改变定转子回路电抗的人为特性；4.4.改变极数后的人为特性；改变极数后的人为特性；5.5.改变输入频率的人为特性；改变输入频率的人为特性；7.

48、6三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性871. 1. 降压时的人为机械特性降压时的人为机械特性 下降后下降后,和和均下降均下降,但但不变不变,KT和和减少。减少。电压降低后电动机的转子电流电压降低后电动机的转子电流将有可能大于额定值将有可能大于额定值，电动，电动机如长时连续运行，最终温升将超过允许值，导致电动机机如长时连续运行，最终温升将超过允许值，导致电动机寿命缩短，甚至烧坏。寿命缩短，甚至烧坏。7.6三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性882. 2. 转子回路串对称电阻时的人为机械特性转子回路串对称电阻时的人为机械特性 串电阻后，机械特性线性段串电阻后，机械特性线性

49、段斜率变大，特性变软。斜率变大，特性变软。除了上述特性外，还有改变电源频率、极对数等人为机械特性。除了上述特性外，还有改变电源频率、极对数等人为机械特性。转子电路串联对称电阻适用转子电路串联对称电阻适用于于绕线转子异步电动机绕线转子异步电动机的起的起动，也可用于调速。动，也可用于调速。7.6三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性89四、机械特性的实用表达式四、机械特性的实用表达式利用利用电磁转矩除以最大电磁转矩电磁转矩除以最大电磁转矩可得电磁转矩的实用表达式可得电磁转矩的实用表达式：得机械特性的实用表达式得机械特性的实用表达式:工程上常根据电机的额定功率、额定转速、过载能力来求工程上

50、常根据电机的额定功率、额定转速、过载能力来求出实用表达式。方法是：出实用表达式。方法是：将将Tmax和和sm代入即可得到机械特性方程式代入即可得到机械特性方程式。7.6三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性90定子绕组感应电动势的频率：定子绕组感应电动势的频率：转子绕组感应电动势的频率：转子绕组感应电动势的频率：U2U1W2V1W1V2n因此因此f1为交流电源的频率。为交流电源的频率。异步电机原理总结异步电机原理总结91pcu1PepFePmechpcu2异步电机原理总结异步电机原理总结92P1PeP2pcu1pFepcu2pmech+p Pmech异步电机原理总结异步电机原理总结93异步电机原理总结异步电机原理总结94