电机及拖动课件：第五章 三相异步电动机的基本原理

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1、第五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理本章主要教学内容本章主要教学内容 1. 1. 三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理 2. 2. 交流电机的定子绕组交流电机的定子绕组 3. 3. 交流电机绕组的磁动势交流电机绕组的磁动势 4. 4. 交流电机绕组的电动势交流电机绕组的电动势 5. 5. 三相异步电动机的电磁关系三相异步电动机的电磁关系 6. 6. 三相异步电动机的功率和转矩三相异步电动机的功率和转矩 7. 7. 三相异步电动机的工作特性三相异步电动机的工作特性 8. 8. 三相异步电动机的参数测定三相异步电动机的参数测定第五章第五章三相异步电动机的基本原理

2、三相异步电动机的基本原理5.1 5.1 三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理5.1.1 5.1.1 基本结构基本结构11转子绕组；转子绕组；22端盖；端盖；33轴承盖；轴承盖；44轴；轴；55轴承；轴承；66定子绕组；定子绕组；77吊环；吊环；88转子；转子；99机座；机座；1010定子铁芯；定子铁芯；1111风扇；风扇；1212风罩；风罩；1313集电环；集电环；1414出线盒出线盒. .绕线型三相异步电动机剖面图绕线型三相异步电动机剖面图第五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理基本结构基本结构（1 1） 定子：由定子铁芯、绕组和机座组成定子：由定子铁芯、绕组

3、和机座组成（2 2） 转子：由转子铁芯、转子绕组和转轴组成转子：由转子铁芯、转子绕组和转轴组成（3 3） 气隙：定子与转子之间很小的空气隙气隙：定子与转子之间很小的空气隙 定子铁芯定子铁芯 铜条笼型转子铜条笼型转子铸铝笼型转子铸铝笼型转子 绕线转子绕线转子第五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理 （1 1） 异步电动机的铭牌数据异步电动机的铭牌数据 主要有：主要有：额定电压额定电压 (V)，额定电流额定电流 (A)，额定功率额定功率 (W)，额定频率额定频率 (Hz)，额定转速额定转速 (r/min) （2 2）异步电动机的型号异步电动机的型号5.1.2 5.1.2 铭牌数

4、据和型号铭牌数据和型号式中式中， ， 分别为额定效率和功率因数分别为额定效率和功率因数。第五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理5.1.3 5.1.3 工作原理工作原理1.1.旋转磁场的形成原理旋转磁场的形成原理可见可见，当当电流变化一周时，合成磁场在空间也正好转过一周；电流变化一周时，合成磁场在空间也正好转过一周；合成磁场相当于一对磁极合成磁场相当于一对磁极旋转旋转的旋转磁场的旋转磁场，由电流超前相转，由电流超前相转向滞后相向滞后相。一对极旋转一对极旋转磁场示意图磁场示意图 第五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理两对磁极旋两对磁极旋转磁场示意转磁场示

5、意图图 可见可见，电流变化一周，旋转磁场只转过，电流变化一周，旋转磁场只转过1/21/2周；依此类推，若周；依此类推，若有有p p对磁极，则电流变化一周，旋转磁场转过对磁极，则电流变化一周，旋转磁场转过1/1/p p 周。周。旋转磁场的转速为旋转磁场的转速为: -: -称为称为同步转速同步转速第五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理2.2.异步电动机基本工作异步电动机基本工作原理异步电动机工作原理异步电动机工作原理 转子的机械转速与旋转磁场的转速之间存在差异是电磁作用转子的机械转速与旋转磁场的转速之间存在差异是电磁作用产生的基础，转差率产生的基础，转差率s s：感应电势感应

6、电势转子导体切割磁力线产生感应电动势，转子导体切割磁力线产生感应电动势，方向由方向由右手定则确定右手定则确定。感应电流感应电流转子导体本身形成闭合回路，绕组中转子导体本身形成闭合回路，绕组中会产生与电动势方向一致的感应电流会产生与电动势方向一致的感应电流。电磁力电磁力有电流流过的转子导体在磁场中受到有电流流过的转子导体在磁场中受到电磁力的作用，方向按左手定则确定电磁力的作用，方向按左手定则确定。电磁转矩电磁转矩转子导体受到的力形成一个顺时针转子导体受到的力形成一个顺时针（或逆时针）方向的电磁转矩，使转子随（或逆时针）方向的电磁转矩，使转子随着旋转磁场顺时针方向转动着旋转磁场顺时针方向转动。 第

7、五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理例例5-1 某三相六极异步电动机某三相六极异步电动机： ， ， ， ， ， ，定子为定子为连接，求此电动机的额定转差率和额定电流。连接，求此电动机的额定转差率和额定电流。 解：解：电动机的同步转速为电动机的同步转速为额定电流额定电流为为额定转差率额定转差率为为第五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理5.2 5.2 交流电机的定子绕组交流电机的定子绕组5.2.1 5.2.1 交流绕组的基本知识交流绕组的基本知识电角度与机械角度电角度与机械角度：线圈：与直流电机中类同线圈：与直流电机中类同极距与节距极距与节距：槽距角：槽

8、距角：每极每相槽数每极每相槽数：，节距节距 y1 应接近极距应接近极距，一般一般电角度电角度 p 机械角度机械角度极距，槽距角，每极每相槽数示意图极距，槽距角，每极每相槽数示意图 相带：每个极距内属于每相的槽所占的区域称为相带相带：每个极距内属于每相的槽所占的区域称为相带第五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理5.2.2 5.2.2 三相单层绕组三相单层绕组定子绕组三相分布定子绕组三相分布图图 每个槽内只有一个线圈边，每个槽内只有一个线圈边，绕组的线圈数等于总槽数绕组的线圈数等于总槽数的一半的一半。单层绕组展开图单层绕组展开图 以以 ， 为例为例，有有 ， ，a=1a=1第

9、五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理5.2.3 5.2.3 三相双层绕组三相双层绕组一个槽内有两个线圈边，绕组的线圈数等于总槽数。一个槽内有两个线圈边，绕组的线圈数等于总槽数。以以 ， 为例为例， ，双层绕组展开图（串联）双层绕组展开图（串联） a=1a=1 每相的每相的4 4个线圈组可进行个线圈组可进行串联或并联连接。串联或并联连接。 单单层层绕绕组组元元件件少少，下下线容易，没有层间绝缘线容易，没有层间绝缘。短短距距双双层层绕绕组组可可以以削削弱弱谐谐波波电电动动势势和和磁磁动动势势，改改善善波波形形，提提高高槽槽利利用用率。率。第五章第五章三相异步电动机的基本原理三

10、相异步电动机的基本原理5.3 5.3 交流电机绕组的磁动势交流电机绕组的磁动势磁动势分析过程磁动势分析过程 定子三相交流绕组按照一定规律分布在定子内圆表面，定子三相交流绕组按照一定规律分布在定子内圆表面，其中的电流随时间交变，绕组所产生的其中的电流随时间交变，绕组所产生的磁动势磁动势既沿空间分布，既沿空间分布，又随时间变化，又随时间变化，是时间与空间的函数是时间与空间的函数。第五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理5.3.1 5.3.1 单相绕组的磁动势单相绕组的磁动势脉振磁动势脉振磁动势（1 1） 整距线圈的整距线圈的磁动势磁动势整距线圈产生的磁动势整距线圈产生的磁动势

11、第五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理矩形磁动势的分解矩形磁动势的分解基波与谐波量基波与谐波量 第五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理(2)(2)整距线圈组的整距线圈组的磁动势磁动势整距线圈的线圈组磁动势整距线圈的线圈组磁动势 线圈组由线圈组由q q个依次相距槽距角个依次相距槽距角 的的线圈串联组成线圈串联组成( (分布系数分布系数) )第五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理（3)3)短距线圈组的短距线圈组的磁动势磁动势短短距线圈的距线圈的线圈组磁动势线圈组磁动势 基波磁动势短距系数基波磁动势短距系数：基波绕组系数基波绕组系数：

12、谐波磁动势短距系数谐波磁动势短距系数：谐波绕组系数谐波绕组系数：第五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理相绕组由分布在各极下的同相线圈组连接而成，其基波磁相绕组由分布在各极下的同相线圈组连接而成，其基波磁动势表达式动势表达式： 谐波磁动势幅值谐波磁动势幅值：基波磁动势幅值基波磁动势幅值： 式中，式中， 为相电流有效值，为相电流有效值，N为每相绕组在一条并联支路为每相绕组在一条并联支路的串联匝数，的串联匝数，a为每相绕组的并联支路数为每相绕组的并联支路数。脉振磁动势脉振磁动势: :幅值在空间位置固定不动，幅值大小随时间按幅值在空间位置固定不动，幅值大小随时间按余弦规律变化，其

13、变化频率与电流频率相同。余弦规律变化，其变化频率与电流频率相同。 对于单层绕组对于单层绕组： ，对于双层绕组对于双层绕组： ，(4)单相绕组的单相绕组的磁动势磁动势-脉振磁动势脉振磁动势第五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理5.3.2 5.3.2 三三相绕组的磁动势相绕组的磁动势基波旋转磁动势基波旋转磁动势(1)(1)三相绕组的三相绕组的基波磁动势基波磁动势脉振磁动势在不同时刻的分解图脉振磁动势在不同时刻的分解图 说明说明：一个脉振磁动势可以分解为两个旋转磁动势一个脉振磁动势可以分解为两个旋转磁动势，它们幅值，它们幅值相同，等于脉振磁动势幅值的一半，转速相同，转向相反相同

14、，等于脉振磁动势幅值的一半，转速相同，转向相反。 第五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理上式两边相加得三相绕组基波磁动势上式两边相加得三相绕组基波磁动势：三相合成旋转磁动势三相合成旋转磁动势 各单相绕组基波磁动势为：各单相绕组基波磁动势为：可知可知， 是一个沿空间按余弦规律分布，幅值恒定不是一个沿空间按余弦规律分布，幅值恒定不变，整个余弦波随着时间推移沿变，整个余弦波随着时间推移沿 轴正方向移动的轴正方向移动的旋转旋转磁动势磁动势波波。第五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理（2 2）三相绕组的）三相绕组的谐波磁动势谐波磁动势 次谐波的极距为基波的次谐

15、波的极距为基波的 ， ；高次谐波合成磁动势也是余弦分布、幅度不变的旋转磁动势。高次谐波合成磁动势也是余弦分布、幅度不变的旋转磁动势。 次谐波的转速为基波的次谐波的转速为基波的 ， ； 谐波磁动势的旋转方向取决于谐波的次数谐波磁动势的旋转方向取决于谐波的次数，当当 （ ）时，其转向与基波相同时，其转向与基波相同；当当 （ ）时，其转向与基波相反时，其转向与基波相反。 第五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理有关有关交流绕组磁动势交流绕组磁动势的的小结小结： (1)(1)单相绕组通以单相交流电，产生脉振磁动势，其基波表单相绕组通以单相交流电，产生脉振磁动势，其基波表 达式为达式

16、为(2)(2)一个脉振磁动势可以分解为两个旋转磁动势，它们的幅一个脉振磁动势可以分解为两个旋转磁动势，它们的幅值相同（为脉振磁动势幅值的一半），转速均为值相同（为脉振磁动势幅值的一半），转速均为 ，但转向相反但转向相反。 (3)(3) 三相对称绕组通三相对称电流产生圆形旋转磁动势三相对称绕组通三相对称电流产生圆形旋转磁动势（此（此结论可扩展结论可扩展) )，其基波表达式为，其基波表达式为旋转磁动势转速为旋转磁动势转速为第五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理(4)(4) 合成旋转磁动势的转向：从电流合成旋转磁动势的转向：从电流超前相超前相转向电流转向电流滞后相滞后相，即旋转

17、磁场的转向由电流相序与绕组的空间位置决定即旋转磁场的转向由电流相序与绕组的空间位置决定。(5)(5) 当某相电流达到幅值时，合成磁动势基波的幅值就与该相当某相电流达到幅值时，合成磁动势基波的幅值就与该相绕组的轴线重合。绕组的轴线重合。 要明确：绕组的轴线概念要明确：绕组的轴线概念 举例：以举例：以A相为例，当相为例，当 时，时，A相电流达最大值，有相电流达最大值，有说明说明：此时三相合成磁动势基波幅值的空间位置与：此时三相合成磁动势基波幅值的空间位置与A相绕相绕组轴线重合组轴线重合。 思考题思考题：如何改变异步电动机的转向：如何改变异步电动机的转向？第五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步

18、电动机的基本原理5.4 5.4 三相交流电机绕组的电动势三相交流电机绕组的电动势电机导体与基波磁场作相对运动，会产生感应电动势，其电机导体与基波磁场作相对运动，会产生感应电动势，其幅值为幅值为 。若定子内圆周长以若定子内圆周长以 表示，则有表示，则有 ，又有又有因此单个导体基波电动势有效值为因此单个导体基波电动势有效值为 导体基波电动势有效值为导体基波电动势有效值为 5.4.1 5.4.1 线圈线圈单个有效边的基波电动势单个有效边的基波电动势 第五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理5.4.2 5.4.2 线圈线圈基波电动势基波电动势整距线匝基波电动势为整距线匝基波电动势为

19、线匝电动势计算线匝电动势计算 整距线圈基波电动势有效值为：整距线圈基波电动势有效值为： 短距线匝短距线匝短距线圈电动势有效值为短距线圈电动势有效值为 ：线圈的基波短距系数线圈的基波短距系数 第五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理5.4.3 5.4.3 线圈组线圈组基波电动势基波电动势分布线圈组基波电动势分布线圈组基波电动势 线圈组由空间互差一个槽距角线圈组由空间互差一个槽距角 的的 个线圈串联组成个线圈串联组成基波电动势基波电动势绕组的基波分布系数绕组的基波分布系数 基波绕组系数基波绕组系数 第五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理5.4.4 5.4.

20、4 基波基波相相电动势电动势相相绕组基波电动势的有效值为绕组基波电动势的有效值为 N 每相在一条支路中的串联匝数每相在一条支路中的串联匝数。 单层绕组有单层绕组有 p 个线圈组，双层绕组有个线圈组，双层绕组有 2p 个线圈组，个线圈组， 对单层绕组对单层绕组 对双层绕组对双层绕组基波绕组系数，且有基波绕组系数，且有 第五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理5.4.5 5.4.5 感应电动势与交链磁通的关系感应电动势与交链磁通的关系 根据电磁感应定律根据电磁感应定律 ， 滞后磁通滞后磁通 。交流电机绕组交流电机绕组 与变压器绕组与变压器绕组 的区别的区别在于在于： 变压器中，

21、与绕组交链的磁通变化是因为主磁通随时间变压器中，与绕组交链的磁通变化是因为主磁通随时间变化（脉振）所引起的；交流电机中，气隙磁通密度本身大变化（脉振）所引起的；交流电机中，气隙磁通密度本身大小不变，但相对于绕组旋转，使得与绕组交链的磁通随时间小不变，但相对于绕组旋转，使得与绕组交链的磁通随时间变化。变化。 虽然二者引起绕组交链磁通随时间变化的原因不同，但虽然二者引起绕组交链磁通随时间变化的原因不同，但从从“交链磁通发生变化而感应电动势交链磁通发生变化而感应电动势”的原理来看是一样的的原理来看是一样的。 第五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理5.4.6 5.4.6 谐波电动

22、势及其削弱方法谐波电动势及其削弱方法相绕组谐波电动势有效值为相绕组谐波电动势有效值为次谐波电动势的频率次谐波电动势的频率 次谐波交链磁通次谐波交链磁通次谐波绕组系数次谐波绕组系数，第五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理削弱高次谐波电动势方法削弱高次谐波电动势方法：三相绕组三相绕组Y形或形或形接法可消除三次谐波形接法可消除三次谐波；采用短距或分布绕组；采用短距或分布绕组； 改善磁极的极靴外形或励磁绕组的分布范围。改善磁极的极靴外形或励磁绕组的分布范围。谐波电动势的危害谐波电动势的危害：发电机输出电压波形畸变，附加损耗增加，效率下降；发电机输出电压波形畸变，附加损耗增加，效率

23、下降； 异步电动机产生有害的附加转矩，引起振动与噪声，运行异步电动机产生有害的附加转矩，引起振动与噪声，运行性能变坏；性能变坏；高次谐波电流在输电线引起谐振，产生过电压，并对邻近高次谐波电流在输电线引起谐振，产生过电压，并对邻近通讯线路产生干扰。通讯线路产生干扰。第五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理例例5-2 一台三相四极异步电动机，定子槽数一台三相四极异步电动机，定子槽数 ，采用短距双层叠绕采用短距双层叠绕组组， ，线圈匝数线圈匝数 ，并联支路数并联支路数 ，频率频率 ，气隙磁场气隙磁场基波每极磁通基波每极磁通 ，五次谐波每极磁通五次谐波每极磁通 ，七次谐波每极磁七次

24、谐波每极磁通通 ，求相绕组基波、五次谐波及七次谐波电动势有效值求相绕组基波、五次谐波及七次谐波电动势有效值。 解：解：极距极距 （槽）（槽） 节距节距 （槽）（槽）每极每相槽数每极每相槽数 ( (槽槽) )槽距角槽距角 每相绕组串联匝数每相绕组串联匝数 基波短距系数基波短距系数 基波分布系数基波分布系数 基波绕组系数基波绕组系数 第五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理五次谐波短距五次谐波短距系数系数 五次谐波分布五次谐波分布系数系数 五次谐波绕组五次谐波绕组系数系数 七次谐波短距七次谐波短距系数系数 七次谐波分布七次谐波分布系数系数 七次谐波绕组七次谐波绕组系数系数 第五

25、章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理5.5 5.5 三相异步电动机的电磁关系三相异步电动机的电磁关系对称三相绕组对称三相绕组 通对称三相交流电通对称三相交流电 对称三相对称三相电流流过绕组电流流过绕组 产生旋转磁动势产生旋转磁动势 四极电机的磁通分布四极电机的磁通分布5.5.1 5.5.1 磁路分析磁路分析第五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理5.5.2 5.5.2 转子绕组开路时转子绕组开路时的电磁关系的电磁关系下下图图中中，定定、转转子子都都是是Y接接，定定子子绕绕组组接接在在三三相相对对称称电电源源上上，转子绕组开路转子绕组开路。 转子绕组开路时

26、的绕线型异步电动机转子绕组开路时的绕线型异步电动机第五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理电磁关系电磁关系：基基波波旋旋转转磁磁场场以以同同步步转转速速同同时时切切割割定定、转转子子绕绕组组，产产生生感感应应电动势，其有效值分别为电动势，其有效值分别为 ；转子绕组开路时的电磁关系转子绕组开路时的电磁关系相位滞后主磁通相位滞后主磁通 ，二者的比值二者的比值 称为电动势变比称为电动势变比 第五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理等效电路与相量图等效电路与相量图 定子绕组电压平衡方程式为定子绕组电压平衡方程式为定子电动势可表示定子电动势可表示 励磁阻抗励磁阻抗

27、； 定子一相绕组漏阻抗定子一相绕组漏阻抗，励磁电阻励磁电阻； 反应铁芯损耗反应铁芯损耗 励磁电抗励磁电抗， 反应气隙主磁通的电磁性能反应气隙主磁通的电磁性能 第五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理5.5.3 5.5.3 转子绕组短路并将转子堵转转子绕组短路并将转子堵转的情况的情况转子绕组短路并堵转的异步电动机转子绕组短路并堵转的异步电动机1.电磁关系电磁关系2.2.(1) (1) 定转子磁动势的定转子磁动势的合成合成 在空间上转向一致，转速相等，即相对静止，故有在空间上转向一致，转速相等，即相对静止，故有第五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理(2)

28、(2) 电磁关系电磁关系定、转子感应电动势有效值定、转子感应电动势有效值：定、转子绕组中定、转子绕组中还有电阻压降还有电阻压降转子堵转时的电磁关系转子堵转时的电磁关系第五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理(3) (3) 转子绕组的折算转子绕组的折算与变压器折算类似，在此将转子向定子侧折算。与变压器折算类似，在此将转子向定子侧折算。电流的折算电流的折算：保证折算前后转子磁动势不变：保证折算前后转子磁动势不变。电动势的折算电动势的折算：阻抗的折算阻抗的折算：保证折算前后转子上的有关、无功功率不变：保证折算前后转子上的有关、无功功率不变。磁动势磁动势平衡平衡方程式可写为：方程式

29、可写为：第五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理（4 4）基本方程式、等效电路及相量图）基本方程式、等效电路及相量图转子堵转等效电路转子堵转等效电路由于由于Z Z1 1、Z Z2 2较小，当定较小，当定子加子加U UN N，堵转，堵转，I I1 1很大，很大，时间长，可烧坏电机。时间长，可烧坏电机。相量图相量图第五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理一一. .转子电路转子电路 1.1.转子频率与转率差转子频率与转率差 当转子旋转时，旋转磁场不再以同步转速当转子旋转时，旋转磁场不再以同步转速 ，而以转速差，而以转速差 切割转子绕组，因而转子绕组感应电动势的

30、频率切割转子绕组，因而转子绕组感应电动势的频率 （简（简称转子频率）为称转子频率）为 :- 转差率转差率5.5.4 5.5.4 转子旋转时转子旋转时的的电磁关系电磁关系第五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理例例5-3 一台三相异步电动机，定子绕组接到一台三相异步电动机，定子绕组接到 的三的三相对称电源上，运行于额定转速相对称电源上，运行于额定转速 。求该电动机的极对数求该电动机的极对数 ，转差率转差率 ，额定运行时额定运行时转子的电动势频率转子的电动势频率 。解解：异步电动机额定转差率较小，根据额定转速异步电动机额定转差率较小，根据额定转速 ，可以判断出可以判断出 转子频

31、率转子频率 转差率转差率 极对数极对数 第五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理2.2.转子电动势转子电动势 转子转动时，转子绕组感应电动势有效值为：转子转动时，转子绕组感应电动势有效值为：E2 转子静止时的感应电势转子静止时的感应电势当当 基本不变时基本不变时，3.3.转子漏电抗转子漏电抗第五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理4.4.转子电流转子电流转子功率因素角转子功率因素角二二. . 定、转子磁动势的平衡关系定、转子磁动势的平衡关系定子旋转磁动势的转速定子旋转磁动势的转速：转子相对于定子的转速转子相对于定子的转速：转子旋转磁动势转子旋转磁动势F2

32、相对转子的转速相对转子的转速：转子旋转磁动势转子旋转磁动势F2相对定子的转速相对定子的转速：第五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理结论结论：无论：无论n为何值，转子旋转磁动势为何值，转子旋转磁动势 与定子旋转磁动势与定子旋转磁动势 总是同速同向旋转总是同速同向旋转，即即 与与 相对静止相对静止。故有故有：而而 ，只要只要 不变不变， 也基本不变也基本不变， 不变，当不变，当 出现时出现时， 必然自动增加一个必然自动增加一个- - 与之平衡，保与之平衡，保证证 不变，这就会使不变，这就会使 ，定子从电网吸收更多的电定子从电网吸收更多的电能能。三三. . 转子绕组的折算转子绕

33、组的折算 1. 1. 异步电动机的实际电路异步电动机的实际电路第五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理转子旋转时异步电动机的一相电路示意图转子旋转时异步电动机的一相电路示意图上图上图定、转子之间只有磁的耦合，欲把转子电路接到定子上去，定、转子之间只有磁的耦合，欲把转子电路接到定子上去，要进行两次折算要进行两次折算: (1): (1)频率的折算；频率的折算；(2)(2)转子各参量的折算转子各参量的折算2. 2. 转子频率的折算转子频率的折算 折算折算原则原则：折算前后：折算前后F2的转速、转向、幅值和空间相位不变的转速、转向、幅值和空间相位不变 由于由于F1与与F2同速、同向

34、，因此只要同速、同向，因此只要F2的幅值和空间相位不变的幅值和空间相位不变即可，即即可，即 不变不变。第五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理频率为频率为f2的转动的转子电流的转动的转子电流频率为频率为f1的静止的转子电流的静止的转子电流频率折算后的异步电动机一相电路示意图频率折算后的异步电动机一相电路示意图与转速有关的与转速有关的附加电阻附加电阻第五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理转子绕组折算后异步电动机的一相电路示意图转子绕组折算后异步电动机的一相电路示意图3. 3. 转子参数的折算转子参数的折算 方法：与转子堵转时相同方法：与转子堵转时相同第五

35、章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理四四. . 基本方程式、等效电路及相量图基本方程式、等效电路及相量图2. 2. 等效电路等效电路简化等效电路简化等效电路1. 1. 基本方程式基本方程式第五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理3. 3. 相量图相量图异步电动机负载异步电动机负载运行时的相量图运行时的相量图从从图中图中可知，定子电流可知，定子电流滞后滞后于电源电压（产生气隙磁通和于电源电压（产生气隙磁通和维持定、转子的漏磁通都需要一定的无功功率，而这些感维持定、转子的漏磁通都需要一定的无功功率，而这些感性的无功功率要从电源输入），即异步电动机对电源来说性

36、的无功功率要从电源输入），即异步电动机对电源来说是是感性负载感性负载。第五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理例例5-4 一台三相四极笼型异步电动机，有关数据为一台三相四极笼型异步电动机，有关数据为： ， ， ， ，连接连接， ， ， ， ， ， ，计算额定负载时的计算额定负载时的定子电流、转子电流、励磁电流、功率因数、输入功率和效率定子电流、转子电流、励磁电流、功率因数、输入功率和效率。 解：解：(1) (1) 应用应用T型等效电路型等效电路 取取 为参考相量，则定子额定相电流为为参考相量，则定子额定相电流为 第五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理定

37、子线电流有效值为定子线电流有效值为 转子电流转子电流由节点电流定律由节点电流定律 定子输入功率定子输入功率 定子额定功率因数定子额定功率因数 （滞后）（滞后） 励磁电流励磁电流效率效率第五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理(2) (2) 应用简化等效电路应用简化等效电路定子输入功率定子输入功率 定子额定功率因数定子额定功率因数 （滞后）（滞后） 效率效率定子额定相电流定子额定相电流励磁电流励磁电流转子转子电流电流定子线电流有效值定子线电流有效值第五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理绕组系数绕组系数 ：若每相有若每相有 1 1 根导体根导体， ； 其余

38、情况与定子绕组计算方法相同其余情况与定子绕组计算方法相同。相数相数 ：若转子槽数若转子槽数 能被能被 整除整除， ， ； 若不能被整除若不能被整除， ， 。绕组匝数绕组匝数 ：若若 ，每相有每相有 根导体根导体， ； 若若 ，每相有每相有1 1根导体根导体， 。5.5.5 5.5.5 笼型转子绕组参数笼型转子绕组参数* *极数极数 ：转子电流产生的磁场极数与定子极数相等，转子电流产生的磁场极数与定子极数相等，第五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理5.6 5.6 三相异步电动机的功率和转矩三相异步电动机的功率和转矩电源输入功率电源输入功率定子铜损耗定子铜损耗定子铁损耗定子铁

39、损耗 电磁功率可表示为电磁功率可表示为电磁功率电磁功率转子铜损耗转子铜损耗总机械功率总机械功率输出功率输出功率(忽略转子铁耗忽略转子铁耗)5.6.1 5.6.1 功率平衡关系功率平衡关系第五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理异步电动机的功率流程图异步电动机的功率流程图 称为转差功率称为转差功率第五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理5.6.2 5.6.2 转矩平衡关系转矩平衡关系由由 可得可得 电磁转矩既可以表示为总机械功率除以转子机械角速度，电磁转矩既可以表示为总机械功率除以转子机械角速度，也可以表示为电磁功率除以同步角速度也可以表示为电磁功率除以同

40、步角速度。前者前者 以转子本身产生的机械功率表示以转子本身产生的机械功率表示；后者后者 从旋转磁场对转子做功角度表示从旋转磁场对转子做功角度表示。电磁转矩电磁转矩 与空载转矩与空载转矩 及电动机轴上输出的机械及电动机轴上输出的机械转矩转矩 相平衡相平衡。 第五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理例例5-5 一台三相六极笼型异步电动机，一台三相六极笼型异步电动机，有有 ， ， ， ，定子定子 连接，额定运行时连接，额定运行时， ， ， ， 。求额定运行时的转差率求额定运行时的转差率, ,总机械功率总机械功率, ,转子铜损耗转子铜损耗, ,输入功率输入功率, ,效率效率, ,定

41、子电流定子电流, , 输出转矩输出转矩, ,空载转矩及电磁转矩空载转矩及电磁转矩。 解：解：转子铜耗转子铜耗总总机械功率机械功率 输入功率输入功率第五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理空载转矩空载转矩 定子电流定子电流输出转矩输出转矩额定效率额定效率电磁转矩电磁转矩 第五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理（5 5）效率特性）效率特性 与直流电机类似，可变损耗等于不变损耗时，效率最与直流电机类似，可变损耗等于不变损耗时，效率最高高5.7 5.7 三相异步电动机的工作特性三相异步电动机的工作特性（1 1）转速特性）转速特性 异步电动机的工作特性异步电动机

42、的工作特性（2 2）定子电流特性）定子电流特性 （3 3）定子功率因数特性）定子功率因数特性 负载增大负载增大， 增加增加，超过额定值后超过额定值后，随随 增大增大， 下降下降（4 4）电磁转矩特性）电磁转矩特性 电磁转矩随电磁转矩随 成比例变化成比例变化 5.7.1 5.7.1 工作特性分析工作特性分析第五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理5.7.2 5.7.2 工作特性测试方法工作特性测试方法 负载试验或等效或等效电路路计算算 1.1.负载试验测工作特性负载试验测工作特性-中、小型电动机中、小型电动机 先通过先通过空载试验空载试验测出异步电动机的测出异步电动机的 和和

43、 ，并，并用电桥测用电桥测出定子电阻。出定子电阻。 负载试验负载试验时，保持时，保持 不变，负载由不变，负载由 ，读取不同负读取不同负载下的载下的 ，然后计算然后计算 ，并绘制出工作特性并绘制出工作特性。 2. 2. 等效电路计算工作特性等效电路计算工作特性-大容量电动机大容量电动机 因受设备的限制，先由空载和短路试验计算出电机的参因受设备的限制，先由空载和短路试验计算出电机的参数，然后再利用等值电路来计算出工作特性数，然后再利用等值电路来计算出工作特性。第五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理（2 2）绘制绘制 曲线曲线5.8 5.8 三相异步电动机的参数测量三相异步电动

44、机的参数测量目的目的：测励磁参数：测励磁参数 与与 ， 和和方法方法：轴上不带负载，定子加：轴上不带负载，定子加 , ,稳定运行一段时间，然后电压从稳定运行一段时间，然后电压从 开始下降，直到开始下降，直到 明显变化为止明显变化为止。 记录几组记录几组（1 1）绘制绘制空载特性曲线空载特性曲线空载输入功率空载输入功率异步电动机的空载特性异步电动机的空载特性 5.8.1 5.8.1 空载试验空载试验第五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理机械损耗的测定机械损耗的测定 与磁密与磁密( ) 的平方成正比的平方成正比；而而 与与 无关无关，空载时空载时 近似不变近似不变， 为常数为

45、常数.励磁参数励磁参数的计算的计算或第五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理5.8.2 5.8.2 短路试验短路试验目的目的：测短路电阻：测短路电阻 与短路电抗与短路电抗 。 方法方法：转子堵住，定子加：转子堵住，定子加0.4U1N0.4U1N并下调并下调；测量并绘制短路特性曲线测量并绘制短路特性曲线堵转时堵转时，异步电动机的短路特性异步电动机的短路特性 第五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理异步电动机异步电动机堵转时的简化等值电路堵转时的简化等值电路 短路参数短路参数计算（根据计算（根据 时时 的的 ）（一般）（一般）100KW以下，则以下，则：第五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理例例5-6 一台三相四极笼型异步电动机，有关数据为一台三相四极笼型异步电动机，有关数据为： ， ， ，定子定子 Y Y 连接，测得电阻连接，测得电阻 ，空载试验数据如下空载试验数据如下： ， ， ， 。短路试验数据如下短路试验数据如下： ， ， 。求等值电路的参数求等值电路的参数 ， ， ， 和和 。解：解： 求空载参数求空载参数第五章第五章三相异步电动机的基本原理三相异步电动机的基本原理求定、转子绕组参数求定、转子绕组参数求励磁参数求励磁参数求短路参数求短路参数