电机拖动与控制 第二章 异步电动机上课

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1、2 2.1 .1 异步电动机的异步电动机的概述概述2.2 2.2 三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构2.4 2.4 三相异步电动机的磁动势三相异步电动机的磁动势2.5 2.5 三相异步电动机绕组的电动势三相异步电动机绕组的电动势2.6 2.6 三相异步电动机的空载运行三相异步电动机的空载运行2.7 2.7 三相异步电动机的负载运行三相异步电动机的负载运行2.8 2.8 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2.9 2.9 三相异步电动机的功率及转矩三相异步电动机的功率及转矩第二章第二章 异步电动机异步电动机2.3 2.3 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的

2、工作原理引引 言言 本本章章在在介介绍绍异异步步电电动动机机基基本本结结构构与与工工作作原原理理的的基基础础上上，从从基基本本电电磁磁关关系系出出发发，对对三三相相异异步步电电动动机机的的功功率率关关系系及及转转矩矩关关系系进进行行分分析析。采采用用与与分分析析变变压压器器相相类类似似的的方方法法，先先通通过过电电磁磁关关系系建建立立异异步步电电动动机机的的基基本本方方程程，并并导导出出等等效效电电路路和和相相量量图图，然然后后分析异步电动机的功率、转矩和工作特性。分析异步电动机的功率、转矩和工作特性。2.1 2.1 异步电动机的概述异步电动机的概述同步电动机同步电动机电机电机交流交流直流直流

3、异步电动机异步电动机电动机电动机发电机发电机有良好的起动性能和调速有良好的起动性能和调速性能，用于精确调速的场性能，用于精确调速的场合合 。电网负载中占电网负载中占60%以上，以上，90%的的电动机为异步电动机。调速精度电动机为异步电动机。调速精度不高，调速困难不高，调速困难。 同同步步电电机机：电电机机转转子子的的转转速速与与定定子子旋旋转转磁磁场场的的转转速速相相等等，转转子子与与定定子子旋旋转转磁磁场场在在空空间间同同步步地地旋旋转转。异异步步电电机机：电电机机转转子子的的转转速速不不等等于于定定子子旋旋转转磁磁场场的的转转速速，转转子子与定子旋转磁场在空间旋转时不同步。与定子旋转磁场在

4、空间旋转时不同步。转速要求恒定的场合转速要求恒定的场合一.一.用途（无处不在）用途（无处不在） 异步电机满足电机的可逆原理。即在某一种条件下异步电机作为发电机运行，而在另一种条件下却作为电动机运行。但是由于异步发电机的运行性能较差，因而异步电机主要用于作电动机去拖动各种生产机械，异步电机主要用于作电动机去拖动各种生产机械，例如：风机、泵、压缩机、机床、轻工及矿山机械、农业生产中的脱粒机和粉碎机、农副产品中的加工机械等等。 在民用生活中，电扇、洗衣机、电冰箱和空调在民用生活中，电扇、洗衣机、电冰箱和空调器等一般由单相异步电动机来拖动。器等一般由单相异步电动机来拖动。 异步电动机能在生产和生活领域

5、中得到异步电动机能在生产和生活领域中得到广泛的应用，是有着众多广泛的应用，是有着众多优点优点： 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。缺点缺点： 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1。 起动和调速性能差（得到克服，但控制复杂）。二、铭牌数据二、铭牌数据1、型号、型号 国产电机型号由大写汉语拼音字母和阿拉伯数字组成，大写国产电机型号由大写汉语拼音字母和阿拉伯数字组成，大写汉语拼音字母表示电机的类型、结构特征和使用范围，数字表示汉语拼音字母表示电机的类型、结构特征和使用范围，数字表示设计序号和规格，例如：中

6、小型异步电动机型号为设计序号和规格，例如：中小型异步电动机型号为Y2 160 L 1-2，Y 系列代号，系列代号，2设计序号，设计序号，160表示机座中心高表示机座中心高160mm，L机座机座长度代号（长度代号（S、M、L），），1铁心长度代号（铁心长度代号（1、2、3），），2极数。极数。 一般用途三相异步电动机应用最广的产品是一般用途三相异步电动机应用最广的产品是Y系列和系列和YR系列，其中系列，其中Y系列为鼠笼式转子三相异步系列为鼠笼式转子三相异步电动机，电动机，YR系列为绕线式转子三相异步电动机。系列为绕线式转子三相异步电动机。(1) 额定功率额定功率Pe：指电动机在额定运行时，轴上输

7、出轴上输出的机械功率的机械功率，单位：W或kW；(2) 额定电压额定电压Ue：指电动机额定运行时，加在定子绕定子绕组上的线电压组上的线电压，单位：V；(3) 额定电流额定电流Ie：指电动机在定子绕组上加额定电压、轴上输出额定功率时定子绕组中的线电流定子绕组中的线电流，单位：A；2、额定值、额定值(4) 额定频率额定频率fe：我国规定电网工频为50Hz；(5) 额定转速额定转速ne：指电动机在额定电压、额定频率下，轴上输出额定功率时的转子转速转子转速，单位：r/min；(6) 额定功率因数额定功率因数cose：指电动机在额定运行时定子侧的功率因数。设设e e为异步电动机的效率，额定功率：为异步电

8、动机的效率，额定功率：电动机的输入功率为：电动机的输入功率为：轴上输轴上输出的机出的机械功率械功率 (7) (7) 接法：接法：电动机在额定电压下，定子三相绕组应采用的联结方法，一般有三角形()和星形(Y)两种联结方法。 三相异步电动机的引出线接线图三相绕组的首三相绕组的首端或尾端连在端或尾端连在一起，连在一一起，连在一起的这个点称起的这个点称为星中点。为星中点。把第一相的尾把第一相的尾端与第二相的端与第二相的首端连在一起首端连在一起;第二相的尾第二相的尾端与第三相的端与第三相的首端连在一起首端连在一起;第三相的尾第三相的尾端与第一相的端与第一相的首端连在一起。首端连在一起。 高压异步电动机定

9、子绕组采用星接法，只有三根引出线。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到接线板上，用户根据铭牌数据和使用电源情况，接成星接或角接。(8) 转子绕组额定电压转子绕组额定电压U2e：指定子绕组加额定电压、转子绕组开路时，滑环间的线电压，单位：V；(9) 转子额定电流转子额定电流I2e：指电动机额定运行、转子短路状态下，滑环之间流过的线电流，单位：A。 铭牌上还标有绝缘等级、温升、工作方式等，对绕线式异步电动机还标有转子绕组的额定电压和额定电流。笼型转子三相异步电动机笼型转子三相异步电动机2.2 2.2 三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构下面是它主要部件的拆分图。下

10、面是它主要部件的拆分图。 1.定子铁心： 定子铁心是异步电动机磁路的组成部分，装在机座里。由于定子铁心是异步电动机磁路的组成部分，装在机座里。由于异步电机内部的磁场是旋转磁场，对铁心内某一点来讲，磁通是异步电机内部的磁场是旋转磁场，对铁心内某一点来讲，磁通是交变的。为了降低定子铁心里的铁损耗，定子铁心由导磁性能很交变的。为了降低定子铁心里的铁损耗，定子铁心由导磁性能很好的硅钢片叠成，在硅钢片的两面还应涂上绝缘漆。好的硅钢片叠成，在硅钢片的两面还应涂上绝缘漆。 定子铁心内圆上均匀开有槽，安放定子绕组。定子铁心内圆上均匀开有槽，安放定子绕组。一、定子部分（静止部分）定子铁心、定子绕组、机座定子铁心

11、、定子绕组、机座2.定子绕组：是电机电路部分，它由三个在空间相差120电角度、结构相同的绕组连接而成，按一定规律嵌放在定子槽中。三相对称绕组（空间相差120电角度）通入三相对称电流（时间相差120电角度）3. 机座：主要是为了支撑定子铁心及固定端盖，具有较强的机械强度和刚度。 异步电动机定、转子之间的空气间隙简称为气隙，异步电动机定、转子之间的空气间隙简称为气隙，它比同它比同容量直流电动机的气隙要小得多。容量直流电动机的气隙要小得多。在中、小型异步电动机中，在中、小型异步电动机中，气隙一般为气隙一般为0.21.5mm左右。左右。 异步电动机的气隙是异步电动机的气隙是均匀均匀的。的。 异步电动机

12、的励磁电流是由定子电源供给的。气隙较大时，异步电动机的励磁电流是由定子电源供给的。气隙较大时，磁路的磁阻较大。若要使气隙中的磁通达到一定的要求，则相磁路的磁阻较大。若要使气隙中的磁通达到一定的要求，则相应的励磁电流也就大了，从而影响电动机的功率因数。应的励磁电流也就大了，从而影响电动机的功率因数。为了提为了提高功率因数，尽量让气隙小些。高功率因数，尽量让气隙小些。但也不应太小，否则，定、转但也不应太小，否则，定、转子有可能发生摩擦与碰撞。如果从减少附加损耗以及减少高次子有可能发生摩擦与碰撞。如果从减少附加损耗以及减少高次谐波磁动势所产生磁通的角度来看，又希望气隙大一点，所以谐波磁动势所产生磁通

13、的角度来看，又希望气隙大一点，所以设计电机时应全盘考虑。设计电机时应全盘考虑。二、气隙 异步电动机的转子可以分成两大类，一种是笼型转子，另一异步电动机的转子可以分成两大类，一种是笼型转子，另一种是绕线转子。笼型转子由转子铁心、笼型转子绕组及转轴等组种是绕线转子。笼型转子由转子铁心、笼型转子绕组及转轴等组成。绕线转子主要由转子铁心、绕线转子绕组、转轴、集电环和成。绕线转子主要由转子铁心、绕线转子绕组、转轴、集电环和电刷装置组成。电刷装置组成。三、转子部分（转动部分）绕线转子笼型转子1. 转子铁心：转子铁心： 转子铁心也是电动机主磁通磁路的一部分，一转子铁心也是电动机主磁通磁路的一部分，一般用般用

14、0.5mm0.5mm厚的硅钢片叠压而成。硅钢片上冲有槽孔，安放厚的硅钢片叠压而成。硅钢片上冲有槽孔，安放转子绕组。下图是转子槽形图。转子绕组。下图是转子槽形图。比较常见比较常见的转子槽的转子槽形形双龙型和深槽型主双龙型和深槽型主要用于改善电动机要用于改善电动机的起动性能。的起动性能。2. 转轴：转轴：具有较强的机械强度和刚度，以保证负载时气隙均具有较强的机械强度和刚度，以保证负载时气隙均匀及转轴本身不致断裂。匀及转轴本身不致断裂。 支持铁心支持铁心 输出转矩输出转矩3. 转子绕组：转子绕组：产生感应电势、并产生电磁转矩产生感应电势、并产生电磁转矩笼型转子绕组笼型转子绕组绕线转子绕组绕线转子绕组

15、 实现机电能量实现机电能量的转换的转换3.转子绕组：转子绕组：（1 1）笼型转子绕组）笼型转子绕组 笼型转子绕组与定子绕组大不相同，它是一个自己短路的绕笼型转子绕组与定子绕组大不相同，它是一个自己短路的绕组。在转子的每个槽里只放一根导体，每根导体都比铁心长，在组。在转子的每个槽里只放一根导体，每根导体都比铁心长，在铁心的两端用两个端环把所有的导条都短路起来，形成一个铁心的两端用两个端环把所有的导条都短路起来，形成一个多相多相对称的短路绕组。如果把转子铁心拿掉，则可看出，剩下来的绕对称的短路绕组。如果把转子铁心拿掉，则可看出，剩下来的绕组形状象一个松鼠笼子，如图所示。组形状象一个松鼠笼子，如图所

16、示。铜条笼型绕组铸铝笼型绕组应用在容应用在容量较大的量较大的中型异步中型异步电动机电动机应用在小应用在小容量异步容量异步电动机电动机形成并联形成并联闭合回路闭合回路3.转子绕组：转子绕组：（2 2）绕线转子绕组）绕线转子绕组 绕线转子绕组与定子绕组相同，也是按一定规律分布的三相绕线转子绕组与定子绕组相同，也是按一定规律分布的三相对称绕组，嵌放在转子铁心槽内，它可以联接成对称绕组，嵌放在转子铁心槽内，它可以联接成Y形或形或形。一般形。一般小容量电动机联接成小容量电动机联接成形，大、中容量电动机联接成形，大、中容量电动机联接成Y形。转子绕形。转子绕组的三条引线分别接到三个组的三条引线分别接到三个滑

17、环滑环上，上， 用一套用一套电刷电刷装置引出来。装置引出来。 这种转子的特点是：可以在转子绕组中串入附加这种转子的特点是：可以在转子绕组中串入附加电阻，来改善电机的起动性能或作转速调节用。电阻，来改善电机的起动性能或作转速调节用。 三相绕线型转子结构图三相绕线型转子结构图 仅仅用来连接外串电阻，改善运行性能；接触不用来连接外串电阻，改善运行性能；接触不好，也产生火花。好，也产生火花。 滑环和电刷作用：滑环和电刷作用：提刷短路装置： 在起动完毕，又不需要调速的情况下，应切除外电路附加电阻，利用提刷短路装置，将电刷提起与滑环脱开，同时使三只滑环短路。 减少电刷的磨损及摩擦损耗，提高运行可靠性。2.

18、3 2.3 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理 三相异步电动机定子绕组是一个对称的三相绕组，如三相异步电动机定子绕组是一个对称的三相绕组，如果将定子绕组接到三相交流电源上，因为发电机输出的是果将定子绕组接到三相交流电源上，因为发电机输出的是三相对称交流电压，在定子绕组中就会产生对称的三相交三相对称交流电压，在定子绕组中就会产生对称的三相交流电流，该电流在定子绕组中产生的磁场是一种流电流，该电流在定子绕组中产生的磁场是一种旋转磁场旋转磁场。各相绕组各相绕组匝数、结匝数、结构相同构相同一、一、旋转磁场旋转磁场的产生的产生 先以两极三相异步电动机为例，三相对称绕组就是在先以两极三相异步

19、电动机为例，三相对称绕组就是在空间布置上各相中心互隔空间布置上各相中心互隔120空间电角度的绕组，为了简化空间电角度的绕组，为了简化分析，可以用互隔分析，可以用互隔120电角度的三个线圈来代表，线圈的首电角度的三个线圈来代表，线圈的首端分别为端分别为U1、V1、W1，末端分别为，末端分别为U2、V2、W2，三相电，三相电流在相位上互差流在相位上互差120。 规定：电流从线圈的首端（规定：电流从线圈的首端（U1、V1、W1）流入）流入,由线由线圈末端（圈末端（U2、V2、W2）流出为正值；反之为负值。）流出为正值；反之为负值。 选择选择t= 0， t=60，t= 90几个特定时刻进行分析，几个特

20、定时刻进行分析，观察电流变化与电机磁场变化之间的关系。观察电流变化与电机磁场变化之间的关系。 旋转磁场旋转磁场 一种极性和大小不变，并且以一种极性和大小不变，并且以一定转速旋转的磁场。一定转速旋转的磁场。 在两极电机中，电流在时间上变化一个周期，磁场在在两极电机中，电流在时间上变化一个周期，磁场在空间也正好转过空间也正好转过360，即一转。电流每秒钟变化，即一转。电流每秒钟变化 周，磁场周，磁场在空间也旋转在空间也旋转 转。我国交流电的频率为转。我国交流电的频率为50Hz，即每秒变，即每秒变化化50周，故两极异步电动机的定子旋转磁场的转速为：周，故两极异步电动机的定子旋转磁场的转速为： 如果将

21、三相定子绕组安排成四极，取如果将三相定子绕组安排成四极，取t= 0，t=60两个两个特定时刻进行分析，观察电流变化与电机磁场变化之间的关系。特定时刻进行分析，观察电流变化与电机磁场变化之间的关系。或 在四极电机中，电流在时间上变化一个周期，磁场转在四极电机中，电流在时间上变化一个周期，磁场转过过180，即半转。故四极异步电动机的定子旋转磁场的转速，即半转。故四极异步电动机的定子旋转磁场的转速为：为： 四极电机旋转磁场的转速为两极电机旋转磁场转速的一半。四极电机旋转磁场的转速为两极电机旋转磁场转速的一半。或 只要适当地安排绕组，可以得到只要适当地安排绕组，可以得到6极、极、8极或极或2p个磁极个

22、磁极的旋转磁场，同样可以求得它们的转速，的旋转磁场，同样可以求得它们的转速，6极时：极时： 8极时，旋转磁场的转速为：极时，旋转磁场的转速为： 当电机为当电机为2p个磁极时，旋转磁场的转速为：个磁极时，旋转磁场的转速为： P为磁极对数。为磁极对数。 结论：结论：旋转磁场的转速与电流频率以及磁极对数有关。旋转磁场的转速与电流频率以及磁极对数有关。当异步电动机的三相对称绕组接上对称的三相电流后，定当异步电动机的三相对称绕组接上对称的三相电流后，定子绕组中产生磁场旋转起来了，转速为子绕组中产生磁场旋转起来了，转速为二、转动原理 三相异步电动机定子绕组接三相电源后，定子绕组能三相异步电动机定子绕组接三

23、相电源后，定子绕组能够产生旋转磁场，该磁场切割转子绕组，由此在转子绕组够产生旋转磁场，该磁场切割转子绕组，由此在转子绕组中产生感应电动势，如果转子绕组电路闭合，则会产生转中产生感应电动势，如果转子绕组电路闭合，则会产生转子电流，根据子电流，根据电磁力定律，电磁力定律，载流导体在磁场中受到电磁力载流导体在磁场中受到电磁力的作用，形成电磁转矩，电磁转矩的方向与旋转磁动势同的作用，形成电磁转矩，电磁转矩的方向与旋转磁动势同方向，方向， 转子跟着定子旋转磁场同方向旋转，异步电动机就转子跟着定子旋转磁场同方向旋转，异步电动机就能拖动机械负载。能拖动机械负载。 异步电动机转子电流由定子旋转磁场感应产生，所

24、以异步电动机转子电流由定子旋转磁场感应产生，所以又将异步电动机称为又将异步电动机称为感应电动机感应电动机。U2U1W2V1W1V2n1 1、电生磁、电生磁：三相对称绕组通三相对称绕组通三相对称电流产生圆形旋转磁三相对称电流产生圆形旋转磁场。场。2 2、磁生电、磁生电：旋转磁场切割转旋转磁场切割转子导体感应电动势和电流。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。二、转动原理 磁场磁场由由U

25、1相转向相转向V1相，由相，由V1相转向相转向W1相，再由相，再由W1相相转向转向U1相。相。 结论：结论：旋转磁场的旋转方向与定子绕组通过的电流有旋转磁场的旋转方向与定子绕组通过的电流有关系，从相位超前相转向相位滞后相。关系，从相位超前相转向相位滞后相。即：即： U1 V1 W1思考思考：电机的转向由谁决定？定子绕组中三相电流解析式为：定子绕组中三相电流解析式为： 由三相电流解析式可知，由三相电流解析式可知， V1相从相从U1相后移相后移120、W1相从相从V1相后移相后移120、U1相从相从W1相后移相后移120。 如果转子的转速如果转子的转速n与定子旋转磁场的转速与定子旋转磁场的转速n1

26、相同，则转相同，则转子绕组的导体不切割旋转磁场的磁力线，导体中就没有感子绕组的导体不切割旋转磁场的磁力线，导体中就没有感应电动势和电流，就不会产生应电动势和电流，就不会产生电磁力，转子就不会转动。电磁力，转子就不会转动。所以转子的转速总是略小于定子旋转磁场的转速，这两种所以转子的转速总是略小于定子旋转磁场的转速，这两种转速的差异是电动机能够工作的必要条件，故这种电动机转速的差异是电动机能够工作的必要条件，故这种电动机也称为也称为异步电动机异步电动机。 思考思考： 能否等于 ？何谓异步？ 三、转差率 旋转磁场的转速旋转磁场的转速n1n1与转子转速与转子转速n n之差称为之差称为转差转差或或转差速

27、度转差速度，转差与转差与n1n1之比称为之比称为转差率转差率，用，用s s表示，即：表示，即： 由于异步电动机的转速总不等于旋转磁场的转速，因此在描述异步电机转速时通常采用转差率转差率的概念。 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，电机理想空载时电机理想空载时，作为电动机，转速在作为电动机，转速在范围内变化，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。 异步电动机转子的转速是随着负载的变化而变化的，转异步电动机转子的转速是随着负载的变化而变化的，转差率也就随着负载的变化

28、而变化。负载越大，转速越低，转差率也就随着负载的变化而变化。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。的转速大小或负载大小。 额定运行时，转差率一般在额定运行时，转差率一般在0.02-0.05之间，即之间，即电机转速电机转速接近旋转磁场的转速接近旋转磁场的转速。在空载时，转差率约在。在空载时，转差率约在0.5%以下。以下。电机的转速为电机的转速为：例例2-22-2 有一台有一台50Hz的三相的三相异步电动机运行，异步电动机运行，空载转差率为空载转差率为0.002670.00267，额定转速

29、为额定转速为 ，求该电动机的，求该电动机的极对数、旋转磁场的转速、空载转速以及额定负载时的转差率。极对数、旋转磁场的转速、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旋转磁场旋转磁场转速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四、交流绕组的基本概念四、交流绕组的基本概念 组成交流绕组的单元是线圈。线圈是由一匝或多匝串联而组成交流绕组的单元是线圈。线圈是由一匝或多匝串联而成，它有两个引出线，一个称为首端，另一个称为末端。成，它有两个引出线，一个称为首端，另一个称为末端。1 1、线圈、线圈2 2、极距、极距 极距是指沿定子铁心内圆每个磁极所占的范围，可用槽

30、极距是指沿定子铁心内圆每个磁极所占的范围，可用槽数来表示。数来表示。若定子总槽数为若定子总槽数为Z Z，磁极对数为，磁极对数为p p，则极距：，则极距：的一个周期。因此，一对磁极所占有的空间是的一个周期。因此，一对磁极所占有的空间是360电角度。可见，一个具电角度。可见，一个具有有P对磁极电机，电机圆周按电角度计算就为对磁极电机，电机圆周按电角度计算就为P 360，而机械角度总是，而机械角度总是360 。如果将电机沿气隙展开，一个圆周长可以用。如果将电机沿气隙展开，一个圆周长可以用360机械角度表示，而机械角度表示，而不论电机极数的多少，一个磁极对应不论电机极数的多少，一个磁极对应180电角度

31、，一对磁极对应电角度，一对磁极对应360电角电角度，一个圆周长应该对应度，一个圆周长应该对应P 360电角度。可见，电角度与机械角度的关电角度。可见，电角度与机械角度的关系是：系是：电角度电角度= =P P机械角度机械角度3 3、电角度与机械角度、电角度与机械角度 电机圆周在几何上分成电机圆周在几何上分成360，这个角度称为，这个角度称为机械角机械角度度。若磁场在空间按正弦波。若磁场在空间按正弦波分布，则经过分布，则经过N、S 一对磁一对磁极恰好相当于正弦曲线极恰好相当于正弦曲线 槽中线圈的两根有效边之间所跨的槽数称为节距，用槽中线圈的两根有效边之间所跨的槽数称为节距，用符号符号y y表示。线

32、圈的节距表示。线圈的节距 y y 一般等于或小于极距一般等于或小于极距，如果，如果 y = y = ，称为整距线圈；如果，称为整距线圈；如果 y y ，则称为短距线圈。，则称为短距线圈。4 4、节距、节距5 5、槽距角、槽距角相邻两相邻两个个槽之间的电角度槽之间的电角度：7 7、相带、相带 为了确保三相绕组的对称性，每相绕组在每磁极下应占有为了确保三相绕组的对称性，每相绕组在每磁极下应占有相等的区域，这个区域常用电角度表示，称为相带。由于每极相等的区域，这个区域常用电角度表示，称为相带。由于每极所对应的电角度是所对应的电角度是180， 对三相电机而言，每个相带将占对三相电机而言，每个相带将占有

33、有60电角度。电角度。 6 6、每极每相槽数、每极每相槽数 为了确保三相绕组的对称性，每相绕组在每磁极下应占有为了确保三相绕组的对称性，每相绕组在每磁极下应占有相等的槽数，该槽数称为每极每相槽数，用符号相等的槽数，该槽数称为每极每相槽数，用符号q 表示，即表示，即 一、单相绕组的磁动势一、单相绕组的磁动势 脉振磁动势脉振磁动势2.4 2.4 三相异步电动机的磁动势三相异步电动机的磁动势 定子旋转磁场是异步电动机工作的基本条件，磁场是由定子旋转磁场是异步电动机工作的基本条件，磁场是由磁动势所建立，对磁动势的大小、波形以及其它一些属性进磁动势所建立，对磁动势的大小、波形以及其它一些属性进行分析研究

34、。下面首先分析单相绕组的磁动势，然后讨论三行分析研究。下面首先分析单相绕组的磁动势，然后讨论三相绕组的合成磁动势。相绕组的合成磁动势。 相绕组是由线圈组构成，线圈组又是由单个的线圈构成，相绕组是由线圈组构成，线圈组又是由单个的线圈构成，所以要研究相绕组的磁动势，必须从线圈的磁动势开始。所以要研究相绕组的磁动势，必须从线圈的磁动势开始。1. 整距集中线圈的磁动势整距集中线圈的磁动势 图图a a所示是一台两极电机的示意图。在定子铁心槽内只安放了所示是一台两极电机的示意图。在定子铁心槽内只安放了一个一个整距集中的线圈整距集中的线圈，当线圈中通过电流时，便产生了一个两极磁，当线圈中通过电流时，便产生了

35、一个两极磁场。显然，磁场的强弱取决于定子线圈匝数场。显然，磁场的强弱取决于定子线圈匝数N Ny y和线圈电流和线圈电流i iy y的乘积的乘积N Ny yi iy y，即，即磁动势磁动势。 根据磁路的基尔霍夫第二根据磁路的基尔霍夫第二定律，在闭合的磁路中，各段定律，在闭合的磁路中，各段磁压降的代数和等于闭合磁路磁压降的代数和等于闭合磁路中磁动势的代数和，即中磁动势的代数和，即磁动势磁动势Nyiy与定子铁心、转子铁心中与定子铁心、转子铁心中的磁压降以及气隙中的磁压降的磁压降以及气隙中的磁压降总和相等，由于铁心中的磁阻总和相等，由于铁心中的磁阻比气隙磁阻小得多，可忽略不比气隙磁阻小得多，可忽略不计

36、，因此可近似认为全部磁动计，因此可近似认为全部磁动势都消耗在两个气隙上，每个势都消耗在两个气隙上，每个气隙消耗的磁动势为气隙消耗的磁动势为Nyiy/2，将图将图a展开就得到图展开就得到图b所示的磁所示的磁动势波形。即动势波形。即整距线圈所形成整距线圈所形成的磁动势在任何瞬间，空间的的磁动势在任何瞬间，空间的分布总是一个矩形波。分布总是一个矩形波。 矩形波高度矩形波高度 磁动势矩形波的高度随时间按正弦规律变化。磁动势矩形波的高度随时间按正弦规律变化。 假如线圈中的电流假如线圈中的电流iy是稳恒电流，其数值和方向恒定是稳恒电流，其数值和方向恒定不变，那么矩形波磁动势的高度也将恒定不变。而实际不变，

37、那么矩形波磁动势的高度也将恒定不变。而实际上异步电动机定子绕组中流过的是交变电流，其电流大上异步电动机定子绕组中流过的是交变电流，其电流大小和方向都是随时间变化的，因此矩形波磁动势的高度小和方向都是随时间变化的，因此矩形波磁动势的高度也将随时间而变化。设线圈电流为也将随时间而变化。设线圈电流为t=180, i=-Im这种在空间位置这种在空间位置固定，而大小随固定，而大小随时间变化的磁动时间变化的磁动势称为势称为脉振磁动脉振磁动势。势。脉振的频率脉振的频率就是就是交流电流的交流电流的频率。频率。把以2 为周期的矩形磁动势波用傅氏级数分解 应用傅氏级数分析法将应用傅氏级数分析法将磁动势矩形波分解为

38、一系列磁动势矩形波分解为一系列不同周期的正弦波。矩形波不同周期的正弦波。矩形波中含有中含有1，3，5，无数多无数多个奇次谐波，又对称于纵轴。个奇次谐波，又对称于纵轴。整距线圈的磁动势既是空间整距线圈的磁动势既是空间函数又是时间函数，其表达函数又是时间函数，其表达式变为：式变为： 经过傅里叶分解，可以得到矩形波磁动势的基波分量：经过傅里叶分解，可以得到矩形波磁动势的基波分量： 定子内表面的定子内表面的圆周距离圆周距离 极距，相邻极极距，相邻极间的圆周距离间的圆周距离 基波分量的幅值基波分量的幅值 2. 线圈组的磁动势线圈组的磁动势（1）整距分布绕组的磁动势）整距分布绕组的磁动势 由由q q个整距

39、线圈串联个整距线圈串联所构成的线圈组是最简所构成的线圈组是最简单的整距分布绕组，每单的整距分布绕组，每个线圈所产生的基波磁个线圈所产生的基波磁动势在空间按正弦规律动势在空间按正弦规律分布，可以用空间相量分布，可以用空间相量来表征，这些来表征，这些空间相量空间相量之间的相位差应该就是之间的相位差应该就是线圈之间的位移角线圈之间的位移角，即，即槽距角槽距角。 线圈组的合成基波磁动势是这线圈组的合成基波磁动势是这q个线圈基波磁动势的个线圈基波磁动势的相量相量和和，这，这q个相量个相量大小相等大小相等，相位依次相差，相位依次相差电角度，相加之和电角度，相加之和构成正多边形的一部分，如图所示。可以得到构

40、成正多边形的一部分，如图所示。可以得到q个分布线圈的个分布线圈的合成基波磁动势的幅值为：合成基波磁动势的幅值为：分布因数分布因数 线圈绕组由集中的改为分布的，基波合成磁动势幅值应线圈绕组由集中的改为分布的，基波合成磁动势幅值应该打一个折扣该打一个折扣kq1。（2）双层短距分布绕组的磁动势双层短距分布绕组的磁动势 图图a所示是双所示是双层短距分布绕组层短距分布绕组的展开图，同一的展开图，同一相线圈的上、下相线圈的上、下层导体要错开一层导体要错开一个距离，个距离， 这个距这个距离刚好就是线圈离刚好就是线圈节距所缩短的电节距所缩短的电角度角度。 短距因数短距因数 从绕组电流产生磁场的角度看，从绕组电

41、流产生磁场的角度看，合成磁动势的大小及波形合成磁动势的大小及波形只取决于导体电流的大小和方向以及导体的分布情况，而与导只取决于导体电流的大小和方向以及导体的分布情况，而与导体之间的连接次序无关体之间的连接次序无关。因此，可以。因此，可以将所有上层导体看成是一将所有上层导体看成是一个的整距分布绕组，而将所有下层导体看成是另一个的整距分个的整距分布绕组，而将所有下层导体看成是另一个的整距分布绕组布绕组。如图所示，这两个绕组的基波磁动势大小相等，相位。如图所示，这两个绕组的基波磁动势大小相等，相位差为电角度差为电角度，合成基波磁动势幅值为：合成基波磁动势幅值为： 线圈由整距改为短距的线圈由整距改为短

42、距的基波合成磁动势幅值应该打一个折扣基波合成磁动势幅值应该打一个折扣ky1。 为了使公式简明并使用方便，一般采用绕组相电流为了使公式简明并使用方便，一般采用绕组相电流I 和每相和每相串联总匝数串联总匝数N1来计算磁动势。设绕组的并联支路数为来计算磁动势。设绕组的并联支路数为a，则线圈，则线圈电流电流Iy=I/a；另外，对于；另外，对于双层绕组双层绕组，线圈匝数，线圈匝数Ny=aN1/(2pq)。 把把这两个关系式代入下式：这两个关系式代入下式：绕组因数绕组因数 3.单相绕组的磁动势单相绕组的磁动势得到单相绕组基波磁动势的幅值：得到单相绕组基波磁动势的幅值：双层短距双层短距分布绕组分布绕组基波基

43、波磁动磁动势势幅值幅值 由短距线圈组成的分布绕组的基波合成磁动势幅值等于由短距线圈组成的分布绕组的基波合成磁动势幅值等于具有相同匝数的整距集中绕组的基波合成磁动势幅值乘以系数具有相同匝数的整距集中绕组的基波合成磁动势幅值乘以系数kw1=kq1ky1，称为基波绕组因数。，称为基波绕组因数。 上式对于单层绕组同样适用。这样，上式对于单层绕组同样适用。这样，单相绕组基波磁动势单相绕组基波磁动势的完整表达式为的完整表达式为 该磁动势的轴线在该磁动势的轴线在空间固定不动，而空间固定不动，而振幅不断地随时间振幅不断地随时间做正弦变化。做正弦变化。 对于单相绕组磁动势，可以归纳以下几点：对于单相绕组磁动势，

44、可以归纳以下几点：1）单相绕组的磁动势是一种空间位置固定、幅值随时间变）单相绕组的磁动势是一种空间位置固定、幅值随时间变化的脉振磁动势，该脉振频率为该绕组中电流的频率。化的脉振磁动势，该脉振频率为该绕组中电流的频率。2）单相绕组的基波磁动势幅值的位置与绕组的轴线相重合。）单相绕组的基波磁动势幅值的位置与绕组的轴线相重合。3）单相绕组脉振磁动势中的基波磁动势幅值为）单相绕组脉振磁动势中的基波磁动势幅值为 而而v 次谐波磁动势幅值为：次谐波磁动势幅值为： ； 谐波次数越高，幅值越小。谐波次数越高，幅值越小。 上面分析了单相的磁动势，如果三相对称绕组通过对称的上面分析了单相的磁动势，如果三相对称绕组

45、通过对称的三相电流时，在三相电流时，在U、V、W三相绕组中应产生幅值相等，时间上三相绕组中应产生幅值相等，时间上互差互差120电角度的脉振磁动势，它们的基波磁动势为电角度的脉振磁动势，它们的基波磁动势为二、三相绕组的磁动势二、三相绕组的磁动势 旋转磁动势旋转磁动势 根据三角函数的积化和差公式，根据三角函数的积化和差公式，上式可以写为：上式可以写为：将三相基波磁将三相基波磁动动势相加，得出三相绕组的基波合成磁动势势相加，得出三相绕组的基波合成磁动势式式中中 从上式可以看出，当从上式可以看出，当tt=0=0时，时， ，按选定，按选定的坐标轴，可画出相应的曲线，的坐标轴，可画出相应的曲线，如如右图中

46、的实线所示；右图中的实线所示； 当经过一定时间，当经过一定时间，tt= =时，时， ，再画出，再画出相应的曲线如右图中虚线所示。相应的曲线如右图中虚线所示。将这两个瞬时的磁动势进行比较，将这两个瞬时的磁动势进行比较，发现磁动势的幅值未变，但后者发现磁动势的幅值未变，但后者比前者向前推移了一个比前者向前推移了一个角度，角度，说明说明 是一个是一个幅值恒定、正幅值恒定、正弦分布的行波。弦分布的行波。 三三相相基基波波合合成成磁磁动动势势的的幅幅值值为为单单相相基基波波磁磁动动势势幅幅值值的的3/2倍倍，其其幅幅值值发发生生在在cos(t-x/)=1处处，即即在在t=x/处处； 当当t=0时时，发发

47、生生在在x/=0处处； t=30时时，发发生生在在x/=30处处，也也就就是是说说，三三相相磁磁动动势势是是一一个个幅幅值值恒恒定定的的，而而幅幅值值的的位位置置随时间按对应角度变化的旋转磁动势。随时间按对应角度变化的旋转磁动势。 同同理理可可以以证证明明，对对于于m相相对对称称绕绕组组通通入入m相相对对称称电电流流，所所产产生生的的m相相基基波波合合成成磁磁动动势势也也是是一一个个旋旋转转磁磁动动势势，其其幅幅值值为每相脉振磁动势幅值的为每相脉振磁动势幅值的m/2倍。倍。 旋旋转转磁磁场场的的转转动动方方向向与与绕绕组组中中电电流流的的相相序序有有关关，当当某某相相电电流流达达到到最最大大值

48、值，旋旋转转磁磁场场的的幅幅值值就就转转到到该该相相绕绕组组的的轴轴线处。例如：线处。例如： 当当t=0时时，iU=Imcost=Im,U相相电电流流达达到到最最大大值值，U相相磁磁动动势势 ，此此时时三三相相旋旋转转磁磁动动势势 ，比比较较 与与 可可见见它它们们的的幅幅值值都都是是位位于于cosx/=1的的地地方方，即即位位于于x/=0或或x=0处，也就是位于处，也就是位于U相绕组的轴线上。相绕组的轴线上。当当t=120时时，iV=Imcos(t-120)=Im,V相相电电流流达达到到最最大大值值，V相相磁磁动动势势 ，三三相相旋旋转转磁磁动动势势 ，此此时时 与与 有有相相同同的的cos

49、(x/-120)，它它们们的的幅幅值值都都是是位位于于cos(x/-120) =1的的地地方方，即即位位于于x/=120或或x=2/3处处，也也就就是是V相相绕绕组组的的轴轴线线上。上。 同同理理可可得得，当当W相相电电流流达达到到最最大大值值时时，旋旋转转磁磁场场磁磁动动势势的的幅值位于幅值位于W相绕组的轴线上。相绕组的轴线上。 如如果果电电流流是是正正序序的的，即即电电流流的的相相序序为为U V W时时，三三相相旋旋转转磁磁场场磁磁动动势势的的转转动动方方向向也也是是从从U相相转转向向V相相，再再转转向向W相相。如如果果电电流流是是负负序序的的，即即将将电电流流相相序序方方向向改改为为U

50、W V，即即把把V、W相相线线头头对对调调一一下下，那那么么三三相相旋旋转转磁磁动动势势的的转转动动方方向向也也变变为为从从U相转向相转向W相，再转向相，再转向V相。相。即变成反向旋转。即变成反向旋转。 将三相基波磁将三相基波磁动动势相加，得出三相绕组的基波合成磁动势势相加，得出三相绕组的基波合成磁动势 当当t=0时时，iU=Imcost=Im,U相相电电流流达达到到最最大大值值，U相相磁磁动动势势 ，此此时时三三相相旋旋转转磁磁动动势势 ，比比较较 与与 可可见见它它们们的的幅幅值值都都是是位位于于cosx/=1的的地地方方，即即位位于于x/=0或或x=0处，也就是位于处，也就是位于U相绕组

51、的轴线上。相绕组的轴线上。 当当t=120时时，iW=Imcos(t-120)=Im,W相相电电流流达达到到最大值最大值，W相磁动势：相磁动势： 三相旋转磁动势：三相旋转磁动势：此此时时 与与 有有相相同同的的cos(x/-240)，它它们们的的幅幅值值都都是是位位于于cos(x/-240) =1的的地地方方，即即位位于于x/=240或或x=4/3处，也就是处，也就是W相绕组的轴线上。相绕组的轴线上。 同同理理可可得得，当当t=240时时，当当V相相电电流流达达到到最最大大值值时时，旋旋转磁场磁动势的幅值位于转磁场磁动势的幅值位于V相绕组的轴线上。相绕组的轴线上。 将电流相序方向改为将电流相序

52、方向改为U W V，那么三相旋转磁动势，那么三相旋转磁动势的转动方向也变为的转动方向也变为从从U相转向相转向W相，再转向相，再转向V相。相。即变成反即变成反向旋转。向旋转。 因此，如果要改变三相异步电动机磁场的旋转方向，只因此，如果要改变三相异步电动机磁场的旋转方向，只要改变定子电流的相序，把定子绕组三个出线端的任意两个要改变定子电流的相序，把定子绕组三个出线端的任意两个（例如（例如V端和端和W端）对调即可。端）对调即可。 三相合成基波磁动势的基本特点为：三相合成基波磁动势的基本特点为： 1）三三相相对对称称绕绕组组通通入入三三相相对对称称电电流流所所产产生生的的三三相相基基波波合合成成磁磁动

53、动势势是是一一个个旋旋转转磁磁动动势势，旋旋转转磁磁动动势势的的幅幅值值大大小小不不变变，是是单单相相电电枢枢绕绕组组脉脉振振磁磁动动势势幅幅值值的的3/2倍倍，幅幅值值不不变变的的旋旋转转磁磁动动势势又又称称为为圆圆形形旋旋转转磁磁动动势势。那那么么，对对于于m相相对对称称绕绕组组通通入入m相相对对称称电电流流，所所产产生生的的基基波波合合成成磁磁动动势势也也是是一一个个旋旋转转磁磁动动势势，其其幅幅值值为为每相脉振磁动势幅值的每相脉振磁动势幅值的m/2倍。倍。 2）旋转磁场的转速为）旋转磁场的转速为 表明旋转磁场的转速表明旋转磁场的转速n n1 1仅与电源频率仅与电源频率f f和电机极对数

54、和电机极对数p p有关，有关，称为称为同步转速同步转速。 3）旋转磁场的旋转方向与三相电流的相序相同。从电流超）旋转磁场的旋转方向与三相电流的相序相同。从电流超前相转向电流滞后相，即合成磁动势的轴线是从前相转向电流滞后相，即合成磁动势的轴线是从U相转到相转到V相，相，再从再从V相转到相转到W相。因此相。因此要改变旋转磁场的方向，只要改变定子要改变旋转磁场的方向，只要改变定子绕组的相序即可，绕组的相序即可，也就是将连接到电源的三相绕组的三根接线也就是将连接到电源的三相绕组的三根接线中的任意两根对调就可以了；中的任意两根对调就可以了； 4）三相电流中某相电流达到）三相电流中某相电流达到正最大值正最

55、大值时，旋转磁动势的时，旋转磁动势的幅幅值正好位于该相绕组的轴线上值正好位于该相绕组的轴线上。 产生圆形旋转磁动势的条件：产生圆形旋转磁动势的条件： 一是三相或多相对称绕组；一是三相或多相对称绕组； 二是三相或多相对称电流。二是三相或多相对称电流。 两个条件有一个不满足，即产生椭圆形旋转磁动势。两个条件有一个不满足，即产生椭圆形旋转磁动势。 在在三三相相异异步步电电机机定定、转转子子之之间间的的气气隙隙中中存存在在着着旋旋转转磁磁场场。旋旋转转磁磁场场的的基基波波分分量量在在气气隙隙空空间间按按正正弦弦规规律律分分布布，其其转转速速为为n n1 1，称为，称为同步转速同步转速。2.5 2.5

56、三相异步电动机绕组的电动势三相异步电动机绕组的电动势 旋转磁场将切割定、转子绕组，根据电磁感应定律，在旋转磁场将切割定、转子绕组，根据电磁感应定律，在定子绕组和转子绕组中产生感应电动势。转子绕组随着转子定子绕组和转子绕组中产生感应电动势。转子绕组随着转子铁心转动，转子绕组中的感应电动势与定子绕组中的感应电铁心转动，转子绕组中的感应电动势与定子绕组中的感应电动势的频率不同，但两者的定量计算是一样的。动势的频率不同，但两者的定量计算是一样的。 按照交流绕组的基本构成，按照交流绕组的基本构成，先讨论一根导体的感应电动先讨论一根导体的感应电动势，再讨论线圈及线圈组的感应电动势，最后讨论定子绕组势，再讨

57、论线圈及线圈组的感应电动势，最后讨论定子绕组和转子绕组的感应电动势和转子绕组的感应电动势。 旋转着的气隙主磁通旋转着的气隙主磁通 在定、转子绕组中分别产生感应电动在定、转子绕组中分别产生感应电动势，其势，其有效值有效值为为 绕组因数绕组因数短距因数，其值总是小短距因数，其值总是小于于1 1，表示线圈短距后感，表示线圈短距后感应电动势对比整距时应应电动势对比整距时应打的折扣。打的折扣。 分布因数，其值也分布因数，其值也总是小于总是小于1 1，表示，表示分布绕组感应电动分布绕组感应电动势对比集中绕组应势对比集中绕组应打的折扣。打的折扣。 三相异步电动机与变压器相似，它与电源接通后，在定子绕三相异步

58、电动机与变压器相似，它与电源接通后，在定子绕组中产生反电动势。但是，在变压器中反电动势是铁心中的磁通组中产生反电动势。但是，在变压器中反电动势是铁心中的磁通作正弦变化时所产生的电动势，其值为：作正弦变化时所产生的电动势，其值为： 而异步电机则是绕组导体与旋转磁场有相对运动而产生的感而异步电机则是绕组导体与旋转磁场有相对运动而产生的感应电动势，应电动势，Es、Er 的表达式与变压器相似，其相位也是滞后主磁的表达式与变压器相似，其相位也是滞后主磁通通 90 电角度电角度，所以定、转子绕组感应电动势的，所以定、转子绕组感应电动势的相量表达式相量表达式为：为： 一、主、漏磁通的分布 三相异步电动机空载

59、运行时，定子绕组接上电源，在电压三相异步电动机空载运行时，定子绕组接上电源，在电压U1的作用下，定子绕组中有空载电流的作用下，定子绕组中有空载电流I0，这个电流产生旋转磁动，这个电流产生旋转磁动势势F0， F0称为空载磁动势，在称为空载磁动势，在F0的作用下，产生两部分磁通：的作用下，产生两部分磁通：主磁通和定子漏磁通。主磁通和定子漏磁通。 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、绕组其路径为：定子铁心、绕组气隙气隙转子铁心、绕组转子铁心、绕组气隙气隙定子铁定子铁心、绕组。心、绕组。主磁通起传递能量的作主磁通起传递能量的作用。用。 一小部分磁通仅与定子绕组相

60、交一小部分磁通仅与定子绕组相交链，不进入转子，称这部分磁通为定链，不进入转子，称这部分磁通为定子漏磁通。子漏磁通。漏磁通只起电抗压降作用。漏磁通只起电抗压降作用。2.6 2.6 三相异步电动机的空载运行三相异步电动机的空载运行二、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。由于电动机的铁心在磁场的旋转过程中也存在铁耗，则由于电动机的铁心在磁场的旋转过程中也存在铁耗，则空载电流可以分为两个分量，空载电流可以分为两个分量，一是用来产生主磁通的无一是用来产生主磁通的无功分量，叫励磁电流。另一个是用来供给铁心损耗的有功分量，叫励磁电流。

61、另一个是用来供给铁心损耗的有功分量。功分量。无功分量无功分量有功分量有功分量 三相空载电流产生的旋转磁动势为空载磁动势，其基波三相空载电流产生的旋转磁动势为空载磁动势，其基波幅值为：幅值为：三、电磁关系可见，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。 空载运行时，转子转速很高，接近于同步转速，旋转磁场空载运行时，转子转速很高，接近于同步转速，旋转磁场与转子之间相对速度几乎为零，于是与转子之间相对速度几乎为零，于是四、感应电动势 磁动势在空间以磁动势在空间以n n1 1速度旋转，磁通也以速度旋转，磁通也以n n1 1速度旋转，速度旋转，定子绕组

62、与旋转磁场的相对运动而产生的感应电动势为：定子绕组与旋转磁场的相对运动而产生的感应电动势为： 定子漏磁通在定子绕组中产生漏磁电动势，表示为漏定子漏磁通在定子绕组中产生漏磁电动势，表示为漏电抗压降的形式。电抗压降的形式。定子绕组定子绕组漏电抗漏电抗五、电动势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，可列出空载时定子绕组电路的电动势平衡方程式：定子绕组电路的电动势平衡方程式： 同样，由主磁通产生的电动势用阻抗压降的形式表示：同样，由主磁通产生的电动势用阻抗压降的形式表示： 根据以上两式，可以作出空载根据以上两式，可以作出空载时等效电路。

63、时等效电路。定子绕组漏阻抗定子绕组漏阻抗励磁阻抗励磁阻抗 尽管异步电动机的电磁关系与变压器相似，但它们之间还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：是有差别的：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；2 2）异步电动机空载时）异步电动机空载时E E2 200，I I2 200，变压器，变压器E E2 200，I I2 2=0=0；3 3）由于存在气隙）由于存在气隙, ,异步电动机漏电抗较变压器的大；异步电动机漏电抗较变压器的大；4 4）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

64、分布绕组, ,计算电动势和磁动计算电动势和磁动势时需考虑绕组系数势时需考虑绕组系数, ,变压器则为整距集中绕组变压器则为整距集中绕组, ,可认为绕组可认为绕组系数为系数为1 1。2.7 2.7 三相异步电动机的负载运行三相异步电动机的负载运行 三相异步电动机的负载运行是指电动机的定子绕组接到三相异步电动机的负载运行是指电动机的定子绕组接到三相电源，电动机轴上带机械负载的运行状态。三相电源，电动机轴上带机械负载的运行状态。 由于负载增加，引起电动机转速下降，旋转磁场与转子的由于负载增加，引起电动机转速下降，旋转磁场与转子的相对运动加大，转子感应电动势增加，转子电流和电磁转矩加相对运动加大，转子感

65、应电动势增加，转子电流和电磁转矩加大，当电磁转矩加大到与负载转矩平衡时，电动机就在较低转大，当电磁转矩加大到与负载转矩平衡时，电动机就在较低转速的状态下稳定运行。速的状态下稳定运行。2.7.1 负载运行时的电磁关系负载运行时的电磁关系一、转子电动势的频率 旋转磁场的磁通以转差速度切割转子导体时，在转子绕旋转磁场的磁通以转差速度切割转子导体时，在转子绕组内产生的感应电动势的频率为组内产生的感应电动势的频率为转子不转时,理想空载时,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: :转子不转时的感应电动势转子不转时的感应电动势: :二者关系为二者关系为: :2.7.2 转子绕

66、组各电磁量转子绕组各电磁量转动时随着转动时随着s s的减小，的减小，E E2s2s也变小。也变小。电源频率电源频率三、转子绕组的电抗电抗与频率成正比电抗与频率成正比, ,转子旋转时转子电抗转子旋转时转子电抗: :二者关系二者关系: :转子不转时转子电抗转子不转时转子电抗: :转动时随着转动时随着s s的减小，的减小，X X2s2s也变小。也变小。漏感系数漏感系数四、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 转子电流转子电流I I2 2随转差率的变化而变化，起动时随转差率的变化而变化，起动时s s=1=1，电流最大，电流最大，约为额定电流的约为额定电流的4-7

67、4-7倍。起动后，转速逐渐上升，倍。起动后，转速逐渐上升，s s减小，减小，I I2 2随随着减小。当转速降低时着减小。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. .其有效值为其有效值为五、转子旋转磁动势 当转子绕组是绕线式时，它的相数、极数都与定子绕组当转子绕组是绕线式时，它的相数、极数都与定子绕组相同，定子旋转磁场在转子绕组中产生的感应电流必然是相相同，定子旋转磁场在转子绕组中产生的感应电流必然是相位互差位互差120120 电角度的交变电流，也就是对称的三相电流，因电角度的交变电流，也就是对称的三相电流，因此在转子上就会产生旋转磁动势此在转子上就会产生旋转磁

68、动势F2，转子电流的频率，转子电流的频率f2=sf1，故转子磁动势故转子磁动势F2相对于转子的旋转速度相对于转子的旋转速度n2为为五、转子旋转磁动势 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。因此同向在空间旋转，两者在空间上总是保持相对静止。因此n n1 1称称为同步转速。为同步转速。 而转子本身又以而转子本身又以n的转速旋转，因此的转速旋转，因此F2在空间的转速在空间的转速为两种转速之和，即为为两种转速之和，即为 当转子绕组是笼型时，转子磁动势也随着定子磁动势同当转子绕组是笼型

69、时，转子磁动势也随着定子磁动势同方向、同速度旋转。方向、同速度旋转。 异步电动机负载运行时，转子磁动势异步电动机负载运行时，转子磁动势F2与定子磁动势与定子磁动势F1相相对静止，得到合成磁动势对静止，得到合成磁动势F1+F2 。转子电流建立的磁动势。转子电流建立的磁动势F2总总是企图削弱主磁通，因此必须加大定子电流，使是企图削弱主磁通，因此必须加大定子电流，使F1能补偿能补偿F2的的影响，并还能保持产生主磁通所必需的磁动势，即影响，并还能保持产生主磁通所必需的磁动势，即2.7.3 负载时磁动势平衡方程负载时磁动势平衡方程表明：定子旋转磁动势包括两个分量：一个是励磁磁动势表明：定子旋转磁动势包括

70、两个分量：一个是励磁磁动势Fm，用来产生主磁通；另一个是负载分量，用来产生主磁通；另一个是负载分量FL，用来平衡转子，用来平衡转子磁动势，即用来抵消转子磁动势对主磁通的影响。磁动势，即用来抵消转子磁动势对主磁通的影响。2.7.3 负载时磁动势平衡方程负载时磁动势平衡方程式中式中m1、m2为定子、转子的相数；为定子、转子的相数；Im为对应于励磁磁动势的励磁电流。为对应于励磁磁动势的励磁电流。 故将磁动势平衡方程式改写成如下形式：故将磁动势平衡方程式改写成如下形式：令令则得则得 根据基尔霍夫电压定律可写出负载时根据基尔霍夫电压定律可写出负载时定子绕组定子绕组电路的电电路的电动势平衡方程：动势平衡方

71、程：2.7.4 电动势平衡方程电动势平衡方程定子绕组定子绕组漏阻抗漏阻抗 在闭合的转子电路中，有主磁通感应产生的在闭合的转子电路中，有主磁通感应产生的 ，还有漏磁电动势还有漏磁电动势 ，电阻电动势，电阻电动势 ，可得，可得转子绕转子绕组组电路的电动势平衡方程：电路的电动势平衡方程：或或转子绕组转子绕组漏阻抗漏阻抗 综上所述，可得到三相综上所述，可得到三相异步电动机负载异步电动机负载运行运行时的基时的基本方程式本方程式为：为：利用利用U1、 Z1、 Z2s 、Zm、S，可以求解可以求解I1、I2、Im 、E1 、E2s 其中其中111111111ZIERIXI jEU&+ +- -= =+ +

72、+- -= =转子不转时转子的感应电转子不转时转子的感应电动势动势2.8 2.8 三相异步电动机的等效电路三相异步电动机的等效电路等效电路等效电路就是把异步电动机定子、转子中的电磁就是把异步电动机定子、转子中的电磁关系，利用串并联电路的形式等效地表示出来。关系，利用串并联电路的形式等效地表示出来。原则：原则：1 1）保持转子侧磁动势不变；）保持转子侧磁动势不变；2 2）保持转子）保持转子侧各功率或损耗不变。侧各功率或损耗不变。 在转子回路中串入了一个实际上并不存在的在转子回路中串入了一个实际上并不存在的附加附加电阻电阻 。从等效电路角度，可以把它看成是异从等效电路角度，可以把它看成是异步电动机

73、的步电动机的“电阻负载电阻负载”，其上的压降可以看成是转，其上的压降可以看成是转子回路的端电压。该电阻消耗的功率等效转子轴上的子回路的端电压。该电阻消耗的功率等效转子轴上的机械损耗和机械功率输出。机械损耗和机械功率输出。 转子等效电路转子等效电路 如果把实际电机的转子抽出，换上一个如果把实际电机的转子抽出，换上一个“新转子新转子”，它的绕组相数、每相串联总匝数及绕组系数都分别和，它的绕组相数、每相串联总匝数及绕组系数都分别和定子绕组的一样，并且所产生的定子绕组的一样，并且所产生的转子旋转磁动势转子旋转磁动势保持不保持不变。这样，虽然换成了新转子，但并不影响定子边及定、变。这样，虽然换成了新转子

74、，但并不影响定子边及定、转子的合成磁场，同时保持转子的合成磁场，同时保持功率守恒关系功率守恒关系，这就是进行，这就是进行等量变换的基本依据。等量变换的基本依据。 T形等效电路形等效电路磁动势方程式磁动势方程式励磁支路的电动势方程式励磁支路的电动势方程式经过等量变换后，定子、转子的电动势方程式经过等量变换后，定子、转子的电动势方程式从等效电路分析可知从等效电路分析可知: :3)3)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。4)4)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。有一台有一台50Hz的三相四极异步电动机，转子转差率为的

75、三相四极异步电动机，转子转差率为0.0387，求，求:（1）转子电流的频率；）转子电流的频率；（2）转子磁动势相对于转子的转速；）转子磁动势相对于转子的转速；（3）转子的转速；）转子的转速；（4）转子磁动势在空间的转速。）转子磁动势在空间的转速。2.9 2.9 三相异步电动机的功率及转矩三相异步电动机的功率及转矩两个两个重要关系式重要关系式 可见，从气隙传递到转子的电磁功率分为两部分，一小可见，从气隙传递到转子的电磁功率分为两部分，一小部分变为转子铜损耗，绝大部分转变为总机械功率。转差率部分变为转子铜损耗，绝大部分转变为总机械功率。转差率越大，转子铜损耗就越多，电机效率越低。因此正常运行时越大

76、，转子铜损耗就越多，电机效率越低。因此正常运行时电机的转差率均很小。电机的转差率均很小。2cuMp=sPmMP=1-sP一、功率及功率转换过程(1)电动机运行方式：异步电机定子绕组电动机运行方式：异步电机定子绕组接交流电源，产生的旋转磁场用接交流电源，产生的旋转磁场用N、S极极表示。表示。当转子转向与旋转磁场转向相同当转子转向与旋转磁场转向相同，并且转子转速并且转子转速n小于同步转速小于同步转速n1，即，即0nn1，0sn1，s0。此。此时，转子导体中感应电动势及电流的方时，转子导体中感应电动势及电流的方向与电动机运行方式时相反，向与电动机运行方式时相反，电磁转矩电磁转矩的方向将与转子转向相反

77、的方向将与转子转向相反，为，为制动转矩制动转矩性质，异步电机处于发电机运行方式。性质，异步电机处于发电机运行方式。 异步发电机把由转子传动轴输入的机械功率转化成定子绕组异步发电机把由转子传动轴输入的机械功率转化成定子绕组输出的电功率。一般正常运行的异步发电机其转速输出的电功率。一般正常运行的异步发电机其转速n高于并接近同高于并接近同步转速步转速n1。(3) 电磁制动运行方式：若用转矩为电磁制动运行方式：若用转矩为Mm的其的其他机械来驱动转子，使他机械来驱动转子，使转子的转向与旋转磁转子的转向与旋转磁场的转向相反场的转向相反，即，即n1，此时，转子导，此时，转子导体中感应电动势、电流及电磁转矩的

78、方向与体中感应电动势、电流及电磁转矩的方向与电动机运行方式相同，电机仍然从电网中吸电动机运行方式相同，电机仍然从电网中吸收电功率，但由于收电功率，但由于电磁转矩的方向与转子转电磁转矩的方向与转子转向相反向相反，故为，故为制动转矩制动转矩性质。这种运行方式性质。这种运行方式称为电磁制动运行方式。称为电磁制动运行方式。 一方面定子从电网吸收电功率，另一方面外力也必须对转子供给一方面定子从电网吸收电功率，另一方面外力也必须对转子供给机械功率，从定子和转子输入的功率均转变为电机内部的损耗，最后机械功率，从定子和转子输入的功率均转变为电机内部的损耗，最后以热能的形式消耗掉。一般情况下异步电机电磁制动运行

79、时其转速以热能的形式消耗掉。一般情况下异步电机电磁制动运行时其转速n低低于同步转速于同步转速n1。 根据转差率的大小，可以知道异步电机的工作状态，即当根据转差率的大小，可以知道异步电机的工作状态，即当0s1时，为电动机运行方式；当时，为电动机运行方式；当s1时，为电磁制动运行方式。时，为电磁制动运行方式。机械能转变为电机械能转变为电能能电能和机械能电能和机械能变成内能变成内能电能转变为机电能转变为机械能械能能量关系能量关系制动制动制动制动驱动驱动电磁转矩电磁转矩转差率转差率转速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流称电流状态状态电动机电动机电磁制动电磁制动发电机发电机实现实现10 s