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1、电机学电机学电机学电机学ElectricMachineryElectricMachinery（第（第5 5章章 异步电机）异步电机）异步电机的基本工作原理异步电机的基本工作原理异步电机的基本工作原理异步电机的基本工作原理异步电机的三种运行状态异步电机的三种运行状态异步电机的三种运行状态异步电机的三种运行状态异步电机的基本结构异步电机的基本结构异步电机的基本结构异步电机的基本结构异步电动机的额定值异步电动机的额定值异步电动机的额定值异步电动机的额定值5.15.1概述概述概述概述3 三相异步电机主要用作电动机，拖动各种生产机械，例三相异步电机主要用作电动机，拖动各种生产机械，例三相异步电机主要用作
2、电动机，拖动各种生产机械，例三相异步电机主要用作电动机，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、农业生产如：风机、泵、压缩机、机床、轻工及矿山机械、农业生产如：风机、泵、压缩机、机床、轻工及矿山机械、农业生产如：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。中的脱粒机和粉碎机、农副产品中的加工机械等等。中的脱粒机和粉碎机、农副产品中的加工机械等等。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、电冰箱和空调器等一般在民用生活中，电扇、洗衣机、电冰箱和空调器等一般在民用生活中，电扇、洗衣机、电冰箱
3、和空调器等一般在民用生活中，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。由单相异步电动机来拖动。由单相异步电动机来拖动。由单相异步电动机来拖动。4优点：优点：优点：优点： 结构简单、制造容易、价格低廉、运行可靠、坚固耐结构简单、制造容易、价格低廉、运行可靠、坚固耐结构简单、制造容易、价格低廉、运行可靠、坚固耐结构简单、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。用、运行效率较高并具有适用的工作特性。用、运行效率较高并具有适用的工作特性。用、运行效率较高并具有适用的工作特性。缺点：缺点：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功率
4、因数较差，电机在运行过程中必须从电网吸收感性功率因数较差，电机在运行过程中必须从电网吸收感性功率因数较差，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无功功率，因此它的功率因数总小于无功功率，因此它的功率因数总小于无功功率，因此它的功率因数总小于1 1 1 1；目前尚不能经济地目前尚不能经济地在较大范围内平滑调速。在较大范围内平滑调速。 异步电机优缺点异步电机优缺点异步电机优缺点异步电机优缺点5 异步电机分类异步电机分类异步电机分类异步电机分类定子相数定子相数定子相数定子相数 单相异步电动机单相异步电动机单相异步电动机单相异步电动机 两相异步电动机两相异步电动机两相异步电
5、动机两相异步电动机 三相异步电动机三相异步电动机三相异步电动机三相异步电动机 绕线型异步电动机绕线型异步电动机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鼠笼型异步电动机鼠笼型异步电动机转子结构转子结构转子结构转子结构6一、异步电机的基本结构一、异步电机的基本结构一、异步电机的基本结构一、异步电机的基本结构异步电机外形图异步电机外形图异步电机结构图异步电机结构图71.定子定子定子铁心：定子铁心：电机电机主磁路主磁路的组成部分，并嵌放定子绕组。的组成部分，并嵌放定子绕组。由厚度为由厚度为0.5mm的硅钢片叠装而成。的硅钢片叠装而成。为为了了嵌嵌放放定定子子绕绕组组，在在定定
6、子子冲冲片片内内圆圆周周上上均均匀匀地地冲冲制制若若干干个个形状相同的槽。形状相同的槽。8定子槽形：定子槽形：半闭口槽半闭口槽适用于小型异步电机，其绕组是用圆导线绕成。适用于小型异步电机，其绕组是用圆导线绕成。半开口槽半开口槽适用于低压中型异步电机，其绕组是成型线圈。适用于低压中型异步电机，其绕组是成型线圈。开开口口槽槽适适用用于于高高压压大大中中型型异异步步电电机机，其其绕绕组组是是用用绝绝缘缘带带包包扎扎并并浸漆处理过的成型线圈。浸漆处理过的成型线圈。 9定定子子绕绕组组：构构成成电电路路部部分分，用用来来感感应应电电动动势势、流流过过电电流流、实实现机电能量转换。现机电能量转换。通常采用
7、通常采用双层短距绕组双层短距绕组，小型电机可采用单层绕组；，小型电机可采用单层绕组；对对中中、小小容容量量的的低低压压异异步步电电动动机机，通通常常定定子子三三相相绕绕组组的的六六个个出线头都引出，可根据需要灵活地接成出线头都引出，可根据需要灵活地接成“Y”形或形或“D”形形。U1 V1 W1U1 V1 W1W2 U 2 V2W2 U2 V2D D D D联结联结联结联结Y Y Y Y联结联结联结联结10机座：机座：固定和支撑定子铁心。固定和支撑定子铁心。要求有足够的机械强度。要求有足够的机械强度。112.转子转子转子铁心：转子铁心：电机电机主磁路主磁路的组成部分，并放置的组成部分，并放置转子
8、绕组转子绕组。由厚度为由厚度为0.5mm的硅钢片叠装而成；的硅钢片叠装而成；在转子外圆周上冲制均匀分布的形状相同的槽。在转子外圆周上冲制均匀分布的形状相同的槽。12转子槽形转子槽形转子槽形转子槽形槽形的选择主要决定于对槽形的选择主要决定于对运行性能运行性能和和起动性能起动性能的要求。的要求。常见转子槽型常见转子槽型13鼠笼型转子铁心和绕组结构示意图鼠笼型转子铁心和绕组结构示意图鼠笼型转子铁心和绕组结构示意图鼠笼型转子铁心和绕组结构示意图笼笼型型绕绕组组：在在转转子子铁铁心心每每个个槽槽内内各各放放置置一一根根导导体体，在在铁铁心心两两端端放放置置两两个个端端环环，分分别别把把所所有有的的导导体
9、体伸伸出出槽槽外外部部分分与与端端环环联联接起来。接起来。笼笼型型绕绕组组一一般般为为铝铝浇浇铸铸的的，对对中中大大型型电电机机为为减减小小损损耗耗、提提高高效率，往往采用效率，往往采用铜条焊接铜条焊接而成。而成。 转子绕组：转子绕组：转子绕组：转子绕组：构成电路部分，有构成电路部分，有构成电路部分，有构成电路部分，有笼型笼型笼型笼型和和和和绕线型绕线型绕线型绕线型两种绕组型式。两种绕组型式。两种绕组型式。两种绕组型式。斜槽形式14绕绕线线型型绕绕组组：与与定定子子绕绕组组具具有有相相同同相相数数、极极数数的的三三相相对对称称绕绕组，一般采用双层波绕组或叠绕组。组，一般采用双层波绕组或叠绕组。
10、一一般般接接成成星星形形，将将三三相相绕绕组组的的三三个个引引出出线线分分别别接接到到转转轴轴上上三三个个滑环滑环上，再通过上，再通过电刷电刷与外电路接通。与外电路接通。绕绕线线型型转转子子特特点点是是可可以以通通过过滑滑环环电电刷刷在在转转子子回回路路中中接接入入附附加加电阻电阻，以改善电动机的起动性能、调节其转速。，以改善电动机的起动性能、调节其转速。15支撑转子铁心支撑转子铁心支撑转子铁心支撑转子铁心和输出、输入机械转矩。和输出、输入机械转矩。和输出、输入机械转矩。和输出、输入机械转矩。转轴转轴16定定义义：定定、转转子子之之间间的的间间隙隙，也也是电机主磁路的组成部分。是电机主磁路的组
11、成部分。气气隙隙大大小小对对异异步步电电机机的的性性能能影影响响很大。很大。为为了了减减小小电电机机主主磁磁路路的的磁磁阻阻，降降低低电电机机的的励励磁磁电电流流，提提高高电电机机的的功率因数，功率因数，气隙应尽可能小气隙应尽可能小。异异步步电电机机气气隙隙长长度度应应为为定定、转转子子在在运运行行中中不不发发生生机机械械摩摩擦擦所所允允许许的最小值。的最小值。中中、小小型型异异步步电电机机中中，气气隙隙长长度度一般为一般为0.20.21.5mm1.5mm。3 3、气隙、气隙气气隙隙大大：磁磁阻阻大大，励励磁磁电电流流（空空载载电电流流）大大，功功率率因因数数低低；气气隙隙磁磁场场谐谐波波含含
12、量量（漏漏磁磁引引起起附附加加损损耗耗）减减少少，改改善善起起动动性性能。能。气气隙隙小小：受受加加工工可可能能及及机机械械安全所限制。安全所限制。17二、异步电机的基本工作原理二、异步电机的基本工作原理二、异步电机的基本工作原理二、异步电机的基本工作原理异步电机定子三相对称绕组接在三异步电机定子三相对称绕组接在三相对称交流电网上，转子绕组对称相对称交流电网上，转子绕组对称短路。短路。定子绕组中流过三相对称电流，在定子绕组中流过三相对称电流，在气隙中产生基波旋转磁场。气隙中产生基波旋转磁场。气隙旋转磁场在短路的转子绕组中气隙旋转磁场在短路的转子绕组中感应电动势并产生电流。感应电动势并产生电流。
13、该感应电流与气隙中的旋转磁场相该感应电流与气隙中的旋转磁场相互作用产生电磁转矩，驱动转子旋互作用产生电磁转矩，驱动转子旋转，实现异步电机的运行。转，实现异步电机的运行。两极异步电动机示意图两极异步电动机示意图两极异步电动机示意图两极异步电动机示意图 1n n18三、异步电机的三种运行状态三、异步电机的三种运行状态三、异步电机的三种运行状态三、异步电机的三种运行状态1 1、异步电机的转差率、异步电机的转差率、异步电机的转差率、异步电机的转差率同步转速同步转速n1定子绕组中流过频率为定子绕组中流过频率为f1的三相对称电流，在气的三相对称电流，在气隙中产生的基波旋转磁场相对于定子绕组的转速隙中产生的
14、基波旋转磁场相对于定子绕组的转速为同步转速，记为为同步转速，记为n1。同步转速大小取决于电流频率同步转速大小取决于电流频率f1和绕组极对数和绕组极对数p，转向为从超前电流相绕组转向滞后电流相绕组。转向为从超前电流相绕组转向滞后电流相绕组。转子转速转子转速n转子的机械转速为转子转速，记为转子的机械转速为转子转速，记为n。转差率转差率s：同步转速：同步转速n1与转子转速与转子转速n之差对之差对同步转速同步转速n1之比值，记为之比值，记为s。19 异异步步电电机机的的转转子子可可以以是是带带负负载载机机，也也可可以以是是由由原原动动机机驱驱动动，在在不不同同的的转转子子外外部部条条件件下下，异异步步
15、电电机机将将运运行行于于不不同同的的转转速速和和不不同同的的转转差差率率，对对应应不不同同的的运运行行状状态态。根根据据转转差差率率的的正正负负、大大小小，异异步步电电机机分分别别对对应应于于电电动动机机、发发电电机机、电电磁磁制制动动等等三三种种不不同同运运行状态。行状态。2 2、异步电机的三种运行状态、异步电机的三种运行状态、异步电机的三种运行状态、异步电机的三种运行状态0ns0：电动机状态：电动机状态右手定则右手定则-e2产生产生-i2与与e2同方向同方向左手定则左手定则-Tem产生产生-Tem与与n同转向，同转向，Tem为为驱动转矩驱动转矩旋转磁场拖动转子：电动机旋转磁场拖动转子：电动
16、机20nn1se2产生产生-i2与与e2同方向同方向左手定则左手定则-Tem产生产生-Tem与与n反转向，反转向，Tem为为制动转矩制动转矩转子拖动旋转磁场：发电机转子拖动旋转磁场：发电机 n1：电磁制动状态：电磁制动状态右手定则右手定则-e2产生产生-i2与与e2同方向同方向左手定则左手定则-Tem产生产生-Tem与与n反转向，反转向，Tem为为制动转矩制动转矩旋转磁场阻碍转子运动：电磁制动状态旋转磁场阻碍转子运动：电磁制动状态21状状态态电动机电动机发电机发电机电磁制动电磁制动n与与s关系关系nn10sn1s0n1Tem的性质的性质电磁驱动力矩电磁驱动力矩电磁阻力矩电磁阻力矩电磁阻力矩电磁
17、阻力矩能量转换能量转换电能电能机械能机械能机械能机械能电能电能电能电能+机械能机械能内部损耗内部损耗（短路）（短路）异步电机只有在定子侧外加电源的情况下，转子侧电动势和异步电机只有在定子侧外加电源的情况下，转子侧电动势和电流由气隙旋转磁场感应产生，因此也称为电流由气隙旋转磁场感应产生，因此也称为“感应电机感应电机”；而此；而此感应作用，只有在转子与气隙旋转磁场不同步，即感应作用，只有在转子与气隙旋转磁场不同步，即“异步异步”（s不不等于等于0），才可以产生，因此），才可以产生，因此“感应电机感应电机”又称又称“异步电机异步电机”。总结总结总结总结22四、异步电动机的额定值四、异步电动机的额定值
18、四、异步电动机的额定值四、异步电动机的额定值23额定功率额定功率PN：是转轴上输出的：是转轴上输出的机械功率机械功率，单位为，单位为W或或kW。额定电压额定电压UN：施加在定子绕组上的：施加在定子绕组上的线电压线电压，单位为，单位为V。额额定定电电流流IN：电电动动机机在在额额定定电电压压、额额定定频频率率下下，轴轴端端输输出出额额定功率时，定子绕组的定功率时，定子绕组的线电流线电流，单位为，单位为A。额定频率额定频率fN：我国电网频率：我国电网频率fN=50Hz。额额定定转转速速nN：电电动动机机在在额额定定电电压压、额额定定频频率率、轴轴端端输输出出额额定定功率时，转子的转速，单位为功率时
19、，转子的转速，单位为r/min。额定效率额定效率N。额定功率因数额定功率因数cosN。三相异步电动机额定值之间的关系三相异步电动机额定值之间的关系242 2）如铭牌上标有）如铭牌上标有）如铭牌上标有）如铭牌上标有“ “380V380V、D D联结联结联结联结” ”时，表示电机正常运行时只时，表示电机正常运行时只时，表示电机正常运行时只时，表示电机正常运行时只能采用能采用能采用能采用“ “D”D”联结，但是在电动机起动过程中可接联结，但是在电动机起动过程中可接联结，但是在电动机起动过程中可接联结，但是在电动机起动过程中可接380V380V电源，绕电源，绕电源，绕电源，绕组采用组采用组采用组采用“
20、 “Y”Y”联结，起动完毕，恢复联结，起动完毕，恢复联结，起动完毕，恢复联结，起动完毕，恢复“ “D”D”联结。联结。联结。联结。2、对于中低压电动机、对于中低压电动机1 1）如铭牌上标有）如铭牌上标有）如铭牌上标有）如铭牌上标有“ “380/220V380/220V、Y/DY/D联结联结联结联结” ”时，表示电源电压为时，表示电源电压为时，表示电源电压为时，表示电源电压为380V380V时，电机绕组采用时，电机绕组采用时，电机绕组采用时，电机绕组采用“ “Y”Y”联结；电源电压为联结；电源电压为联结；电源电压为联结；电源电压为220V220V时，采用时，采用时，采用时，采用“ “D”D”联结
21、。联结。联结。联结。提示：提示：提示：提示：1 1、 对于高压电动机对于高压电动机对于高压电动机对于高压电动机定子绕组只有三根出线，只要电源电压符合电动机铭牌电压值便定子绕组只有三根出线，只要电源电压符合电动机铭牌电压值便定子绕组只有三根出线，只要电源电压符合电动机铭牌电压值便定子绕组只有三根出线，只要电源电压符合电动机铭牌电压值便可使用。可使用。可使用。可使用。定、转子基波磁动势空间相对静止定、转子基波磁动势空间相对静止定、转子基波磁动势空间相对静止定、转子基波磁动势空间相对静止5.25.2三相异步电动机运行原理三相异步电动机运行原理三相异步电动机运行原理三相异步电动机运行原理转子静止时的异
22、步电机转子静止时的异步电机转子旋转时的异步电机转子旋转时的异步电机异步电机参数测定异步电机参数测定内部电磁关系内部电磁关系内部电磁关系内部电磁关系电压平衡方程式电压平衡方程式电压平衡方程式电压平衡方程式磁动势平衡方程式磁动势平衡方程式磁动势平衡方程式磁动势平衡方程式绕组折算与等效电路绕组折算与等效电路绕组折算与等效电路绕组折算与等效电路26一、一、转子静止时的异步电动机转子静止时的异步电动机转子静止时的异步电机：转子静止时的异步电机：将异步电动机转轴卡住；将异步电动机转轴卡住；转子绕组短路；转子绕组短路；定子绕组施加三相对称电压。定子绕组施加三相对称电压。假设：气隙中只有基波磁通，定、转子绕组
23、上只感应有基波电势假设：气隙中只有基波磁通，定、转子绕组上只感应有基波电势271 1定、转子基波磁动势空间相对静止定、转子基波磁动势空间相对静止定、转子基波磁动势空间相对静止定、转子基波磁动势空间相对静止定子侧：定子绕组施加三相对称电压定子侧：定子绕组施加三相对称电压定子三相对称绕组中，流过频率为定子三相对称绕组中，流过频率为f1的三相对称电流的三相对称电流I1；定定子子绕绕组组在在气气隙隙空空间间中中产产生生圆圆形形旋旋转转基基波波磁磁动动势势F1，相相对对于定子绕组的转速为同步转速于定子绕组的转速为同步转速n1，n160f1/p；圆圆形形旋旋转转基基波波磁磁动动势势F1转转向向为为从从超超
24、前前电电流流相相绕绕组组轴轴线线转转向向滞后电流相绕组轴线（滞后电流相绕组轴线（A-B-C）。）。28转子侧：转子绕组短路，转轴固定转子侧：转子绕组短路，转轴固定圆圆形形旋旋转转磁磁场场切切割割转转子子绕绕组组，产产生生频频率率为为f2的的三三相相对对称称感应电动势（感应电动势（f2pn1/60，f2=f1）；）；三三相相对对称称感感应应电电动动势势在在闭闭合合的的转转子子绕绕组组中中产产生生三三相相对对称称电电流流I2；转转子子绕绕组组在在气气隙隙空空间间中中产产生生圆圆形形旋旋转转基基波波磁磁动动势势F2，相相对对于转子绕组的转速为于转子绕组的转速为n2，n260f2/pn1；圆圆形形旋旋
25、转转基基波波磁磁动动势势F2转转向向为为从从超超前前电电流流相相绕绕组组轴轴线线转转向向滞滞后后电电流流相相绕绕组组轴轴线线（A-B-C），即即与与定定子子旋旋转转磁磁动动势势F1同转向。同转向。F2与与F1同同转转速速、同同转转向向（n2n1），故故定定、转转子子基基波波磁磁动动势空间保持相对静止势空间保持相对静止292 2内部电磁关系内部电磁关系内部电磁关系内部电磁关系气气隙隙中中的的旋旋转转磁磁场场由由F2与与F1共共同同建建立立，即即F2与与F1空空间间矢矢量可以合成为一个等效励磁磁动势量可以合成为一个等效励磁磁动势Fm：303 3电压平衡方程式电压平衡方程式电压平衡方程式电压平衡方程
26、式正方向规定：电流流入为正，且电势方向与电流方向相同。正方向规定：电流流入为正，且电势方向与电流方向相同。R1、R2和和X1、X2分别为定、转子绕组的电阻和漏电抗。分别为定、转子绕组的电阻和漏电抗。31定、转子绕组感应电动势定、转子绕组感应电动势电动势变比电动势变比ke：定、转子绕组电动势之比：定、转子绕组电动势之比定、转子侧电动势平衡方程定、转子侧电动势平衡方程从电路分析角度来看，转子从电路分析角度来看，转子静止时的异步电机电压方程静止时的异步电机电压方程与二次级侧短路时的变压器与二次级侧短路时的变压器电压方程相似电压方程相似32由由于于定定、转转子子磁磁动动势势F1与与F2空空间间保保持持
27、相相对对静静止止，故故可以合成为一等效的励磁磁动势：可以合成为一等效的励磁磁动势：3. 3. 磁动势平衡方程式磁动势平衡方程式类似于变压器磁动势，将上式改写为：类似于变压器磁动势，将上式改写为：异步电机气隙中，全部磁动势由定子产生；异步电机气隙中，全部磁动势由定子产生；Fm为励磁分量，用以产生气隙旋转基波磁场；为励磁分量，用以产生气隙旋转基波磁场；F1L为负载分量，用以平衡转子磁动势的作用，它与转子为负载分量，用以平衡转子磁动势的作用，它与转子磁动势大小相等方向相反。磁动势大小相等方向相反。33选选择择F1与与I1同同相相位位、F2与与I2同同相相位位，Fm与与Im同同相相位位，用用电电流流在
28、在时时间间上上的的相相位位关关系系表表示示磁磁动动势势在在空空间间上上的的相相位位关关系，则磁动势平衡方程系，则磁动势平衡方程可改写为：可改写为：定义电流比定义电流比则磁动势平衡方程式可表示为：则磁动势平衡方程式可表示为：异步电动机定子电流异步电动机定子电流I1分成分成Im和和I1L两个分量；两个分量；Im是励磁分量，用于建立电是励磁分量，用于建立电机铁心中的主磁通机铁心中的主磁通m；I1L是负载分量，用于建立磁是负载分量，用于建立磁动势动势F1L去平衡转子磁势去平衡转子磁势F2。34转子静止时的基本方程转子静止时的基本方程定子侧：定子侧：转子侧：转子侧：定、转子关联方程：定、转子关联方程：感
29、应电动势方程：感应电动势方程：Zm=Rm+jXm为励磁阻抗；为励磁阻抗；Rm为励磁电阻，代表铁耗的等效电阻；为励磁电阻，代表铁耗的等效电阻；Xm为励磁电抗，反映主磁通在电路中的作用。为励磁电抗，反映主磁通在电路中的作用。4. 4. 4. 4. 绕组折算与等效电路绕组折算与等效电路绕组折算与等效电路绕组折算与等效电路 35绕组折算绕组折算绕组折算绕组折算转转子子绕绕组组折折算算把把实实际际相相数数为为m2、绕绕组组匝匝数数为为N2、绕绕组组系系数数为为kN2的的转转子子绕绕组组，折折算算成成与与定定子子绕绕组组有有相相同同相相数数m1、相同匝数相同匝数N1和相同绕组系数和相同绕组系数kN1转子绕
30、组。转子绕组。折算原则：折算原则：气隙主磁通不变；气隙主磁通不变；定子各种物理量均不变，对电网等效；定子各种物理量均不变，对电网等效；转子磁动势不变，各种功率均不变（功率因数不变）。转子磁动势不变，各种功率均不变（功率因数不变）。绕组折算主要有电流折算、电动势折算和阻抗折算。绕组折算主要有电流折算、电动势折算和阻抗折算。36电流折算电流折算 根据折算前后转子磁动势应保持不变原则根据折算前后转子磁动势应保持不变原则电动势折算电动势折算 根据折算前后转子磁动势不变原则根据折算前后转子磁动势不变原则37阻抗折算阻抗折算 根据折算前后转子铜耗保持不变原则根据折算前后转子铜耗保持不变原则 根据折算前后转
31、子功率因数保持不变原则根据折算前后转子功率因数保持不变原则38 折算到定子侧的异步电机基本方程式组为折算到定子侧的异步电机基本方程式组为 39等效电路等效电路 经经折折算算后后，同同变变压压器器类类似似，可可得得异异步步电电动动机机在在转转子子静静止止时时的的T T型等效电路。型等效电路。40参数的物理意义参数的物理意义参数的物理意义参数的物理意义 异异步步电电动动机机中中，磁磁通通由由三三相相绕绕组组联联合合产产生生；变变压压器器中中，磁磁通通由由一相绕组一相绕组产生。产生。为定为定/转子漏抗，转子漏抗，由定由定/转子三相电流联合产转子三相电流联合产生的漏磁通，在定生的漏磁通，在定/转子每转
32、子每一相上引起的电抗；一相上引起的电抗；Rm为励磁电阻，代表铁心损耗的等效电阻；为励磁电阻，代表铁心损耗的等效电阻；Xm为励磁电抗，反映主磁通在电路中的作用，非线性。为励磁电抗，反映主磁通在电路中的作用，非线性。R1/R2为定为定/转子绕组电阻；转子绕组电阻；折算后，转子静止时的异步电机等效电路与二次级侧短路时的折算后，转子静止时的异步电机等效电路与二次级侧短路时的变压器等效电路相同。变压器等效电路相同。定、转子基波磁动势空间相对静止定、转子基波磁动势空间相对静止定、转子基波磁动势空间相对静止定、转子基波磁动势空间相对静止5.25.2三相异步电动机运行原理三相异步电动机运行原理三相异步电动机运
33、行原理三相异步电动机运行原理转子静止时的异步电机转子静止时的异步电机转子旋转时的异步电机转子旋转时的异步电机异步电机参数测定异步电机参数测定内部电磁关系与基本方程内部电磁关系与基本方程内部电磁关系与基本方程内部电磁关系与基本方程频率折算与绕组折算频率折算与绕组折算频率折算与绕组折算频率折算与绕组折算转子旋转对转子侧各量的影响转子旋转对转子侧各量的影响转子旋转对转子侧各量的影响转子旋转对转子侧各量的影响等效电路等效电路等效电路等效电路42转子旋转时的异步电机：转子旋转时的异步电机：定子绕组施加三相对称电压；定子绕组施加三相对称电压；转子绕组短路；转子绕组短路；假设：气隙中只有基波磁通，定、转子绕
34、组上只感应有基波电势。假设：气隙中只有基波磁通，定、转子绕组上只感应有基波电势。二、转子旋转时的异步电动机二、转子旋转时的异步电动机二、转子旋转时的异步电动机二、转子旋转时的异步电动机431、转子旋转对转子各物理量的影响、转子旋转对转子各物理量的影响转子频率转子频率转转子子旋旋转转时时，转转子子绕绕组组的的电电动动势势和和电电流流的的频频率率与与转转子子的的转转速速有关，取决于气隙旋转磁场与转子的相对速度（有关，取决于气隙旋转磁场与转子的相对速度（n1-n）。）。转子电动势和电流的频率称为转子频率，有转子电动势和电流的频率称为转子频率，有因转子频率与转差率成正比，又称为转差频率。因转子频率与转
35、差率成正比，又称为转差频率。异异步步电电动动机机额额定定负负载载时时，s通通常常在在0.020.05范范围围内内，即即当当f1=50Hz时时，f2=12.5Hz，由由此此可可知知转转子子旋旋转转时时转转子子感感应应电电势和电流的频率很低，因而转子铁耗可以忽略。势和电流的频率很低，因而转子铁耗可以忽略。44 转子相绕组感应电动势转子相绕组感应电动势转子相绕组感应电动势转子相绕组感应电动势 转子相绕组漏阻抗转子相绕组漏阻抗转子相绕组漏阻抗转子相绕组漏阻抗 转子相电流转子相电流转子相电流转子相电流45转转子子转转动动后后，由由转转子子电电流流所所产产生生的的转转子子基基波波旋旋转转磁磁动动势势相相对
36、对于转子绕组的转速为于转子绕组的转速为转子基波旋转磁势转子基波旋转磁势相对于定子绕组的转速为相对于定子绕组的转速为转转子子基基波波旋旋转转磁磁动动势势和和定定子子基基波波旋旋转转磁磁动动势势没没有有相相对对运动，即运动，即定、转子磁动势空间仍相对静止定、转子磁动势空间仍相对静止。2、定、转子磁动势空间仍相对静止、定、转子磁动势空间仍相对静止46不不论论转转子子静静止止还还是是旋旋转转，定定、转转子子磁磁动动势势与与在在空空间间上上总总相相对静止，都以同步速对静止，都以同步速n1旋转；旋转；和和仍仍可可空空间间矢矢量量合合成成，等等效效为为合合成成的的激激磁磁磁磁动动势势，即即磁势平衡方程式不变
37、磁势平衡方程式不变47转子回路的频率转子回路的频率转子回路的频率转子回路的频率 。3 3 3 3、内部电磁关系与基本方程、内部电磁关系与基本方程、内部电磁关系与基本方程、内部电磁关系与基本方程气隙中的旋转磁场由气隙中的旋转磁场由F2与与F1共同建立；共同建立；F2与与F1空间相对静止，转速同为空间相对静止，转速同为n1；，48转子旋转时的基本方程式转子旋转时的基本方程式转子旋转时的基本方程式转子旋转时的基本方程式 电压平衡方程式电压平衡方程式电压平衡方程式电压平衡方程式定子侧：定子侧：转子侧：转子侧：磁动势平衡方程式磁动势平衡方程式转子回路的频率转子回路的频率转子回路的频率转子回路的频率 ；转
38、子电阻转子电阻转子电阻转子电阻 ；转子漏电抗和频率成正比，因此有转子漏电抗和频率成正比，因此有转子漏电抗和频率成正比，因此有转子漏电抗和频率成正比，因此有 ；转子电动势大小和频率成正比，因此有转子电动势大小和频率成正比，因此有转子电动势大小和频率成正比，因此有转子电动势大小和频率成正比，因此有 。49 通过分析可以得到定、转子回路的电动势方程和等效电路：通过分析可以得到定、转子回路的电动势方程和等效电路：4、频率折算与绕组折算、频率折算与绕组折算转子回路频率与定子回转子回路频率与定子回路频率不相同，导致二者基路频率不相同，导致二者基本方程式和等效电路均无法本方程式和等效电路均无法实现直接连通，
39、无法得到统实现直接连通，无法得到统一的等效电路。因此，需一的等效电路。因此，需寻寻求求“等效静止转子等效静止转子”，将转，将转子系统的频率折算为定子系子系统的频率折算为定子系统的频率。统的频率。50 转子频率折算转子频率折算转子频率折算转子频率折算频频率率折折算算定定义义：用用一一等等效效的的静静止止转转子子回回路路替替代代实实际际转转动动的的转转子回路，使转子电路与定子电路有相同频率。子回路，使转子电路与定子电路有相同频率。频频率率折折算算原原则则：频频率率归归算算前前后后，保保持持转转子子磁磁动动势势不不变变，从从而而保保持持磁磁动动势势平平衡衡关关系系不不变变，进进而而定定子子电电流流的
40、的大大小小和和相相位位不不变变，且损耗和功率不变（对电网等效）。且损耗和功率不变（对电网等效）。 转子旋转与否影响了转子绕组的频率，但是对转子磁动势相转子旋转与否影响了转子绕组的频率，但是对转子磁动势相对定子的转速（即同步速对定子的转速（即同步速 ）不会产生影响。现在寻求一个所）不会产生影响。现在寻求一个所谓的谓的“等效等效”静止转子，它产生的磁动势肯定和转子旋转时候的静止转子，它产生的磁动势肯定和转子旋转时候的磁动势相比是不变的，只是转子绕组的频率就由磁动势相比是不变的，只是转子绕组的频率就由 改变为改变为 而已，这就是转子绕组频率折算的思路。而已，这就是转子绕组频率折算的思路。51 转子磁
41、动势是由转子电流产生的，那么要保持折算前后转子转子磁动势是由转子电流产生的，那么要保持折算前后转子磁动势不变，只需折算前后转子电流有效值和相位不变（只是频磁动势不变，只需折算前后转子电流有效值和相位不变（只是频率改变）：率改变）：转子旋转时和转子静止时相转子旋转时和转子静止时相比，等效电路只在转子绕组比，等效电路只在转子绕组中多了中多了52电阻电阻电阻电阻 的物理意义的物理意义的物理意义的物理意义在在实实际际转转动动的的电电机机中中，转转子子回回路路中中并并无无此此项项电电阻阻，但但有有机机械械功功率输出。率输出。频频率率折折算算后后的的转转子子电电路路中中，因因已已等等效效成成静静止止转转子
42、子，电电机机没没有有机机械功率输出，但却串入附加电阻械功率输出，但却串入附加电阻 ，其消耗电功率为，其消耗电功率为该电功率该电功率 用来模拟轴上的机械功率。用来模拟轴上的机械功率。53进一步讨论进一步讨论进一步讨论进一步讨论不不论论静静止止或或者者旋旋转转的的转转子子，其其转转子子磁磁动动势势总总以以同同步步转转速速旋旋转转，即即转转子子磁磁动动势势的的绝绝对对转转速速不不变变，又又因因频频率率折折算算不不涉涉及及大大小小及及相相位位的的变变化化，故故频频率率折折算算前前后后电电机机的的磁磁动动势势平平衡衡依依然然维维持。持。 频频率率折折算算后后，静静止止的的转转子子不不再再输输出出机机械械
43、功功率率，即即电电机机的的功功率率平衡中少了一项平衡中少了一项机械功率。机械功率。 同同时时，静静止止的的转转子子回回路路中中多多了了一一个个附附加加电电阻阻，而而转转子子电电流流又又没有变，所以多了一项电阻功率。没有变，所以多了一项电阻功率。 因此，附加电阻上消耗的电功率等于电机输出的机械功率因此，附加电阻上消耗的电功率等于电机输出的机械功率54频率折算后的基本方程频率折算后的基本方程频率折算后的基本方程频率折算后的基本方程频频频频率率率率折折折折算算算算仅仅仅仅用用用用静静静静止止止止转转转转子子子子回回回回路路路路代代代代替替替替旋旋旋旋转转转转转转转转子子子子回回回回路路路路，而而而而
44、转转转转子子子子绕组（匝数、相数）保持不变。绕组（匝数、相数）保持不变。绕组（匝数、相数）保持不变。绕组（匝数、相数）保持不变。55 绕组折算绕组折算绕组折算绕组折算为为了了简简化化计计算算，便便于于导导出出一一体体化化的的等等效效电电路路，须须将将频频率率折折算后的转子回路再通过绕组折算。算后的转子回路再通过绕组折算。绕绕组组折折算算方方法法：把把转转子子绕绕组组折折算算到到定定子子侧侧，用用一一个个相相数数为为m1、匝匝数数为为N1、绕绕组组系系数数为为kN1(与与定定子子绕绕组组相相同同的的)的的等等效效转转子子绕绕组组来替代实际的转子绕组。来替代实际的转子绕组。绕绕组组折折算算原原则则
45、：折折算算前前后后转转子子磁磁动动势势F2不不变变，且且转转子子的的各各种种功功率不变。率不变。各各物物理理量量的的折折算算值值：转转子子绕绕组组的的电电压压、感感应应电电动动势势乘乘以以电电动动势势变变比比ke，电电流流除除以以电电流流变变比比ki，阻阻抗抗乘乘以以电电动动势势变变比比ke和和电流变比电流变比ki，即，即56绕组折算后的基本方程组绕组折算后的基本方程组绕组折算后的基本方程组绕组折算后的基本方程组575 5 5 5、异步电机等效电路、异步电机等效电路、异步电机等效电路、异步电机等效电路 T T T T型等效电路型等效电路型等效电路型等效电路 经过经过转子的频率折算和绕组折算，转
46、子的频率折算和绕组折算，转子绕组电动势和定子绕转子绕组电动势和定子绕组电动势就完全相同了，因而可将定、转子回路分离的等效电路组电动势就完全相同了，因而可将定、转子回路分离的等效电路统一，得到异步电动机的统一，得到异步电动机的“T T”型等效电路如下：型等效电路如下：m58参数的物理意义参数的物理意义参数的物理意义参数的物理意义为定子漏抗，由定子三为定子漏抗，由定子三相电流联合产生的漏磁通，在相电流联合产生的漏磁通，在定子每一相上引起的电抗；定子每一相上引起的电抗；Rm为励磁电阻，代表铁心损耗的等效电阻；为励磁电阻，代表铁心损耗的等效电阻；Xm为励磁电抗，反映主磁通在电路中的作用，非线性。为励磁
47、电抗，反映主磁通在电路中的作用，非线性。R1/为定子绕组电阻；为定子绕组电阻；R2为绕组折算后转子电阻；为绕组折算后转子电阻；为转子漏抗，由转子三相电流联合产生的漏磁通，在转子每为转子漏抗，由转子三相电流联合产生的漏磁通，在转子每一相上引起的电抗；一相上引起的电抗；为附加电阻，由频率折算产生，代表机械负载等效电阻；为附加电阻，由频率折算产生，代表机械负载等效电阻；m59相量图相量图60 利用利用T T型等效电路可以分析异步电机不同的运行情况型等效电路可以分析异步电机不同的运行情况空载（电动机运行）：空载（电动机运行）：转速接近同步速，转速接近同步速，s-0，附加电阻，附加电阻- ，转子处于开路
48、；，转子处于开路；功率因数滞后，且很小。功率因数滞后，且很小。额定负载（电动机运行）：额定负载（电动机运行）：sN5%，附加电阻为，附加电阻为19R2，转子回路接近电阻性；，转子回路接近电阻性；功率因数较高（功率因数较高（0.8-0.85），且滞后。），且滞后。发电机状态：发电机状态：转速大于同步速，转速大于同步速，s0，附加电阻，附加电阻1，机械功率，机械功率X1，c1 1。65小结小结小结小结异异步步电电机机从从基基本本电电磁磁原原理理和和分分析析方方法法来来看看与与变变压压器器很很相相似似，其其电电动动势势、磁磁动动势势平平衡衡方方程程式式、等等效效电电路路和和相相量量图图的的形形式式相
49、相同，但有明显差别，主要是磁场性质不同。同，但有明显差别，主要是磁场性质不同。因因定定、转转子子感感应应电电动动势势大大小小、频频率率不不同同，异异步步电电机机的的等等效效电电路必须要同时进行绕组归算和频率归算。路必须要同时进行绕组归算和频率归算。T T型型等等效效电电路路中中，异异步步电电动动机机输输出出的的机机械械功功率率在在等等效效电电路路中中用用模拟电阻（模拟电阻（ ）表示。表示。异异步步电电机机有有气气隙隙存存在在，激激磁磁电电流流较较变变压压器器的的大大，等等效效电电路路的的简化应作修正（简化应作修正（C1）。）。5.25.2三相异步电动机运行原理三相异步电动机运行原理三相异步电动
50、机运行原理三相异步电动机运行原理转子静止时的异步电机转子静止时的异步电机转子旋转时的异步电机转子旋转时的异步电机异步电机参数测定异步电机参数测定空载实验空载实验短路实验短路实验67异步电机待测参数：异步电机待测参数：基本参数：基本参数：R1、X1、R2、X2、Rm、Xm运行参数：转差率运行参数：转差率sm同变压器，异步电机可以通过同变压器，异步电机可以通过空载试验空载试验和和堵转试验堵转试验测定参数。测定参数。68m一、空载试验一、空载试验1 1）试验目的：测取）试验目的：测取 、 、 。2 2）试验条件：异步电动机空载，转子转速接近同步速，则）试验条件：异步电动机空载，转子转速接近同步速，则
51、s s0，转子相当于开路。转子相当于开路。693）试验方法：试验时异步电动机空载（轴上不带负载），用三相）试验方法：试验时异步电动机空载（轴上不带负载），用三相调压器对电机供电，使定子端电压从调压器对电机供电，使定子端电压从(1.11.3)UN开始，逐渐降低开始，逐渐降低电压，空载电流逐渐减少，直到电动机转速发生明显下降，空载电压，空载电流逐渐减少，直到电动机转速发生明显下降，空载电流明显回升为止；在这个过程中，记录电动机的端电压电流明显回升为止；在这个过程中，记录电动机的端电压U1、空、空载电流载电流I0、空载损耗、空载损耗p0、转速、转速n，并绘制空载特性曲线如图所示。，并绘制空载特性曲线
52、如图所示。空载时从电源吸收的功率：空载时从电源吸收的功率：从定子功率中减去定子铜耗：从定子功率中减去定子铜耗：70损耗分离：损耗分离：机机械械损损耗耗pmec与与电电压压U1无无关关，在在电电动动机机转转速速变变化化不不大大时时，可可以认为是常数。以认为是常数。pFe+pad0可可以以近近似似认认为为与与磁磁密密的的平平方方成成正正比比，因因而而可可近近似似认认为与电压的平方成正比。为与电压的平方成正比。曲线近似为直线。曲线近似为直线。 机械损耗机械损耗机械损耗机械损耗 和铁耗和铁耗和铁耗和铁耗 的测定的测定的测定的测定p延长线与纵轴交点即为机械损耗延长线与纵轴交点即为机械损耗pmec；p空空
53、载载附附加加损损耗耗相相对对较较小小，可可用用其其它它试试验验将将之之与与铁铁耗耗分分离离，也也可根据统计值估计可根据统计值估计pad0，从而得到铁耗，从而得到铁耗pFe。71根据空载时的等效电路和试验测得的数据可以算出根据空载时的等效电路和试验测得的数据可以算出: :是测得的三相输入功率；是测得的三相输入功率； 、 分别为相电流和相电压。分别为相电流和相电压。 励磁阻抗参数的计算励磁阻抗参数的计算励磁阻抗参数的计算励磁阻抗参数的计算由此求出励磁阻抗由此求出励磁阻抗：72二、短路试验二、短路试验二、短路试验二、短路试验 1）试验目的：测定短路阻抗、转子电阻、定、转子漏抗。）试验目的：测定短路阻
54、抗、转子电阻、定、转子漏抗。2）试试验验方方法法：将将转转子子堵堵住住，在在定定子子端端施施加加电电压压，从从0.4UN开开始始逐逐渐渐降降低低，记记录录定定子子绕绕组组端端电电压压Uk、定定子子电电流流Ik、定定子子端端输输入入功率功率Pk，作出异步电机的短路特性曲线，作出异步电机的短路特性曲线Ik=f(Uk)，Pk=f(Uk)。异步电动机堵转时等效电路图异步电动机堵转时等效电路图m73是测得的三相输入功率是测得的三相输入功率 ； 、 分别为相电压和相电流。分别为相电压和相电流。 短路阻抗参数的计算短路阻抗参数的计算根据短路特性曲线，取额定电流点的根据短路特性曲线，取额定电流点的Uk(相电压
55、相电压)、Ik(相电流相电流)、Pk(三相短路损耗三相短路损耗)。74由由于于XmRm，忽忽略略Rm，并并近近似似认认为为X1=X2。考考虑虑到到X0=Xm+X1(空载试验空载试验)，可推导出，可推导出对于大中型异步电机，对于大中型异步电机，由于由于Xm很大，励磁支路可以很大，励磁支路可以近似认为开路，这时近似认为开路，这时异步电动机堵转时等效电路图异步电动机堵转时等效电路图m异步电机的电磁转矩异步电机的电磁转矩异步电动机的功率平衡方程式异步电动机的功率平衡方程式异步电动机的工作特性异步电动机的工作特性5.3三相异步电动机运行特性三相异步电动机运行特性异步电动机的转矩平衡方程式异步电动机的转矩
56、平衡方程式76一、异步电动机功率平衡方程式一、异步电动机功率平衡方程式 异异步步电电动动机机的的功功率率和和损损耗耗在在T型型等等效效电电路路中中的的反反映映如如图图所所示示。77输入电功率：输入电功率：P1=m1U1I1cos1在定子绕组中产生定子铜耗：在定子绕组中产生定子铜耗：pCu1=m1I12R1旋转磁场在铁心中产生铁耗：旋转磁场在铁心中产生铁耗：转子铁心与磁场相对转速为转子铁心与磁场相对转速为sn1很小，忽略转子铁耗很小，忽略转子铁耗定子铁心与磁场相对转速为定子铁心与磁场相对转速为n1较大，铁耗主要为定子铁耗较大，铁耗主要为定子铁耗pFe=m1I02Rm通过气隙磁场感应到转子绕组的功
57、率称为电磁功率：通过气隙磁场感应到转子绕组的功率称为电磁功率：Pem=P1-pCu1-pFePem=m1I222/s78电磁功率首先提供转子铜耗：电磁功率首先提供转子铜耗：pCu2=m1I222=sPem剩余的电磁功率全部转化为剩余的电磁功率全部转化为机械功率：机械功率：Pmec=m1I222(1-s)/s=(1-s)Pem机械功率一部分克服机械损耗机械功率一部分克服机械损耗pmec和附加损耗和附加损耗pad其余机械功率为输出的机械功率：其余机械功率为输出的机械功率：P2=Pmec-pmec-pad79名称名称符号符号计算公式计算公式输入电功率输入电功率P1P1=m1U1I1cos1电磁功率电
58、磁功率PemPem=P1-pCu1-pFe=pCu2+Pmec=m1I22R2s借助于气隙中旋转磁场由定子传递给转子的功率借助于气隙中旋转磁场由定子传递给转子的功率总机械功率总机械功率PmecPmec=m1I22R2(1-s)s输出机械功率输出机械功率P2转子轴上输出的机械功率转子轴上输出的机械功率定子绕组铜耗定子绕组铜耗pCu1pCu1=m1I12R1转子绕组铜耗转子绕组铜耗pCu2pCu2=m1I22R2铁耗铁耗pFepFe=m1I02Rm正常运行时，异步电动机转速接近同步转速，转子电正常运行时，异步电动机转速接近同步转速，转子电流频率很低流频率很低(0.52Hz)，转子铁耗可以忽略，异步
59、电动，转子铁耗可以忽略，异步电动机的铁耗可近似认为等于定子铁耗。机的铁耗可近似认为等于定子铁耗。机械损耗机械损耗pmec包括轴承摩擦损耗和通风损耗，主要与转速有关包括轴承摩擦损耗和通风损耗，主要与转速有关附加损耗附加损耗pad难以准确计算，通常估算约为电机额定功率的难以准确计算，通常估算约为电机额定功率的0.5%1%。80功率平衡方程为：功率平衡方程为：P1=Pem+pcu1+pFePem=pcu2+Pmec机械功率平衡方程式：机械功率平衡方程式：Pmec=P2+pmec+pad电电磁磁功功率率、转转子子绕绕组组回回路路铜铜耗耗、总总机机械械功功率率三三者者之之间间的的关关系为：系为：Pem：
60、pcu2：Pmec=1：s：(1-s)81由由机机械械功功率率平平衡衡式式Pmec=P2+pmec+pad两两边边除除以以转转子子机机械械角角速度速度，得到转矩平衡方程为，得到转矩平衡方程为机械角速度（机械角速度（rad/s）转轴上总的机械转矩，即电磁转矩转轴上总的机械转矩，即电磁转矩转轴上输出机械转矩，即转轴上输出机械转矩，即T2为负载转矩；为负载转矩；Tmec为机械损耗转矩；为机械损耗转矩；Tad为附加损耗转矩；为附加损耗转矩；T0=Tmec+Tad为空载转矩。为空载转矩。二、异步电动机转矩平衡方程式二、异步电动机转矩平衡方程式旋转磁场运旋转磁场运动角速度动角速度821、物理表达式、物理表
61、达式异异步步电电机机电电磁磁转转矩矩的的物物理理表表达达式式描描述述了了电电磁磁转转矩矩与与主主磁磁通、转子有功电流的关系。通、转子有功电流的关系。三、异步电机的电磁转矩三、异步电机的电磁转矩三、异步电机的电磁转矩三、异步电机的电磁转矩83异步电动机电磁转矩的大小与气隙每极磁通量异步电动机电磁转矩的大小与气隙每极磁通量 、转、转子每相电流子每相电流 以及转子功率因数以及转子功率因数 三者的乘积有关。三者的乘积有关。异步电动机的电磁转矩物理表达式异步电动机的电磁转矩物理表达式是与电机结构有关的常数，称为转矩因数是与电机结构有关的常数，称为转矩因数是转子电流的有功分量是转子电流的有功分量842、参
62、数表达式、参数表达式异步电机电磁转矩的参数表达式描述了电磁转矩与参数的异步电机电磁转矩的参数表达式描述了电磁转矩与参数的关系，由简化等效电路推导出表达式如下关系，由简化等效电路推导出表达式如下1.Tem与与U12成正比；成正比；2.Tem与与f1成反比；成反比；3.Tem与漏电抗与漏电抗Xk成反比。成反比。851）Tem-s曲线曲线在电压在电压U1、频率频率f1为常数时，为常数时，电机的参数可以电机的参数可以认为是常数，电认为是常数，电磁转矩仅与磁转矩仅与s有关，有关，其关系曲线其关系曲线Tem=f(s)如图所示。如图所示。862）三个特殊点）三个特殊点同同步步点点：s=0，n=n1，旋旋转转
63、磁磁场场相相对对于于转转子子静静止止，Tem=0。最最大大转转矩矩点点：s=sm，sm称称为临界转差率。为临界转差率。f1一定时，一定时，Tmax与与U12成正比；成正比；f1一定时，一定时，Tmax与与Xk成反比；成反比；sm与与R2成成正正比比，Tmax与与R2无无关关，R2增增大大时时，sm增增大大，而而Tmax不不变，曲线左移；变，曲线左移；TN=PN/N为额定负载转矩为额定负载转矩Tmax越大，过载能力越强越大，过载能力越强一般异步电动机一般异步电动机kM=1.62.5kM=TmaxTN 过载能力过载能力+电动机电动机-发电机发电机872）三个特殊点）三个特殊点起起动动点点：s=1，
64、n=0，转转子子静止，静止，Tem=Tst。若要求起动时电磁转矩达到最大，令若要求起动时电磁转矩达到最大，令sm=1得得即转子回路中串入即转子回路中串入Rst，可使得起动转矩等于最大电磁转矩。，可使得起动转矩等于最大电磁转矩。起动转矩倍数起动转矩倍数kst=TstTN一般一般kst=0.91.3，特殊用途，特殊用途kst=2.84.0883 3 3 3）电磁转矩的简化计算）电磁转矩的简化计算）电磁转矩的简化计算）电磁转矩的简化计算条件：忽略条件：忽略R189由产品名牌计算异步电动机由产品名牌计算异步电动机Tmax和和sm通常产品名牌参数给出异步电动机额定功率通常产品名牌参数给出异步电动机额定功
65、率PN、额定、额定转速转速nN和过载倍数和过载倍数km把把 s=sN， Tem=TN代入到代入到求出求出 sm。由由 PN和和 nN求出额定转矩求出额定转矩由由 TN和和 km求出最大转矩求出最大转矩由由 nN可求出额定转差率可求出额定转差率901 1、三相异步电动机的性能指标、三相异步电动机的性能指标1）效率：异步电动机输出功率和输入功率之比，即）效率：异步电动机输出功率和输入功率之比，即2）功率因数）功率因数：异步电动机的功率因数永远小于：异步电动机的功率因数永远小于1；3）起动转矩）起动转矩：异步电动机应该有足够大的起动转矩，否则：异步电动机应该有足够大的起动转矩，否则可能出现无法拖动机
66、械负载起动的情况；可能出现无法拖动机械负载起动的情况；4）起动电流）起动电流：起动时，由于：起动时，由于s=1，转子回路相当于短路，转子回路相当于短路，导致定子电流很大，这个电流称为起动电流；导致定子电流很大，这个电流称为起动电流；5）过载能力）过载能力：异步电动机额定运行时，其过载能力不应小：异步电动机额定运行时，其过载能力不应小于技术标准规定数据。于技术标准规定数据。四、异步电动机的工作特性四、异步电动机的工作特性四、异步电动机的工作特性四、异步电动机的工作特性912 2、异步电动机的工作特性、异步电动机的工作特性、异步电动机的工作特性、异步电动机的工作特性异异步步电电动动机机的的工工作作
67、特特性性是是指指在在额额定定电电压压、额额定定频频率率下下异异步步电电动动机机的的转转速速n、效效率率、功功率率因因数数cos1、输输出出转转矩矩T2、定子电流、定子电流I1与输出功率与输出功率P2的关系曲线。的关系曲线。条件：额定电压、额定频率条件：额定电压、额定频率曲曲线线：转转速速n、效效率率、功功率率因因数数cos1、输输出出转转矩矩T2、定定子子电电流流I1与输出功率与输出功率P2的关系曲线的关系曲线。异异步步电电动动机机的的工工作作特特性性可可以以用用计计算算方方法法获获得得，即即在在已已知知等等效效电电路路各各参参数数、机机械械损损耗耗、附附加加损损耗耗的的情情况况下下，给给定定
68、一系列的转差一系列的转差s，可以由计算得到工作特性；，可以由计算得到工作特性；对对于于已已制制成成的的异异步步电电动动机机，其其工工作作特特性性也也可可以以通通过过试试验验求得。求得。92工作特性曲线定性分析工作特性曲线定性分析转速随输出功率增加略转速随输出功率增加略有下降；有下降；负载转矩近似与输出功负载转矩近似与输出功率成正比；率成正比；定子电流随输出功率增定子电流随输出功率增加而增加；加而增加；效率和功率因数随负载效率和功率因数随负载有不同的变化。有不同的变化。93满载时：转速有下降，效率和功率因数均较高轻载时：转速较高，效率和功率因数均较低起动时：功率因数很低94 转速特性转速特性转速
69、特性转速特性电动机稳态运行时必须满足转矩平衡电动机稳态运行时必须满足转矩平衡Tem=T0+T2空空载载时时，T20，TemT0，只只需需较较小小转转子子电电动动势势产产生生较较小小转转子子电电流流产产生生较较小小的的电电磁磁转转矩矩，因因此此空空载载转转速速很很接接近近同同步步转转速速，转转差差率很小。率很小。随随着着负负载载增增大大，为为维维持持转转矩矩平平衡衡需需较较大大电电磁磁转转矩矩，转转差差率率随随之之增大，转速随之下降；增大，转速随之下降；整整个个运运行行范范围围内内转转差差率率和和转转速速变变化化不不大大，额额定定转转差差率率SN=0.010.05。（硬特性）（硬特性）95 负载
70、转矩特性负载转矩特性负载转矩特性负载转矩特性异步电动机从空载到额定负载，转速异步电动机从空载到额定负载，转速n变化不大（变化不大（硬特性硬特性）。）。负载转矩与输出功率近似负载转矩与输出功率近似为一条直线。为一条直线。转矩特性曲线是一条过转矩特性曲线是一条过（0，0）和（）和（1，1）点的）点的斜线。斜线。96 定子电流特性定子电流特性定子电流特性定子电流特性随随着着负负载载增增加加，定定子子电电流流的的负负载载分分量量I1L相相应应增增大大，即即转转子子电电流流I2增大，因而定子电流增大，因而定子电流I1相应增大；相应增大；由于输出功率由于输出功率P2与转子电流与转子电流I22成正比，定子电
71、流成正比，定子电流I1与输与输出功率出功率P2呈非线性呈非线性关系关系。定子电流特性曲线为一条定子电流特性曲线为一条上升曲线。上升曲线。97 功率因数特性功率因数特性功率因数特性功率因数特性空空载载运运行行时时，定定子子电电流流是是励励磁磁电电流流，主主要要用用于于建建立立磁磁场场，作作用用在在Xm上，因此功率因数很低，上，因此功率因数很低，cos1 0.2负载时，转子功率因数角负载时，转子功率因数角2=arctg(sX2/R2)。轻载时轻载时，s很小，很小，2很小，很小，cos2 1，转子电流主要成分是有功电流；，转子电流主要成分是有功电流；随随着着负负载载的的增增大大，转转子子电电流流有有
72、功功分分量量随随之之增增加加，导导致致定定子子电电流流有有功功分分量增加，量增加，cos1迅速增大。迅速增大。负负载载进进一一步步增增加加时时，s明明显显增增大大，2增增大大，cos2减减小小，即即转转子子电电流流的的无无功分量增加较快，定子电流的无功分量也随之增大，功分量增加较快，定子电流的无功分量也随之增大，cos1反趋于减小。反趋于减小。设设计计电电机机时时，通通常常使使在在额额定定负负载载或或略略低低于于额额定定负负载载时时有有最最大大功功率因数。率因数。98 效率特性效率特性效率特性效率特性不变损耗与可变损耗不变损耗与可变损耗机械损耗机械损耗pmec：与转速有关，因转速呈现硬特性，基
73、本不变；：与转速有关，因转速呈现硬特性，基本不变；铁耗铁耗pFe：与磁通密度有关；若电源电压和频率保持不变，则铁耗基：与磁通密度有关；若电源电压和频率保持不变，则铁耗基本保持不变；将机械损耗和铁耗合称为本保持不变；将机械损耗和铁耗合称为不变损耗不变损耗。铜耗正比于电流的平方，而电流随负载增加而增加，因此定、转子铜耗正比于电流的平方，而电流随负载增加而增加，因此定、转子铜耗合称为铜耗合称为可变损耗。可变损耗。效率随负载变化的规律决定于损耗的分配比例效率随负载变化的规律决定于损耗的分配比例空载时，空载时，P20， =0。随着随着P2增大，总损耗增加较慢，效率迅速增大，直到某一负载时，增大，总损耗增
74、加较慢，效率迅速增大，直到某一负载时，其可变损耗等于不变损耗，效率达到最大。其可变损耗等于不变损耗，效率达到最大。P2继续增加，铜耗急剧增大，效率反而降低。继续增加，铜耗急剧增大，效率反而降低。最大效率出现在最大效率出现在0.7-1范围内，且在此范围内效率变化不大范围内，且在此范围内效率变化不大99小结小结小结小结异步电动机将电能转换成机械能，电磁转矩是关键量。异步电动机将电能转换成机械能，电磁转矩是关键量。机械特性：电磁转矩与转差率之间的关系曲线。机械特性：电磁转矩与转差率之间的关系曲线。工工作作特特性性：指指随随着着负负载载变变化化，其其转转速速、输输出出转转矩矩、定定子子电电流、功率因数
75、、效率等的变化曲线。流、功率因数、效率等的变化曲线。从从使使用用的的观观点点看看，定定子子电电流流是是关关键键量量，效效率率和和功功率率因因数数是是重要的力能指标，应掌握重要的力能指标，应掌握计算方法和变化规律计算方法和变化规律。5.4 5.4 5.4 5.4 三相异步电动机起动与调速三相异步电动机起动与调速三相异步电动机起动与调速三相异步电动机起动与调速 异步电动机的制动异步电动机的制动异步电动机的起动异步电动机的起动异步电动机的调速异步电动机的调速1015.4.15.4.1三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 起动：异步电动机转子从静止不动到加速
76、到工作转速的过程。起动：异步电动机转子从静止不动到加速到工作转速的过程。 起动性能指标：起动电流倍数起动性能指标：起动电流倍数 、起动转矩倍数、起动转矩倍数 起动时间、起动过程中的功率损耗及起动设备的简单性和可靠起动时间、起动过程中的功率损耗及起动设备的简单性和可靠性等。性等。起起动动要要求求：在在起起动动时时有有较较大大的的起起动动转转矩矩（倍倍数数），较较小小的的起动电流（倍数）起动电流（倍数）1.起动转矩必须大于负载转矩；2.起动转矩越大，起动时间越短。1.避免母线电压下降大；2.减少线路和电机发热；3.减小对电网的冲击。102直接起动：起动时，将定子绕组直接接入额定电压电网上。直接起动
77、：起动时，将定子绕组直接接入额定电压电网上。起起动动特特点点：起起动动电电流流很很大大（kI=47），而而起起动动转转矩矩并并不不大大（kst=0.91.3）。）。起起动动电电流流很很大大：从从等等效效电电路路看看，起起动动瞬瞬时时s=1，转转子子回回路路相相当当于于短短路，异步电动机等效阻抗较小，故起动电流大；路，异步电动机等效阻抗较小，故起动电流大；起动转矩并不大：从电磁转矩物理表达式起动转矩并不大：从电磁转矩物理表达式看，看，因起动时转子的功率因数很低，因而转子电流的有功分量并不大，因起动时转子的功率因数很低，因而转子电流的有功分量并不大，同时起动时的感应电动势为定子电压的一半，因而主磁
78、通是正常同时起动时的感应电动势为定子电压的一半，因而主磁通是正常工作时一半，故起动转矩不大。工作时一半，故起动转矩不大。适适用用范范围围：小小容容量量电电动动机机带带轻轻载载的的情情况况，对对于于经经常常起起动动的的电电动动机机，起起动动时时引引起起的的母母线线电电压压降降不不大大于于10%，对对于于偶偶尔尔起起动动的的电电动动机机，此此压压降降不不大大于于15%。对对于于额额定定电电压压为为380V的的电电机机，PN7.5kW时时可可直直接接起动。起动。1 1、直接起动、直接起动 1032 2、降压起动、降压起动异步电动机起动时等效电路图异步电动机起动时等效电路图当电网容量不能承受异步电动机
79、直接起动的电流时，可以采用当电网容量不能承受异步电动机直接起动的电流时，可以采用降低定子绕组相电压的方法，即降压起动来减小起动电流；降低定子绕组相电压的方法，即降压起动来减小起动电流；但相应地起动转矩也将减小，因此降压起动一般用于轻载起动但相应地起动转矩也将减小，因此降压起动一般用于轻载起动工况。工况。异步电动机起动电流：异步电动机起动电流：异步电动机起动转矩：异步电动机起动转矩：1041 1）定子串电抗器（电阻器）起动）定子串电抗器（电阻器）起动在定子绕组中串联电抗或电阻都在定子绕组中串联电抗或电阻都能降低起动电流，但串电阻起动能能降低起动电流，但串电阻起动能耗较大，只用于小容量电机中。一耗
80、较大，只用于小容量电机中。一般都采用定子串电抗降压起动。般都采用定子串电抗降压起动。 电抗器起到了分压作用，作用在电抗器起到了分压作用，作用在定子绕组上的电压降低了，绕组中定子绕组上的电压降低了，绕组中起动电流和电压成正比，当然起动起动电流和电压成正比，当然起动电流减小了，以满足对起动电流的电流减小了，以满足对起动电流的要求。要求。起动时闭合起动时闭合K1，起动完毕后闭合，起动完毕后闭合 ，电机进入正常运行。，电机进入正常运行。105 设串电抗起动时定子电设串电抗起动时定子电压压 与直接起动时定子额定与直接起动时定子额定电压电压 的比值为的比值为1/a，则则定子串电抗器起动等效电路定子串电抗器
81、起动等效电路sI&U&U&XkRXstI &xU&NU&k串串电电抗抗起起动动时时，若若电电机机端端电电压压降降为为电电网网电电压压的的1/a，则则起起动动电电流流降降为为直直接接起起动动的的1/a，起起动动转转矩矩降降为为直直接接起起动动的的1/a2，比比起起动动电电流流降降得得更厉害。更厉害。在在选选择择a值值使使起起动动电电流流满满足足要要求求时，必须校核起动转矩。时，必须校核起动转矩。106只有正常运行时定子绕组采用只有正常运行时定子绕组采用“D”连接（连接（接接），且三相），且三相绕组首尾六个端子全部引出来的电动机才能采用绕组首尾六个端子全部引出来的电动机才能采用Y-起动。起动。2
82、2）星）星）星）星- -三角起动器起动三角起动器起动三角起动器起动三角起动器起动 起动时定子起动时定子“Y”连接，起动完连接，起动完毕后换成毕后换成“D”联结。联结。Y-起动器起动器时，每相起动电压大时，每相起动电压大小和直接起动时每相电压大小之间小和直接起动时每相电压大小之间的关系：的关系：107每相起动电流为每相起动电流为: :起动线电流为起动线电流为: :起动转矩为起动转矩为: :Y-起动时，起动电流和起动转矩起动时，起动电流和起动转矩均降为直接起动的均降为直接起动的1/3。108三相鼠笼型电动机采用自耦三相鼠笼型电动机采用自耦变压器降压起动时，开关变压器降压起动时，开关K投投向起动侧，
83、起动完毕后开关向起动侧，起动完毕后开关K投向运行侧。投向运行侧。自耦降压起动时，电动机相自耦降压起动时，电动机相电压下降为电压下降为与直接起动时与直接起动时相电压相电压的关系为的关系为3 3） 自耦变压器降压起动自耦变压器降压起动自耦变压器降压起动自耦变压器降压起动 即即a为自耦变压器的变比。为自耦变压器的变比。109电动机自耦变压器降压起动时的相电流为电动机自耦变压器降压起动时的相电流为Ix与直接起动时与直接起动时的相电流的相电流IstN之间关系为之间关系为自耦变压器高压侧的起动电流自耦变压器高压侧的起动电流Ist与低压侧的起动电流与低压侧的起动电流Ix关系为关系为110自耦变压器降压起动与
84、直接起动相自耦变压器降压起动与直接起动相比，电网供给的起动电流之间关系为比，电网供给的起动电流之间关系为自耦变压器降压起动与直接起动自耦变压器降压起动与直接起动相比，起动转矩之间关系为相比，起动转矩之间关系为自耦变压器降压起动时，起动电流和起动转矩均降为直接自耦变压器降压起动时，起动电流和起动转矩均降为直接起动的起动的1/a2。在选择在选择a值使起动电流满足要求时，必须校核起动转矩。值使起动电流满足要求时，必须校核起动转矩。111起动方法起动方法起动电压相对起动电压相对值（电动机相值（电动机相电压）电压）起动电流相对值起动电流相对值（供电变压器线（供电变压器线电流）电流）起动转矩起动转矩相对值
85、相对值起动设备起动设备直接起动直接起动111最简单最简单串电抗起动串电抗起动一般一般Y起动起动简单，只适用于简单，只适用于D联结联结380V电机电机自耦变压器自耦变压器起动起动较复杂较复杂 异步电动机降压起动的主要目的是限制起动电流，但同异步电动机降压起动的主要目的是限制起动电流，但同时起动转矩也不同程度降低，因此只适用于异步电动机空载时起动转矩也不同程度降低，因此只适用于异步电动机空载或轻载起动。或轻载起动。 异步电动机降压起动方法比较异步电动机降压起动方法比较1123 3、绕线型异步电动机转子串电阻起动、绕线型异步电动机转子串电阻起动、绕线型异步电动机转子串电阻起动、绕线型异步电动机转子串
86、电阻起动 电电动动机机容容量量较较大大时时，起起动动电电流流对对电电网网的的冲冲击击较较大大；又又因因带带重重载载，负负载载要要求求电电机机提提供供较较大大的的起起动动转转矩矩；对对于于这这种种电电动动机机带带重重载载起起动动的的工工况况，绕绕线线型型异异步步电电动动机机由由于于转转子子回回路路可可以以连连接接外电路，就显示出明显的优势。外电路，就显示出明显的优势。绕绕线线式式异异步步电电动动机机转转子子回回路路串串电电阻阻起起动动，只只要要串串入入的的电电阻阻合合适适，就就既既可可减减少少起起动动电电流流又又可可增增加加起起动动转转矩矩，因因而而可可同同时时满满足足电电机机容容量量大大、重重
87、载载起起动动这这两两个个要求。要求。113转子回路串电阻可以减小起动电流；转子回路串电阻可以减小起动电流；转子回路串电阻可以减小起动电流；转子回路串电阻可以减小起动电流；串入电阻阻值合适，可以增大起动转矩。串入电阻阻值合适，可以增大起动转矩。串入电阻阻值合适，可以增大起动转矩。串入电阻阻值合适，可以增大起动转矩。起动转矩分析起动转矩分析若若sm=1，可使起动转矩等于最大转矩，可使起动转矩等于最大转矩即有即有则转子回路串入电阻则转子回路串入电阻起动电流起动电流Tem-s曲线曲线1141 1起起动动开开始始时时，使使全全部部电电阻阻均均串串入入转转子子回回路路，随随着着转转速速的的上上升升，电电磁
88、转矩将减小。磁转矩将减小。2 2为为了了缩缩短短起起动动时时间间，通通常常随随转转速速上上升升分分级级切切除除部部分分电电阻阻，使使在在整整个个起起动动过过程程中中电电动动机机保保持持有有较较大大的电磁转矩。的电磁转矩。3 3待待起起动动完完毕毕后后，转转子子绕绕组组便便被被短短路，转入正常运行。路，转入正常运行。随着转速升高，逐级切除电阻随着转速升高，逐级切除电阻为了有较大平均起动转矩，减小电流和为了有较大平均起动转矩，减小电流和为了有较大平均起动转矩，减小电流和为了有较大平均起动转矩，减小电流和转矩冲击，常采用电阻逐级切除法。转矩冲击，常采用电阻逐级切除法。转矩冲击，常采用电阻逐级切除法。
89、转矩冲击，常采用电阻逐级切除法。Tem-s曲线曲线QSFUKM1FRML1 L2 L3KM4R3KM3R2KM2R1115小结小结小结小结鼠鼠笼笼式式异异步步电电动动机机起起动动性性能能较较差差，起起动动电电流流很很大大，而而起起动动转矩不大。转矩不大。电电机机起起动动方方式式取取决决于于供供电电系系统统的的容容量量、负负载载的的要要求求和和电电机机的性能。的性能。在在不不允允许许全全压压起起动动时时，常常用用降降压压起起动动方方法法，有有自自耦耦变变压压器器降压、星形一三角形换接开关降压等。降压、星形一三角形换接开关降压等。当当电电机机容容量量较较大大，起起动动要要求求较较高高时时，选选用用
90、线线绕绕转转子子异异步步电电动机。动机。116二、异步电动机的制动二、异步电动机的制动二、异步电动机的制动二、异步电动机的制动三相异步电动机的电动状态：电磁转矩三相异步电动机的电动状态：电磁转矩Tem与转速与转速n同方向，同方向，电机从电源吸收电功率，并对外输出机械功率；电机从电源吸收电功率，并对外输出机械功率；三相异步电动机的制动状态：电磁转矩三相异步电动机的制动状态：电磁转矩Tem与转速与转速n方向相反，方向相反，电动机转轴从外部吸收机械功率而转换成电功率。电动机转轴从外部吸收机械功率而转换成电功率。异步电动机制动方式：异步电动机制动方式：反接制动；反接制动；回馈制动；回馈制动；能耗制动；
91、能耗制动；1171、反接制动、反接制动（1）转向反向的反接制动（正接反转）转向反向的反接制动（正接反转）从机械特性分析：从机械特性分析：足够大的电阻足够大的电阻ABTS重物下放的例子：重物下放的例子：TL与转速与转速n方向一致。方向一致。稳态时，稳态时，电磁转矩电磁转矩TemTL，方向与方向与n相反。相反。118转差率：转差率：性质：性质：等效电阻：等效电阻：机械功率吸收机械功率：机械功率吸收机械功率：电能从定子传向转子：电能从定子传向转子：能量全部消耗在电阻上：能量全部消耗在电阻上：119电机原运行于电动状态，两相对调后，电机原运行于电动状态，两相对调后，气隙磁密立即反向，气隙磁密立即反向，
92、以以-n1转速旋转；转速旋转；电机机械特性从电机机械特性从A到到B；ABTS反接的过程：从反接开始到转子为零的过程。反接的过程：从反接开始到转子为零的过程。（2）两相对调的反接制动（反接正转）两相对调的反接制动（反接正转）两种反接制动，两种反接制动，均有均有s1,机械功率为输入。机械功率为输入。区别：区别：前者由负载提供机械功率前者由负载提供机械功率后者由整个转动部分提供储能。后者由整个转动部分提供储能。120把转轴上输入的机械功率把转轴上输入的机械功率经异步电机转化为电功率送到电网。经异步电机转化为电功率送到电网。轴上外施驱动转矩，轴上外施驱动转矩，电机以同步方向旋转电机以同步方向旋转能量流
93、向：能量流向：Tem与与n方向相反，方向相反，处处于制动状态于制动状态2 2、回馈制动、回馈制动、回馈制动、回馈制动121制动时，制动时，三相绕组脱离三相电源，三相绕组脱离三相电源，由直流电流过定子绕组，在气隙中由直流电流过定子绕组，在气隙中形成恒定磁场。形成恒定磁场。过程分析：过程分析：由于惯性，由于惯性，转子仍以转子仍以n速度旋转速度旋转切割磁力线切割磁力线感应电势感应电势感应电流感应电流产生电磁力产生电磁力制动转矩制动转矩在制动转矩和负载转矩共同作用下，在制动转矩和负载转矩共同作用下，转子减速至转子减速至n0。能耗制动可使反抗性负载准确停机，能耗制动可使反抗性负载准确停机，使位能性负载匀
94、速下放。使位能性负载匀速下放。注意：恒定磁场获得，注意：恒定磁场获得，需通过定子绕组的改接需通过定子绕组的改接3 3、能耗制动、能耗制动、能耗制动、能耗制动122三、异步电动机的调速三、异步电动机的调速三、异步电动机的调速三、异步电动机的调速异步电动机的转速公式异步电动机的转速公式n=(1-s)n1=(1-s)60f1p异步电动机的调速方式有三种：异步电动机的调速方式有三种：(1)变极调速：改变电机极对数变极调速：改变电机极对数p。(2)变频调速：改变供电电源频率变频调速：改变供电电源频率f。(3)改变转差率改变转差率s调速：改变外施电压调速：改变外施电压U；在转子回路中引入外加电阻；在转子回
95、路中引入外加电阻；在转子回路中引入附加电势。在转子回路中引入附加电势。(4)其它：电磁调速、齿轮减速等其它：电磁调速、齿轮减速等1231 1 1 1、变极调速、变极调速、变极调速、变极调速 异异步步电电动动机机的的同同步步速速与与极极对对数数成成反反比比，所所以以改改变变电电机机的的极极对对数，就可以改变电机的同步速，从而达到调速的目的。数，就可以改变电机的同步速，从而达到调速的目的。定定子子绕绕组组需需有有特特殊殊的的绕绕法法，使使绕绕组组的的极极对对数数能能随随外外部部接接线线的的改变而改变，绕法有两种：改变而改变，绕法有两种：双绕组变极和单绕组变极；由由于于鼠鼠笼笼型型绕绕组组的的异异步
96、步电电机机极极对对数数能能自自动动与与定定子子磁磁场场极极对对数数相一致，变极调速一般适用于相一致，变极调速一般适用于鼠笼型鼠笼型异步电动机。异步电动机。变变极极调调速速方方法法属属于于分分级级调调速速，具具有有方方法法简简单单、运运行行可可靠靠、机机械特性较硬等优点，但只能实现有极调速。械特性较硬等优点，但只能实现有极调速。由由于于单单绕绕组组三三速速电电机机绕绕组组接接法法已已相相当当复复杂杂，故故变变极极调调速速不不宜宜超过三种速度。超过三种速度。124 单绕组变极原理：单绕组变极原理：通过改变一套绕组的连接方式而得到不同通过改变一套绕组的连接方式而得到不同极对数的磁动势极对数的磁动势四
97、极电机四极电机两极电机两极电机125双绕组变极：定子采用放置两套不同极对数绕组，每次运行只双绕组变极：定子采用放置两套不同极对数绕组，每次运行只用其中一套，甚至这两套绕组本身又可以采用不同的连接，从用其中一套，甚至这两套绕组本身又可以采用不同的连接，从而可以得到更多的极对数，即所谓的二速、三速甚至四速电机。而可以得到更多的极对数，即所谓的二速、三速甚至四速电机。双绕组变极电机绕组设计较方便，但材料利用率较差，很少使双绕组变极电机绕组设计较方便，但材料利用率较差，很少使用。用。为了提高材料利用率，通常采用单绕组变极。为了提高材料利用率，通常采用单绕组变极。把变速比为把变速比为1：2的调速称为倍极
98、比调速；把变速比不是的调速称为倍极比调速；把变速比不是1：2的，的，称为非倍极比调速；例如单绕组变极调速属于倍极比调速方式。称为非倍极比调速；例如单绕组变极调速属于倍极比调速方式。再次强调：变极调速异步电动机的转子大多都是再次强调：变极调速异步电动机的转子大多都是鼠笼型鼠笼型的，因的，因鼠笼转子能自动适应定子的极对数，不必再采用其它措施。鼠笼转子能自动适应定子的极对数，不必再采用其它措施。1262 2、变频调速、变频调速、变频调速、变频调速 异异步步电电动动机机的的转转速速n=(1-s)(60f1/p)，当当转转差差率率变变化化不不大大时时，转转速速n近近似似正正比比于于频频率率f1，可可见见
99、改改变变电电源源频频率率就就能能改改变变异异步步电电动动机机的的转速。转速。变频调速方式有恒转矩调速和恒功率调速两种。变频调速方式有恒转矩调速和恒功率调速两种。恒转矩调速：电机变频前后额定电磁转矩相等恒转矩调速：电机变频前后额定电磁转矩相等恒功率调速：电机变频前后额定电磁功率相等，电机带有恒功率负载恒功率调速：电机变频前后额定电磁功率相等，电机带有恒功率负载若若主主磁磁通通增增大大，则则磁磁路路过过饱饱和和而而使使励励磁磁电电流流增增大大，功功率率因因数数降降低低；若若主主磁磁通通减减小小，则则电电机机转转矩矩下下降降。因因此此，在在变变频频调调速速时时，希望主磁通希望主磁通m保持不变。保持不
100、变。在在忽忽略略定定子子漏漏阻阻抗抗的的情情况况下下，有有U1E1=4.44f1N1kN1m，为为了了变变频时频时m维持不变，须维持不变，须保持保持E1/f1为常数，即保持为常数，即保持U1/f1为常数。为常数。127若若要要维维持持主主磁磁通通不不变变，即即令令电电压压随随频频率率成成正正比比变变化化（U1f1应应为定值），则电机饱和程度不变，电机过载能力也不变。为定值），则电机饱和程度不变，电机过载能力也不变。变频前后电磁转矩之比变频前后电磁转矩之比（1）恒转矩调速）恒转矩调速128若若维维持持主主磁磁通通不不变变，即即令令电电压压随随频频率率成成正正比比变变化化（U1f1为为定定值），则
101、电机饱和程度不变，电机过载能力随频率正比变化。值），则电机饱和程度不变，电机过载能力随频率正比变化。若保持过载能力不变，则主磁通要发生变化。若保持过载能力不变，则主磁通要发生变化。变变频频调调速速的的优优点点是是调调速速范范围围大大，平平滑滑性性好好，变变频频时时电电压压按按不不同同规规律律变变化化可可实实现现恒恒转转矩矩调调速速或或恒恒功功率率调调速速，以以适适应应不不同同负负载载的的要要求求。这这是是异异步步电电机机最最有有前前途途的的一一种种调调速速方方式式，其其缺缺点点是是目前控制装置价格仍比较贵。目前控制装置价格仍比较贵。（2）恒功率调速）恒功率调速129转子回路串电阻调速方式属于恒
102、转子回路串电阻调速方式属于恒转矩调速性质，从图中看出增大转矩调速性质，从图中看出增大转子回路的电阻，转子回路的电阻，曲线向曲线向下移动，恒转矩负载下，转差率下移动，恒转矩负载下，转差率增大，从而达到调速的目的。增大，从而达到调速的目的。对恒转矩负载而言，这种调对恒转矩负载而言，这种调速方法下，一定有以下这个关系：速方法下，一定有以下这个关系：常数 。绕线式转子回路串电阻调速属于改变转差率绕线式转子回路串电阻调速属于改变转差率s的调速方式。的调速方式。3 3、转子回路串电阻调速、转子回路串电阻调速、转子回路串电阻调速、转子回路串电阻调速 调速前后，定子各物理量保持不变，转子电流、电磁功率、最大调
103、速前后，定子各物理量保持不变，转子电流、电磁功率、最大电磁转矩不变，转子铜耗增加，输出功率下降，效率下降。电磁转矩不变，转子铜耗增加，输出功率下降，效率下降。130由异步电动机的机械特性参数由异步电动机的机械特性参数表达式可知，因此这种调速方式有表达式可知，因此这种调速方式有以下特点：以下特点：1）对恒转矩负载，电压不能降得过）对恒转矩负载，电压不能降得过低，否则电机可能会停转，且其调低，否则电机可能会停转，且其调速范围也较窄；速范围也较窄；2）对风机、泵类负载，其调速范围）对风机、泵类负载，其调速范围较大，当转差率大于最大转矩对应较大，当转差率大于最大转矩对应的临界转差率时，异步电动机仍能的
104、临界转差率时，异步电动机仍能稳定运行，但是要注意电动机过电稳定运行，但是要注意电动机过电流的问题。流的问题。4 4、改变外施电压（定子端电压）、改变外施电压（定子端电压）、改变外施电压（定子端电压）、改变外施电压（定子端电压） 131转子回路串电阻调速方法特点：转子回路串电阻调速方法特点：1 1）这种调速方法的调速范围不大，特别负载小时，调速范）这种调速方法的调速范围不大，特别负载小时，调速范围就更小；围就更小；2 2）调速时效率很低，在恒转矩调速时，转子回路所串电阻）调速时效率很低，在恒转矩调速时，转子回路所串电阻越大，转速越低，效率也更低；越大，转速越低，效率也更低；3 3）调速的平滑性较差；）调速的平滑性较差；4 4）这种调速方法只能用于三相绕线型异步电动机。）这种调速方法只能用于三相绕线型异步电动机。
