感应电机的机械特性和运行特性
三相感应电动机的磁动势和磁场
返回
笼型绕组
导条
端环
返回
风叶 铁心 绕组 轴承 滑环
返回
返回
Fm
B
Bm
Z
nsX
C
αFe
A
n
Y
感应电动机的空载磁动势和磁场
返回
感应电机中主磁通所经过的磁路
返回
槽漏磁
端部漏磁
返回
定转子磁动势之间的速度关系
返回
转子磁动势波F2 气隙磁场Bm 转子
e2 i2
n Te
转子磁动势与气隙磁场在空间的相对位置
机座
感应电机
转子铁心
绕线型 结构
转子 转子绕组
转轴
笼 型 结构
二、感应电机的运行状态
旋转磁场的转速ns与转子转速n之差称为转差．转 差Δn与同步转速ns的比值称为转差率，用s表示， 即：
ns n s ns
转差率是表征感应电机运行状态的一个基本变量。 按照转差率的正负和大小，感应电机有电动机、发 电机和电磁制动三种运行状态，如图5-5所示
定子和转子磁动势之间的速度关系，如图5-9所示。
图5-10表示三相绕线型转子的转子磁动势的空间相
位。
例题
2. 转子反应
负载时转子磁动势的基波对气隙磁场的影响，称 为转子反应。转子反应有两个作用：
使气隙磁场的大小和空间相位发生变化，从而引 起定子感应电动势和定子电流发生变化。 它与主磁场相互作用，产生所需要的电磁转矩， 以带动轴上的机械负载。
形近似等效电路
பைடு நூலகம்返回
P1
Pe
P
P2
pCu1
pFe
pCu2
pΩ pΔ
感应电动机的功率图
电机拖动与控制-教案
电机拖动与控制-教案章节一：电机的基本概念教学目标：1. 了解电机的基本概念和分类。
2. 掌握电机的运行原理和特性。
教学内容：1. 电机的定义和作用。
2. 电机的分类：直流电机、交流电机、同步电机、异步电机。
3. 电机的运行原理：电磁感应原理、电流产生磁场的原理。
4. 电机的特性：电磁特性、机械特性、运行特性。
教学方法：1. 讲授法：讲解电机的基本概念、分类和运行原理。
2. 案例分析法：分析不同类型电机的运行原理和特性。
教学评估：1. 课堂问答：检查学生对电机基本概念的理解。
2. 小组讨论：让学生分析不同类型电机的特性差异。
章节二：直流电机教学目标：1. 了解直流电机的基本结构和特点。
2. 掌握直流电机的运行原理和特性。
教学内容：1. 直流电机的基本结构：定子、转子、换向器、电刷。
3. 直流电机的运行原理：励磁原理、电流产生的磁场与转子之间的相互作用。
4. 直流电机的特性：电磁特性、机械特性、运行特性。
教学方法：1. 讲授法：讲解直流电机的基本结构、特点和运行原理。
2. 实验演示法：展示直流电机的运行原理和特性。
教学评估：1. 课堂问答：检查学生对直流电机基本结构和特点的理解。
2. 实验报告：评估学生对直流电机运行原理和特性的掌握。
章节三：交流电机教学目标：1. 了解交流电机的基本结构和特点。
2. 掌握交流电机的运行原理和特性。
教学内容：1. 交流电机的基本结构：定子、转子、感应器、电刷。
2. 交流电机的特点：运行稳定、高效节能、易于维护。
3. 交流电机的运行原理：电磁感应原理、电流产生的磁场与转子之间的相互作用。
4. 交流电机的特性：电磁特性、机械特性、运行特性。
教学方法：1. 讲授法：讲解交流电机的基本结构、特点和运行原理。
2. 实验演示法：展示交流电机的运行原理和特性。
教学评估：1. 课堂问答：检查学生对交流电机基本结构和特点的理解。
2. 实验报告：评估学生对交流电机运行原理和特性的掌握。
感应电机知识点总结
感应电机知识点总结感应电机是一种常见的电动机类型，广泛应用于工业生产、交通运输、家用电器等领域。
本文将对感应电机的基本原理、工作特性、各种类型及应用领域进行详细介绍，帮助读者更好地理解和掌握感应电机的知识。
一、感应电机的基本原理感应电机的基本原理是通过感应电磁感应现象实现的。
当感应电机的定子绕组通以交流电流时，会在定子绕组内产生一个旋转的磁场，这个磁场会穿过转子绕组，从而在转子绕组中也产生感应电动势，从而在转子内也产生了一个电流，由于转子绕组中的电流受到外部磁场的影响，会产生一个受力，从而导致转子产生运动。
这样，通过定子绕组产生的旋转磁场与转子内的感应电流相互作用，使得转子跟随旋转磁场进行旋转，从而实现电能转换为机械能的目的。
二、感应电机的工作特性1. 高效率：感应电机具有高效率的特点，能够将输入的电能转化为机械能，同时在零负载和负载情况下都能保持较高的效率。
2. 调速性能：感应电机的调速性能较好，可以通过改变供电频率和电压来实现调速。
一般情况下，降低供电频率可以降低电机转速，增大供电频率可以提高电机转速。
3. 起动性能：感应电机的起动性能较好，能够在较短时间内完成起动，并且能够承受大的起动转矩。
4. 维护成本低：感应电机的维护成本较低，因为感应电机结构简单、零部件较少，维护较为轻松。
三、感应电机的类型及特点1. 按转子类型分类：(1) 起动转子感应电机：转子绕组为铝制鼠笼式结构，具有结构紧凑、转子巨量比大等特点，适用于需要频繁启动的场合。
(2) 笼式转子感应电机：转子绕组为铜制鼠笼式结构，具有运行可靠、结构简单等特点，适用于不需要频繁启动的场合。
2. 按工作原理分类：(1) 单相感应电机：适用于家用电器、小型机械等场合。
(2) 三相感应电机：适用于工业生产、交通运输等大功率场合。
四、感应电机的应用领域1. 工业生产：感应电机广泛应用于工业生产中，如风力发电机组、水泵、风扇、制糖机、压缩机等。
2. 交通运输：感应电机被广泛应用于交通运输工具中，如电动汽车、地铁、火车等。
电机及电力拖动
《电机及电力拖动》习题第一章直流电机1.直流电机有哪些主要部件？各用什么材料制成？起什么作用？2.一直流电动机，已知P N=13kw，U N=220V，n N=1500r/min，η=0.85，求额定电流I N。
3.一直流发电机，已知P N=90kw，U N=230V，n N=1450r/min，η=0.89，求额定电流I N。
4.一台p对极的直流发电机，若将电枢绕组由单叠改为单波（导体数不变），问额定电压、额定电流和额定功率如何变化？5.计算下列各绕组的节距y1、y2和绘制绕组展开图，安放主磁极和电刷，并求出支路对数。
1）单叠绕组2p=4，S=K=18；2）单波绕组2p=4，S=K=19。
6.一台4极直流发电机，电枢绕组为单叠整距绕组，每极磁通φ=3.5×102 wb，电枢总导体数N=152，求当转速n=1200r/min时的空载电动势E。
若改为单波绕组，其他条件不变，则当空载电动势为210V时，发电机转速应为多少？若保持每条支路的电流I=50A不变，求电枢绕组为单叠和单波时，发电机的电磁转矩T em各为多少？7.什么叫电枢反应？电枢反应的性质与哪些因素有关？一般情况下，发电机的电枢反应的性质是什么？对电动机呢？8.什么叫换向？为什么要改善换向？改善换向的方法有哪些？9.说明装置换向极改善换向的原理，一发电机改作电动机或转向改变时，换相极绕组是否需要改接？为什么？10.一台4极80kw、230V、930r/min的并励发电机，在75℃时的电枢回路电阻R a=0.0259Ω，励磁绕组电阻R f=22.8Ω，额定负载时励磁回路串入调节电阻R pf=3.5Ω，电刷压降2ΔU b=2V，铁耗和机械损耗p fe+pΩ=2.3kw，附加损耗p s=0.05PN。
求额定负载时，发电机的输入功率、电磁功率、电磁转矩和效率。
11.一台并励直流电动机，在额定电压U N=220V，额定电流I N=80A的情况下运行，75℃的电枢电阻R a=0.01Ω,电刷接触压降2ΔU b=2V，励磁回路总电阻R rf+R pf=110Ω，附加损耗p s=0.01PN，效率η=0.85。
机械特性的软硬
软特性 （R2大）
T
0
不同场合应选用不同的电机。如金属切削，选硬特性 电机；重载起动则选软特性电机。
§ 2.4
三相异步电动机的使用
三相异步电动机的起动 三相异步电动机的调速
（1） 直接起动。二三十千瓦以下的异步电动机一般 采用直接起动。 （2） 降压起动。
Y－ 起动
自耦降压起动
（3）转子串电阻起动。
以下介绍 Y－ 起动和转子串电阻起动。
Y－ 起动：
A
Ul
I l
C Y
Z Aห้องสมุดไป่ตู้
Ul
B
X
I lY
C
Z X Y
B
正常运行
设：电机每相阻抗为 Ul I l 3 Z
三相异步电动机的制动
一、 三相异步机的起动 起动电流 I st ：
中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5 ~ 7 倍。 原因：起动时 n 0 ，转子导条切割磁力线速度很大。 转子感应电势 转子电流 定子电流 影响：
频繁起动时造成热量积累
大电流使电网电压降低
电机过热
影响其他负载工作
三相异步机的起动方法：
UP'
Z X Y C
起 B 动
UP
1 3
U
P
TstY
1 3
TSt
转子串电阻起动
线绕式转子 定子
R
R R 起动时将适当的R串入转子绕组中，起动后将R短路。
I 2 st R
E 20
2
(X
电机学第五版课件汤蕴璆编著 第5章6感应电动机的运行特性
Te＝f（s）→ n＝f（Te）
稳定运行条件：
dT e dn dT L dn
n ns
TL
Te
11
感应电动机的稳定运行区 域：从同步点到最大电磁 转矩一段(0<s<sm)。
不稳定 运行区 Te O
电机学
机械特性
12
例5-4
电机学
感应电动机的工作特性
前提条件
U1＝U1N，f1＝fN
n＝f(P2)
2 1
2
压、频率、绕组参 数、转差率有关。
当电压、频率、
m 1 pU Te
2
R '2 s
绕组参数为常数时， 电磁转矩仅与转差 率有关。
R '2 2 f1 R1 c X 1 cX ' 2 s
2
Te＝f(s)
4
电机学
T max 1 . 6 85 % T N 1 . 156 T N T N
15
工作特性
转速特性：n＝f(P2) 定子电流特性：I1＝f(P2) 功率因数特性：cosφ1＝f(P2)
电磁转矩特性：Te＝f(P2)
效率特性：η＝f(P2)
I10 T0 O P2
13
电机学
感应电动机的主要性能指标
额定效率ηN（76%～94%）
额定功率因数cosφN（0.75～0.92）
电机学
感应电动机的 转矩-转差率特性
Te
U1 R”2 U”1 U1>U’1>U’’1 U’1
Tmax
Te
R’2 R2
s
1
Tmax∝U1
感应电机工作原理
感应电机工作原理
感应电机工作原理是基于法拉第电磁感应定律和摩擦力等原理。
当感应电机通电时，电流通过定子绕组，形成磁场。
定子磁场的存在会导致转子中的铝或铜条产生感应电流，并且在转子产生的感应电流与定子磁场之间会产生摩擦力。
根据法拉第电磁感应定律，感应电动机的定子和转子之间产生的感应电流所产生的磁场与定子磁场相互作用，产生摩擦力。
这种摩擦力会导致转子开始旋转。
转子的旋转使得铝或铜条相对于定子磁场产生运动，进而产生感应电流，形成闭合电路。
通过不断施加电流，感应电机的定子磁场会保持稳定，并且转子会随着摩擦力的作用而旋转。
这种旋转运动可用于驱动机械装置或产生电力。
根据感应电动机的工作原理，可以调节定子的电流大小和方向来控制转子的转速和方向。
此外，转子的设计和材料也会影响到感应电机的工作效果。
总的来说，感应电机的工作原理是通过电磁感应和摩擦力相互作用，实现定子与转子之间的能量转换和机械运动。
电机的工作原理和特性
电机的工作原理和特性电机是将电能转换为机械能的装置，广泛应用于各类机械设备中，如电梯、汽车、电动工具等。
电机的工作原理和特性是了解电机性能和应用的关键。
下面将详细介绍电机的工作原理和特性。
一、电机的工作原理：1.磁场产生：电机中的磁场通过磁场产生器产生，磁场产生器包括定子和励磁线圈。
励磁线圈通电后，产生的磁场会通过定子铁心导引到转子上，形成一个旋转的磁场。
2.电流产生：在电机的定子上有绕组，绕组会接受外部电源的供电，通电后形成电流。
电流在定子绕组中产生磁场，这个磁场与励磁线圈产生的磁场相互作用，产生力的作用。
3.力的作用：定子和转子上的磁场相互作用，产生力的作用。
通过政策的变化，引起转子的转动。
转子受到电磁力的作用，旋转起来。
当外部负载加在转子上时，电机还可以由机械能转换为电能，称为发电机。
二、电机的特性：电机的特性包括启动特性、稳定特性、负载特性和效率特性。
1.启动特性：电机的启动特性是指在电机启动时各项参数的变化情况。
启动特性包括起动电流、启动时间和启动转矩等。
启动电流一般较大，启动时间较长。
2.稳定特性：电机的稳定特性是指电机在运行时的稳定性。
稳定特性包括工作电流、工作转速、输出转矩和能耗等。
电机在正常运行状态下，工作电流稳定在额定值附近，输出转矩和转速也稳定在一定范围内。
3.负载特性：电机的负载特性是对外部负载变化的响应。
负载特性包括负载转矩、速度变化情况等。
电机在外部负载增加时，输出转矩会增大，输出速度可能减小。
4.效率特性：电机的效率特性是指电机的能量转换效率。
电机的效率特性主要取决于电机的设计和制造质量，以及运行时的负载情况。
电机的效率一般在额定负载下较高。
三、电机的应用：电机作为一种能量转换装置，广泛应用于各个领域。
常见的电机应用包括：1.电动机车和电动工具：电机作为驱动装置，用于汽车、电动自行车、电动剃须刀等。
2.电梯和升降平台：电机作为升降装置的驱动器，用于楼宇、地下停车等场所的垂直运输。
电机的工作原理及特性
电机的工作原理及特性电机是将电能转化为机械能的装置，广泛应用于各个领域，如工业、交通、家用电器等。
本文将详细介绍电机的工作原理及其特性。
电机是基于电磁感应原理和洛伦兹力原理工作的。
电机内部包含一个旋转的部件，称为转子或转子。
转子通常由导体制成，并与电源电路相连。
此外，电机还包括一个外部的固定部件，称为定子或定子。
定子的主要工作是产生与转子上的电流相互作用的磁场。
当电流通过定子的线圈时，产生一个磁场，将转子吸引到一个特定的位置。
当转子到达此位置时，导线被切割磁场，导致导线上出现感应电动势。
这个感应电动势会导致电流在导线中流动，从而在导线和固定部件之间产生洛伦兹力，使转子继续旋转。
这样，电能就会被转化为机械能来驱动电机。
电机的特性：1.电机接受输入电能，并产生机械输出。
电机的效率是指输入电能与输出机械能之间的比率，表征了电机的能量转化效率。
电机的效率通常在80％至95％之间，取决于电机的设计和质量。
2.电机在不同负载下的转矩特性是电机的另一个重要特性。
转矩是电机提供的扭矩，用于克服负载的阻力，驱动机械运动。
转矩与电机的输出功率有关，通常以牛顿米（Nm）为单位。
3.电机的速度特性指的是电机的旋转速度。
转速取决于电源的电压和频率，以及电机的设计和负载。
电机的速度通常以转/分钟（RPM）为单位。
电机的速度特性也可以受到制动器和调速器的控制。
4.电机的起动特性是指电机启动时的表现。
电机启动时需要较高的起动电流，以克服静摩擦和惯性力。
在起动过程中，电机的扭矩和速度都会发生变化，需要考虑到这些特性以确保电机的正常运行。
5.电机的振动和噪音是电机的另一个特性，噪音和振动可能会对电机的性能和寿命产生不良影响。
电机制造商通常会采取措施来减少这些噪音和振动，如使用减振材料和设计平衡的旋转部件。
总之，电机是将电能转化为机械能的关键装置，通过磁场的相互作用和电流感应来完成。
电机的特性包括效率、转矩特性、速度特性、起动特性和振动噪音等。
简述感应电机的特点及原理
简述感应电机的特点及原理感应电机是一种常见的旋转电机，其主要特点如下：1. 结构简单：感应电机的结构相对简单，由转子和定子组成，转子由铁心和铝或铜制成的装在上面的线圈组成，定子由铁心和线圈组成。
2. 自启动：感应电机具有自启动特性，当电机的线圈通电后，在转子中会产生一定的电动势，使转子转动。
这种自启动的特点使得感应电机更容易操作和控制。
3. 耐高温：感应电机通常由铁心和铝制成的线圈组成，这使得电机具有良好的散热性能，能够在高温环境下正常运行。
4. 调速范围广：感应电机的转速可以通过改变供电电源的频率来控制，因此其调速范围较广。
5. 耐用性强：感应电机的结构简单，没有刷子等易损件，因此寿命较长，维护成本低。
感应电机的工作原理如下：感应电机基于法拉第电磁感应定律，其原理可以通过以下几个步骤来解释：1. 磁场产生：当感应电机的定子线圈通电时，电流在线圈中形成一个磁场。
该磁场可以由恒定磁场或其他的定子线圈产生。
2. 电磁感应：由于磁场的存在，定子中的磁感应强度会发生变化。
当转子转动时，转子中的线圈与定子中的磁场相互作用，产生了一个交变的磁场。
3. 感应电流的产生：根据法拉第电磁感应定律，在转子中产生一个感应电动势，并导致感应电流的产生。
这个感应电流会产生一个磁场，与定子中的磁场相互作用，从而使转子转动。
4. 运动继续：转子的运动将继续，直到感应电流的磁场与定子中的磁场相互抵消。
在这个过程中，电机通过不断地感应电流和磁场的相互作用来维持转动，实现了电能到机械能的转换。
需要注意的是，感应电机的转子上没有电源直接供电，转子上的电流是通过感应作用产生的。
因此，感应电机不需要刷子和其他的碳刷装置来实现换向，这也是其结构简单、维护成本低的重要原因之一。
以上就是感应电机的特点和工作原理。
感应电机以其简单的结构、自启动能力和耐用性强等特点，在工业生产、家电和交通工具等领域得到了广泛的应用。
电机学4感应电机
I2
sE 2 R2 jsX 2
E2 R2 / s jX 2
E2 R2 jX 2 (1 s ) R2 / s
I ( R jX ) I (1 s ) R 即 E 2 2 2 2 2 2 s 1 s 则:( ) R2 ——模拟机械功率输出的等效电阻 s
R k e k i R2
' 2
X
' 2
k e k i X 2
e i
结论：绕组折算时，转子电势和电压乘 k e ，转子电 流除 k i ，转子电阻和漏抗乘 k k 。
归算后的基本方程式组为：
U 1 E1 I1 ( R1＋ jI1 X 1 ) ' I ' (1 s ) R I ' ( R jX ) E2 2 2 2 2 2 s E I Z E '
转子感应电势和电流的频率为转差频率： f 2 sf 1 则转子每相感应电势为： E 2 s 4.44 sf 1 N 2 k w 2 m sE 2 ( E 2 4.44 f1 N 2 k w 2 m )
转子每相漏抗为：
X 2s 2f 2 L2 sX 2 ( X 2 2f1 L2 )
（2）短路运行： n 0
等效电路参数的名称和物理意义：
R1 ——定子绕组的电阻； ——定子绕组的漏抗，三相定子电流联合产生 X 1 的漏磁场在一相电路中引起的电抗； ' R 2 ——折算到定子侧转子绕组的电阻； ' ——折算到定子侧转子绕组的漏抗，转子多相 X 2 电流联合产生的漏磁场在一相电路中引 起的电抗； Rm ——激磁电阻，代表铁损的等效电阻； X m ——激磁电抗，与主磁通对应的电抗； 1 s ' ——折算定子侧转子侧的负载模拟电阻，模拟 R2 s 轴上总的机械功率输出；
电机实验
实验一单相变压器的特性一、实验目的通过变压器的空载实验和短路实验，确定变压器的参数、运行特性和技术性能。
二、实验内容1．空载实验（1）测取空载特性I0、P0、cos 0=f(U0)（2）测定变比2．测取短路特性：U K=f(I K)，P K=f(I K)三、实验说明1．实验之前请仔细阅读附录中交流功率表（ZDL-565）的使用说明。
2．实验所用单相变压器的额定数据为：S N=1KV A，U1N/U2N=380/127V。
3．调压器的n端和电网的n端短接。
1)单相变压器空载实验（1）测空载特性图1-1为单相变压器空载实验原理图，高压侧线圈开路，低压侧线圈经调压器接电源。
本实验采用交流功率表测量电路中的电压、电流和功率。
接线时，功率表A相电流测量线圈串接在主回路中，功率表U a 接到三相调压器输出端a端上，功率表U b、U c和U n 短接后接到三相调压器输出端n端上。
实验步骤：①请参照图1-1正确接线V4A4WK2合分a xA X调压器a b c n图1-1 单相变压器空载实验接线原理图② 合上总电源开关和操作电源开关，按下操作电源合闸按钮，对应的红色指示灯亮；检查台面上所有的按钮处于断开位置，均为绿灯亮；所有数字表显示无错误。
③ 检查三相调压器在输出电压为零的位置，然后合上实验台上调压器开关，逐渐升高调压器的输出电压，使U 0（低压侧空载电压）由0.7U 2N （U 2N =127V ）变到1.1U 2N ，分数次（至少7次）读取空载电压U 0，空载电流I 0及空载损耗P 0，在额定电压附近多做几点，测量数据记入表1-1。
* 注意实验时空载电压只能单方向调节。
④ 实验完毕后，调压器归零，断开调压器开关。
（2）测定变比变压器副线圈开路，原线圈（此时一般用低压线圈作为原线圈）接至电源，经调压器调到额定电压，用电压表测出原、副边的端电压，从而可确定变比。
axAXU U K2) 单相变压器短路实验实验接线原理如图1-2所示，低压线圈短路，高压线圈经调压器接至电源。
电动机的电磁特性和机械特性分析
LFChun 制作
大连理工大学电气工程系
定子、转子每相绕组的等效电路如下：
定子相当于变压 器的一次绕组
转子相当于变压 器的二次绕组
＋ I 1
U1
R1 f1
jX1
－ E1
－ E2s
jX2s f2
R2
I2s
－
＋
＋
转子 电路 通常 是短 路的
定子每相电路 转子每相电路 ※ R1、X1 —— 定子每相绕组的电阻和漏磁感抗。 ※ R2、X2s —— 转子每相绕组的电阻和漏磁感抗。 （下标“s”表示其值与转差率即转速有关）
LFChun 制作
大连理工大学电气工程系
LFChun 制作
大连理工大学电气工程系
d点情况分析说明
LFChun 制作
大连理工大学电气工程系
d点情况分析说明
d点的运行情况：在d点T=T2，恒速运行。 假设某些因素使T2突然增大了，从图上来看，它从T2增加 为T2′，在这一瞬间，T＜ T2′，n就会下降，s会增大，根据 转矩特性曲线，在ba段内， s增大，T相应会减小， T进一步 小于负载转矩，n进一步下降，s进一步增加， T再进一步减 小， T再进一步小于负载转矩，n再进一步下降，s再进一步 增加，最后电动机就停转了。
LFChun 制作
大连理工大学电气工程系
9.4 三相异步电动机的功率和转矩
6. 总机械功率 Pm
Pm = Pe－PCu2－PFe2 = Pe－PCu2 = P1－PCu1－PFe1－PCu2 机械损耗 附加损耗 7. 空载损耗 P0 P0 = Pme＋Pad 8. 输出功率P2 P2 = Pm－P0 = P1－PCu1－PFe1－PCu2－P0 9. 电动机的效率 P2 = P ×100%（约 80% ~ 90%）
第五章 感应电机的稳态分析
第五章感应电机的稳态分析本章主要研究定、转子间靠电磁感应作用，在转子内感应电流以实现机电能量转换的感应电机。
感应电机一般都用作电动机，在农村及风力发电等场合，亦作为发电机用。
感应电机有三相和单相的，其中三相感应电动机在工业中应用最广。
单相感应电动机则多用于家用电器。
感应电机的结构简单，制造方便，价格便宜，运行可靠。
其主要缺点是：不能经济地在较宽的范围内实现平滑调速，以及必须从电网吸取滞后的无功电流以建立磁场，使电网的功率因数变坏。
本章先说明空载和负载时三相感应电动机内的磁动势和磁场，然后导出感应电动机的基本方程，接着分析它的转矩—转差率特性、工作特性和起动、调速问题，最后介绍单相感应电动机、感应发电机和直线感应电动机。
5.1 感应电机的结构和运行状态一、感应电机的结构感应电机的定子由定子铁心、定子绕组和机座三部分组成。
定子铁心是主磁路的一部分。
为了减少激磁电流和旋转磁场在铁心中产生的涡流和磁滞损耗，铁心由厚0.5mm的硅钢片叠成。
容量较大的电动机，硅钢片两面涂以绝缘漆作为片间绝缘。
小型定子铁心用硅钢片叠装、压紧成为一个整体后，固定在机座内；中型和大型的定子铁心由扇形冲片拼成。
在定子铁心内圆，均匀地冲有许多形状相同的槽，用以嵌放定子绕组。
小型感应电机通常采用半闭口槽和由高强度漆包线绕成的单层（散下式）绕组，线圈与铁心之间垫有槽绝缘。
半闭口槽可以减少主磁路的磁阻，使激磁电流减少，但嵌线较不方便。
中型感应电机通常采用半开口槽。
大型高压感应电机都用开口槽，以便于嵌线。
为了得到较好的电磁性能，中、大型感应电机都采用双层短距绕组。
转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成。
转子铁心也是主磁路的一部分，一般由厚0.5mm的硅钢片叠成，铁心固定在转轴或转子支架上。
整个转子的外表呈圆柱形。
转子绕组分为笼型和绕线型两类。
笼型转子：笼型绕组为自行闭合的对称多相绕组，它由插入每个转子槽中的导条和两端的环形端环构成，一根导条代表一相。
感应电动机的原理种类及主要结构
感应电动机的原理、种类及主要结构7.1 感应电动机的原理、种类及主要结构7.1.1 三相异步电动机的原理三相异步电动机的定子铁心上嵌有对称三相绕组，在圆柱体的转子铁心上嵌有均匀分 布的导条，导条两端分别用铜环把它们联接成一个整体。
当对称三相绕组接到对称三相电 源以后，即在定子、转子之间的气隙内建立了以同步转速n 0旋转的旋转磁场。
由于转子上 的导条被这种旋转磁场的磁力线切割，根据电磁感应定律，转子导条内会感应产生感应电 动势，若旋转磁场按逆时针方向旋转，如图7-1-1所示，根据右手定则，可以判明图中转 子上半部导体中的电动势方向，都是进入纸面的，下半 部导体中的电动势都从纸面出来的。
因为转子上导条已 构成闭合回路，转子导条中就有电流通过。
如不考虑导 条中电流与电动势的相位差，则电动势的瞬时方向就是 电流的瞬时方向。
根据电磁力定律，导条在旋转磁场中， 并载有由感应作用所产生的电流，这样导条必然会受到 电磁力。
电磁力的方向用左手定则决定。
从图7-1-1可看 出，转子上所有导条受到的电磁力形成一个逆时针方向图777三相异步电动机的工作原理 的电磁转矩。
于是转子就跟着旋转磁场逆时针方向旋 转，其转速为n 。
如转子与生产机械联接，则转子上受到的电磁转矩将克服负载转矩而作功，从而实现能量的转 换，这就是三相异步电动 机的工作原理。
7.1.2三相异步电机的 结构和直流电机一样，三相异步电动机主要也由 静止的定子和转动的转 子组成。
定子与转子之间 有一个较小的气隙。
图 7-1-2表示绕线转子三相异步电动机的结构。
1.定子异步电动机的定子由定子铁心、定子绕组和机座三部分组成。
（1）定子铁心 定子铁心是异步电动机主磁通磁路的一部分。
为了使异步电动机能产图7-1-2绕线转子异步电动机剖面图1-转子绕组2-端盖3-轴承4-定子绕组5-转子 6-定子7-集电环8-出线盒生较大的电磁转矩，希望有一个较强的旋转磁场，同时由于旋转磁场对定子铁心以同步转 速旋转，定子铁心中的磁通的大小与方向都是变化的，必须设法减少由旋转磁场在定子铁 心中所引起的涡流损耗和磁滞损耗，因此，定子铁心由导磁性能较好的0.5mm 厚且冲有一 定槽形的硅钢片叠压而成。
电机与拖动技术复习
R2 X 2
Rsh
X sh
& I1 & U1
& & E1 = E ' 2
& I0
Rf Xf
& I '2
& U2
& I1
Z 'L
& U1
& U2
Z 'L
13
某三相铝线电力变压器， =100kVA， 例 3 某三相铝线电力变压器，SN=100kVA， U1N/U2N =6000V/400V， =9.63A/144.5A，Yyn0接法 接法， =6000V/400V，I1N/I2N=9.63A/144.5A，Yyn0接法，空载及短路 在室温25 下进行） 试验数据如下 （在室温25oC下进行） 实验名称 电压/V 电压/V 电流/A 电流/A 功率/W 功率/W 备 注 空 载 短 路 400 325 9.37 9.63 600 2014 低压侧 高压侧
U Ia M I Ia
U Ia Ia M
U If M I Ia
U If2 M
If
Uf
If
If1
7. 电枢绕组感应电动势 8. 直流电机的电磁转矩 直流电机的电磁转矩
E a = C eΦn
Tem = CTΦI a
E a = U a + Ra I a
2
9. 直流发电机电枢回路电压方程 10. 直流发电机的功率图 (32页) 页
5
匀速下 （3）负载同上，电动机以n= - 1000 r/min匀速下 负载同上， 下放重物 采用倒拉反接运行方式， 重物， 倒拉反接运行方式 下放重物，采用倒拉反接运行方式，电枢回路应 串入多大电阻 该电阻上的功耗是多少？ 多大电阻？ 功耗是多少 串入多大电阻？该电阻上的功耗是多少？ 负载同上，采用反向回馈制动运行方式， 反向回馈制动运行方式 （4） 负载同上，采用反向回馈制动运行方式， 电枢回路不串电阻 电动机的转速是多少？ 不串电阻， 转速是多少 电枢回路不串电阻，电动机的转速是多少？ 解 （1）解题思路：见（41图），用B点的值求 解题思路： 41图），用 电阻。反抗性恒转矩负载求能耗制动电阻的公式： 电阻。反抗性恒转矩负载求能耗制动电阻的公式：
电机学 第5章 感应电机
I2s
E2s
R22
X
2 2s
sE 2 R22 (sX 2 )2
E2
( R2 s
)2
X
2 2
I2
归算前后，转子电流的 大小和相位均未改变， 磁动势不变。
cos2s
R2
R22
X
2 2s
R2
s
( R2 s
)2
X
2 2
cos2
3.等效电路—频率归算
归算后转子电阻R2变为：R2
s
R2
1 s
s
R2
X m 激磁电抗，表征铁芯线圈磁化性能的一个等效电抗 Z m Rm jX m 异步电机的激磁阻抗
2.空载运行电压方程和等效电路
U1 E1 Im (R1 jX 1 )
E1 Im Z m Im (R m jX m )
I0 Im
r1 jx1
I0 U1
rm E1
jxm
感应电机电磁关系与变压器电磁关系
PN 3U1N I1N cosNN
例5-1
3.额定值
转差率计算
求四极电机转速分别等于0, 1452,1500,1548r/min时的转差率.
同步转速ns=1500r/min
ns
1500 0
0
1
课堂思考
1 笼型和绕线型异步电机结构区别 2 异步电机工作原理 3 异步电机额定值
5.2 三相感应电动机的磁动势和磁场
气隙中合成磁动势为： F1 F2 Fm
3.负载运行时转子和定子的磁动势及磁场
F1 F2 Fm 改写
F1 Fm (F2 )
➢ 负载时转子磁动势的基波对气隙主磁场的影响，称为转子反 应。为了使得气隙主磁场保持不变：
电机学感应电机
但仅仅与电流频率相关吗？是否还有其他影响
因素？
2.旋转磁场 （1）旋转磁场——同步转速nS
V4 W3
U1 W4
V1
U4
U2
V3
W1
W2
U3
V2
三相绕组空间 排列方式
U1 V1 W1 U2 V2 W2
t U3 V3 W3 re U4 V4 W4 sec每相绕组由两个
r 转速。 ec 与笼型转子相比较，绕线 s 型转子结构稍复杂，价格稍贵，
因此只在要求起动电流小，起 动转距大，或需平滑调速的场 合使用。
二、感应电机的运行原理与状态 U1
横截面
V2 W1
i>0头端流入
W2
U2
tU1 V1 W1 re V1 sec U2 V2 W2
U1
i<0头端流出
W2 U2
W1
cre nS = 1 000
=
60 f1 3
e 综合上述分析，旋转磁场的同步转速与电流频率成正比， s 与极对数成反比：
nS =
60 f1 p
定子绕组接成不同极对数时，磁场的同步转速如下：
f = 50 Hz 时：
p
1 2 34 5 6
nS/(r/min) 3 000 1 500 1 000 750 600
N S
t W2 V2
secre V1
W1
W2 V1
U2
ωt = 0O 时
i1 = 0，i2＜ 0， i3＞0
U2
ωt = 120O 时
i1＞0，i2 = 0，i3＜ 0
U1
U1
V2 W1
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Tst k st TN
一般普通异步电动机起动转矩倍数为0.8～1.2。
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电机学
感应电机机械特性
（3）实用表达式
实用表达式：
r1 sm r2 2r2 r1 2 r 1 sm T 2 r1 sm sm s Tm r22 r2 r22 2 s 2 2r1 2 s r2 s s s sm m
转矩Tm、临界转差率sm、起动转矩Tst都变小
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电机学
感应电机机械特性
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感应电机机械特性
定子回路串入对称电抗的人为机械特性
4
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感应电机机械特性
异步电动机的转矩系数：
转子电流折算值：
I2
E2
pm1 N1k N 1 CT 2
r2 s
转子功率因数：
r2 2 ( ) x2 2 s
cos 2
r2 2 ( ) x2 2 s
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感应电机机械特性
Te 电磁制动状态
Tmax
电动机状态 发电机状态
Tst
s +∞
1
sm
0
-∞
临界转差率
nn s n
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Байду номын сангаас 电机学
感应电机机械特性
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感应电机机械特性
8
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感应电机机械特性
①最大转矩Tm
最大转矩Tm是T=ƒ（s）的极值点，最大转矩为：
Tm 4f1 r1 r12 ( x1 x ) 2 2
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感应电机机械特性
当U1＝U1N时，求：T＝f(s) 根据简化等效电路： · I1 Zm ·· U1 U1 Im I'
2
· Z1σ -I’2 c Z’2
Z1 cZ '2
Z1σ
I '2
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电机学
感应电机机械特性
(3)临界点C 在该点处：s=sm，T=Tm，对应的电磁转矩是电动 机所能提供的最大转矩。Tmˊ是异步电动机回馈 制动状态所对应的最大转矩，若忽略r1的影响时， 有T mˊ=Tm。 (4)起动点D 在该点处：s=1，n=0，T=Tst，I=Ist。
3 pU r Tst 2 2 2f1 r1 r2 x1 x 2
2 1 2
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电机学
感应电机机械特性
起动转矩与额定转矩的比值称为起动转矩倍数或 堵转转矩倍数，用kst表示，则有：
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Electrical Machinery
自动化系温志明 2012
电机学
感应电机的特性分析
24.1掌握感应电机机械特性
24.2了解感应电机的工作特性
24.3 举例
2
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电机学
感应电机机械特性
三相异步电动机的机械特性是指在电动机定子电 压、频率以及绕组参数一定的条件下，电动机电 磁转矩与转速或转差率的关系，即n=ƒ(T)或 s=ƒ(T)。 机械特性可用函数表示，也可用曲线表示，用函 数表示时，有三种表达式：物理表达式、参数表 达式和实用表达式。
感应电机机械特性
最大转矩与额定转矩的比值称为过载倍数，其值 大小反映电动机过载能力，用Km表示，即：
Tm Km TN
一般异步电动机过载倍数Km=1.5～2.2。
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电机学
感应电机机械特性
②起动转矩Tst
起动瞬间n=0或s=1时，电动机相当于堵转，这一 时刻的电磁转矩称为起动转矩或堵转转矩，用Tst 表示，则有：
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电机学
感应电机机械特性
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感应电机机械特性
说明特性上的各特殊点
(1)同步转速点A
同步转速点又称理想空载点，在该点处：s=1，n=n1，T=0， E2s=0，I2=0，I1=I0，电动机处于理想空载状态。 (2)额定运行点B 在该点处：n=nN，T=TN，I1=I1N，I2=I2N，P2=PN，电动机处 于额定运行状态。
通常情况下，r12 ( x1 x2 )2 可忽略r1，则有：
2 3 pU1 Tm 4f1 ( x1 x2 ) r2 sm x1 x2
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感应电机机械特性
（1）降低定子电压的人为机械特性
在参数表达式中，保持其它参数不变，只改变定
子电压U1的大小，可得改变定子电压的人为机械
特性。
讨论电压在额定值以下范围调节的人为特性（为 什么？）
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2 1 2
异步电动机的电磁转矩T与定子每相电压U1平方成正 比，若电源电压波动大，会对转矩造成很大影响。
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感应电机机械特性
机械特性曲线 在电压、频率及绕组参数一定的条件下，电磁转 矩T与转差率s之间的关系可用曲线表示如图所示。
U1 R' 2 R1 c 2 X1 cX '2 s
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2
PM m1 2 R'2 ，T I '2 s s s
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感应电机机械特性
m1 T 2 s R'2 2 R1 c X 1 cX '2 s U12 R'2 s
物理表达式它反映了不同转速时电磁转矩T与主磁通Φm以
/ 及转子电流有功分量 I 2 cos 2 之间的关系，此表达式一般
用来定性分析在不同运行状态下的转矩大小和性质。
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感应电机机械特性
（2）参数表达式
r2 2 r m I 3 pU1 PM s s T 2 2f1 1 r2 2 2f1 r1 x1 x 2 p s
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感应电机机械特性
临界转差率
临界转差率：
K m TN K m TN sm s TL TL
1
2
当拖动额定负载时，TL=TN临界转差率为：
感应电机机械特性
m1 pU12 R'2 Tmax ，sm 0.1～0.2 4f1 X1 X '2 X1 X '2 Tmax 过 载 能 力 ：T k 1.6 ~ 3.0 TN
25
结论： 1. Tmax∝U12，但sm与U1无关； 2. Tmax 、sm∝1/（X1σ＋X’2σ） 3. Tmax∝1/f12；sm∝1/f1； 4. Tmax与R’2无关，但sm∝R’2。
异步电动机的固有机械特性是指U1=U1N， ƒ1=ƒ1N，定子三相 绕组按规定方式连接，定子和转子电路中不外接任何元件 时测得的机械特性n =ƒ（T）或T=ƒ（s）曲线。 对于同一台异步电动机有正转（曲线1）和反转（曲线2） 两条固有机械特性。
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电机学
感应电机机械特性
认为 r1 r2 ，一般异步电动机的 sm 0.1～0.2 ，
在任何s值时都有：( s sm )2 0 ，而
s sm 2 sm s
2sm 2
2Tm T s sm 可以忽略，简化得： sm s
3 pU 12
最大转矩对应的临界转差率为：
sm r2 r12 ( x1 x ) 2 2
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电机学
感应电机机械特性
两式中“+”为电动状态（特性在第Ⅰ象限）；“-” 为制动状态（特性在第Ⅱ象限）。
最大转矩近似表达式