第5章+三相异步电动机的运行原理
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电机与拖动基础教学课件第五章异步电动机的原理和仿真
5.1 异步电动机的基本结构、分类及铭牌
4. 其他部件
（1）端盖。端盖安装在机座的两端，它的材料加工方法与机座 相同，一般为铸铁件。端盖上的轴承室里安装了轴承来支撑转子，以 使定子和转子得到较好的同心度，保证转子在定子内膛里正常运转。
（2）轴承。轴承用于连接转动部分与不动部分，目前都采用滚
（3）轴承端盖。轴承端盖用于保护轴承，使轴承内的润滑油不
5.2
交流绕组
6）槽距角 槽距角(α)是指相邻的两个槽之间的电角度，可
α
360 p Z1
7）极相组
极相组是指一个磁极下属于同一相的线圈按一定 方式串联成的线圈组。
5.2
交流绕组
2. 交流绕组的基本要求
（1）在一定的导体数下，绕组的合成电势和磁势在波形上 应尽可能为正弦波，在数值上尽可能大，而绕组的损耗要小，用
5.1 异步电动机的基本结构、分类及铭牌
3. 气隙
异步电动机的气隙是很小的，中小型电动机的气隙一般为 0.2～2 mm。气隙越大，磁阻越大，要产生同样大小的磁场，就 需要较大的励磁电流。由于气隙的存在，异步电动机的磁路磁阻 远比变压器大，因而异步电动机的励磁电流也比变压器的大得多。 变压器的励磁电流约为额定电流的3%，异步电动机的励磁电流约 为额定电流的30%。励磁电流是无功电流，因而励磁电流越大， 功率因数越低。为提高异步电动机的功率因数，必须减小它的励 磁电流，最有效的方法是尽可能缩短气隙长度。但是，气隙过小 会使装配困难，还有可能使定子、转子在运行时发生摩擦或碰撞， 因此，气隙的最小值由制造工艺及运行安全可靠等因素来决定。
图5-1 三相笼型异步电动机的组成部件
5.1 异步电动机的基本结构、分类及铭牌
1. 定子
定子由定子三相绕组、定子铁心和
第五章异步电机
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
二、三相异步机的起动方法：
（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。
T U2
单位 （N .m）
5.3.2 机械特性
T
K
sR2 U12 R22 (sX 2s )2
在U1 及R 2 一定时， T 仅随 S 变化
将 s n1 n 代入上式 n1
得特性曲线：
得特性曲线：
T T f (S)
n n f (T )
n
s1
0
1
T
最大转速n=n1时
启动时n=0
三个重要转矩
启动前的漏磁感抗
5 转子功率因数
cos2
R2
R22 X 22
R2 R22 (sX 2s )2
6 定子电流和定子功率因数
空载时，转子电流约为零，定子电流很小主要用来励磁。 当带上负载后，转子电流增加，定子电流随之增加，这 一点与变压器类似。
电动机的功率因数即为定子功率因数，功率因数角即为 U1 与 I1 的夹角。
Tst
K
R2U
2 1
R22
X
2 20
R2 Tst
第五章 异步电机
5.1 三相异步电动机的结构与工作原理 5.2 三相异步电动机的电磁转矩与机械特性 5.3 三相异步电动机的启动、调速和制动
5.1 三相异步电动机的结构及工作原理
电动机的分类 交流电动机
2.2三相异步电动机的运行原理
一、转子不转时(转子绕组开路)异步电动机内的电磁过程 转子绕组开路时，转子电流为零，定子电势和转子电势的大 小、频率； 1)转子绕组开路，定子绕组接三相交流电源， 定子绕组中 产生三相对称正弦电流（空载电流），形成幅值固定的气隙旋转 60 f 磁场，旋转速度为； n = p
0
2)由于转子不动，旋转磁场在定子绕组、转子绕组中感生频 率均为f的正弦电动势； f . .
2.2 三相异步电动机的运行原理
2.2.1 三相异步电动机的空载运行
三相异步电动机的定子与转子之间是通过电磁感应联系 的。定子相当于变压器的一次绕组，转子相当于二次绕组， 可仿照分析变压器的方式进行分析。
2.2.1 三相异步电动机的空载运行 2.2.1.1 空载运行的电磁关系
当三相异步电动机的定子绕组接到对称三相电源时，定子绕 & 组中就通过对称三相交流电流 I , I , I ，三相交流电流将在气隙 内形成按正弦规律分布，并以同步转速n1弦转的磁动势F1。由旋 转磁动势建立气隙主磁场。这个旋转磁场切割定、转子绕组，分 别在定、转子绕组内感应出对称定子电动势E , E , E ，转子绕组电 & I ,I ,I E ,E ,E 动势 和转子绕组电流 。空载时，轴上没有任何机 械负载，异步电动机所产生的电磁转矩仅克服了摩擦、风阻的阻 转矩，所以是很小的。电机所受阻转矩很小，则其转速接近同步 转速，n≈n1，转子与旋转磁场的相对转速就接近零，即n1-n≈0。 在这样的情况下可以认为旋转磁场不切割转子绕组，则E2s≈0 （“s”下标表示转子电动势的频率与定子电动势的频率不同）， I2s≈0。由此可见，异步电动机空载运行时定子上的合成磁动势F1 即是空载磁动势F10，则建立气隙磁场Bm的励磁磁动势Fm0就是F10， 即Fm0=F10，产生的磁通为Φm0。
chap5 第5章 三相异步电动机原理2-1
第5章 三相异步电动机 原理-2
第一节 三相异步电动机运行时的电磁过程 当三相异步电动机的定子绕组接到对 称三相电源时，定子绕组中就通过三相 交流电流。若不计谐波和齿槽影响，这 个对称三相交流电流将在气隙内形成按 正弦规律分布、并且以同步转速ns旋转 的旋转磁动势F1，由旋转磁动势F1建立 旋转的气隙主磁场Bm。 这个旋转磁场切割定子、转子绕组， 分别在定子、转子绕组内感应出定子电 动势和转子电动势。在转子电动势作用 下转子回路中有对称三相电流流过。于 是，在气隙磁场和转子电流的相互作用 下，产生了电磁转矩，转子就顺着旋转 磁场的方向转动。
异步电动机 的电流比
励磁电流
m1 N1kW 1 m2 N 2 kW 2 F2 0.9 I 2 0.9 I2 2 p 2 p
（二）电动势平衡方程式
U1 ( E1 ) ( E1 ) I1r1 E2 s ( E2 s ) I 2 (r2 R )
异步电动机带有负载后，转子转速降低，设转子以 转速 旋转，此时显然，旋转磁场的同步转速和转 子转速之间有一个同方向的相对运动，即旋转磁场 以转速差 n n 在切割转子绕组，电磁关系也将发 s 生变化。
n
I2 负载时，不再认为 E 2s 0 ， 0 ，且 I 2 也形成 了磁动势 F 2 ，要弄清异步电机负载的物理情况，首 先要分析转子磁动势的性质。
m1 N1kW 1 m2 N 2 kW 2 m1 N1kW 1 0.9 I1 0.9 I 2 0.9 Im 2 p 2 p 2 p
ki
令 I 1 I 则 2 2
I1 I m ( I 2 )
负载电流
m1 N1kW 1 ki m2 N 2 kW 2
第一节 三相异步电动机运行时的电磁过程 当三相异步电动机的定子绕组接到对 称三相电源时，定子绕组中就通过三相 交流电流。若不计谐波和齿槽影响，这 个对称三相交流电流将在气隙内形成按 正弦规律分布、并且以同步转速ns旋转 的旋转磁动势F1，由旋转磁动势F1建立 旋转的气隙主磁场Bm。 这个旋转磁场切割定子、转子绕组， 分别在定子、转子绕组内感应出定子电 动势和转子电动势。在转子电动势作用 下转子回路中有对称三相电流流过。于 是，在气隙磁场和转子电流的相互作用 下，产生了电磁转矩，转子就顺着旋转 磁场的方向转动。
异步电动机 的电流比
励磁电流
m1 N1kW 1 m2 N 2 kW 2 F2 0.9 I 2 0.9 I2 2 p 2 p
（二）电动势平衡方程式
U1 ( E1 ) ( E1 ) I1r1 E2 s ( E2 s ) I 2 (r2 R )
异步电动机带有负载后，转子转速降低，设转子以 转速 旋转，此时显然，旋转磁场的同步转速和转 子转速之间有一个同方向的相对运动，即旋转磁场 以转速差 n n 在切割转子绕组，电磁关系也将发 s 生变化。
n
I2 负载时，不再认为 E 2s 0 ， 0 ，且 I 2 也形成 了磁动势 F 2 ，要弄清异步电机负载的物理情况，首 先要分析转子磁动势的性质。
m1 N1kW 1 m2 N 2 kW 2 m1 N1kW 1 0.9 I1 0.9 I 2 0.9 Im 2 p 2 p 2 p
ki
令 I 1 I 则 2 2
I1 I m ( I 2 )
负载电流
m1 N1kW 1 ki m2 N 2 kW 2
第五章 三相异步电动机
4.2 三相异步电动机的启动
所谓三相异步电动机的启动过程是指三相异步电动机从接入 电网开始转动时起，到达额定转速为止这一段过程。 根据上一节的分析知，三相异步电动机在启动时启动转矩 Tst 并 不大，但转子绕组中的电流 I很大，通常可达额定电流的 4～ 7倍， 从而使得定子绕组中的电流相应增大为额定电流的4～7倍。这么 大的启动电流将带来下述不良后果。 （1）启动电流过大使电压损失过大，启动转矩不够使电动机 根本无法启动。 （2）使电动机绕组发热，绝缘老化，从而缩短了电动机的使 用寿命。 （3）造成过流保护装置误动作、跳闸。 （4）使电网电压产生波动，进而形成影响连接在电网上的其 他设备的正常运行。 因此，电动机启动时，在保证一定大小的启动转矩的前提下， 还要求限制启动电流在允许的范围内。
（三）旋转磁场的转速
定子磁场的转速称为同步转速，大小为： f1 —电网频率； P —磁极对数
60 f1 n1 p
同步转速与极对数之间对应关系 (f1=50HZ)
极对数 p 同步转速 n1（r/min）
1 3000
2 1500
3 1000
4 750
5 600
6 500
二、三相异步电动机的转动原理
7、转速
8、绝缘等级
A
E
120
B 130
极限温度（0C） 105
9. 工作制
铭牌上的“工作制”又称“定额”，按规定分为“连续” （代号为S1）、“短时”（代号为S2）和“断续”（代 号为S3）等。连续工作制的含义为该电动机可以按铭牌上 标定的功率长时间连续运转，而温升不会超过允许值。
10. 防护等级
二、三相电动机的铭牌数据
要正确使用电动机，必须要看懂铭牌。今以 Y132M-4型电动机为例，来说明铭牌上各个数 据的意义。
三相电机教材(全)
技能训练５ ３ 技能训练５—３ 三相异步电动机定子绕 组的重绕
• • • • • • 一、训练目的 1. 学会记录电动机的原始数据。 2. 掌握旧绕组的拆除工艺。 3. 掌握定子绕组的重绕工艺。 4. 学会绕组浸漆和烘烤工艺。 学会绕组嵌入工艺和通电检验方法。
三相异步电动机定子绕组的重绕
• 二、工具器材 • 绕线机、钢丝钳、线滚架、绕线模、剪刀、压 线板、裁纸刀、穿针、木榔头，铬铁、漆包线、 聚脂薄膜复合绝缘纸、黄腊管、绝缘漆。
5.2 三相异步电动机的拆装
• 5.2.1 三相异步电动机的基本结构
图5.4三相异步电动机典型结构图
笼型转子绕组
图5.5 笼型转子绕组
5.2.2 拆装电动机的常用工具
拆装电动机时，常用工具有： 拉钩、油盘、活板手、榔头、 螺丝刀、紫铜棒、钢套筒 和毛刷等（见图5.6）
图5.6拆装电动机的常用工具
三相异步电动机定子绕组的重绕
• 三、训练步骤与内容
• • • • １．记录原始数据 记录下列原始数据： （１） 电动机铭牌数据 （２） 定子绕组数据：电动机绕组每槽的匝数； 导线规格；绕组线圈跨距；绕组的连线方式。 （３）铁心数据：槽数；铁心外径和内径尺寸；长度； 槽形。
三相异步电动机定子绕组的重绕
第二篇 电机与控制
第5章 三相异步电动机 章
•
•
内容提要
本章主要阐述三相异步电动机的安装与试 运行；三相异步电动机的拆装、注油、洗油及 小修；三相异步电动机定子绕组首末端判别； 三相异步电动机常见故障分析与排除和三相异 步电动机的绕组制作等内容。
5．1 ．
三相异步动机的安装及试运行
• 5.1.1三相异步电动机的安装 三相异步电动机的安装 1. 安装前的检查 2. 基础灌制 3. 电动机的安装 4. 电动机的校正
第5章 三相异步电动机的基本原理(电机及拖动基础)
第五章三相异步电动机的基本原理主要讲授内容：三相异步电动机的工作原理、结构、运行特性、等效电路、参数测量、转矩转差的关系等，是必须掌握的内容，使本课程的重点。
是在现代工业中正被大量应用的机电能量转换装置，是后续课程《电力拖动》课程的基础。
讨论：三相异步电动机What？三相异步电动机的用途、结构？How？三相异步电动机的工作原理？第一节三相异步电动机的结构及额定参数一、异步电动机的主要用途和分类用途：异步电机主要用作电动机，拖动各种生产机械。
异步电动机的优点：结构简单、容易制造、价格低廉、运行可靠、坚固耐用、运行效率较高和具有适用的工作特性。
采用现代电力电子功率器件和计算机技术可得到良好的调速性能。
已经取代直流电动机，成为应用广泛的调速系统。
异步电动机的缺点：功率体积比较小。
功率因数较差。
直接接电网运行时，必须从电网里吸收滞后的励磁电流，使它的功率因数总是小于１。
通过控制器可以使这一缺点得到改善。
异步电动机运行时，定子绕组接到交流电源上，转子绕组自身短路，由于电磁感应的关系，在转子绕组中产生电动势、电流，从而产生电磁转矩。
所以，异步电机又叫感应电机。
二、异步电动机的分类从不同角度看，有不同的分类法：（1）按定子相数分有①单相；②三相异步电动机。
（2）按转子结构分有①绕线式；②鼠笼式。
后者又包括单鼠笼、双鼠笼和深槽式异步电动机。
此外，根据电机定子绕组上所加电压的大小，又有高压、低压异步电动机之分。
从其它角度看，还有高起动转矩、高转差率、高转速异步电机等等。
异步电机也可作为异步发电机使用。
单机使用时，常用于电网尚未到达的地区，又没有同步发电机的情况，或用于风力发电等特殊场合上。
在异步电动机的电力拖动中，异步电机回馈制动时，即运行在异步发电机状态。
风叶铁心绕组轴承滑环绕线电动机转子笼型绕组导条端环1、异步电动机的定子：异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定子绕组三个部分组成的。
（1）定子铁心：是电动机磁路的一部分，装在机座里。
第5章异步电动机二
第五章 异步电动机（二）—— 三相异步电动机的运行原理及单相异步电动机
以变压器的运行理论为基础，分析异步电动 机运行时的电磁物理过程，导出电动势和磁动势 的平衡方程式，画出相量图，求出真等效电路。 最后分析它的电磁转矩和运行性能。
§5-1 三相异步电动机运行时的电磁过程
一、异步电动机空载运行时的物理情况
N1 N2 为定子、转子绕组一相串联的匝数
f1
是定子通电频率。
Kw 是绕组因数。
在这种运行状态下，转子绕组中呈有感应电动势，
但由于开路转子电流的为？不会产生电磁转矩，转子 呈禁止不动的（ ）n。 0同此转子绕组切割磁场的速 度和定子绕组相同。
由于定子电流除了产生磁通 m 之外，还产生定 子漏磁通 1 ，它必然在定子绕组中产生漏电动势和 变压器一样用漏抗压降来表示：
U1
I0 F10
I2 F2 0
1 E1 Fm0 m
E1 E 20
二、异步电动机负载运行时的物理情况
特点 转子绕组中出线电流,这一电流也要形成磁动
势和磁场。 （一） 转子磁动势的分析
转子磁动势 F2也是一个旋转磁动势，并在空间 按正弦规律分布，以绕线式异步电动机为例。
（二）绕组归算
用一个相数、每相串联的匝数以及绕组因数 和定子绕组一样的绕组代替经过频率归算后的转 子绕组。
归算后转子各量的归算值用加“ ′”表示。
1、转子电流的归算
根据转子磁动势不变，可得
0.9
m1 2
N1Kw1 p
I2
0.9
m2 2
N2Kw2 p
I2
I I I m2N2Kw2
F1 F2 Fm Bm (m )
或
F1 Fm (F2 )
以变压器的运行理论为基础，分析异步电动 机运行时的电磁物理过程，导出电动势和磁动势 的平衡方程式，画出相量图，求出真等效电路。 最后分析它的电磁转矩和运行性能。
§5-1 三相异步电动机运行时的电磁过程
一、异步电动机空载运行时的物理情况
N1 N2 为定子、转子绕组一相串联的匝数
f1
是定子通电频率。
Kw 是绕组因数。
在这种运行状态下，转子绕组中呈有感应电动势，
但由于开路转子电流的为？不会产生电磁转矩，转子 呈禁止不动的（ ）n。 0同此转子绕组切割磁场的速 度和定子绕组相同。
由于定子电流除了产生磁通 m 之外，还产生定 子漏磁通 1 ，它必然在定子绕组中产生漏电动势和 变压器一样用漏抗压降来表示：
U1
I0 F10
I2 F2 0
1 E1 Fm0 m
E1 E 20
二、异步电动机负载运行时的物理情况
特点 转子绕组中出线电流,这一电流也要形成磁动
势和磁场。 （一） 转子磁动势的分析
转子磁动势 F2也是一个旋转磁动势，并在空间 按正弦规律分布，以绕线式异步电动机为例。
（二）绕组归算
用一个相数、每相串联的匝数以及绕组因数 和定子绕组一样的绕组代替经过频率归算后的转 子绕组。
归算后转子各量的归算值用加“ ′”表示。
1、转子电流的归算
根据转子磁动势不变，可得
0.9
m1 2
N1Kw1 p
I2
0.9
m2 2
N2Kw2 p
I2
I I I m2N2Kw2
F1 F2 Fm Bm (m )
或
F1 Fm (F2 )
电机学第5章 异步电机基本理论
仅
32
二、转子堵转时的电磁关系
– 异步电机正常运转时总是要旋转的，但是在转子不动
用 时，各种电磁关系也存在。先分析转子不动时的情况
，有助于理解其电磁物理过程
使 – 从电路分析角度来看，转子静止时的异步机的电路与 习 变压器副边短路时的变压器的电路相似
学 供 仅
33
– 定转子基波磁动势空间相对静止
8
定子铁心
用
转子铁心
使
习
学
供
仅
9
用 使 习 学 供 仅
10
用 定子冲片 使 习 学 供 仅
11
定子
使用 线圈 习 学 供 仅
12
用 使铭牌 习 学 机壳 供 仅
13
用 – 转子 • 转子铁心：由硅钢片叠成，也是磁路的一部分 使 • 转子绕组： –笼型转子：转子铁心的每个槽内插入一根裸导 习 条，形成一个多相对称短路绕组。 –绕线转子：转子绕组为三相对称绕组，嵌放在 学 转子铁心槽内。 • 其他部件：轴，轴承，风扇等 供 仅
用 通大小的主要因素
– 比如，槽口宽在槽口漏磁通小；端部长，则端部
习使 漏磁通大 学
供 仅
26
用 – 励磁电流与励磁磁动势 • 异步电动机转子绕组开路时的定子电流与变压器一 使 样，由两部分组成 » 用来产生主磁通 0 的无功分量 I0r 习 » 用来供给铁心损耗的有功分量 I0a I0 I0r I0a 学 由于I0r I0a，所以I0基本为一无功性质电流，即I0 I0r 供 仅
学习 子导体感应电动势和电流。 供 3.电磁力：转子载流（有功分
量电流）体在磁场作用下受电
仅 磁力作用，形成电磁转矩，驱
动电动机旋转。
3
32
二、转子堵转时的电磁关系
– 异步电机正常运转时总是要旋转的，但是在转子不动
用 时，各种电磁关系也存在。先分析转子不动时的情况
，有助于理解其电磁物理过程
使 – 从电路分析角度来看，转子静止时的异步机的电路与 习 变压器副边短路时的变压器的电路相似
学 供 仅
33
– 定转子基波磁动势空间相对静止
8
定子铁心
用
转子铁心
使
习
学
供
仅
9
用 使 习 学 供 仅
10
用 定子冲片 使 习 学 供 仅
11
定子
使用 线圈 习 学 供 仅
12
用 使铭牌 习 学 机壳 供 仅
13
用 – 转子 • 转子铁心：由硅钢片叠成，也是磁路的一部分 使 • 转子绕组： –笼型转子：转子铁心的每个槽内插入一根裸导 习 条，形成一个多相对称短路绕组。 –绕线转子：转子绕组为三相对称绕组，嵌放在 学 转子铁心槽内。 • 其他部件：轴，轴承，风扇等 供 仅
用 通大小的主要因素
– 比如，槽口宽在槽口漏磁通小；端部长，则端部
习使 漏磁通大 学
供 仅
26
用 – 励磁电流与励磁磁动势 • 异步电动机转子绕组开路时的定子电流与变压器一 使 样，由两部分组成 » 用来产生主磁通 0 的无功分量 I0r 习 » 用来供给铁心损耗的有功分量 I0a I0 I0r I0a 学 由于I0r I0a，所以I0基本为一无功性质电流，即I0 I0r 供 仅
学习 子导体感应电动势和电流。 供 3.电磁力：转子载流（有功分
量电流）体在磁场作用下受电
仅 磁力作用，形成电磁转矩，驱
动电动机旋转。
3
第五章 三相异步电动机的运行原理及单相异步电动机
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： (1)定转子电路的频率不相同； (2)定转子边的相数，匝数，绕组系数等不相等。 （一）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，就是用 一个具有定子频率而等效于转子的电路去代换实际转子电路。
异步电动机空载运行时，建立气隙磁场Bm的励磁磁场Fm0就是定 子绕组产生的三相基波合成磁动势F10即Fm0=F10
第五章 三相异步电动机的运行原理及单相异步电动机 空载的情况下：n≈ns, I2≈0
当电机带有机械负载后：n<ns, I2增大。 （一）转子磁动势分析 不论转子是绕线型还是笼 型，转子磁动势F2都是一种旋 转磁动势。
f2 60 60 ns sf1
f2为转差频率，转子电流形成的转子磁 动势F2的旋转方向与F1的旋转方向相同， 它相对于转子的转速为Δ n，而相对于 定子的转速为Δ n+n=ns
第五章 三相异步电动机的运行原理及单相异步电动机 （二）磁动势平衡 转子磁动势F2与定子磁动势F1相对静止，得到合成磁动势F1+F2 负载时 F1 F2 Fm Bm (m )
RΩ 为转子电阻的外加电阻
E1 Im Zm Im (Rm jXm )
Zm为表征铁心磁化特性和铁耗的一个综合参数，称为励磁阻 抗；Xm称为励磁电抗；Rm为反映铁耗的励磁电阻。 E1 jI1 X1 E2s jI2 X 2s
定子漏电抗 转子漏电抗
E2s j4.44 f 2 N2kW 2m j4.44 f1N2kW 2m s
异步电动机的负载运 行时的电磁关系
异步电动机空载运行时，建立气隙磁场Bm的励磁磁场Fm0就是定 子绕组产生的三相基波合成磁动势F10即Fm0=F10
第五章 三相异步电动机的运行原理及单相异步电动机 空载的情况下：n≈ns, I2≈0
当电机带有机械负载后：n<ns, I2增大。 （一）转子磁动势分析 不论转子是绕线型还是笼 型，转子磁动势F2都是一种旋 转磁动势。
f2 60 60 ns sf1
f2为转差频率，转子电流形成的转子磁 动势F2的旋转方向与F1的旋转方向相同， 它相对于转子的转速为Δ n，而相对于 定子的转速为Δ n+n=ns
第五章 三相异步电动机的运行原理及单相异步电动机 （二）磁动势平衡 转子磁动势F2与定子磁动势F1相对静止，得到合成磁动势F1+F2 负载时 F1 F2 Fm Bm (m )
RΩ 为转子电阻的外加电阻
E1 Im Zm Im (Rm jXm )
Zm为表征铁心磁化特性和铁耗的一个综合参数，称为励磁阻 抗；Xm称为励磁电抗；Rm为反映铁耗的励磁电阻。 E1 jI1 X1 E2s jI2 X 2s
定子漏电抗 转子漏电抗
E2s j4.44 f 2 N2kW 2m j4.44 f1N2kW 2m s
异步电动机的负载运 行时的电磁关系
电机与电力拖动基础教程第5章(4)
第5章 章
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本章教学基本要求
熟悉鼠笼式和绕线式异步电动机的基本构造及主要结构部件的作 用，掌握三相异步电动机的基本工作原理。 了解交流电机绕组的构成原则及其基本知识，了解短距系数、分 布系数及绕组系数的物理意义，掌握三相交流绕组的类别及常用 三相绕组的连接规律和特点。 了解单相绕组磁动势性质，理解三相绕组磁动势性质及特点，理 解交流电机绕组的感应电势公式，掌握感应电势的计算。 了解异步电动机空载运行的物理过程，了解异步电动机负载运行 的物理过程，了解三相异步电动机的工作特性。 理解异步电动机空载运行时的基本方程式、等值电路；理解转差 率对转子回路各物理量的影响；理解异步电动机负载运行时的基 本方程式、等值电路，理解异步电动机负载运行时的功率，转矩 平衡关系；理解电磁转矩表达式及其物理意义。掌握异步电动机 功率、转矩计算；掌握三相异步电动机的参数测定方法。
第5章 章
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各转矩表达式 2πn1 Ω1 = 为同步机械角速度。 。 60
电磁转矩
T=
Pm
Pm ( 1 − s)PM PM PM PM = = = = 9.55 = 9.55 2πn1 ( 1 − s) 1 n1 n 1 60
电磁转矩从转子方面看， 电磁转矩从转子方面看，它等于总机械功率除以转子 从转子方面看 机械角速度；从定子方面看， 机械角速度；从定子方面看，它又等于电磁功率除以 同步机械角速度。 同步机械角速度。
电机原理与拖动基础
主讲人：包 蕾 主讲人：
宁波工程学院
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第5章 三相异步电动机 章
5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 5.10
三相异步电动机的结构、类别、 三相异步电动机的结构、类别、铭牌
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本章教学基本要求
熟悉鼠笼式和绕线式异步电动机的基本构造及主要结构部件的作 用，掌握三相异步电动机的基本工作原理。 了解交流电机绕组的构成原则及其基本知识，了解短距系数、分 布系数及绕组系数的物理意义，掌握三相交流绕组的类别及常用 三相绕组的连接规律和特点。 了解单相绕组磁动势性质，理解三相绕组磁动势性质及特点，理 解交流电机绕组的感应电势公式，掌握感应电势的计算。 了解异步电动机空载运行的物理过程，了解异步电动机负载运行 的物理过程，了解三相异步电动机的工作特性。 理解异步电动机空载运行时的基本方程式、等值电路；理解转差 率对转子回路各物理量的影响；理解异步电动机负载运行时的基 本方程式、等值电路，理解异步电动机负载运行时的功率，转矩 平衡关系；理解电磁转矩表达式及其物理意义。掌握异步电动机 功率、转矩计算；掌握三相异步电动机的参数测定方法。
第5章 章
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各转矩表达式 2πn1 Ω1 = 为同步机械角速度。 。 60
电磁转矩
T=
Pm
Pm ( 1 − s)PM PM PM PM = = = = 9.55 = 9.55 2πn1 ( 1 − s) 1 n1 n 1 60
电磁转矩从转子方面看， 电磁转矩从转子方面看，它等于总机械功率除以转子 从转子方面看 机械角速度；从定子方面看， 机械角速度；从定子方面看，它又等于电磁功率除以 同步机械角速度。 同步机械角速度。
电机原理与拖动基础
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第5章 三相异步电动机 章
5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 5.10
三相异步电动机的结构、类别、 三相异步电动机的结构、类别、铭牌
第5节三相异步电动机
9550
P2N (kW) nN
额定转差率
sN
n0 nN n0
额定转速 nN
n nnN0
O
TN
T
(N • m)
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2.临界状态
n0 n
电机带动最大负载的能力。
T
K
R22
sR2 (sX20 )2
U
2 1
令： dT dS
s sM
0 求得
O
R2 X 20
TM
将sm代入转矩公式，可得
电动机的分类：
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5.2 三相异步电动机的构造
1.定子
铁心：由内周有槽 的硅钢片叠成。
三相绕组
U1 --- U2 V1 --- V2 W1--- W2
机座：铸钢或铸铁
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2.转子
铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。
(1)笼型转子
铁心槽内放铜条，端 部用短路环形成一体, 或铸铝形成转子绕组。
成正比。U
1
T
2. 当电源电压 U1 一定时，T 是 s 的函数。
3. R2 的大小对 T 有影响。绕线型异步电动机可外 接电阻来改变转子电阻R2 ，从而改变转距。
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（4）转矩平衡
T0：空载转矩（风阻、轴承摩擦等形成）； TL：负载转矩（生产机械阻转矩）； T2：电动机输出转矩 T2 = T －T0 ≈ T
电动机稳定运行（T2=TL）转矩平衡方程式为: T =T0 +TL
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例：某三相异步电动机，定子电压的频率 f1＝50 Hz,极对数 p ＝1，转差率 s＝0.015。求同步转速 n0 ，转子转速 n 和转子电 流频率 f2。
第5章：三相异步电动机 拖动与控制
Tm mTN
s m s N m 2 1 m
xk
2 3U p r1 r12 4f T 1 m N
2
（5）转子电阻折算值。 绕线转子
r2 s NU 2 N 3I 2 N
r2 s m r12 x 2
ke ki
电机拖动与控制
第5章
三相异步电动机 拖动与控制
5.1三相异步电动机的机械特性
机械特性是指转速与电磁转矩n=f(T)之间的关系。 对于异步电动机，由于转速与转差率之间存在着
一定的关系，机械特性亦可表示为T=f(s)。
5.1.1固有机械特性的分析 固有机械特性是指电动机在额定电压和额定频率 下，按规定的接线方式接线，定、转子回路外接
4）额定运行点C:，一般额定转差率（0.02～0.06 ）
5.1.2人为机械特性的分析
三相异步电动机的人为机械特性是指人为地改变电源参数 或电动机参数而得到的机械特性。 1．降低定子电压时的人为 机械特性
n1
s m 不变， Tm 变小
线性工作段斜率变大，即特 性变软。电动机起动转矩倍 数和过载能力均显著下降。
3.点动控制电路
图a为既可实现电动机
连续运转又可实现电动
机点动控制的电路，由 手动开关SA来选择。 当SA闭合时为连续控 制，SA断开时为点动 控制 。 图b为用连续运转按钮SB2、点动按钮SB3来选择连续与点 动,点动控制是用SB3按钮的常闭触头断开自保电路实现。
4.可逆运行控制电路
倒顺转换开关控制电动机 正反转电路。图a为倒顺开 关手动操作控制电动机正 反转，由于倒顺开关无灭 弧装置，适用于5.5kW以 下的小容量电动机 。 对于5.5kW以上的电动机，则用图b来控制，引入倒顺开关 预选电动机旋转方向，而由接触器来接通与断开电源，实 现电动机的起动与停止。
异步电动机基本原理
（一）频率归算
所谓频率归算就是指保持整个电磁系统的电磁 性能不变，把一种频率的参数及有关物理量换算成 另一种频率的参数及有关物理量。就异步电动机而 言，须将转子电路中的参数归算为定子频率下的参 数。
转子绕组频率折算的目的：
把定、转子两个不同频率的电路转换成同一频 率的电路。
转子绕组频率的折算方法：
式中N1、kw1分别为定子每相绕组的串联匝数和基波绕 组系数。 2、转子绕组每相基波感应电势的有效值为： 式中N2、kw2分别为转子每相绕组的串联匝数和基波绕 组系数。
E1 j 4.44 f1 N1kw1m
E2s j 4.44 f2 N2kw2m j 4.44 f1N2kw2m s
其中，
E1 ImZm Im (rm jxm )
E1 jI1 x1 E2 s jI 2 x2 s
E2 s 4.44 f2 N2kw22 4.44sf1 N2kw22
f 2 sf1 ,当转子不动时，n=0，s=1，f1 f 2 用E2 4.44 f1 N 2 kw2 2 表示转子不动时转 子绕组内漏电动势E2的有效值. 则转子转动时的漏电动势E2 s sE2
I2 0
异步电动机空载运行时的电磁关系为：
E1 U （相电压） I1 （相电流） F10 Fm0 m（主磁通） 1 0 E2s I2 0
当异步电动机带上负载后，转子的转速就会降 低，即 n n0 ，相对转速增大，此时不能再 认为 E2s 0 、 ，而且 2 I 也形成了磁动 势 F2 。
频率折算后异步机的等值电路
经频率折算后的异步电动机等值电路
（二）绕组归算
转子绕组折算的方法是： 用一个相数为m1、匝数为N1kw1的绕组，代替 原来的转子绕组（转子绕组原来的相数为m2，匝 数为N2kw2）。
三相异步电动机
该三相电动势大小 相等，互差1200。
C
第5章
600相带
Z
15 3 16 4
17 5
6 18
B
A
14
2
13 1 24 12 11 23
Y
10 22
A相带内所有线圈 7 19 边正向串联， X相 X 带内所有线圈边正 8 20 向串联，两相带再 9 反向串联，得到A 21 相电动势。
C
600相带的合成电动势比1200相带的合成电动势大。
(3)绕组结构上要保证绝缘可靠，机械强度足够，散
热条件好，制造维修方便。
第5章
相关的描述用术语
1．电角度与机械角度
3 2 1
N
S
S
N
电机定子内圆一周的机械角度为 360
电角度＝p × 机械角度
第5章
2．相带 把每个磁极等分，每相绕组所占的区域称为相带 （电角度）
60 相带每个极面下每相所对应的槽均匀占有相等范围 120 相带 每对极下每相所对应的槽分为三等分
例：设一台三相交流电机，槽数Z=24 ，极数2P=4 ，要求按 600相带连接，节距取为极距。三相单层叠绕组构成步骤如下：
1．基本参数计算
Z 24 极距 6 2p 4
每极每相槽数
Z 24 q 2 2 pm 4 3
p 360 2 360 槽距角 30 Z 24
图5-19 叠绕线圈
图5-20 波绕线圈
图5-21 双层叠绕组图
第5章
举例说明双层短距叠绕组嵌放及连接规律如下：
例：设一台三相交流电机， 2 p 4，Z 24 采用双层短距叠绕组型式。 分析步骤为： 1．绕组参数计算 极距 Z 24 6 2p 4 Z 24 q 2 每极每相槽数 2 pm 4 3
三相异步电动机工作原理
三相异步电动机工作原理
在工作时，将三相交流电源连接到定子绕组上，通过变换器将输入的三相电流转换为旋转磁场。
当三相电流通过定子绕组时，会在定子上产生旋转磁场，该旋转磁场的转速等于输入电源的频率。
然后，通过电磁感应的原理，定子绕组的旋转磁场会切割转子绕组，导致转子绕组中产生感应电流。
由于转子绕组是闭合回路，感应电流会在转子绕组内形成一个磁场。
由于定子绕组的磁场是旋转的，而转子绕组的磁场是固定的，因此，定子绕组的磁场与转子绕组的磁场之间会产生一个相对运动的力，称为电磁力。
这个电磁力是沿着定子和转子之间的磁场方向作用的，导致转子开始旋转。
转子的旋转产生了机械功，这部分功通过轴传递到外部负载中，从而实现了电能到机械能的转换。
转子的转动速度与输入电源的频率和磁场的强度相关。
为了保证电动机的工作效率和稳定性，通常会通过定子绕组的设计和转子绕组的形状来调节电动机的性能。
例如，增加定子绕组的线圈数可以提高电动机的输出功率，而调整转子绕组的形状可以改变电动机的起动和运行特性。
此外，三相异步电动机还有一些辅助装置，如电容器启动器和转子回路。
电容器启动器可以通过改变定子绕组的电流相位来启动电动机，而转子回路可以通过在转子绕组中添加一个辅助电源来减小转子的起动电流。
总之，三相异步电动机的工作原理是通过电磁感应和电磁力相互作用实现的。
通过传递电能到机械能，它可以广泛应用于各种工业领域，如工厂中的泵、风扇和压缩机等设备。
三相异步电机原理2
n1 T返回
第5章
2.旋转磁场的旋转方向 2.旋转磁场的旋转方向
iB
旋转方向： 旋转方向：取决于三相电流的相序
iA
iC
Im
t
iA
iC
iB
t
Im
n0
n0
改变电机的旋转方向的方法：改变相序（换接其中两相） 改变电机的旋转方向的方法：改变相序（换接其中两相） 上页 下页 返回
C
B
S
X
此种接法（每相绕组只有一组线圈） 此种接法（每相绕组只有一组线圈）下，合成磁场 只有一对磁极，则极对数为1 只有一对磁极，则极对数为1。 即：
p =1
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第5章 将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。 将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。 形成的磁场则是两对磁极 形成的磁场则是两对磁极
第5章
电 动 机
交流 电动 机 同步交流 电动机
异步交流 电动机
直流 电动机 他 励 鼠 笼 式
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并 励
串 励
复 励
绕 线 式
第5章
5.1
三相异步电动机的基本构造
鼠笼式三相异步电动机的结构图
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第5章 三相定子绕组： 三相定子绕组：产生旋转 磁场 转子：在旋转磁场作用下， 转子：在旋转磁场作用下， 产生感应电动势或 电流 绕线式 鼠笼式 转子 定子绕组 三相） （三相）
A Y
n0
Z B
iC = I m sin (ω t − 240 ° )
iB = I m sin (ω t − 120 ° )
i A = I m sin ω t
C
iA
iB
iC
第5章
2.旋转磁场的旋转方向 2.旋转磁场的旋转方向
iB
旋转方向： 旋转方向：取决于三相电流的相序
iA
iC
Im
t
iA
iC
iB
t
Im
n0
n0
改变电机的旋转方向的方法：改变相序（换接其中两相） 改变电机的旋转方向的方法：改变相序（换接其中两相） 上页 下页 返回
C
B
S
X
此种接法（每相绕组只有一组线圈） 此种接法（每相绕组只有一组线圈）下，合成磁场 只有一对磁极，则极对数为1 只有一对磁极，则极对数为1。 即：
p =1
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第5章 将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。 将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。 形成的磁场则是两对磁极 形成的磁场则是两对磁极
第5章
电 动 机
交流 电动 机 同步交流 电动机
异步交流 电动机
直流 电动机 他 励 鼠 笼 式
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并 励
串 励
复 励
绕 线 式
第5章
5.1
三相异步电动机的基本构造
鼠笼式三相异步电动机的结构图
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第5章 三相定子绕组： 三相定子绕组：产生旋转 磁场 转子：在旋转磁场作用下， 转子：在旋转磁场作用下， 产生感应电动势或 电流 绕线式 鼠笼式 转子 定子绕组 三相） （三相）
A Y
n0
Z B
iC = I m sin (ω t − 240 ° )
iB = I m sin (ω t − 120 ° )
i A = I m sin ω t
C
iA
iB
iC
认识三相异步电动机
认识三相异步电动机
https://
REPORTING
目录
• 三相异步电动机基本概念 • 三相异步电动机运行原理 • 三相异步电动机启动方式及特性 • 三相异步电动机调速技术 • 三相异步电动机维护保养与故障排除 • 三相异步电动机应用领域与发展趋势
PART 01
三相异步电动机基本概念
表示电机在运行过程中 所能承受的最大负载转 矩，是评价电机过载能 力的重要参数。
PART 02
三相异步电动机运行原理
REPORTING
WENKU DESIGN
旋转磁场产生原理
01
02
03
三相交流电源
三相异步电动机的旋转磁 场由三相交流电源产生， 三相电源相位差120°，形 成旋转磁场的基础。
定子绕组
转子的转速与旋转磁场的转速之差 称为转差率，转差率的大小决定了 电动机的运行状态，如启动、制动 等。
速度调节
通过改变电源频率、改变定子绕组 磁极对数或采用变频器等方法，可 以实现三相异步电动机的速度调节。
损耗与效率分析
铜损
铁损
定子绕组和转子导体的电阻损耗，与电流 的平方成正比。
定子铁芯和转子铁芯中的磁滞损耗和涡流 损耗，与磁通密度的平方和频率成正比。
三相异步电动机的额定 值包括额定电压、额定 频率、额定功率和额定 转速等，这些值表示电 机在正常工作条件下所 允许的最大值。
表示电机输出功率与输 入功率之比，是衡量电 机能量转换效率的重要 指标。
表示电机输入有功功率 与视在功率之比，反映 电机对电网的利用程度 。
表示电机在启动瞬间所 能产生的最大转矩，是 评价电机启动性能的重 要参数。
定子绕组中的电流在空间 中形成磁场，由于三相电 流的相位差，使得磁场在 空间上不断旋转。
https://
REPORTING
目录
• 三相异步电动机基本概念 • 三相异步电动机运行原理 • 三相异步电动机启动方式及特性 • 三相异步电动机调速技术 • 三相异步电动机维护保养与故障排除 • 三相异步电动机应用领域与发展趋势
PART 01
三相异步电动机基本概念
表示电机在运行过程中 所能承受的最大负载转 矩，是评价电机过载能 力的重要参数。
PART 02
三相异步电动机运行原理
REPORTING
WENKU DESIGN
旋转磁场产生原理
01
02
03
三相交流电源
三相异步电动机的旋转磁 场由三相交流电源产生， 三相电源相位差120°，形 成旋转磁场的基础。
定子绕组
转子的转速与旋转磁场的转速之差 称为转差率，转差率的大小决定了 电动机的运行状态，如启动、制动 等。
速度调节
通过改变电源频率、改变定子绕组 磁极对数或采用变频器等方法，可 以实现三相异步电动机的速度调节。
损耗与效率分析
铜损
铁损
定子绕组和转子导体的电阻损耗，与电流 的平方成正比。
定子铁芯和转子铁芯中的磁滞损耗和涡流 损耗，与磁通密度的平方和频率成正比。
三相异步电动机的额定 值包括额定电压、额定 频率、额定功率和额定 转速等，这些值表示电 机在正常工作条件下所 允许的最大值。
表示电机输出功率与输 入功率之比，是衡量电 机能量转换效率的重要 指标。
表示电机输入有功功率 与视在功率之比，反映 电机对电网的利用程度 。
表示电机在启动瞬间所 能产生的最大转矩，是 评价电机启动性能的重 要参数。
定子绕组中的电流在空间 中形成磁场，由于三相电 流的相位差，使得磁场在 空间上不断旋转。
三相异步电动机的运行原理
三相异步电动机的运行原理
运行时，通过三个相位的交流电源向定子绕组供电。
交流电源产生的
电流在定子绕组中形成一个旋转磁场。
这个旋转磁场的频率和极数分别与
电源的频率和定子绕组的极对数有关。
当转子静止时，转子绕组处于静止磁场中，由于转子绕组导体中存在
自感现象，会在导体中产生涡流，并形成极对极的磁场，这个磁场与定子
旋转磁场相互作用。
根据楞次定律，转子绕组所受的磁力会使得转子开始
旋转。
由于转子的旋转，它与定子的旋转磁场产生的磁场之间的相对运动
使得磁力不断的变化。
这种磁力的变化会产生一个与定子旋转磁场频率相同的频率信号，这
个信号称为转子的感应电动势。
根据感应电动势的方向，转子上的电流会
形成一个磁场，这个磁场会与定子的旋转磁场相互作用，产生一个电磁力，推动转子继续旋转。
因此，转子通过不断的旋转来逐渐与定子的旋转磁场
同步运行。
为了保持同步运行，转子上的感应电流的频率必须与定子的旋转磁场
频率相同。
如果转子的转速与定子的旋转磁场不同步，将会导致转矩不平衡。
而转矩不平衡会引起转子加速或减速，直至达到与定子旋转磁场同步
运行的状态。
总结起来，三相异步电动机的运行原理可以概括为：定子绕组中的交
流电源形成旋转磁场，使转子开始旋转；转子的旋转与旋转磁场之间的相
对运动产生感应电动势；感应电动势产生的感应电流在转子上形成磁场，
与定子旋转磁场相互作用，产生电磁力推动转子继续旋转；转子通过旋转
逐渐与定子旋转磁场同步运行，以保持稳定的工作状态。
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A-B-C a-b-c
2、F2转速的大小 转子绕组内感应电动势和电流的频率为
f2
p(n0 n) 60
pn0 60
n0 n n0
sf1
f2为转差频率
n 60 f2 p
60 f1 s p
n0 n
转方转子向子电与的F流转1的形 速旋成为转的Δn方转，向子而相磁相同动对，势于它F定2相的子对旋的于转转 速为
F1 F2 Fm Fm0 m
F1 Fm (F2 )
两极异步电动机的定子、转子 绕组示意图
负载时定子、转子磁动势和 电流的相矢图
转子电动势波
气隙磁场Bm
转子
e2
n
i2
Te
转子磁动势与气隙磁场在空间的相对位置
转子磁动势波F2 气隙磁场Bm
F2
转子
i1
n Te
（二）磁动势平衡 转子磁动势F2与定子磁动势F1相对静止，得到合成磁动势F1+F2 负载时 F1 F2 Fm Bm ( m )
I
1
Z1
U 1N E10 I 0 Z1
电动机从空载到负载，定子绕组的感应电动势的变化很小，差不 多和电源电压相平衡。所以，可以近Fm Bm ( m )
空载时 F10 Fm0 Bm0 ( m0 )
于是
m m0
I1
1 ki
I2
Im
若RΩ=0
I2
r2
E2s jx2s
而静止转子电路中电流
I2
r2
/
E 2 s
jx2
I2
r2
E2s jx2s
I2
r2
/
E 2 s
jx2
I2
E2
(r2 / s)2 x22
E2s r22 (x2s)2
I2
2
感应电动机的空载磁动势 和磁场
E1A E1B E1C E2a E2b E2c
I2a I2b I2c
Bm B F10 Fmo Z
s0
n0
C
A
n
Y
感应电动机的空载磁动势 和磁场
n n0
n0 n 0
E2s 0
I2 0
Fmo F10
空载的情况下：n≈n0, I2≈0
xm称Z为m为励表磁征电铁抗心；磁rm化为特反性映和铁铁耗耗的的励一磁个电综阻合。参数，称为励磁阻抗
E1 jI1x1
E2s jI2 x2s
定子漏电抗
转子漏电抗
E2s 4.44 f2 N2kW 22s 4.44 f1N2kW 22ss
f2 sf1
当转子不动时， n 0, s 1
f2 sf1 当转子不动时， n 0, s 1. f2 f1
异步电动机负载时的基本方程式列出如下
U1 E1 I1r1 jI1x1 E1 I1Z1 E2s E2s I2 (r2 R ) jI2 x2s E1 Im (rm jxm ) ImZm
E1 j4.44 f1N1kW1 1
E2s j4.44 f2N2kW 2 2s j4.44 f1N2kW 2 2ss
异步电动机的负载运 行时的电磁关系
二、基本方程式
（一）磁动势平衡方程式
F1 F2 Fm
F1
0.9 m1 2
N1kW 1 p
1
s
s
R2
感应电动机的T形等效 电路
几种异步电动机的典型运行情况
1、空载运行 s 0
1
s
s
r2
2、额度负载下运行 sN 0.05
功率因数较 低
转子电路基本上是电阻性的，功率因数较高。
3、起动时的情况 n 0 s 1
1
s
s
r2
0
附加电阻为零，起动电流很大，功率因数较低。
空载时 F10 Fm0 Bm0 ( m0 )
（三）电磁关系
有效值 E1 4.44 f1N1kW1m
E2s 4.44 f2N2kW 2m 相量表达式
E1 j4.44 f1N1kW1 m
E2s j4.44 f2N2kW 2 m j4.44 f1N2kW 2 ms 定、转子的漏磁通在各自绕组中感应产生漏电动势
异步电动机近似等
[例5-1]一台2对极的三相异步电动机，有 效电路的相量图 关数据如下：
PN 10kW U N 380V nN 1452 r / min
r1 1.33 / 相 x1 2.43 / 相 r2 1.12 / 相
x2 4.4 / 相 rm 7 / 相 xm 90 / 相
定子绕组为三角形接法，试求额定负载时的定子 电流、转子电流、励磁电流、功率因数、输入功 率和效率。
解
sN
n0 n n0
1500 1452 1500
r2 1.12 35 s 0.032
（1）用T形等效电路计算
r2 s
jx2
(35
j4.4)
35.47.15
Δn+n=n0－n＋n＝n0
n0
60 f1 p
s n0 n n0
（二）磁动势平衡 转子磁动势F2与定子磁动势F1相对静止，得到合成磁动势F1+F2 负载时 F1 F2 Fm Bm ( m )
空载时 F10 Fm0 Bm0 ( m0 )
U 1N
E1
I1
1 ki
I2
Im
R1 X 1
U1
I1
f1
n
sE2
sX 2 R2
I 2s
f2
感应电动机定、转子耦合 电路图
第二节 三相异步电动机的等效电路及相量图
令
I2
1 ki
I2
则
I1 I2 Im
ki
m1 N1kW 1 m2 N2kW 2
异步电动机 的电流比
I1 Im (I2 )
第五章 异步电机（二）
——三相异步电动机运行原理及单相异步电动机
第一节 三相异步电动机运行时的电磁过程
一、异步电动机负载时的物理情况
当三相异步电动机的定子绕组接到对称三相电源时，定子绕组中 就通过三相交流电流。若不计谐波和齿槽影响，这个对称三相交流 电转流磁将动在势气F1，隙由内旋形转成磁按动正势弦F规1建律立分旋布转、的并气且隙以主同磁步场转B速mn。0旋转的旋
这个旋转磁场切割定子、转子绕组，分别在定子、转子绕组内感 应出定子电动势和转子电动势。在转子电动势作用下转子回路中有 对称三相电流流过。于是，在气隙磁场和转子电流的相互作用下， 产生了电磁转矩，转子就顺着旋转磁场的方向转动。
I1A I1B I1C
感应电机中旋转磁场
Bm
F1
B
Z
n0
C
A
n
Y
I1 Im (I2 )
励磁电流
负载电流
异步电动机的负载运 行时的电磁关系
（二）电动势平衡方程式
EU21s
(E1) (E2s )
(E1 ) I2 (r2
I1r1 R )
RΩ为转子电阻的外加电阻
E1 ImZm Im (rm jxm )
I1
Fm
0.9 m1 2
N1kW 1 p
Im
F2
0.9 m2 2
N2kW 2 p
I2
式电中流m。1、m2为定子、转子的相数；Im为对应于励磁磁动势的励磁
0.9 m1 2
N1kW 1 p
I1
0.9
m2 2
N2kW 2 p
I2
0.9 m1 2
N1kW 1 p
Im
0.9 m1 2
几种异步电动机的典型运行情况
4、异步发电运行 n0 n
s 0
转差率为负，附加电阻也为负值。表示从转子轴上输入（而不是输 出）机械功率。
5、电磁制动状态运行 s 1，附加电阻为负值，表示从转子轴上输入（而不是输出）
机械功率。
（四）等效电路的简化
异步电机近似 等效电路
arctg
x2 r2 / s
arctg
x2s r2
r2 s
r2
1 s s
r2
在附加电阻 机械功率
1
s
s
r2
上产生的功耗，实质上表征了异步电动机的
1
s
s
r2
I
2 2
频率归算后的 定、转子电路
R1
X 1σ
U1 I1
m1 , N1kw1
f1
n0 E2
X 2σ R2
I2
1 s
s
R2
E2 4.44 f2 N2kW 22s 4.44 f1N2kW 22s
E2s E2 s
x2s 2f2L2 2f1L2 s x2s
因此
x2s x2s
E2s E2s
旋转时异步电动机 的电路
异步电动机负载时的基本方程式列出如下
U1 E1 I1r1 jI1x1 E1 I1Z1 E2s E2s I2 (r2 R ) jI2 x2s E1 Im (rm jxm ) ImZm
式中
ke
N1kW 1 N 2kW 2
由转子铜耗和漏磁通储能不变
2、F2转速的大小 转子绕组内感应电动势和电流的频率为
f2
p(n0 n) 60
pn0 60
n0 n n0
sf1
f2为转差频率
n 60 f2 p
60 f1 s p
n0 n
转方转子向子电与的F流转1的形 速旋成为转的Δn方转，向子而相磁相同动对，势于它F定2相的子对旋的于转转 速为
F1 F2 Fm Fm0 m
F1 Fm (F2 )
两极异步电动机的定子、转子 绕组示意图
负载时定子、转子磁动势和 电流的相矢图
转子电动势波
气隙磁场Bm
转子
e2
n
i2
Te
转子磁动势与气隙磁场在空间的相对位置
转子磁动势波F2 气隙磁场Bm
F2
转子
i1
n Te
（二）磁动势平衡 转子磁动势F2与定子磁动势F1相对静止，得到合成磁动势F1+F2 负载时 F1 F2 Fm Bm ( m )
I
1
Z1
U 1N E10 I 0 Z1
电动机从空载到负载，定子绕组的感应电动势的变化很小，差不 多和电源电压相平衡。所以，可以近Fm Bm ( m )
空载时 F10 Fm0 Bm0 ( m0 )
于是
m m0
I1
1 ki
I2
Im
若RΩ=0
I2
r2
E2s jx2s
而静止转子电路中电流
I2
r2
/
E 2 s
jx2
I2
r2
E2s jx2s
I2
r2
/
E 2 s
jx2
I2
E2
(r2 / s)2 x22
E2s r22 (x2s)2
I2
2
感应电动机的空载磁动势 和磁场
E1A E1B E1C E2a E2b E2c
I2a I2b I2c
Bm B F10 Fmo Z
s0
n0
C
A
n
Y
感应电动机的空载磁动势 和磁场
n n0
n0 n 0
E2s 0
I2 0
Fmo F10
空载的情况下：n≈n0, I2≈0
xm称Z为m为励表磁征电铁抗心；磁rm化为特反性映和铁铁耗耗的的励一磁个电综阻合。参数，称为励磁阻抗
E1 jI1x1
E2s jI2 x2s
定子漏电抗
转子漏电抗
E2s 4.44 f2 N2kW 22s 4.44 f1N2kW 22ss
f2 sf1
当转子不动时， n 0, s 1
f2 sf1 当转子不动时， n 0, s 1. f2 f1
异步电动机负载时的基本方程式列出如下
U1 E1 I1r1 jI1x1 E1 I1Z1 E2s E2s I2 (r2 R ) jI2 x2s E1 Im (rm jxm ) ImZm
E1 j4.44 f1N1kW1 1
E2s j4.44 f2N2kW 2 2s j4.44 f1N2kW 2 2ss
异步电动机的负载运 行时的电磁关系
二、基本方程式
（一）磁动势平衡方程式
F1 F2 Fm
F1
0.9 m1 2
N1kW 1 p
1
s
s
R2
感应电动机的T形等效 电路
几种异步电动机的典型运行情况
1、空载运行 s 0
1
s
s
r2
2、额度负载下运行 sN 0.05
功率因数较 低
转子电路基本上是电阻性的，功率因数较高。
3、起动时的情况 n 0 s 1
1
s
s
r2
0
附加电阻为零，起动电流很大，功率因数较低。
空载时 F10 Fm0 Bm0 ( m0 )
（三）电磁关系
有效值 E1 4.44 f1N1kW1m
E2s 4.44 f2N2kW 2m 相量表达式
E1 j4.44 f1N1kW1 m
E2s j4.44 f2N2kW 2 m j4.44 f1N2kW 2 ms 定、转子的漏磁通在各自绕组中感应产生漏电动势
异步电动机近似等
[例5-1]一台2对极的三相异步电动机，有 效电路的相量图 关数据如下：
PN 10kW U N 380V nN 1452 r / min
r1 1.33 / 相 x1 2.43 / 相 r2 1.12 / 相
x2 4.4 / 相 rm 7 / 相 xm 90 / 相
定子绕组为三角形接法，试求额定负载时的定子 电流、转子电流、励磁电流、功率因数、输入功 率和效率。
解
sN
n0 n n0
1500 1452 1500
r2 1.12 35 s 0.032
（1）用T形等效电路计算
r2 s
jx2
(35
j4.4)
35.47.15
Δn+n=n0－n＋n＝n0
n0
60 f1 p
s n0 n n0
（二）磁动势平衡 转子磁动势F2与定子磁动势F1相对静止，得到合成磁动势F1+F2 负载时 F1 F2 Fm Bm ( m )
空载时 F10 Fm0 Bm0 ( m0 )
U 1N
E1
I1
1 ki
I2
Im
R1 X 1
U1
I1
f1
n
sE2
sX 2 R2
I 2s
f2
感应电动机定、转子耦合 电路图
第二节 三相异步电动机的等效电路及相量图
令
I2
1 ki
I2
则
I1 I2 Im
ki
m1 N1kW 1 m2 N2kW 2
异步电动机 的电流比
I1 Im (I2 )
第五章 异步电机（二）
——三相异步电动机运行原理及单相异步电动机
第一节 三相异步电动机运行时的电磁过程
一、异步电动机负载时的物理情况
当三相异步电动机的定子绕组接到对称三相电源时，定子绕组中 就通过三相交流电流。若不计谐波和齿槽影响，这个对称三相交流 电转流磁将动在势气F1，隙由内旋形转成磁按动正势弦F规1建律立分旋布转、的并气且隙以主同磁步场转B速mn。0旋转的旋
这个旋转磁场切割定子、转子绕组，分别在定子、转子绕组内感 应出定子电动势和转子电动势。在转子电动势作用下转子回路中有 对称三相电流流过。于是，在气隙磁场和转子电流的相互作用下， 产生了电磁转矩，转子就顺着旋转磁场的方向转动。
I1A I1B I1C
感应电机中旋转磁场
Bm
F1
B
Z
n0
C
A
n
Y
I1 Im (I2 )
励磁电流
负载电流
异步电动机的负载运 行时的电磁关系
（二）电动势平衡方程式
EU21s
(E1) (E2s )
(E1 ) I2 (r2
I1r1 R )
RΩ为转子电阻的外加电阻
E1 ImZm Im (rm jxm )
I1
Fm
0.9 m1 2
N1kW 1 p
Im
F2
0.9 m2 2
N2kW 2 p
I2
式电中流m。1、m2为定子、转子的相数；Im为对应于励磁磁动势的励磁
0.9 m1 2
N1kW 1 p
I1
0.9
m2 2
N2kW 2 p
I2
0.9 m1 2
N1kW 1 p
Im
0.9 m1 2
几种异步电动机的典型运行情况
4、异步发电运行 n0 n
s 0
转差率为负，附加电阻也为负值。表示从转子轴上输入（而不是输 出）机械功率。
5、电磁制动状态运行 s 1，附加电阻为负值，表示从转子轴上输入（而不是输出）
机械功率。
（四）等效电路的简化
异步电机近似 等效电路
arctg
x2 r2 / s
arctg
x2s r2
r2 s
r2
1 s s
r2
在附加电阻 机械功率
1
s
s
r2
上产生的功耗，实质上表征了异步电动机的
1
s
s
r2
I
2 2
频率归算后的 定、转子电路
R1
X 1σ
U1 I1
m1 , N1kw1
f1
n0 E2
X 2σ R2
I2
1 s
s
R2
E2 4.44 f2 N2kW 22s 4.44 f1N2kW 22s
E2s E2 s
x2s 2f2L2 2f1L2 s x2s
因此
x2s x2s
E2s E2s
旋转时异步电动机 的电路
异步电动机负载时的基本方程式列出如下
U1 E1 I1r1 jI1x1 E1 I1Z1 E2s E2s I2 (r2 R ) jI2 x2s E1 Im (rm jxm ) ImZm
式中
ke
N1kW 1 N 2kW 2
由转子铜耗和漏磁通储能不变