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第一节 单相异步电动机的功率平衡及效率一、 输入功率主相（）副相（）11111cos ()P U I U =⋅⋅ψ瓦式中：——外施电源电压（伏）1111I I ——输入总电流（安）ψ——电压U 和电流之间的相位角二、 基本损耗1、 定子电阻损耗（定子铜耗）2、 转子电阻损耗（转子铜耗）3、 铁心损耗4、 风摩损耗：包括机械损耗和摩擦损耗5、 附加损耗三、 各种损耗分析及计算方法1、 定子电阻损耗也称为定子铜耗（1CU P ）。

指定子电流流过定子绕组及电容器时产生的损耗，是可变损耗。

决定于每个运行点的主相电流m I 和副相电流值得变化。

221()CU m m a a c P I R I R R =⋅++式中：m I -主相电流m a a c R I R R ----主相绕阻电阻副相电流副相绕阻电阻电容器电阻2、 铁心损耗（Fe P ）是铁心中磁通交变引起，对单相电机来说，气隙磁场中存在正序和逆序两种旋转磁场，因此铁心损耗也是两种磁场产生之和。

铁心损耗包括定子损耗和转子损耗。

定子铁耗由定子轭和定子齿的磁滞损耗和涡流损耗组成。

一般异步电动机，转差率S=0.015-0.06较小，在转子铁心中磁密交变频率也低（1f s f =⋅α ），所以可以忽略不计，但对油烟机电机来说，转差率S=0.4左右，转子铁耗不可忽略，这也是油烟机电机效率低的原因之一。

定子铁耗：（1）基本铁耗：由电源频率引起1.31111))50t C C f P K P P =⋅+⋅⋅基频（△t △（式中：K ——修正系数。

分马力电机K1.6,是考虑结构、材料、工艺因数而定；11,t c P P ——为定子齿部和定子轭部磁密11,t c B B 时所对应的比损耗；11,t c △△——为定子齿部和轭部的体积。

（2）高频铁耗：指电动机转动时定、转子表面齿槽效应引起的表面损耗和脉振损耗。

9.87P =高频× 152.31.552.051.22101110()()g i f W B D S L p g-⋅⋅⋅⋅⋅⋅式中：g B ——气隙磁密 P ——电机极数f ——电源频率 1i D ——定子内径 1S ——定子槽数 10W ——定子槽口宽g ——气隙长度 L ——铁芯长度3、转子电阻损耗2()cu P :指转子电流流经电机转子时（如导条、端环、线绕转子）所产生的损耗称转子铜耗或转子铝耗。

由电机定子传送到转子的功率称电磁功率()M P112(1)M cu Fe M cu M P P P P P P S P P P =--=⋅-=-ΩΩ电磁功率机械功率转子铜耗单相电机的转子铜耗分析：在单相电机中存在正序旋转磁场和逆序旋转磁场。

正序旋转磁场的转差率为S ；逆序旋转磁场的转差率为（2-S ）。

传送到转子的电磁功率分别为12M M P P 和。

由于逆序磁场的制动作用，有效电磁功率12M M M P P P =-。

正、逆序旋转磁场电流所产生的转子电阻损耗：2122(2)cu a M cu b M P P S P P S =⋅=⋅-总转子电阻损耗：222cu cu a cu b P P P =+转子电阻损耗也是一个可变损耗，其值决定于每一个运行点的电流和转差率。

对于油烟机的电机来说，由于运行点都是选择高转差，因此，转子电阻损耗都比较大。

4、风摩损耗)fw P (是由经验数据查表得出，和转子转速及电机结构有关。

（1） 机械损耗：是轴承转动引起。

受轴承、轴承室、轴及轴承档加工精度影响，与轴承质量、装配质量、润滑脂情况有关，不易计算。

（2） 摩擦损耗：与电机结构有关。

5、附加损耗是高频谐波磁通以及漏磁通、穿过导线、铁心、机壳端盖等部件时产生的感应电势和电流而引起的损耗。

在铸铝转子中约占1-3%的额定功率； 在铜条转子中约占0.5%的额定功率； 分马力电机设计工作状态。

四、 单相异步电动机的功率传递图输入功率（电磁功率（机械功率（Ω)1122121221(1)M cu Fe M cu M fwcu Fe cu fw P P P P P P S P P P P P P P P P P P P P P =--=⋅-=-=-=++++ΩΩΩ效率：η（%）=第二节 两相异步电动机的运行分析定子上具有两相对称绕阻的异步电机（即同线规，同匝数、同绕线环数）。

当通入两相对称电流后，电机气隙中产生一个旋转磁场。

一般电机转子上是一个鼠笼绕阻，它是一个在空间分布的对称的多相绕组，通过端环短路。

旋转磁场在转子绕阻中感应电势，产生感应电流，产生电磁转矩，带动转子旋转，从而将电能转化为机械能。

一、 电势平衡方程式：由于是对称绕阻，只分析一相。

定子一相绕阻感应电势的有效值为:111111*********.44()w E f W K U E I r jx E I Z Z r jx ⋅⋅⋅⋅⋅=⋅⋅⋅=-++=-+=+φ式中是定子一相的漏阻抗图2图1当旋转磁场切割转子绕组，转子绕阻每相电势的有效值相同，相位不同。

每相有效值为：212224.44S w E f W K =⋅⋅⋅⋅φ=S E ，2E 是转子不转时一相绕阻的感应电势。

这时，旋转磁场相对转子的转速为同步转速1n ，频率为1f ，当转子以n 旋转时，转子内感应电势就变为2SE ，因为转子绕阻是短路的，感应电动势会产生电流2I •,电流2I •在一相绕阻2r 和漏电抗2S X 上会产生电压降。

转子一相电势平衡式：2122()S S E I r jx ••=+式中：22s x sx =，2x 是转子不转时的漏电抗转子一相电流为：2222222S S E S E I r jx r jsx ••==++转子电流的有效值222222()SE I r SX =+由上式可知，转子电流2I 是随转差率变化，改变转差率S,可以得出2()I f s =曲线如图3。

S=1时，2I 最大； S=0时，2I =0图3从而可以简略说明异步电动机的电磁转矩会随负载的变化而相应变化。

第三节异步电动机的机械特性一、异步电动机的等值电路（一相）二、根据异步电动机的等值电路推导出异步电动机的电磁转矩和转子电流的计算公式（推导方法详见一般电机学介绍）'12'2'22112'221''221112()()1()()()UIrr x xsrm UsM N mrr x xs=+++⋅⋅=⋅⋅+++Ω式中：12pΩfΩ——角速度（）M ——定子绕阻环数三、 机械特性曲线异步电动机的电磁转矩是由气隙中的主磁通φ与转子电流的有功分量相互作用而产生的。

电磁转矩的大小决定于转子电流的变化，是转差率的函数。

把电磁转矩（M ）随转差率（S ）变化曲线描绘出来便得到异步电动机的机械特性。

a图3图中：max M ——电机最大转矩st M ——电机的启动转矩 c M ——电机的负载转矩 m S ——最大转矩时的转差率 1、 电磁转矩电动机外施额定电压瞬间的电磁转矩为启动转矩。

电动机开始转动，转速n 上升，转差率S 减小，由于公式中分子增加比分母快，所以电磁转矩随S 减小而增大。

当接近同步转速n 1时，转差率S 再减小，分母比分子增加得快，所以电磁转矩也减小，S=0，M=0。

当M=Mc ，电动机便稳定运行在a 点。

如果增大负载转矩Mc ，电机转速下降，转差率S 增大， E2s=S ·E 2↑，I 2↑（由图3可知）。

此时施转磁场与转子电流的相互作用使电磁转矩近似转差率正比增大，重新与负载转矩平衡而稳定运行。

2、启动转矩（M st）：S=1时的电动机转矩M st为启动转矩。

启动转矩的是根据国家标准或用户要求以及负载性质而设计。

对风机负载的电机来说，因启动阻力矩较小，启动转矩要求也不高。

3、最大转矩（M max）：异步电动机在S=1和S=0之间，有一个S=S m点。

此点所对应的转矩是机械特性的最大转矩点。

一般电动机的负载转矩大于最大转矩，电动机便停转，因此最大转矩也称停转转矩。

所以一般电动机的技术要求中都要求有一定得过载能力即最大转矩与额定转矩之比为1.6～2.2倍。

但对风机负载的电动机来说，因风叶的性质是随转速的平方关系而变化。

其曲线的斜率大于机械特性的斜率，便能稳定运行在电机机械特性的各转速点，包括不稳定区。

这类电机可以把工作点设计在最大转矩点，从而可获得最好的性能。

4、如何获得最大启动转矩和最大转矩：不同转子（r）电阻时的机械特性2说明：曲线1转子电阻最大曲线4转子电阻最小不同漏抗（X）时的机械特性说明：曲线1漏抗最小曲线3漏抗最大从上图中可以看出：①增加转子电阻可以提高启动转矩但降低了最大转矩，改变机械特性斜率。

方法：a.缩小转子槽和端环面积；b.转子采用高电阻系数的导体来做；c.采用绕线式转子；d.合理选择槽配合，减小启动时的寄生转矩。

②减小漏抗可以提高启动转矩和最大转矩方法：a.适当增加气隙；b.采用正弦绕组，减少谐波漏抗；c.转子采用圆形槽，增加槽宽，减少槽高。

曹慧芬2009-6-18。