第五章异步电机结构及三种运行状态_电机学
异步电机的三种运行状态和条件
一、异步电机的基本原理和结构异步电机是一种常见的交流电动机，其工作原理是利用交流电产生的旋转磁场来驱动转子实现动力输出。
异步电机的结构包括定子和转子两部分，定子绕组接通交流电源，产生旋转磁场；转子则受到旋转磁场的作用而转动，从而驱动负载工作。
二、异步电机的运行状态异步电机在运行过程中，可以根据其工作状态和条件分为三种类型，分别为：1. 恒定转速状态：在恒定转速状态下，电机的转速维持在一个恒定值不变，通常用于一些对稳定转速要求较高的场合。
2. 变速状态：在变速状态下，电机的输出转速可以根据需要进行调节，通常通过变频器或直流调速器来实现，适用于需要频繁改变转速的场合。
3. 负载变化状态：在负载变化状态下，电机的输出转矩和转速根据负载的变化而变化，通常用于负载波动较大的场合，需要根据具体负载情况调整电机的工作状态。
三、异步电机的运行条件异步电机能够正常运行需要满足一定的条件，包括：1. 供电电源的稳定性：电机工作时需要稳定的供电电源，电压波动过大或频率不稳定都会影响电机的正常运行。
2. 机械部件的良好状况：电机的轴承、油封、绝缘等机械部件需要保持良好的状态，否则会影响电机的工作效果甚至损坏电机。
3. 合理的负载匹配：电机的输出功率和转速需要与负载匹配，过大或过小的负载都会影响电机的运行效果和寿命。
4. 良好的通风散热条件：电机在运行过程中会产生热量，需要良好的通风散热条件来保持电机的温度在合理范围内。
四、异步电机各种运行状态和条件的应用不同的运行状态和条件适用于不同的场合和需求，具体应用包括但不限于：1. 恒定转速状态适用于一些需要稳定转速输出的场合，如风机、泵等。
2. 变速状态适用于需要频繁改变转速的场合，如输送带、提升机等。
3. 负载变化状态适用于负载波动较大的场合，如破碎机、混合机等。
总结：异步电机具有多种运行状态和条件，通过合理选择和配置可以满足不同场合和需求的工作要求。
在使用过程中需要注意保持电机和供电环境的稳定和良好，以保证电机的正常运行和延长其使用寿命。
第五章异步电机
三相异步电动机的基本工作原理与结构
5.1.2三相异步电动机的基本工作原理 一1、基本工作原理 1、电生磁：三相对称绕组通 往三相对称电流产生圆形旋转 磁场。 2、磁生电：旋转磁场切 割转子导体感应电动势和 电流。 3、电磁力：转子载流（有功分 量电流）体在磁场作用下受电磁 力作用，形成电磁转矩，驱动电 动机旋转。 W1
电 机 学
第五章异步电机
第五章异步电机
三相异步电机主要用作电动机，拖动各种生产机械。结构简单、制 造、使用和维护方便，运行可靠，成本低，效率高，得以广泛应用。 但是，功率因数低、起动和调速性能差。 5.1 三相异步电动机的基本类型和基本结构 5.2 异步电机的基本工作原理 5.3 异步电机的运行特性 5.4 三相异步电机的启动与调速 5.5 单相异步电机
鼠笼转子照片 在转子铁芯每个槽中放置导体，在铁芯两端放 置两个端环，把所有导体伸出槽外的部分与端 环连接起来
绕线式绕组
与定子绕组相似的对称三相绕组，一般接成星型。 将三个出线端分别接到转轴上三个滑环上，再通过 电刷引出电流。可以在转子回路接入附加电阻
鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较：
鼠笼式： 结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改 变电动机的机械特性。
2 转子绕组短路电磁关系
实际电机气隙中的旋转磁场是由F2与F1共同建立 的。F2与F1可以空间矢量合成为一等效励磁的 磁动势Fm。即
.
→ Bm → Фm
+I1R1 U1
.
1
.
I1 I2
.
.
E1
.
F1 Fm F2 Bm
m 2
.
.
N1 E1 N2 E2
E2
《电机学》课件 第五章异步电机3
5. 今有一台8极同步电机与一台4极绕线式感应电机同轴联接， 两台电机定子都接在50Hz的电源上。绕线式感应电机的转子引出 三相接线作为电源输出。求输出的电流频率是多少？
6. 在直流电机中铁耗是什么供给？感应电动机中铁耗又由什么 供给？为什么？
7.一台三相感应电动机，P=17kW, V=380V，定子绕组三角形接法， 4极，I=19A，f=50Hz，额定运行时有 定子铜耗=700W，转子铜耗 =500W，铁耗=450W,机械损耗=15W, 附加损耗=200W, 计算该机 在额定状态下的电磁转矩。
2、1 定子绕组串电抗起动
UX 1 U N a
2 k
I st UX 1 I stN U N a
2
Tst UX 2 1 ( ) 2 TstN U N a
2 k 2
R ( Xk X ) a R Xk
2、2 用Y-Δ起动器起动
UX 1 U N 3
I st 1 I stN 3
5.10 电磁转矩的三种表达式
1、物理表达式
pm1 N 1 k N1 ) ' ' Tem ( ) m I 2 cos 2 C M m I 2 cos 2 2
2、参数表达式
Tem
' R2 2 m1 pU 1 s ' R2 2 2 f 1 [( R1 ) ( X 1 X '2 ) 2 ] s
Tem
Pmec
2 n 2 (1 s )n1 ( 1 s ) 1 60 60
P2 T2
Tem T2 T0
pmec pad T0
Pmec Pmec Pem Tem ( 1 s ) 1 1
三相异步电动机的结构和工作原理
•
n=(1-s)n1
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5.4.3异步电动机旳三种运营状态
根据转差率大小和正负情况，异步电动机运营、发运营 和电磁制动运营三种运营状态。
1. 电动机运营状态 当异步电动机作电动机运营时，电磁转矩为驱动性质，电磁 转矩克服负载制动转矩而做功，把从定子吸收旳电功率转变 成机械功率从定子输出。电动机转速n与定子旋转磁场转速 N1同方向，且实际方向取决与负载大小。
•
S=n1-n/n1
• 电动机转速为nN时旳转差率称为额定转差率sN。
• 异步电动机带额定负载时，转差率很小，一般SN在
0.01~0.06之间。因为转差率反应了转子与旋转磁场之间
旳相对运动，故s旳大小对异步电动机转子电动势、电流、
功率因数等物理量都有直接影响，转差率s是异步电动机
旳一种主要参数。
• 根据转速差s，能够求电动机旳实际转速n，即
• 因鼠笼式转子构造简朴、制造以便、运营可靠，所 以得到广泛应用。
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• （2）绕线式转子绕组
•
绕线式转子绕组与定子绕组相同，也是制成三相绕组，一项接成Y
形，三根引出线分别接到转轴上彼此绝缘旳三个集电环上，经过电刷装置
与外部电路相连。转子绕组回路串入三项可变电阻旳目旳是为了改善起动
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5.4三相异步电动机旳工作原理及运营状态
电机学 异步电机
5.2异步电机的基本工作原理
当异步电机定干绕组接到三相电源上时， 定子绕组中将流过三相对称电流，隙中将 建立基波旋转磁动势，从而产生基波旋转 磁场，其同步转速决定于电网频率和绕组 的极对数
这个基波旋转磁场在短路的转子绕组（若是 笼型绕组则其本身就是短路的，若绕线式转子则 通过电刷短路）中感应电动势并在转子绕组中产 生相应的电流，该电流与气隙中的旋转磁场相互 作用而产生电磁转矩。由于这种电磁转矩的性质 与转速大小相关，下面将分三个不同的转速范围 来进行讨论。
电机学
异步电机
第五章 异步电机
异步电机是一种交流电机，也叫感应电
机，主要作电动机使用。异步电动机广泛 用于工农业生产中，例如机床、水泵、冶 金、矿山设备与轻工机械等都用它作为原 动机，其容量从几千瓦到几千千瓦。日益 普及的家用电器，例如在洗衣机、风扇、 电冰箱、空调器中采用单相异步电动机， 其容量从几瓦到几千瓦。在航天、计算机 等高科技领域，控制电机得到广泛应用。 异步电机也可以作为发电机使用，例如小 水电站、风力发电机也可采用异步电机。
将式（5．13）、式（5．14）代人式 （5．1）中，得到
式（517）表明，在al。一0时，转子磁动势人的 大小、性质与a1。＝0时相同，即转子自动势矢 量民与al。无关，只是转于绕组相电动势、相电 流相对于a。。一0的工况均滞后了a1。电角度 （见式（5．15》。；这对研究转子的电气性能
无任何影响。庐于转子是通过转子磁动势而影响 走子，因此可以认定a；。等于任何值时定子方各
放置两个瑞环，分别把所有的导体伸出粮
外部分与端环联接起来。如果去掉铁心， 则剩下来的绕组的形状就像一个松鼠笼子。 这种笼型绕组可以用钢条焊接而成，见图4， 也可以用铝浇铸而成，见图5。
异步电机有三种运行状态
异步电机有三种运行状态，可运行在发电机状态、电动机状态和电磁制动状态。
当转差率在S<0时，异步电机处于发电机状态；当转差率0<S1时，处于电磁制动状态。
也就是说，当异步电机转子的转速高于同步转速，此时转子的转向与定子旋转磁场的转向相同，处于发电机状态；当转子转向与旋转磁场同方向且转速低于同步转速，处于电动机状态；当转子转向与旋转磁场方向相反，处于电磁制动状态。
根据这一原理，只要用原动机把转子按旋转磁场的方向拖动，加速到超过同步转速，就可使异步电机成为发电机了。
1 异步电机发电的特点由于使用异步电机发电在并网与调速两个主要方面有其独有的特点，因此近年来被风力发电领域所广泛使用。
1.1并网方面不需要同期设备，只需象投电动机那样合闸就行。
电机的容量较大，可用软启动或变频启动等方式。
1.2调速方面异步电机运转时，不象同步电机那样，转速与频率有着严格的对应关系。
异步电机的转速与频率没有严格的对应关系，理论上异步发电机的转差率在-∞<S<0范围内都是发电运行状态。
因此特别适合原动机不好控制的情况。
< P>1.3短路方面从异步发电机负荷特性曲线可知，异步发电机的负荷电流增加到临界值时，发电机电压急剧下降，直至崩溃。
异步发电机三相短路时情况和此相似。
所以当异步发电机发生三相短路时，电压将急剧下降，直至电压崩溃，不会有很大的短路电流。
当发电机发生不对称短路，如单相短路，此时该相绕组相当于一个短路绕组，它将产生去磁效应，最终使电压崩溃。
从以上分析可见，异步发电机无需装设任何形式的短路保护。
2 异步发电机的运行方式和其它发电方式一样，异步机在发电时也有两种运行方式，独立运行与并网运行。
2.1异步发电机独立运行异步发电机独立运行时，由于电机的铁芯中通常会有一些剩磁存在，当电机转子被原动机拖动时，与定子绕组的磁场相互作用，导体中就有感应电流。
载流导体在磁场中运动，又在定子绕组中产生感应电动势。
三相异步电动机讲解
2）线圈数组数等于极数，也等于最大并联支路数；
3）每相绕组的电动势等于每条支路的电动势。
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4.3交流电机绕组的感应电动势
线圈的感应电动势及短距系数
一、一根导体的电动势
二、整距绕组的电动势
每个整距绕组由Nc个相同和线匝组成，每个整距线圈的电动势:
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Hale Waihona Puke 第29页/共62页矩形波磁动势可能分解为基波和一系列高次谐波:
基波磁动势为:
基波磁动势最大值为:
整距绕组基波磁动势在空间按余弦分布，幅值位于绕组轴线，空间每一点的磁动势大小按正弦规律变化——仍然为脉动磁动势。
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二、单相脉动磁动势
1、整距分布绕组的磁动势
每个绕组由q 个线圈串联构成，依次在定子圆周空间错开槽距角α,绕组的基波磁动势为q个线圈基波磁动势的空间矢量和：
三、短距线圈的电动势
每个短距线圈的电动势:
称为短距系数：线圈短距时电动势比整距时打的一个折扣．
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线圈组的感应电动势及分布系数
一组线圈由q个线圈组成,若q个线圈为集中绕组时,各线圈电动势大小相等、相位相同，线圈组电动势为:
若q个线圈为分布绕组,放在q个槽内,各线圈电动势大小相同,相位相差α电角度,电动势为:
对V次谐波：
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改善电动势波形的方法:
（１）采用短距绕组来削弱高次谐波
（２）采用分布绕组来削弱高次谐波
１．改善主磁极磁场的分布
２．改善交流绕组的构成，削弱谐波电动势
３．采用Ｙ接线消除线电动势中的三及其倍数的奇次谐波
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4.4交流电机绕组的磁动势
三相异步电动机的各种运行状态
8.5三相异步电动机的各种运行状态
8.5.1电动运行状态
T与n方向一致， n<n1，0<s<1， T 为拖动转矩，特性 在第Ⅰ、Ⅲ象限。
2
8.5.2 能耗制动
1能耗制动基本原理
• 三相异步电动机处于电动运 行状态的转速为n，如果突然 切断电动机的三相交流电源， 同时把直流电通入它的定子 绕组，例如开关K1打开、K2 闭合，结果，电源切换后的 瞬间，三相异步电动机内形 成了一个不旋转的空间固定 磁动势，用F=表示。
• 磁通势与转子相对转速为-n
• •
F~的转速，即同步转速为
能耗制动转差率 n
n1
60 f1 p
n1
• 转子绕组感应电动势的大小与频率则为:
E2 E2
f2 f1
7
三相异步电动机能耗制动的等值电路
8
4、能耗制动的机械特性
能耗制动时，铁损耗很小，可以 忽略。这样一来，根据等值电路画出电 动机定子电流、励磁电流及转子电流之 间的相量关系如右图所示。
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机械功率为 从定子到转子的电磁功率为
转子的铜耗为
说明两部分能量全部消耗在电阻上，一部分消 耗在转子本身的内阻R2上，因R2很小，故能量 大部分消耗在外串电阻RS上。这样可以减小转 子发热程度
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特点和应用
特点： s>1 ，运行过程中能量消耗多，改变
转子串接电阻，可变速度。 应用：
适用于位能性负载下放重物。
鼠笼式电机转子回路无法串电阻，因此反接制动不能过于 频繁
13
8.5.4 倒拉反转运行
拖动位能性恒转矩负载运行 的三相绕线式异步电动机， 若在转子回路内串入一定值 的电阻，电动机转速可以降 低。如果所串的电阻超过某 一数值后，电动机还要反转， 称之为倒拉反转制动运行状 态。倒拉反转运行时负载向 电动机送入的机械功率是靠 着负载贮存的位能的减少， 是位能性负载倒过来拉着电 动机反转
三相异步电动机的工作原理和运行状态(精)
外力反向拖动
电网驱动
原动机正向拖动
n 定义：同步转速 n 与转子转速 之差对同步转速之 1 比称为转差率，用字母s表示，即
n1 n s n1
n (1 s)n1
电动机转速为 n时的转差率称为额定转差率 N
n1 n N sN n1
s:N
nN ( 1 s N )n1
一般 s在 N 0.01～0.06之间。
三、异步电机的三种运行状态 根据转差率大小和正负情况，异步电机有电动机
5.4.1 三相异步电动机的基本工作原理
定子三相对称绕组通入
ห้องสมุดไป่ตู้
三相对称电流时，将产 生旋转磁场。 转子导体切割磁力线感 应电动势 该电动势在闭合的转子 绕组中产生电流。 载流的转子绕组在旋转 磁场中，将受到电磁力 作用。 使转子以转速随着定子 旋转磁场同向旋转。
F1
f
n1
n
二、 转差率 显然，同步转速 n1与转子转速 n 之间是有差异的。
运行、发电机运行和电磁制动运行三种运行状态。
电磁转矩为制动性质 电磁转矩为驱动性质 电磁转矩为制动性质 定子从电网输入功率 定子从电网输入功率 定子向电网输入功率 转子输入机械功率 转子输入机械功率 转子输出机械功率 同方向 n n n1与 n 与 反向 与 同方向 n n 1 1 ＜n＜0 短时运 n1＜n＜ 小型异 0＜n＜n1 主要运 行状态 1＜s＜ 行状态 ＜s＜0 步发电机 0＜s＜1
异步电机有三种运行状态
异步电机有三种运行状态，可运行在发电机状态、电动机状态和电磁制动状态。
当转差率在S<0时，异步电机处于发电机状态；当转差率0<S1时，处于电磁制动状态。
也就是说，当异步电机转子的转速高于同步转速，此时转子的转向与定子旋转磁场的转向相同，处于发电机状态；当转子转向与旋转磁场同方向且转速低于同步转速，处于电动机状态；当转子转向与旋转磁场方向相反，处于电磁制动状态。
根据这一原理，只要用原动机把转子按旋转磁场的方向拖动，加速到超过同步转速，就可使异步电机成为发电机了。
1 异步电机发电的特点由于使用异步电机发电在并网与调速两个主要方面有其独有的特点，因此近年来被风力发电领域所广泛使用。
1.1并网方面不需要同期设备，只需象投电动机那样合闸就行。
电机的容量较大，可用软启动或变频启动等方式。
1.2调速方面异步电机运转时，不象同步电机那样，转速与频率有着严格的对应关系。
异步电机的转速与频率没有严格的对应关系，理论上异步发电机的转差率在-∞<S<0范围内都是发电运行状态。
因此特别适合原动机不好控制的情况。
< P>1.3短路方面从异步发电机负荷特性曲线可知，异步发电机的负荷电流增加到临界值时，发电机电压急剧下降，直至崩溃。
异步发电机三相短路时情况和此相似。
所以当异步发电机发生三相短路时，电压将急剧下降，直至电压崩溃，不会有很大的短路电流。
当发电机发生不对称短路，如单相短路，此时该相绕组相当于一个短路绕组，它将产生去磁效应，最终使电压崩溃。
从以上分析可见，异步发电机无需装设任何形式的短路保护。
2 异步发电机的运行方式和其它发电方式一样，异步机在发电时也有两种运行方式，独立运行与并网运行。
2.1异步发电机独立运行异步发电机独立运行时，由于电机的铁芯中通常会有一些剩磁存在，当电机转子被原动机拖动时，与定子绕组的磁场相互作用，导体中就有感应电流。
载流导体在磁场中运动，又在定子绕组中产生感应电动势。
异步电机的理论分析与运行特性课件
异步电机的功率因数随着负载的增加而增加。在空载状态下，功率因数较低；而在额定负载状态下， 功率因数达到最高值。通过采用适当的控制策略和补偿装置，可以提高电机的功率因数，减少无功损 耗。
03
异步电机的理论分析
等效电路分析
等效电路分析是异步电机理论分析的重要部分，它通过将 电机内部复杂的电磁关系简化为易于分析的电路形式，为 深入研究异步电机的性能提供了基础。
异步电机的理论分析与运行特性课件
• 异步电机的基本理论 • 异步电机的运行特性 • 异步电机的理论分析 • 异步电机的运行优化 • 异步电机的发展趋势与展望
01
异步电机的基本理论
工作原理
异步电机是一种交流电机，其工作原 理基于电磁感应定律。当电机通电后， 在定子中产生旋转磁场，该磁场带动 转子旋转，从而使电机旋转。
04
异步电机的运行优化
节能优化
01
02
03
节能优化
通过改进电机设计、提高 电机效率、降低能耗，实 现节能目标。
负载匹配
根据实际负载情况，合理 选择电机型号和规格，使 电机在最佳负载率下运行， 提高运行效率。
能源回收
利用异步电机的再生制动 功能，将制动能量回收再 利用，减少能源浪费。
控制策略优化
等效电路分析基于电路理论和电磁场理论，将异步电机内 部的电磁场分布、电流和电压分布等复杂问题简化为等效 电路中的电阻、电感和电容等元件，从而方便进行数学建 模和性能分析。
电磁场分析
电磁场分析是异步电机理论分析的核心内容，它主要研究电机内部的磁场分布、 磁通密度、磁感应强度等参数，以及磁场与电流、电压和转子运动之间的相互作 用关系。
制动特性
异步电机在制动时，可以通过向电机输入与旋转方向相反的电流来产生制动转 矩。在制动过程中，电机将机械能转换为电能并反馈回电网。
电机学答案
第五章 异步电机5．1 什么叫转差率如何根据转差率来判断异步机的运行状态转差率为转子转速n 与同步转速1n 之差对同步转速1n 之比值11n n n s -=0s < 为发电机状态。
01s <<为电动机状态，1s >为电磁制动状态。
5．2 异步电机作发电机运行和作电磁制动运行时，电磁转矩和转子转向之间的关系是否一样怎样区分这两种运行状态发电机运行和电磁制动运行时，电磁转矩方向都与转向相反，是制动转矩；但发电机的转向与旋转磁场转向相同，转子转速大于同步速，电磁制动运行时，转子转向与旋转磁场转向相反。
5．3 有一绕线转子感应电动机，定子绕组短路，在转子绕组中通入三相交流电流，其频率为1f ，旋转磁场相对于转子以p f n /6011=（p 为定、转子绕组极对数）沿顺时针方向旋转，问此时转子转向如何转差率如何计算 假如定子是可转动的，那么定子应为顺时针旋转（与旋转磁场方向相同）但因定子固定不动不能旋转，所以转子为逆时针旋转。
11n nn s += （n 为转子转速）5．4 为什么三相异步电动机励磁电流的标幺值比变压器的大得多在额定电压时异步机空在电流标么值为30﹪左右，而变压器的空载电流标么值为50﹪左右。
这是因为异步机在定子和转子之间必须有空隙，使转子能在定子内圆内自动转动，这样异步机的磁路磁阻就较大，而变压器磁路中没有气隙，磁阻小，因此，相对变压器而言，异步电动机所需励磁磁动势大，励磁电流大。
5．5 三相异步电机的极对数p 、同步转速1n 、转子转速n 、定子频率1f 、转子频率2f 、转差率s 及转子磁动势2F 相对于转子的转速2n 之间的相互关系如何试填写下表中的空格。
2F 相对于转子的转速21n n n =- 2F 相对于定子的转速1n 5．6 试证明转子磁动势相对于定子的转速为同步速度1n 。
转子磁势是由转子三相（或多相）对称绕组感应的三相（或多相）对称电流产生的一个旋转磁势，这个磁势相对转子的转速由转子电流的频率决定，当转子的转速为2F 相对于转子的转速n ，转差率为s 时，转子电流的频率21f sf =，则这个磁动势相对转子的转速为1sn ，它相对定子的转向永远相同，相对定子的转速为11111n n n sn n n n n -+=+=，即永远为同步速。
驱动电机内部构成.ppt
了解知识：
铜料：需要把事先做
好的裸铜条插入转子铁
心上的槽里，再用铜端
环套在伸出两端的铜条
上，最后焊在一起
铝料：用熔化了的铝
液直接浇铸在转子铁心
上的槽里，连同端环、
风扇一次铸成。铸铝鼠
笼转子可节约用铜，工
艺简单，可提高生产率，
所以容量在100kW以下的
小型异步机一般都采用
它。
12
绕线式转子绕组
❖绕线式绕组为对称三相绕组，一般接成星形，出线端 经滑环、电刷引出电流。
8. 转子额定电流I2N：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。
《电机学》 第五章 异步电机
36
绝缘等级是按电动机绕组所用的绝缘材料在使用时容 许的极限温度来分级的。所谓极限温度，是指电动机 绝缘结构中最热点的最高容许温度。
绝缘等级
A
极限温度（0C）
105
E
B
120
130
《电机学》 第五章 异步电机
21
异步电动机特点
转子实际n与旋转磁场n1 不相等。 旋转磁场的转速用n1表示，称为同步转速； 转子的实际转速用n表示 定义转差Δn=n1-n。
nn1是异步电机产生电磁转矩的必要条件。
解释：n＝n1，则旋转磁场与转子导体之间将无相对运动， 于是转子导体中将不产生电动势和转子电流，从而不产生 电磁转矩。无法维持电机旋转。因此n和n1之间总是存在着 差异。
现代感应电机主要作为电动机。 电磁制动往往只是感应电动机在完成某一生产过程
而出现的短时运行状态，例如交流起重机下放重物 时，为限制下放速度，往往使感应电机运行于电磁 制动状态； 感应发电机，有时用于农业小型水电站和风力发电 站。
电机学第五章课后答案
n1 n n1
（ n 为转子转速）
5．4 为什么三相异步电动机励磁电流的标幺值比变压器的大得多？ 在额定电压时异步机空在电流标么值为 30﹪左右，而变压器的空载电流标么值为 50 ﹪左右。这是因为异步机在定子和转子之间必须有空隙，使转子能在定子内圆内自动 转动，这样异步机的磁路磁阻就较大，而变压器磁路中没有气隙，磁阻小，因此，相 对变压器而言，异步电动机所需励磁磁动势大，励磁电流大。 5．5 三相异步电机的极对数 p 、同步转速 n1 、转子转速 n 、定子频率 f 1 、转子频率 f 2 、 转差率 s 及转子磁动势 F2 相对于转子的转速 n 2 之间的相互关系如何？试填写下表 中的空格。
Tm a 不变 x
5．14 绕线式三相异步电动机转子回路串人适当的电阻可以增大起动转矩， 串入适当的电抗时，是否也有相似的效果？ 转子侧串入电抗， 不能增大起动转矩∵串如电抗后 I 2 虽然 m 增大了， 但 cos 2 下降∴总起来起动转矩 Tst Cm m I 2 cos 2 仍然不能增大。 5．15 普通笼型异步电动机在额定电压下起动时，为什么起动电流很大而起动转矩不大？ 但深槽式或双笼电动机在额定电压下起动时， 起动电流较小而起动转矩较大， 为什 么？
第五章 异步电机 5．1 什么叫转差率？如何根据转差率来判断异步机的运行状态？ 转差率为转子转速 n 与同步转速 n1 之差对同步转速 n1 之比值 s 为发电机状态。
n1 n n1
s0
0 s 1 为电动机状态， s 1 为电磁制动状态。
5． 2 异步电机作发电机运行和作电磁制动运行时， 电磁转矩和转子转向之间的关系是否一 样？怎样区分这两种运行状态？ 发电机运行和电磁制动运行时，电磁转矩方向都与转向相反，是制动转矩；但发电机 的转向与旋转磁场转向相同，转子转速大于同步速，电磁制动运行时，转子转向与旋 转磁场转向相反。 5．3 有一绕线转子感应电动机，定子绕组短路，在转子绕组中通入三相交流电流，其频率 为 f 1 ，旋转磁场相对于转子以 n1 60 f1 / p （ p 为定、转子绕组极对数）沿顺时针 方向旋转，问此时转子转向如何？转差率如何计算？ 假如定子是可转动的，那么定子应为顺时针旋转（与旋转磁场方向相同）但因定子固 定不动不能旋转，所以转子为逆时针旋转。 s
第五章异步电机结构及三种运行状态_电机学
一、异步电机的基本工作原理
异步电机主要作电动机使用。 主要优点：结构简单、运行可靠、制造容易、价格 低廉、坚固耐用，有较高的效率和相当好的工作特 性。 缺点：目前尚不能经济地在较大范围内平滑调速， 以及它必须从电网吸收滞后的无功功率。 分类：
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第5章 异步电机
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二、异步电机的基本结构
定子铁心的槽形主要有三种：半闭口槽适用于小型异步电机 ，其绕组是用圆导线绕成的。半开口槽适用于低压中型异步 电机，其绕组是成型线圈。开口槽适用于高压大中型异步电 机，其绕组是用绝缘带包扎并浸漆处理过的成型线圈。
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1>s>0：电动机状态
转子侧：Tem与n同转向，Tem为驱动转矩， TemΩ>0，发出机械功率 定子侧：E1与I1的有功电流I1a反方向 ， E1· I1a<0，吸收电功率
此时，吸收电功率￫发出机械功率：电动机
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二、异步电机的三种运行状态
2. n>n1 s<0：发电机状态 转子侧：Tem与n反转向，Tem为制动转矩， TemΩ<0，吸收机械功率 定 子 侧 ： E1 与 I1 的 有 功 电 流 I1a 同 方 向 ， E1· I1a>0，发出电功率 此时，吸收机械功率 ￫ 发出电功率：发电 机 3. n<0 s>1：电磁制动状态 转子侧：Tem与n反转向，Tem为制动转矩， TemΩ<0，吸收机械功率 定 子 侧 ： E1 与 I1 的 有 功 电 流 I1a 反 方 向 ， E1· I1a<0，吸收电功率 此时，吸收电功率＋吸收机械功率 ￫ 转子 电阻热损耗：电磁制动状态
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5.2 异步电机的三种运行状态
一、异步电机的转差率
同步转速n1----定子绕组中流过频率为f1的三相 对称电流，在气隙中产生的基波旋转磁场相对 于定子绕组的转速为n1。该转速大小取决于电 流的频率f1和绕组的极对数p，转向为从超前电 流相绕组转向滞后电流相绕组。
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一、异步电机的基本工作原理
异步电机主要作电动机使用。 主要优点：结构简单、运行可靠、制造容易、价格 低廉、坚固耐用，有较高的效率和相当好的工作特 性。 缺点：目前尚不能经济地在较大范围内平滑调速， 以及它必须从电网吸收滞后的无功功率。 分类：
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二、异步电机的基本结构
2. 转子 绕线型绕组 ：与定子绕组相似、极数相同的三相对称绕组
。一般接成星形。将三相绕组的三个引出线分别接到转轴上 三个滑环上，再通过电刷与外电路接通。绕线型转子的特点 是可以通过滑环电刷在转子回路中接入附加电阻，以改善电 动机的起动性能、调节其转速。
1>s>0：电动机状态
转子侧：Tem与n同转向，Tem为驱动转矩， TemΩ>0，发出机械功率 定子侧：E1与I1的有功电流I1a反方向 ， E1· I1a<0，吸收电功率
此时，吸收电功率￫发出机械功率：电动机
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二、异步电机的三种运行状态
2. n>n1 s<0：发电机状态 转子侧：Tem与n反转向，Tem为制动转矩， TemΩ<0，吸收机械功率 定 子 侧 ： E1 与 I1 的 有 功 电 流 I1a 同 方 向 ， E1· I1a>0，发出电功率 此时，吸收机械功率 ￫ 发出电功率：发电 机 3. n<0 s>1：电磁制动状态 转子侧：Tem与n反转向，Tem为制动转矩， TemΩ<0，吸收机械功率 定 子 侧 ： E1 与 I1 的 有 功 电 流 I1a 反 方 向 ， E1· I1a<0，吸收电功率 此时，吸收电功率＋吸收机械功率 ￫ 转子 电阻热损耗：电磁制动状态
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三、异步电动机的额定值
额定功率PN：是转轴上输出的机械功率，单位为W或kW。 额定电压UN：施加在定子绕组上的线电压，单位为V。 额定电流IN：电动机在额定电压、额定频率下，轴端输出额 定功率时，定子绕组的线电流，单位为A。 额定频率fN：我国电网频率fN=50Hz。 额定转速nN：电动机在额定电压、额定频率、轴端输出额定 功率时，转子的转速，单位为r/min。 额定效率ηN。 额定功率因数cosφN。 三相异步电动机额定值之间的关系
60 f1 n1 p
转子转速n----转子的机械转速。
转差率s----同步转速n1与转子转速n之差对 同步转速n1之比值
n1 n s n1
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二、异步电机的三种运行状态
异步电机的转子可以是带负载机，也可以是由原动机驱 动，在不同的转子外部条件下，异步电机将运行于不同的转 速和不同的转差率，对应不同的运行状态。根据转差率的正 负、大小，异步电机分别对应于电动机、发电机、电磁制动 等三种不同运行状态。 1. 0<n<n1
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。 。 。 。
。
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二、异步电机的三种运行状态
电磁制动状态 s>1 n<0 电动机状态 1>s>0 0<n<n1 发电机状态 s<0 n>n1
由上分析可见，异步电机只有定子侧是外加电源的，转子 侧的电动势和电流，均是由气隙旋转磁场感应产生的，因此称 作为“感应电机”，而这一感应作用，只有在转子与气隙旋转 磁场不同步，即“异步”－转差率s不等于0的情况下，才可以 产生，因此“感应电机”又称作“异步电机”。
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二、异步电机的基本结构
定子铁心的槽形主要有三种：半闭口槽适用于小型异步电机 ，其绕组是用圆导线绕成的。半开口槽适用于低压中型异步 电机，其绕组是成型线圈。开口槽适用于高压大中型异步电 机，其绕组是用绝缘带包扎并浸漆处理过的成型线圈。
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第5章 异步电机
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二、异步电机的基本结构
异步电机外形图
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异步电机结构图
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二、异步电机的基本结构
1. 定子 定子铁心：电机主磁路的组成部分，并嵌放定子绕 组。由厚度为0.5mm的硅钢片叠装而成。为了嵌放 定子绕组，在定子冲片内圆周上均匀地冲制若干个 形状相同的槽。
第五章 概述
异步电机
异步电机的基本工作原理
异步电机的基本结构
异步电动机的额定值
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异步电机的三种运行状态
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第5章 异步电机
一、异步电机的基本工作原理
异步电机定子三相对称绕 组接在三相对称交流电网上， 转子绕组对称短路。 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。 气隙旋转磁场在短路的转 子绕组中感应电动势并产生电 流，该电流与气隙中的旋转磁 场相互作用产生电磁转矩，实 现异步电机的运行。
子外圆周上冲制均匀分布的形状相同的槽。
转子绕组：构成电路部分。有两种结构型式：笼
型绕组和绕线型绕组。
转轴：支撑转子铁心和输出、输入机械转矩。
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第5章 异步电机
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二、异步电机的基本结构
2. 转子 笼型绕组 ：在转子铁心均匀分布的每个槽内各放置一
根导体，在铁心两端放置两个端环，分别把所有的导体 伸出槽外部分与端环联接起来。这种笼型绕组一般为铝 浇铸的，对中大型电机为减小损耗、提高效率，往往采 用铜条焊接而成。
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第5章 异步电机
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二、异步电机的基本结构
3. 气隙
定、 转 子 之 间 的 间隙 ， 也是电机主磁路的组成部分。 气隙大小对异步电机的性 能影响很大。 为了减小电机主磁路的磁 阻，降低电机的励磁电流，提 高电机的功率因数，气隙应尽 可能小。异步电机气隙长度应 为定、转子在运行中不发生机 械摩擦所允许的最小值。 中、小型异步电机中，气 隙长度一般为0.2～1.5mm。
二、异步电机的基本结构
2. 定子 定子绕组：构成电路部分。其作用是感应电动势、 流过电流、实现机电能量转换。
机座：固定和支 撑定子铁心。因 此要求有足够的 机械强度。
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第5章 异步电机
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二、异步电机的基本结构
2. 转子
转子铁心：电机主磁路的组成部分，并放置转子
绕组。由厚度为0.5mm的硅钢片叠装而成，在转