第五章感应电机概要
第五章 感应电机
损耗，为有功分量。
空载磁动势和磁场
2、主磁通、定子漏磁通和感应电动势 根据磁通通过的路径的不同，将磁通分为两部分：主磁
通和漏磁通。由基波旋转磁动势产生的通过气隙并与定子绕
组和转子绕组同时交链的磁通称为主磁通。主磁通为每极下
表示 。 的磁通量，用 m
四极感应电机主磁通分布图
定子三相电流除产生主磁通 外，还产生仅与定子绕组交
1 表示。 链而不与转子绕组交链的磁通称为定子漏磁通，用
漏磁通包括三部分：即槽漏磁通、端部漏磁通和谐波漏磁通。
槽漏磁通和端部漏磁通
主磁路主要由定、转子铁心和气隙组成是一个非线性磁路， 受磁路饱和程度影响较大；而漏磁路的磁阻可认为是常值。 感应电动机空载运行时的电磁关系如下图所示
感应电动机空载运行时的电磁关系
转子磁动势幅值与气隙磁场幅值之间的夹角为 90
X 2 0 笼型电动机的的转子磁动势及磁场分布
转子磁动势幅值与气隙磁场幅值之间的夹角为 90 2
3、负载运行时的电磁关系
感应电动机负载运行时的电磁关系
三、激磁阻抗及漏抗
与变压器中的分析方法类似，引入激磁阻抗表征主磁 通对电路的电磁效应，则定子感应电动势与激磁电流之间 具有以下关系
分析可知 F1与F2转速相等，转向相同，在空间始终保持
相对静止 ，感应电机在任何转速下均能产生恒定的电磁转矩。
感应电机负载时气隙内的磁场由定、转子磁动势共同产生的。 当负载运行时，转子磁动势除了与定子磁动势共同产
I m
生主磁场外，还产生仅与转子绕组交链的漏磁通，转子漏
磁通也包括槽漏磁通、端部漏磁通和谐波漏磁通三种。 2、转子反应
响是通过F2起作用的
转子磁动势与主磁场 相互作用产生电磁转矩，
第五章感应电机-1
工作原理
对称三相绕组 通入对称三相电流
三相 交流 电能
转子绕组中 产生 e 和 i 转子绕组在磁场中 受到电磁力的作用
电磁 转矩
旋转磁场 （磁场能量）
感 应
转子旋转起来 磁感线切割 转子绕组 机械负载 旋转起来
二、感应电机的转动原理
1、电生磁：三相对称绕组通
三相对称电流产生圆形旋转磁 场。
n1
第 5章
感应电机
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接的感应电机。感应电机一般都用作电 动机，在少数场合下，亦有用作发电机的。三相感应电动机在
工业中应用极广。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．此 外功率因数恒为滞后。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和等效
电路，接着分析它的运行特性和起动，调速问题。
1 感应电机的基本工作原理和结构 一、感应电机的基本工作原理
感应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 现感应电机的运行。
机座：固定和支 撑定子铁心。因 此要求有足够的 机械强度。
二、感应电机的基本结构
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
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
电机学-第五章感应电机1.
电机学Electric Machinery电气工程教研室1基本要求：1.了解三相感应电动机的基本结构2.了解三相感应电动机的基本工作原理3.掌握三相感应电机的三种运行状态及其判别方法4.掌握三相感应电动机的额定值45一、感应电动机的用途与分类1.感应电动机的用途•三相感应电机主要用作电动机，拖动各种生产机械。
•在日常生活中，电扇、洗衣机、电冰箱和空调等一般由单相感应电动机拖动。
玉米脱粒机金属切削机床电扇用感应电动机2.感应电动机的特点1）优点结构简单、制造容易、价格低廉、运行可靠、坚固耐用、效率较高。
2）缺点•调速性能差；•功率因数较差，感应电动机运行时必须从电网吸收滞后的无功功率。
3.感应电动机的分类1）按定子相数分单相感应电动机、两相感应电动机、三相感应电动机62）按转子结构分•绕线型感应电动机•鼠笼型感应电动机：单笼、双笼、深槽型绕线型感应电动机鼠笼型感应电动机7二、三相感应电动机的结构鼠笼式三相感应电机的结构图1-定子铁心2-定子外壳3-转子铁心4-转子导条5-端环6-冷却风扇7-机座8-定子绕组9-轴承室10-转子轴11-轴承8定子绕组转子轴承端盖接线盒定子铁心端盖鼠笼式三相感应电机的结构图主要部件拆分图10主要部件拆分图111、定子①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。
1314定子铁心的槽形主要有三种：半闭口槽适用于小型感应电机，其绕组是用圆导线绕成的。
半开口槽适用于低压中型感应电机，其绕组是成型线圈。
开口槽适用于高压大中型感应电机，其绕组是用绝缘带包扎并浸漆处理过的成型线圈。
定子绕组为按一定规律连接而成的三相对称绕组，嵌放在定子铁心槽内。
②定子绕组定子绕组是电动机的定子电路部分，它将通过电流建立磁场，并感应电动势以实现机电能量转换。
构成：绝缘铜（或铝）线绕成。
•联结方式：根据实际使用需要接成“Y”形或“D”形。
05 感应电机
E1 = 4.44 f1 N1k w1φm & & & E1 = − I m ( Rm + jX m ) = − I m Z m
由于主磁路中存在气隙， 由于主磁路中存在气隙，所以感应电机的 激磁电流要比变压器大得多，通常达到额 激磁电流要比变压器大得多， 定电流的15%~40%。 。 定电流的
16.1 三相感应电动机的磁路与磁通
R1
& I1
X 1σ
& E1
X 2σ
R2
& I 2s
1− s R2 s
R1
& E2
f1 m1 N1kw1m来自 N 2 kw2f116.4 感应电机转子侧各物理量的归算
2. 绕组的归算
m2 N 2 k w 2 I2 I = I2 = m1 N1k w1 ki
' 2
E 2' N1k w1 = = ke E2 N 2 k w 2
16.1 三相感应电动机的磁路与磁通
1. 主磁通和激磁阻抗 由基波旋转磁势所产生的通过气隙并同时交链定、 由基波旋转磁势所产生的通过气隙并同时交链定、转子绕组的磁 主磁通。 通称作主磁通 感应电机中定、 通称作主磁通。感应电机中定、转子的能量传递主要通过这部分 磁通来实现。主磁通经过的磁路称为主磁路，主要包括气隙（ 磁通来实现。主磁通经过的磁路称为主磁路，主要包括气隙（两 个）、定子齿（两个）、定子轭（一个）、转子齿（两个）、转 ）、定子齿（两个）、定子轭（一个）、转子齿（两个）、转 定子齿 ）、定子轭 ）、转子齿 ）、 子轭（一个）等五部分。 子轭（一个）等五部分。
16.5 感应电机的等效电路
3. 相量图
从等效电路和相量图可见， 从等效电路和相量图可见，感应电机的定子电流总是滞后于电源 电压，这主要是由激磁电流和定、转子的漏抗所引起的， 电压，这主要是由激磁电流和定、转子的漏抗所引起的，这些感 性的无功功率需从电源输入，定子电流自然滞后于电源电压。 性的无功功率需从电源输入，定子电流自然滞后于电源电压。激 磁电流越大，或定、转子漏抗越大，电机的功率因数就越低。 磁电流越大，或定、转子漏抗越大，电机的功率因数就越低。
第5章_感应电机
电机学第五章感应电机2§5-1．感应电机的结构和运行原理§5-2．感应电机的方程式、等效电路和相量图§5-3．感应电机的功率方程和转矩方程§5-4．感应电机的参数测试§5-5．感应电机的转矩-转差率曲线§5-6．感应电机的工作特性§5-7．感应电机的起动要求和特殊结构§5-8．单相感应电机3第一节感应电机的结构和运行原理一、感应电机的基本结构•按转子的结构，分成绕线型和笼型•主要结构部件：定子、转子、气隙4一、感应电机的基本结构1 、笼型感应电机结构¾定子–三相对称交流绕组，下在定子铁芯中–铁芯：用硅钢片叠成；特点：“内圈开槽”56一、感应电机的基本结构¾转子-转子铁芯特点：“外圈开槽”，槽中下多相对称绕组-笼型：槽中用铜条，两头用端环焊接；现多用“铝浇铸”方法-注意：转子绕组是短路的¾气隙-和其它电机相比较小，一般在零点几毫米一、感应电机的基本结构2 、绕线型感应电机结构•和笼型感应电机，只是转子不同，其他基本相同•星形三相绕组，外接滑环，电阻器，铜排•正常工作时要短路，起动、调速时用电阻器短路铜排电阻器78二、感应电机的工作原理•定子：三相对称绕组，通三相对称电流-旋转磁场（同步转速）NSsn ABC9二、感应电机的工作原理•转子上用永磁体形成恒定磁场-转子必然随旋转磁场转动而且转速相同-永磁同步电动机NSsn ABC10二、感应电机的工作原理•转子绕组通直流电-形成恒定磁场，同样旋转-电励磁同步电动机NSsn ABC二、感应电机的工作原理•转子绕组直接短路-导体切割旋转磁场-电势（右手定则）-电流-导体受力（左手定则）-形成转矩-转子旋转-感应电动机NSsnAB C1112二、感应电机的工作原理•特点-转速n 必须小于n s ，否则无法切割磁力线-转子上是无源的，全靠感应才有能量交换！NSsn ABC13三、感应电机的工作状态•对比理解的方法•直流电机有什么工作状态？根据什么判断？-电动机、发电机、电磁制动，感应电机与之相似-判断标准？•感应电机的特点：转子必须与旋转磁场保持一定的速度差，才可能切割磁力线，则定义：s sn ns n −=转差率：14-电磁转矩T 是主动力矩，-，--转子上T ,n 同向，输出机械功率三、感应电机的工作状态根据s 判断电机的工作状态和各物理量的方向1、电动机状态s n n <10s >>20P >sn nT15三、感应电机的工作状态2、发电机状态-转子被拖得转得更快-，-定子绕组e ,i 同向-输出电功率-转子上T ,n 反向，电磁转矩起制动作用s n n >0s <10P >sn nT16三、感应电机的工作状态3、电磁制动状态-外界因素使得转子转速同电动机时相反，和电动机时相似-，-电磁转矩T 也起制动作用1s >0n <sn nT三、感应电机的工作状态17四、感应电机的铭牌值•就是额定值•铭牌：在电机外壳上18四、感应电机的铭牌值1、额定电压UN，加在定子绕组上的线电压，V, kV2、额定电流IN，额定状态时，定子绕组的线电流, A3、额定功率PN，额定运行时，输出的机械功率, kW4、额定转速nN ，加额定负载时转子的转速, r/min•最主要的：1920四、感应电机的铭牌值1、输入电功率•注意以下问题：13cos N N NP U I ϕ=13cos N N N N N N P P U I ηηϕ==额定输入功率额定输出功率21四、感应电机的铭牌值2、感应电机的转速一般多大？-，,与极对数有关………720左右7504950左右100031450左右150022800左右30001n n s p -特点：不能连续变化，没有2000 r/min 的感应电机s n n <60/s n f p =p22四、感应电机的铭牌值3、如何判断感应电机的极对数和同步转速？-一般额定点都在-可以根据上页的表格，根据倒推60603000N s Nf fn n p p p n <==<0.03~0.05N s =N n23[例5-1]有一台50Hz 的感应电动机，其额定转速n N =730r/min ，试求该机的额定转差率[ 解]（1）根据n N ＝730 r/min ，可以得到同步转速n s =750 r/min （2）s = (n s -n N ) /n s=750-730/750=0.02667≈0.027第二节感应电机的方程式、等效电路和相量图一、感应电机的通电过程1、电磁过程-定子绕组通电-形成基波旋转磁场-同时切割定、转子绕组-产生定、转子电势-产生定、转子电流、磁势-合成磁场-完成能量转换NSsnAB C24一、感应电机的通电过程•结果-产生了相对独立的一个定子电流系统，一个转子电流系统-二个电流系统通过气隙关联的ABCN定子电流系统转子电流系统2526一、感应电机的通电过程2、转子参数的变化•关键-转子转速：n-定子磁场转速：n s-相对转速：Δn = n s -n = sn s¾转子电势的频率•转子是多相对称系统→产生多相对称电势•频率：21()6060s s s s n n pn pf n n sf s n −=−=⋅=∝“转差频率”sn nΔn27一、感应电机的通电过程¾转子中的电势222212224.44 4.44s w w E f N k s f N k sE φφ===•注意：-E 2：转子中电流频率是f 1时的电势（s =1，转子不转）-E 2与s 成正比28一、感应电机的通电过程¾转子绕组的电阻和漏抗•电阻：忽略集肤效应，认为电阻r 2不变•电抗：22212222s x f L sf L sx ππ===•注意：-x 2：转子中电流频率是f 1时的电抗（转子不转）-x 2与s 成正比，即：转子n ↑，则漏抗↓29一、感应电机的通电过程¾转子绕组的电流•正常运行时，转子端电压U 2=0•结论：-转子越慢，s ↑，则I 2↑-何时最慢？s =1, 启动瞬间，相当于变压器负载短路！2222222222s s E E s E I r r jx r jsx jxs===+++ii ii30一、感应电机的通电过程¾转子绕组的功率因数•结论：-转子越慢，s ↑，cos 2↓-何时功率因数最小？s 最大的时候，起动！222222cos ()r r sx ϕ=+ϕ31一、感应电机的通电过程¾定转子磁势的相对位置•转子磁势相对于转子：•转子相对于定子：•转子磁势相对于大地：•结论：-不管转子转多快，转不转，转子磁势都和定子旋转磁势转速相同，相对静止，同步旋转21216060f sf n sn p p⋅===(1)sn s n =−221(1)s s sn n n sn s n n =+=+−≡[例5-2]有一台50Hz、三相、四极的感应电动机，若转子的转差率s=0.05，试求：（1）转子电流的频率；(2)转子磁动势相对于转子的转速[ 解](1)转子电流的频率f 2=sf1=0.05×50=2.5 Hz(2)转子磁动势相对于转子的转速n 2=60 f2/p=(60×2.5)/2=75 r/min（同步转速：ns =60 f1/p=1500 r/min）3233二、感应电机的磁势平衡方程式•特点：定子、转子是各自独立的多相对称系统•空间上相对静止111110.92m N k F I piiω=222220.92m N k F I piiω=1112221212111122220.90.9220.9()2m m N k m N k F F F I I p p m N k I m N k I piiii ii i ωωωω=+=+=+•注意：-定转子极对数一定相同的，因为转子磁势就相当于定子磁势的“影子”三、转子绕组的归算•为了计算和分析的方便进行归算，基本思路和变压器相同；•定转子m, Nkw 不同；“在转子上用一个与定子相同m，相同Nkw的等效绕组去归算”；•归折算的原则：电磁本质不变3435三、转子绕组的归算定义电流变比：1、转子电流的归算'22F F ii='222111220.90.922m N k m N k I I p p i i ωω=2111'2222I m N k m N k I iiωω='221iI I k i i=111222i m N k k m N k ωω=•基本原则：磁势不变36三、转子绕组的归算定义电势变比：2、转子电势的归算1122e N k k N k ωω=•基本原则：磁通不变'211222e E N k k E N k ωω=='22e E k E =•注意：感应电机中k e ≠k i ，原因：k i 中有相数的折算37'22e i r k k r =三、转子绕组的归算3、转子电阻和电抗的归算•基本原则：有功功率和无功功率不变2'2'222122cu P m I r m I r =='22e i x k k x ='222222'22121i e ir m I m k k k r m I m ==⋅=三、转子绕组的归算4、归算公式•归算前后：电势、电压×ke电流×1/ki阻抗×ke ki38392221r sr r s s−=+四、归算以后的方程式组11111''''2222'12'121()0()()()m m m m U E I r jx r E I jx s E E I I I E I r jx i i i i i i i i i i i i σσ⎧⎪⎪=−++⎪⎪⎪⎪⎪=−+⎪⎪⎪⎪⎪⎪=⎨⎪⎪⎪⎪=+−⎪⎪⎪⎪⎪−=+⎪⎪⎪⎪⎩11111'''''22222'12'121'''222()()()()1m m m m U E I r jx U E I r jx E E I I I E I r jx s U I r s i i i i i i i i i i i i i i i σσ⎧⎪⎪=−++⎪⎪⎪⎪⎪=−+⎪⎪⎪⎪⎪=⎪⎪⎨⎪⎪=+−⎪⎪⎪⎪⎪−=+⎪⎪⎪−⎪⎪=⎪⎪⎩•结论：感应电动机相当于一台电阻性负载的变压器！！40五、感应电机的等效电路和相量图1、T 型等效电路-就是纯电阻负载的变压器-特点：工作过程中n 变化，s 变化；负载是可变的1U i1I imx 1E i'2E i'2I imI i'2x σ1x σmr '21s r s−'2r 1r41五、感应电机的等效电路和相量图2、T型等效电路对应的相量图2E ′ '22jx I σ′ 2I ′ '22r I s′mφ mI 2I ′− 1I 1E −11jx I σ 1U 11r I -对应纯电阻负载-负载电压与电流同相-注意画的顺序42五、感应电机的等效电路和相量图3、简化Γ型等值电路-一般不能直接把激磁回路移出去，引入修正系数=1+Z 1/Z m-较准确等效电路，取=1+x 1/x m ，一般在1.03~1.081U i1I imc Z i'2IimI i'21s c r si−'2c r i1r '2c x iσ1x σc ic i43五、感应电机的等效电路和相量图4、最简化等值电路-忽略激磁回路，取c =1-一般用于大中型感应电机的计算1U i1I i'2I i1r 1x σ'2x σ'2r'21s r s−44第三节感应电机的功率方程和转矩方程一、功率的传输过程•以T型为例1U i1I imx 1E i'2Ei'2I imI i'2x σ1x σmr '21s r s−'2r 1r 1P 1Cu P 2Cu P FeP emP MP45一、功率的传输过程•能量图1Cu P FeP 2Cu P 0P 1P emP MP 2P46二、功率方程•各功率的表达式-输入功率：11111cos P m U I ϕ=-定子铜损：21111Cu P m I r=-定子铁损：210Fe mP m I r=-电磁功率：''221112em Cu Fe rP P p p m Is=−−=47二、功率方程•各功率的表达式-转子铜损：2'2'2222122Cu p m I r m I r ==-机械功率：2'2'22212211M s s P m I r m I r s s−−==-输出功率：20mec mec ad mec P P p p P p =−−=−-电磁功率：''221112em Cu Fe rP P p p m Is=−−=-空载损耗：0mec adp p p =+48二、功率方程•相互关系11Cu Fe emP P P P =++2em Cu MP P P =+2M mec adP P P P =++(1)M emP s P =−2Cu emP sP =结论：-s 值↑则P Cu2↑，极限：s =1，转子不转或者堵转，全发热了！-s 值↓则P Cu2↓，极限：s ≈0，转子空载，不发热！49三、转矩方程•根据功率方程推导出来2M mec adP P P P =++02mec P p P =−ΩΩΩ02T T T =+•注意对应关系，即0P T =Ω22P T =ΩMP T =Ω空载转矩负载转矩电磁转矩50三、转矩方程•注意转速和角速度的对应关系-机械转速n 对应：-同步转速n s 对应：260nπΩ=12260s s n f p ππΩ==-由于(1)ss Ω=−Ω(1)(1)em em Mss s P P P T s −===Ω−ΩΩ(1)sn s n =−。
电机学：第五章 感应电机的稳态分析1
定子三相电流除产生主磁通Φm 外，还产生仅与定子绕组交链不与转子绕组 交链的磁通，这部分磁通称为漏磁通 ，这部分磁通不能转换能量。
包括三部分：槽漏磁通，端漏磁通，谐波漏磁通。
主磁通
槽漏磁
端部漏磁
谐波漏磁通与前两种漏磁通不同，它实际上通过空气隙与转子绕组交链。 这些谐波漏磁通与基波一样在定、转子绕组中感应电势。
60 sf 1 p
sns
n
而转子本身有以n的速度旋转，所以转子磁动势相对于定子的转速为
n n ns n n ns
即无论转子的实际转速为多少，转子磁动势F2和定子磁动势F1在空间的转速
总是等于ns，它们之间没有相对运动。
由于F1与F2相对静止，就可以把F1和F2合成起来，所以感应电机负载时在气 隙内产生的旋转磁场是定、转子合成磁动势。即
当n=0 s=1 E2 4.44 f1N2KW 2 m
X 2S 2f 2 L2 2f1SL2 X 2 S
表示转子不动
E2S 4.44 f2 N2 KW 2 2 4.44 f1sN2 KW 2 2 E2 S
将 E1 , E2S 代入方程组得
U1 E1 I1R1 jX1
E2S I2S R2 JX 2S I2S R2 JSX2
图5-1
鼠笼型转子铁心
铸铝式鼠笼绕组
鼠笼转子
绕线式转子铁心
绕线式电机转子
轴
转子冲片
定、转子铁心及气隙
感应电机结构图
3、气隙
在定、转子之间有一气隙，气隙大小对感应电机的性能有很大的影 响。从电机性能考虑气隙越小越好。但受到机械加工的限制。中小 型电机气隙一般为0.2-2mm。
二、感应电动机的工作原理
当对称三相绕组中通入对称三相电流后，
电气 第五章 感应电机
§5.1 感应电机的结构和运行状态 §5.2 三相感应电动机的磁动势和磁场 §5.3 三相感应电动机的的电压方程和等效电路 §5.4 感应电动机的功率方程和转矩方程 §5.5 笼型转子的极数、相数和参数的归算 §5.6 感应电动机的参数测定 §5.7 感应电动机的转矩-转差率曲线
1
§5.8 感应电动机的工作特性 §5.9 感应电动机的起动、深槽和双笼电动机 §5.10 感应电动机的调速 §5.11 单相感应电动机 §5.12 感应发电机和直线感应电动机
气隙中的主磁场以同步转速旋转时，气隙主磁通Φm将在 定子每相绕组中感生电动势E1
假设磁路为线性，主磁路的磁化曲线用一条线性化的磁化 曲线来代替，则主磁通将与激磁电流成正比；于是可认为E1 与Im之间具有下列关系：
激磁阻抗Zm
表征主磁路电抗和铁耗的综合参数 激磁电抗Xm 激磁电阻Rm
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转速偏离同步转速的程度(低为正)
转差率是异步电机的一个主要参数，根据s的正负和大小可以 判断电机的运行状态。
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异步电机的三种运行状态
根据转差率的大小和正负, 异步电机有三种运行状态 状态
③ ① ②
①电动机
定子绕组接对 称电源
③电磁制动
外力使电机沿磁 场反方向旋转
②发电机
外力使电机快速 旋转
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定子铁心
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定子铁心
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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。
《感应电机》课件
03
感应电机的控制与调速
感应电机的控制方式
直接转矩控制（DTC）
恒压频比控制（V/F）
通过直接控制电机的转矩和磁通来调 节电机的转速和转矩。
通过控制电机的输入电压和频率来调 节电机的转速。
矢量控制（VC）
通过控制电机的励磁和转矩电流来调 节电机的转矩和转速。
感应电机的调速原理
调速原理
通过改变电机的输入电压、电流 或频率，从而改变电机的转速和 转矩，实现调速。
02
感应电机的结构与工作原 理
感应电机的结构组成
01
02
03
转子
感应电机的主要旋转部分 ，由导条和转子铁芯组成 。
定子
固定部分，由定子铁芯和 缠绕在铁芯上的三相绕组 组成。
机座和端盖
支撑和保护电机的主要部 件。
感应电机的工作原理
当三相交流电流通过 定子绕组时，产生旋 转磁场。
感应电流与旋转磁场 相互作用产生电磁转 矩，驱动转子旋转。
案例三
总结词：创新设计
详细描述：介绍某电动汽车中感应电机控制系统的创新设计，包括控制策略、软硬件实现等方面的内容，以及该设计在实际 应用中的效果和优势。
旋转磁场与转子导条 相互作用，产生感应 电动势和电流。
感应电机的性能参数
额定功率
电机在额定工作条件下输出的 功率。
效率
电机输出功率与输入功率的比 值，表示电机的能量转换效率 。
温升
电机运行过程中产生的热量导 致电机温度升高，温升与电机 性能和使用寿命有关。
启动电流
电机启动时输入的电流值，启 动电流过大可能导致电网电压
05
案例分析
案例一：某工厂的感应电机应用案例
总结词：实际应用
第五章 感应电机
Machine
序言
★用途：感应电机主要用作电动机，是应用最广泛的一种电动机， 拖动各种生产机械。厂矿企业，交通工具，娱乐，科研，农业生 产，日常生活都离不开感应电动机。 ★类型:（1）按定子相数分有:单相/两相/ 三相感应电动机
（2）按转子结构分有：①鼠笼式感应电动机
②绕线式感应电动机 （3）各种控制用电动机。
电机学 Electric
Machine
§ 5.2.1 三相感应电动机的空载运行
空载运行:是指定子三相绕组接到额定频率、额定 电压的三相电源上，转子轴上不带机械负载而空 转的运行状态。 特点:空载时转子转速非常接近旋转磁场的同步转速, 因此转子的感应电动势和电流近似为零。 即：空载的情况下：n ≈ ns，E2≈0， I2≈0
电机学 Electric
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1、电磁现象
m
E1A E
1B
U1A I1A F1A U1B I1B F1B U1C I1C F1C
E1C E2a I 2 a 0 E2b I 2b 0 E2c E I 2c 0
F1
1A
电机学 Electric
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§5.1 三相感应电机的结构和运行状态
一、三相感应电机的结构
电机学 Electric
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电机学 Electric
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电机学 Electric
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1、定子（stator)
由定子铁心、定子绕组和机座三部分组成。 特点：-三相对称交流绕组，下线在定子铁芯中 -铁心：用硅钢片叠成，“内圈开槽”
Machine
三、三相感应电动机的额定值（铭牌数据）
第五章 感应电机
第1节 三相感应电机的基本工作原理和结构
5.1.1 三相感应电机的运行状态 感应电机是通过定子绕组的三相电流产生旋转磁场，再利 用电磁感应原理，在转子绕组内感生电流，由气隙磁场与 转子感应电流相互作用产生电磁转矩，以进行能量转换。 感应电动机的转速恒小于或高于旋转磁场转速ns ，即n≠ns 是感应电动机工作的必要条件，因此感应电机又称为异步 电机。
规格代号是用中心高、铁芯外径、机座号、机座长度、铁 芯长度、功率、转速或极数表示。
例如，Y112M-2的“Y”为产品代号，代表感应电机；“112” 代表机座中心高为112mm；“M”为机座长度代号(S、M、L分 别表示短、中、长机座)；“2”代表磁极数为2，即两个磁
第1节 三相感应电机的基本工作原理和结构
第1节 三相感应电机的基本工作原理和结构
5.1.2 三相感应电机的基本结构 2）转子部分 ①笼型转子 在转子铁芯的每一个槽中，插入一根裸导条， 在铁芯两端分别用两个短路环把导条连接成一个整体，形 成一个自身闭合的多相对称短路绕组。 大型电机则采用铜导条; 中、小型电机的笼型转子一般都采用铸铝的。
a)铜条转子结构
第1节 三相感应电机的基本工作原理和结构
5.1.2 三相感应电机的基本结构 基本结构均由定子和转子两大部分组成，转子装在定子腔 内，定、转子之间有一缝隙，称为气隙。 1）定子部分 定子部分主要由定子铁芯、定子绕组、机座等部分组成。
（1）定子铁芯 定子铁芯是电机磁路的一部 分，为减少铁芯损耗，一般 由0.5mm厚的导磁性能较好的 硅钢片叠压而成，安放在机 座内。在定子铁芯冲有嵌放 绕组的槽，故又称为冲片。
PN 3U N I N cos N
(5-3)
第1节 三相感应电机的基本工作原理和结构
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
第五章 感应电机
按照转差率的大小和正负，感应电机有电动机、发电机和电 磁制动三种工作状态。
图中NS表示气隙旋转磁场，转子导体内有感应电动势和转子电流的 有功分量。
电动机状态：
转子转速低于旋转磁场的转速(ns>n>0)， 转差率0<s<1。 设定子三相电流产生的气隙旋转磁场为逆时 针旋转，按右手定则，可判断转子导体“切 割”气隙磁场后的感应电动势方向。 由于转子导体是短路的，感应电动势会产生 电流，转子电流的有功分量应与转子感应电 动势同相。
2.3 额定值
感应电动机的额定值有： 1、额定功率PN:指额定运行时输出的机械功率。 2、额定电压U1N:指额定运行状态下，定子绕组应加的线电压。 3、额定电流I1N:指额定运行状态下，输出额定功率时，定子绕 组中的线电流。 4、额定功率fN：工频规定为50Hz。 5、额定转速nN:指电机在额定运行时的转速。 除上述数据外，铭牌上还标有额定运行时的功率因数、效率、温升、 定额等。 对绕线型还标出转子电压和转子额定电流等数据。
漏磁通分类：槽漏磁、端部漏磁和谐波漏磁。
端部漏磁
端漏磁通
气隙中的高次谐波磁场(空间谐波)它们 也通过气隙，但是在转子绕组中感应的 电动势和电流的频率与主磁通不同。另 一方面，它们将在定子绕组中感应基波 频率的电动势，其效果与定子漏磁相似。 (v次谐波的极对数为vp，转速为n1/v，所 以频率fv=vpn1/60v=f1)
机座
笼型
绕线型
笼型转子 笼型转子是一个自行闭合的绕组， 由插入到转子槽中的导条和两端的 端环构成。 小型笼型电机一般采用铸铝转子； 对中大型电机，由于铸铝质量不易 保证，一般采用铜条插入转子槽内， 再在两端焊上端环的焊接式结构。 绕线型转子 转子槽内嵌有三相绕组，通过集电 环和电刷与外电路接通。这样可以 在转子绕组中接入外加电阻，改善 起动和调速性能。此种结构较笼型 复杂，只用于起动性能要求较高和 调速的场合
第05章 感应电机1(讲解)
五、国产电动机简介
1953年参照前苏联的A、AO系列设计了J、JO系列电机。 1961年全国统一设计了J2、JO2系列，采用了E级绝缘，提高 了性能。1971年起，设计了JO3系列电机，与老产品相比， 重量平均减轻25.2%，起动转矩提高34.5%。1979年开始，组 织了Y系列电动机的统一设计，采用B级别绝缘。上世纪90年 代，又设计了替代Y系列电动机的Y2系列，与Y系列相比，Y2 系列提高了防护等级和绝缘等级，安装尺寸及功率等级符合 IEC标准。目前已完成了Y3系列的设计，Y3系列电机全部采 用冷轧硅钢片，具有效率高、噪音低、起动性能好等优点。
图7- 4 三相异步电动机定子绕组的接法 a）Y形接法 b）Δ形接法
高压大、中型容量的异步电动机三相定子绕组通常采用Y接法，
只有三根引出线。
中、小容量的低压异步电动机，通常把定子三相绕组的六根出
线头都引出来，根据需要可接成Y形或Δ形。
-13-
三相定子绕组可接成星形接法或三角形接法
(a) 星形接法
感应电动机接线板
5-2 三相感应电动机的磁动势和磁场
一、空载运行时的磁动势和磁场
1. 定子磁动势
当三相感应电动机的定子绕组接到三相对称的电源上时，
定子绕组里就会有三相对称电流is流过，产生的定子合成磁动
势是圆形旋转磁动势Fs :
Fs (x,t)
Fsm
cos(t
πx
)
其中，幅值Fsm为 :
Fsm
3 2
4 π
2 2
铜条笼 型转子
铸铝笼 型转子
-18-
根据加工工艺的不同，鼠笼转子分为铸铝式和焊接式两种
(a) 鼠笼式焊接转子
鼠笼转子
(b) 鼠笼式铸铝转子
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定、转子铁心及气隙
定子铁心
定子铁心
定子铁心与机座
定子冲片
定、转子冲片
扇形冲片
成型线圈
散嵌线圈
机座
5-1 感应电机的结构
三相定子绕组可接成星形接法或三角形接法
(a) 星形接法
感应电动机接线板
( b)三角形接法
5-1 感应电机的结构
二、转子
转子由转子铁心、转子绕组和转轴等组成，转子绕组 也是电路的一部分，有鼠笼式和绕线式两种形式 。
补充例题
一台三相感应电动机，额定功率100kW，额定电压6000V， 额定频率50Hz,额定转速2910r/min，额定功率因数0.90，额 定效率0.92，定子绕组为三相双层绕组，三角形接法，定子 槽数60，每线圈匝数10，并联支路数1。
试求：（1）电机的额定电流；（2）电机的同步转速和额定 转差率；（3）转子电流的频率，转子基波磁动势相对于转 子的转速、相对于定子的转速；（4）要求有效削弱五次和 七次谐波磁动势时，选取定子绕组的节距；（5）额定运行 时定子绕组产生的基波、三次谐波、五次谐波和七次谐波合 成磁动势的幅值。
转子冲片
5-2 感应电机的工作原理和运行状态
一、感应电动机的工作原理
感应电动机工作原理 是建立在电磁感应定律和 电磁力定律基础上。
三相对称绕组 三相对称电源
三相对称电流
感应电动机工作原理
圆形旋转磁动势 圆形旋转磁场 切割转子导体产生感应电动势
产生转子电流 驱动负载旋转
电流在磁场中受力 电能转换为机械能
5-2 感应电机的工作原理和运行状态
感应电机的三种运行状态
5-2 感应电机的工作原理和运行状态
三、感应电动机的额定值
感应电动机的额定值及有关技术数据主要有：
（1）额定功率：指额定运行时输出的机械功率，单位为W或kW； （2）额定电压：指额定运行状态下定子绕组应加的线电压，单位为V或
kV； （3）额定电流：指额定电压和额定功率下运行时的定子绕组线电流，单
位为A或kA； （4）额定频率：指电动机供电电压的频率。我国规定工频为50Hz； （5）额定转速：指电机额定运行时的转速，单位为 r/min。
N
5-2 感应电机的工作原理和运行状态
除此以外，铭牌上还标出额定运行状态下的功率因数、 效率、相数、接线方式和温升等。对绕线式电机，还应标出 定子外加额定电压时的转子开路电压和转子额定电流等。
5-1 感应电机的结构
感应电机主要由静止的定子和转动的转子两大部分组成， 定、转子之间有一很小的空气隙。
一、定子
定子铁心是主磁路的一部分，铁心由0.5mm厚的硅钢片 叠成，在定子铁心内圆上有均匀分布的槽，用来嵌放定子绕 组。定子铁心采用的槽形主要有：半闭口槽、半开口槽和开 口槽。
(a) 半闭口槽 (b) 半开口槽 (c) 开口槽 感应电动机的定子槽形
第五章 感应电机
第1节 感应电机的结构 第2节 感应电机的工作原理和运行状态 第3节 三相感应电动机的磁动势和磁场 第4节 三相感应电动机的基本方程、相量图和等效电路 第5节 三相感应电动机的参数测定 *第6节 鼠笼转子参数的计算 第7节 感应电动机的功率关系、功率方程和转矩方程
第五章：感应电机
第8节 感应电动机的电磁转矩及机械特性 第9节 感应电动机的工作特性及其计算 *第10节 感应电动机的起动及深槽和双笼电机 第11节 感应电动机的调速 *第12节 特殊感应电动机 *第13节 感应发电机 *第14节 感应电动机在不对称电压下的运行分析
空载磁动势和磁场
5-3 三相感应电动机的磁动势和磁场
2、主磁通、定子漏磁通和感应电动势 根据磁通通过的路径的不同，将磁通分为两部分：主磁
对于三相感应电动机，额定功率为
PN 3UN I N cosNN
式中 cosN 、 N 分别为额定运行时的功率因数和效率。
5-2 感应电机的工作原理和运行状态
四、国产电动机简介
1953年参照前苏联的A、AO系列设计了J、JO系列电机。 1961年全国统一设计了J2、JO2系列，采用了E级绝缘，提高 了性能。1971年起，设计了JO3系列电机，与老产品相比， 重量平均减轻25.2%，起动转矩提高34.5%。1979年开始，组 织了Y系列电动机的统一设计，采用B级别绝缘。上世纪90年 代，又设计了替代Y系列电动机的Y2系列，与Y系列相比，Y2 系列提高了防护等级和绝缘等级，安装尺寸及功率等级符合 IEC标准。目前已完成了Y3系列的设计，Y3系列电机全部采 用冷轧硅钢片，具有效率高、噪音低、起动性能好等优点。
产生电磁转矩 转子旋转5源自2 感应电机的工作原理和运行状态二、感应电机的运行状态
设感应电机的转速为n，旋转磁场的转速为同步速ns， 二者之间的相对速度称为转差速度，定义转差速度与同步 速之比为转差率s 。
s ns n ns
转差率是感应电机的一个重要参数，根据其正负和大小 可以判断电机的运行状态，感应电机的运行状态分为电动机 运行状态、发电机运行状态和电磁制动运行状态三种 。
F1
1.35
N1k w1 p
I10
在F1作用下产生气隙磁场Bm，Bm沿气隙圆周正弦分布并以同步转速旋转
5-3 三相感应电动机的磁动势和磁场
空载运行时定子磁动势F1近似为产生气隙主磁场的激磁 磁动势Fm，空载电流 I10 近似等于激磁电流 Im （空载时转子 电流很小可忽略不计） 。
空载电流包括两部分， 绝大部分是用来产生旋转磁 场，称为磁化电流，为无功 分量；小部分用以供给空载 损耗，为有功分量。
5-3 三相感应电动机的磁动势和磁场
本节分析空载和负载时感应电机的磁动势和磁场
一、空载运行时的磁动势和磁场
1、空载磁动势和空载电流
感应电动机空载时，将定子绕组接至对称三相电压，
便有对称三相电流 I10 在定子绕组中流过，该电流称为空载 电流。若不计谐波磁动势，则该定子电流建立一基波旋转
磁动势F1，其幅值为
根据加工工艺的不同，鼠笼转子分为铸铝式和焊接式两种
(a) 鼠笼式焊接转子
(b) 鼠笼式铸铝转子 鼠笼转子
5-1 感应电机的结构
绕线式转子绕组和定子绕组相似，在转子槽内嵌有三相 绕组，通过滑环、电刷与外部接通 。
绕线式转子
鼠笼型转子铁心
铸铝式鼠笼绕组
鼠笼转子
绕线式转子铁心
绕线式电机转子
轴