电机学第6章 三相异步电机的功率、转矩和运行性能
异步电动机的功率、转矩与运行性能
维护保养
安全操作
运行监测
环境适应
定期对异步电动机进行维护保养，包 括清洁、润滑、检查等，确保其正常 运行。
Байду номын сангаас
对异步电动机的运行状态进行实时监 测，发现异常及时处理，防止故障扩 大。
06
CATALOGUE
异步电动机的发展趋势与未来展望
技术创新
01
高效电机设计
通过优化电机设计，提高异步电 动机的运行效率和功率密度，降 低能耗。
定的品牌和型号。
功率匹配
确保所选异步电动机的功率与实际负 载需求相匹配，避免过大或过小的功 率选择。
经济性
在满足性能要求的前提下，选择性价 比高的异步电动机，降低运行成本。
使用注意事项
在使用异步电动机时，应遵循安全操 作规程，避免发生触电、机械伤害等 安全事故。
根据实际使用环境，如温度、湿度、 海拔高度等，选择合适的异步电动机 或采取相应的防护措施。
异步电动机的功率 、转矩与运行性能
contents
目录
• 异步电动机的基本原理 • 异步电动机的功率特性 • 异步电动机的转矩特性 • 异步电动机的运行性能 • 异步电动机的应用与选型 • 异步电动机的发展趋势与未来展望
01
CATALOGUE
异步电动机的基本原理
工作原理
异步电动机是利用电磁感应原理工作的旋转电机。当 三相交流电通过定子绕组时，产生旋转磁场，该磁场
最大转矩
最大转矩
异步电动机在运行过程中能够承受的最大瞬时转矩。
影响因素
最大转矩与电动机的设计、制造工艺和使用环境等因 素有关。
意义
最大转矩决定了电动机承受突然负载变化的能力，是 电动机安全运行的重要指标。
三相异步电动机的功率、转矩和运行特性
19
1.电磁转矩表达式
电磁转矩物理表达式
T
CT
m
I
' 2
cos 2
表明：三相异步电动机的电磁转矩是由
主磁通
与转子电流的有功分量
I
' 2
cos
2
相互作用产生的。
结论：T为m、I2’及cos2的函数，当异步电 动机起动时，转子边电路cos2很低，尽管此
时I2’很大，电磁转矩T却不大。 20
1.电磁转矩表达式
s ( r2)2
s
xk2
令 dT 0，求出当T最大时的转差率sK。
dS
28
3.最大电磁转矩、起动转矩、额定转矩
（2）最大电磁转矩 Tmax
sk
C1r2 r12 (x1 C1x2 )2
Tmax
m1 pU12
2 f1
2C1 (r1
1 r12 (x1 x2 )2 )
sk
r2 xk
C1 1 Tmax
总机械功率与电磁功率的关系：
Pm (1 s)Pem
电磁功率、总机械功率与转子铜耗的关系：
Pem : Pm : pCu2 1: (1 s) : s
11
1.功率平衡方程
几个重要关系
pcu2 s Pem
Pm 1 s Pem
结论：从气隙传递到转子的电磁功率分为两部分，一 小部分为转子铜损耗，绝大部分转变为总机械功率。 转差率越大，转子铜损耗就越多，电机效率越低。因 此正常运行时电机的转差率均很小。
40
5.稳定运行问题
机械负载类型
恒转矩负载：转矩与转速无关，TL=C。
离心式负载：n, TL ，如：风机、水泵。
负载性质不同，电机稳定运行区域不一样。
三相异步电动机工作特性
传递到转子的电磁功率部分将消耗于转子绕组的电阻上，这部 分功率称为转子绕组铜耗PCu2。
PCu2=3I22R2
式中 I2---三相异步电动机转子绕组相电流； R2---三相异步电动机转子绕组相电阻。
三相异步电动机的功率和转矩平衡关系
三相异步电动机中功率、损耗的含义
传递到转子的电磁功率减去转子铜耗余下的功率，称为全机械 功率P全。 P全=PM-PCu2 电动机转子转动时会产生轴承摩擦及风阻等阻力转矩，为克服 此阻力转矩将消耗一部分功率，这部分功率称为机械损耗PΩ。
三相异步电动机的机械特性
回顾
1、三相异步电动机的功率和转矩平衡关系 功率、损耗的含义；功率平衡关系；转矩平衡方程。 2、三相异步电动机的运行特性 转速n、电磁转矩T、定子电流I1 、定子功率因数cosφ1以及效率η 随着输出功率P2而变化的关系曲线。 3、三相异步电动机的机械特性 当三相异步电动机的外加定子电压及频率不变，转差率s变化时， 电磁转矩T的变化规律曲线T=f（s）。
式中
p---极对数；
U1---电动机相电压； f1---定子频率； r1，x1σ---定子绕组的电阻和电抗； r2’ ， x2σ’---转子绕组的折算电阻和电抗。
三相异步电动机的机械特性
机械特性曲线
T
Tmax Tq TN n0 a nN
n
b
0
sm
1
s
0
TN Tq
Tmax
T
（a）T=f（s）曲线
（b）n=f（T）曲线
式中 R1---三相异步电动机定子绕组相电阻。
三相异步电动机的功率和转矩平衡关系
三相异步电动机中功率、损耗的含义
输入功率的另外小部分将消耗于定子铁芯上，该部分称为铁耗 PFe。转子铁芯损耗可忽略不计。
三相异步电动机的电磁转矩和机械特性
利用先进的传感器、控制器和算法，实现三相异 步电动机的智能控制，提高电机响应速度和运行 稳定性。
集成化设计
将电机、减速器和控制器等部件集成在一起，形 成紧凑、高效的一体化系统，降低整体能耗和成 本。
面临的挑战与问题
效率与能耗
尽管三相异步电动机在许多领域已经取得了显著的节能效果，但在 高负载、高转速等极端工况下，仍存在较大的能耗和效率提升空间 。
电磁转矩的大小取决于定子电流的幅值、频率、电动机的磁路结构、转子电阻以 及气隙长度等因素。
电磁转矩的影响因素
定子电流
电源频率
定子电流的大小直接影响电磁转矩的大小 。随着电流幅值的增加，电磁转矩将增大 。
电源频率的变化也会影响电磁转矩的大小 。随着频率的升高，旋转磁场的转速增加 ，导致转子电流和电磁转矩的增大。
改变转差率调速
通过改变转差率的大小来调节 电动机的转速，实现有级调速 。
改变极对数调速
通过改变电动机的极对数来调 节转速，实现有级调速。
转子电阻调速
通过改变电动机转子电阻的大 小来调节转速，实现有级调速
。
控制策略与实现
矢量控制
通过控制电动机的励磁和转矩来实现 精确控制，常用在高性能的调速系统 中。
负载转矩
负载转矩的变化对电动机的转速和转矩也有显著 影响，负载增大，转速下降，转矩增大。
电机参数
电机的参数如电阻、电感等也会影响机械特性， 这些参数的变化会导致电动机性能的变化。
机械特性的应用场景
调速控制
通过改变电源电压或频率，可以实现对电动机转速的精确控制， 广泛应用于各种需要调速的场合。
负载匹配
三相异步电动机可以通过直接启 动、降压启动或软启动等方式启
三相异步电动机的功率和转矩
三相异步电动机的功率和转矩异步电动机的机电能量转换过程和直流电动机相似。
其机电能量转换的关键在于作为耦合介质的磁场对电系统和机械系统的作用和反作用。
在直流电机中，这种磁场由定、转子双边的电流共同激励，而异步电机的耦合介质磁场仅由定子一边的电流来建立。
这种特殊性表现为直流电机的气隙磁场是随负载而变化，由此发生了所谓电枢反应的问题，而异步电机的气隙磁场基本上与负载无关，故无电枢反应可言。
尽管如此，异步电动机由定子绕组输入电功率，从转子轴输出机械功率的总过程和直流电动机还是一样的。
不过在异步电动机中的电磁功率却在定子绕组中发生，然后经由气隙送给转子，扣除一些损耗以后，在轴上输出。
在机电能量转换过程中，不可避免地要产生一些损耗，其种类和性质也和直流电机相似，这里不再分析。
下面仅就功率转换过程加以说明，然后导出功率方程式和相应的转矩方程式。
一、功率转换过程异步电动机在负载时，由电源供给的、从定子绕组输入电动机的功率为P1，从图4—12所示的等值电路可看出，P1的一小部分消耗于定子电阻上的定于铜耗P Cu1，又一小部分消耗于定子铁心中的铁耗ｐＦ，余下的大部分电功率借助于气隙旋转磁场由定子传送到转子，这部分功率就是异步电动机的电磁功率。
它和直流电机中的电磁功率稍有不同。
前者是靠电磁作用而传递的功率，后者由电磁作用而转换的功率。
异步电动机中的电磁功率传送到转子以后，必伴生转子电流，有电流在转子绕组内通过，在转子电阻上又发生了转子铜耗ｐCu2。
在气隙旋转磁场传递电磁功率的过程中，与转子铁心存在着相对运动，旋转磁场切割着转子铁心，理应引起转子的铁心中的铁耗，但实际上由于异步电动机在正常运行时，转差率很小，即气隙旋转磁场与转子铁心相对运动很小，以致转子铁心中磁通变化频率很低，通常仅1～3Hz／s，所以转子的铁耗可以略去不计。
这样．从定子传递到转子的电磁功率仅须扣除转子钢耗，便是使转子产生旋转运动的总机械功率p mec。
三相异步电动机的机械特性
三相异步电动机的机械特性引言三相异步电动机是目前工业用电动机中广泛使用的一种电机，具有结构简单、成本低、效率高等优点。
本文将着重介绍三相异步电动机的机械特性，包括转速、转矩、效率等方面。
转速三相异步电动机的转速主要取决于供电电源的频率和极对数。
一般来说，三相异步电动机的额定转速为每分钟1450转或每分钟2900转，对应的供电电源频率分别为50Hz和60Hz。
除了额定转速外，三相异步电动机还有超额定转速和滑差转速。
超额定转速是指电机的转速高于额定转速，通常只能在短时间内工作，例如起动前的转速提高。
滑差转速是指电动机在空载时的转速，通常比额定转速略高一些。
转矩三相异步电动机的转矩可以分为起动转矩、额定转矩和最大转矩三种。
起动转矩是指电动机在启动时需要克服惯性负载等因素所需的转矩，通常是额定转矩的23倍。
额定转矩是指电机在额定工作条件下所需的转矩，通常为电机的额定输出功率与额定转速的乘积除以转子的转速。
最大转矩是指电机可2倍。
以承受的最大转矩，通常为额定转矩的1.5效率三相异步电动机的效率是指输出功率与输入功率的比值，通常用百分比表示。
三相异步电动机的效率通常在75%~95%之间，其中额定效率是指在额定工作条件下的效率，是电机最重要的性能指标之一。
三相异步电动机的效率取决于多种因素，包括电机本身的设计、工作条件、负载特性等。
在实际应用过程中，为了提高三相异步电动机的效率，可以采取如下措施：1.选择合适的电机型号和规格；2.优化电机的设计参数，例如提高功率因数、降低铁损和电阻损耗等；3.选择合适的工作条件，例如控制负载、降低温度等；4.定期维护和检查电机，保持电机状态良好。
三相异步电动机是工业应用最广泛的电动机之一，具有转速稳定、转矩大、效率高等优点。
本文介绍了三相异步电动机的机械特性，包括转速、转矩和效率等方面，希望对读者理解和应用三相异步电动机有所帮助。
三相异步电动机ppt课件
三相异步电动机的工作原理
通对入称对称三相三绕相电组流三相交流电能
旋转磁场 (磁场能量)
转子绕组在磁场中 转子绕组中 受到电磁力的作用 产生 e 和 i
磁场绕组切 割转子绕组
转子旋转起来 输出机械能量
机械负载 旋转起来
返 回 上一节 下一节 上一页 下一页
三相异步电动机的基本原理
• 基本原理——在定子绕组中，通入三相 交流电所产生的旋转磁场与转子绕组中 的感应电流相互作用产生的电磁力形成 电磁转矩，驱动转子转动，从而使电动 机工作。
便形成一个合成磁场，如图
所示，可见此时的合成磁场
是一对磁极（即二极），右
边是N极，左边是S极。
两极旋转磁场示意图
i iu
iv
0
3
三相电流波形
iw
3
iu
t
V2 U1
W2
W1 U2
V1
V2 U1
W2
W1
U2 V1
Hale Waihona Puke V2U1 W2W1 U2
V1
t= 0
Iu=Im
t =
Iv=Im
t
=
Iw=Im
• 空间120度 对称分布的三相绕组通过三相对称的交流电流时， 产生的合成磁场为极对数p=1的空间旋转磁场，每电源周期旋 转一周，即两个极距；
旋转方向：取决于三相电流的相序。
Im
i1 i2 i3
L1
i1
O
t
旋转磁场是沿着：
U1
V1
W1
L2 i2 W1
L3
i3
V2
U1
W2 U2 V2 V1
U1 W2
◆ 与三相绕组中的三相电流
三相异步电动机的电磁转矩及机械特性
电动机起动时有最大转矩，可令sk=1 ，则起动 转矩为最大转矩时转子回路所串的电阻应为：
rs xk r2
16
1、三相绕线式异步电动机转子回路串电阻后，下 列参数将如何变化？ （1）起动电流 （2）起动转矩 （3）最大转矩 （4）临界转差率
减小，增大，不变，增大
17
2、若频率为50HZ的三相异步电动机接在频率为 60Hz的电网上运行，电动机下列参数将如何变化？ （1）起动转矩； （2）最大转矩； （3）起动电流。
最大电磁转矩与电源电压平方成正比；临界转差 率与电源电压无关。
转子回路电阻越大，临界转差率越大；最大电磁 转矩与转子电阻无关。
频率越高，最大电磁转矩和临界转差率越小；漏 抗越大，最大电磁转矩和临界转差率越小。
13
3.最大电磁转矩、起动转矩、额定转矩
Tmax
pm1
1
U12
1 2 xk
注意：
（1）三相异步机的 Tmax和电压的平方成正比，所
（2）最大电磁转矩 Tmax 最大转矩:电机带动最大负载的能力。
TL Tmax，电机因带不动负载而停转。
电磁转矩
r2
T
pm1
2 f1
U12
s ( r2)2
s
xk2
令 dT 0，求出当T最大时的转差率sK。
dS
10
3.最大电磁转矩、起动转矩、额定转矩
（2）最大电磁转矩 Tmax
sk
C1r2 r12 (x1 C1x2 )2
Tmax
m1 pU12
2 f1
2C1(r1
1 r12 (x1 x2 )2 )
sk
r2 xk
C1 1 Tmax
m1 pU12
三相异步电动机的工作特性
三相异步电动机的工作特性三相异步电动机是一种常见的电机类型，广泛应用于工业、农业、交通运输等领域。
其工作特性主要包括以下几个方面：1.转速特性三相异步电动机的转速与电源频率、电机极数、转差率等因素有关。
在额定负载范围内，电机转速与电源频率成正比，极数越多转速越低。
此外，转差率的变化也会影响电机的转速。
一般来说，电机的转差率在0.01-0.05之间。
2.转矩特性三相异步电动机的转矩与电源电压、电流、磁通量等因素有关。
在额定电压和电流下，电机的转矩与磁通量成正比。
随着负载的增加，电流也会增加，进而导致转矩增大。
但是，当负载超过额定负载时，电机会过载，电流和转矩会超出额定范围，导致电机受损。
3.功率因数特性三相异步电动机的功率因数与负载性质、电源电压、电流等因素有关。
在空载时，电机的功率因数较低；随着负载的增加，功率因数也会逐渐提高。
当负载达到某一值时，电机的功率因数达到最大值；当负载继续增加时，功率因数会逐渐降低。
4.效率特性三相异步电动机的效率与负载性质、电源电压、电流等因素有关。
在空载时，电机的效率较低；随着负载的增加，效率也会逐渐提高。
当负载达到某一值时，电机的效率达到最大值；当负载继续增加时，效率会逐渐降低。
5.温升特性三相异步电动机的温升与负载性质、环境温度、散热条件等因素有关。
在额定负载范围内，电机的温升与工作时间成正比；超过额定负载时，电机的温升会急剧上升，导致电机受损。
因此，使用时要注意控制负载和工作时间，保证电机在安全范围内运行。
6.启动特性三相异步电动机的启动方式有多种，如直接启动、降压启动等。
直接启动时，启动电流较大，会对电网造成一定冲击；降压启动时，启动电流较小，可以减少对电网的冲击。
但是，降压启动时需要使用启动设备或其他辅助设备，增加了使用成本和维护工作量。
7.调速特性三相异步电动机的调速可以通过改变电源频率、电压等方法来实现。
但是，这些方法都存在一定的局限性，如变频调速虽然可以方便地实现调速，但成本较高且对电网有一定的影响。
异步电动机的功率、转矩与运行性能
异步电动机的功率、转矩与运行性能三相异步电动机的功率与转矩关系一、功率关系异步电动机在负载时，负载时，P 1 从电源输入的电功率借助于气隙旋转磁场的作用，作用，从定子通过气隙P M 传送到转子，传送到转子，这部分功率称为电磁功率P mec再扣除转子的机械损耗pmec 再扣除转子的机械损耗P 和杂散损耗，可得转子轴 2 和杂散损耗p , 上输出的机械功率P2 上输出的机械功率消耗于定子绕组的电阻而变成铜耗pCu1消耗于定在转子电子铁心变阻上消耗为铁耗的铜耗pFepCu2pmec + p 正常运行时，转差率很小，正常运行时，转差率很小，转于中磁通的变化频率很低，于中磁通的变化频率很低，通常仅1~ 常仅~3Hz,所以转子铁耗，一般可略去不计。
因此，一般可略去不计。
因此，从传送到转子的电磁功率中扣除转子铜耗后，子铜耗后，可得转换为机械能的总机械功率功率方程式P = 3U1 I1 cos 1 1pcu1 = 3I R12 1PM : pCu 2 : Pm = 1: s : (1 s )可见，转速n越低，s越大，转子铜耗越大'2 2 ' 2pFe = 3I 02 RmR PM = P pCu1 pFe = 3I 1 s ' ' ' PM = 3E2 I 2 cos 2 = 3E2 I 2 cos 2′ ′ pcu 2 = 3I 22 R2 = sPMPm = PM pCu 2 = (1 s ) PM 转差功率P2 = Pm ( pm + pa )二、转矩关系功率等于相应的转矩与机械角速度的乘积。
功率等于相应的转矩与机械角速度的乘积。
P = T Pm = P2 + pm + paT = T2 + Tm + Ta = T2 + T0空载转矩电磁转矩电动机输出的机械转矩机械损耗转矩附加损耗转矩n Pm = (1 s ) PM = PM = PM 1 n1Pm PM = =T 1电磁转矩既等于总机械功率除以转子的机械角速度，电磁转矩既等于总机械功率除以转子的机械角速度，也等于电磁功率除以旋转磁场的同步角速度。
异步电机(6)功率转矩和运行特性
三、功率因数特性 cos1 f (P2 )
P2＝0
I1≈ Im＝ I0
cos1 很小 0.2
如图所示
P2↑
I2a↑
I1a ↑
cos1
s↑ n↓
2
tg 1
sx2 r2
cos 2
I1r ↑
cos1
异步电动机的功率、转矩和运行特性
17.3 三相异步电动机的工作特性
四、转矩特性 T2 f (P2 )
Ⅰ象限，TM > 0 。
p发电机状态： S ＜ 0 ，即n > n1；第Ⅲ象
限，形状与电动机相同， TM ＜ 0 。
p电磁制动状态： S > 1，即 n ＜ 0 ；第Ⅰ
象限，为电动机转矩曲线的延长线。
异步电动机的功率、转矩和运行特性
17.2 异步电动机的转矩关系 三、电磁转矩的参数表达式和TM－s曲线
p下降段：近似直线。 s较小 (0~sm)→ r2′/s较大, r1和(x1+Cx2)可 忽略, 分母只有 (Cr2′/s)2， 约去分子中的 r2′/s， TM ∝s。
p同步点： s=0，即 n = n1, TM= 0 。
异步电动机的功率、转矩和运行特性
17.2 异步电动机的转矩关系 三、电磁转矩的参数表达式和TM－s曲线
T2
P2
P2
2n
转速变化不大,且有点下降,故
T 2 f ( P2 ) 是一条稍微上翘的曲线。
60
五、功率因数特性 f (P2 )
如图所示
P2 P2
P1 P2 p
p pCu1 pCu2 pad pFe pm
可变损耗
不变损耗
P2较小↑
η↑
P2较大↑
三相异步电动机的机械特性和各种运转状态专题培训课件
sm可以通过下式求出
smsN(KT KT21)
式中
sN
ns
nN ns
实用表达式
T
2 T m ax s sm
sm s
由于机械特性的实用表达式中的临界转差率 Smax在电机铭牌与产品技术手册中是查不到的， 因此实用表达式还存在不方便使用的问题。为 此还应利用已知条件推导临界转差率Smax。
R1
R2 s
2
U
2
X 1 X 2
2
sm
R2
R12 X1X22
s
2
R1
R12
X1
X
2
2
忽略 R1 得机械特性的实用表达式
T
2Tmax
1
sm
R1 R 2
s sm
sm s
2sm
R1 R 2
T 2Tmax s sm sm s
T n
P2
Te与n反向 n n s
s<0
E2s sE2 0 E 2 0
I2acos2 0 I2asin2 0
异步电动机在回馈制 动时的相量图
U 1 超前I 1 角度小于90度 φ < 90°
U 1 超前I 1 角度小于90度 90°< φ < 180°
电机电动状态时的相量图
于是，当s < sN时，电磁转矩Te与转差率s成正比。
三相异步电动机 的固有机械特性
工作区 T 2T m ax s sm
非工作区 （通风机负载除外）
第二节 三相异步电动机的固有机械特性 与人为机械特性
异步电动机的功率转矩与运行性能课件
02
效率计算公式为：效率 = （输出功率 / 输入功率）× 100%。
效率越高，表示异步电动机的能源利用效率越高，能够减少能
03
源浪费。
损耗分析
损耗是异步电动机运行过程中的能量损失，主要包括铁 损、铜损和机械损耗。
铜损是由于绕组中的电阻产生的能量损失。
铁损是由于铁芯的磁滞和涡流效应产生的能量损失。
机械损耗包括轴承摩擦、风阻等机械摩擦产生的能量损 失。
效率优化措施
采用高导磁材料，如电工纯铁 或硅钢片，降低铁芯的磁滞和
涡流效应，减少铁损。
选择合适的绕组材料和导线截 面，降低绕组中的电阻，减少
铜损。
优化机械设计，减少机械摩擦 和风阻，降低机械损耗。
采用先进的控制技术，如矢量 控制、直接转矩控制等，提高 异步电动机的运行性能和效率。
异步电动机的转速略低于旋转磁场的转速，因此被称为异步电动机。
异步电动机的转子转速与旋转磁场的转速之差称为转差率，它决定了电动机的效率。
结构特点
异步电动机主要由定子和转子两部分 组成。定子包括机座、绕组和铁芯等 部分，而转子则由转子铁芯、转子绕 组和转轴等部分组成。
异步电动机的结构简单、可靠，且维 护方便，因此在工业和民用领域得到 了广泛应用。
随着负载的增加，异步电动机的 功率和转矩也会相应增大，但当 负载超过一定值时，功率和转矩
的增加速度会减缓。
这是因为异步电动机在过载时会 出现效率下降、温升增加等问题，
从而影响其运行性能。
03
异步电动机的运行性能
启动性能
启动转矩
异步电动机在启动时需要克服静 摩擦力和惯性，因此需要较大的 转矩。启动转矩的大小取决于电
调速稳定性
三相异步电动机简介
三相异步电动机：作电动机运行的三相异步电机。
三相异步电动机转子的转速低于旋转磁场的转速，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而产生电动势和电流，并与磁场相互作用产生电磁转矩，实现能量变换。
与单相异步电动机相比，三相异步电动机运行性能好，并可节省各种材料。
按转子构造的不同，三相异步电动机可分为笼式和绕线式两种。
笼式转子的异步电动机构造简单、运行可靠、重量轻、价格廉价，得到了广泛的应用，其主要缺点是调速困难。
绕线式三相异步电动机的转子和定子一样也设置了三相绕组并通过滑环、电刷与外部变阻器连接。
调节变阻器电阻可以改善电动机的起动性能和调节电动机的转速。
原理当向三相定子绕组中通入对称的三相交流电时，就产生了一个以同步转速n1沿定子和转子内圆空间作顺时针方向旋转的旋转磁场。
由于旋转磁场以n1转速旋转，转子导体开场时是静止的，故转子导体将切割定子旋转磁场而产生感应电动势〔感应电动势的方向用右手定则判定〕。
由于转子导体两端被短路环短接，在感应电动势的作用下，转子导体中将产生与感应电动势方向根本一致的感生电流。
转子的载流导体在定子磁场中受到电磁力的作用〔力的方向用左手定则判定〕。
电磁力对转子轴产生电磁转矩，驱动转子沿着旋转磁场方向旋转。
通过上述分析可以总结出电动机工作原理为：当电动机的三相定子绕组〔各相差120度电角度〕，通入三相对称交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流〔转子绕组是闭合通路〕，载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电机旋转方向与旋转磁场方向一样。
交流三相异步电动机绕组分类单层绕组：单层绕组就是在每个定子槽内只嵌置一个线圈有效边的绕组，因而它的线圈总数只有电机总槽数的一半。
单层绕组的优点是绕组线圈数少工艺比拟简单；没有层间绝缘故槽的利用率提高；单层构造不会发生相间击穿故障等。
缺点则是绕组产生的电磁波形不够理想，电机的铁损和噪音都较大且起动性能也稍差，故单层绕组一般只用于小容量异步电动机中。
三相异步电动机的转矩
nN
b
T TN Tst Tmax
0
• 研究机械特性是分析为了分析电动机的运行性能。 在机械特性曲线上，要讨论三个转矩。
1. 额定转矩 TN 在电动机匀速转动时，其转矩T必须与阻力转矩TC 平衡，而阻力转矩包括负载转矩T2和空载损耗转矩 T0。一般T0很小，常可忽略，所以 n P2 a T T T T
n a n0 nN
TNTst Tmax 正常情况下，电动机都工作在 特性曲线的 ab 段，当负载转矩增加时，电动机转 速要降低，但对应的电磁转矩却要增加，因为 ab 段比较平坦，所以电动机的转速变化不大。这种 特征称为硬的机械特性。
P2 N 7.5 TN 9550 9550 nN 1440 49.7 N m
TN
一般电动机的过载系数为1.8~2.2。
3. 起动转矩 Tst
电动机刚起动 (n =0) 时的 转矩称为起动转矩
n
U1 < U1
U1
Tst K
2 R2U1 2 2 R2 X 20
U1
可见，起动转矩与 U12 及 R2有关，当电源电压降低时起 动转矩会减小；当适当增加转 子绕组的电阻会使起动转矩有 所增加。可有上式证明当R2 = X20时， Tst = Tmax ，及sm =1。 关于起动问题将在下节介绍。
§5-4. 三相异步电动机的转矩 与机械特性
• 电磁转矩 T 是三相异步电动机最重要的物理量之一， 机械特性是电动机的主要特性。对电动机进行分析往 往离不开这两方面内容。
一、转矩公式
异步电动机的转矩是由旋转磁场每磁极的磁通 与 转子电流I2相互作用产生的。它应与电磁功率成正 比，因而与转子的功率因数有关。于是 T I 2 cos 2 K T I 2 cos 2
三相异步电动机的电磁转矩和机械特性
TN Tst TmTem
例6.2 有两台功率相同的异步电动机，一台PN=7.5 kW， nN=962r/min，UN=380V，另一台PN=7.5 kW， nN=1450r/min，UN=380V，求电动机额定转矩。
解
第一台
TN
9550 PN nN
7.5 9550
962
74.45N
m
第二台
7.5
TN
9550 1450
49.4N
m
2. 最大转矩Tm
Tem
C
TU
2 1
R22
sR2 (sX20)2
令 dTem 0
dS
得临界转差率Sm
n
U1' U1
R2 X 20
0 代入得: n
sm
U1' U1
Tm
C
T
U
2 1
2X20
R2' R2
R2
R2'
0
Tem
sm R2而与U1无关
电动机能自动调节到新的
稳定运行状态。
0
如：在N点稳定运行，
TN Tst T2Tm Tem TN=T2，当T2，n, Tem ,
三相异步电动机的机械特性
Tem T2 时在D点稳定。
n
1. 额定转矩TN
n1
N
电动机额定运行时的转矩 nN
TN
9550 PN nN
PN 单位：千瓦（kW）
TN 单位：牛·米（N ·m） 0 nN 单位：转每分（r/min）
0 sN sm
TN 额定转矩 Tm 最大转矩 Tst 起动定转矩 S
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
习 TN为额定负载转矩
TN=PN/ΩN
供学 ③ 起动点：s=1 ，n=0，转子 仅 静止，Tem= Tst 。
sm
R2
R12 X1σ X 2σ 2
Tmax
4f1 R1
m1 pU12
R12
X1σ
X
2 σ
2
2014/11/11
10
起动转矩的几个重要结论
用 Tst
2πf1[(R1
pm1U 12 R2' R2' )2 ( X1σ
很低；
用
使 • 随着负载电流增大，输入电流中的有功分量也增大，功率因数逐渐升
高；
习 • 在额定功率附近，功率因数达到
最大值。
学
供 • 如果负载继续增大，则导致转子
漏电抗增大（漏电抗与频率成正比
仅 ），从而引起功率因数下降。
2014/11/11
16
五、效率特性
P2
用 P2 pcu1 pcu 2 pFe p pad
供学习使 Tem
Pem 1
m1 pU12
R2 s
2f1
R1
R2 s
2
X1σ
X
2 σ
2
仅 1. Tem与U12成正比。
2. f1↑→ Tem ↓。
3. 漏电抗Xk↑→ Tem↓。
2014/11/11
8
三、Tem-s曲线
在电压U1、频率f1为常数时，电机的参数可以认为是
用 常数，电磁转矩仅与s有关，其关系曲线Tem=f(s)如图所示 使
其中铜耗随着负载的变化而变化（ 与负载电流的平方正比）；铁耗和 机械损耗近似不变；
使 习
•可变损耗等于不变损耗时，电机
学 达到最大效率。 供 •感应电动机额定效率在74-94%之 仅 间；最大效率发生在(0.7-1.1)倍额
定功率处
2014/11/11
17
用 使 习 学 供 仅
2014/11/11
耗pFe。
2014/11/11
21
1. 空载等效阻抗
Z0 =U1／I0 R0= p0／3I02 X0=(Z02-R02)1/2
用 由于电动机空载，s≈0，转子支路近似开路，则
使 X0=Xm＋X1σ
习 即
Xm=X0－X1σ
学 式中，定子漏电抗X1σ将由短路试验测出。
供 在已知额定电压下铁耗pFe的情况下，励磁电阻
仅
2014/11/11
14
三、电磁转矩特性 T2 f P2
• 感应电动机的输出转矩
用
T2
P2
• 转速的变换范围很小，从空载
使 习
到满载，转速略有下降
学
供 • 电磁转矩（Tem=T2+T0）曲线 仅 为一个上翘的曲线。
2014/11/11
15
四、定子功率因数
• 空载时，定子电流基本上用来产生主磁通，有功功率很小，功率因数
第六章 三相异步电机的功率、转矩和性能
第一节 三相异步电动机的功率和转矩 一、功率平衡方程式
用 异步电机的功率和损耗在T型等效电路中的反映如图所示。 使
习 学 供 仅
2014/11/11
1
名称
符号
计算公式
输入电功率 定子绕组铜耗
铁耗
P1
P1=m1U1I1cosφ1
pCu1
pCu1 =m1 I12 R1
的转差s，可以由计算得到工作特性。对于已制成的异步
仅供 电动机，其工作特性也可以通过试验求得。
2014/11/11
13
一、 转速特性
随着负载功率的增加，电磁功率
增加， 转子电流需要增大，故随 输出功率的增大转差率增大、转
用
速下降。
使
二、定子电流特性 I1＝f（P2）
习
学 I1
I m
(
I
2
)
供 空载时电流很小，随着负载电流增大，电机的输入电流增大。
用 X'1σ=X2σ。考虑到X0=Xm+X1σ(空载试验)，可推导出
习使 R2
Rk
R1
X0 X0 Xk
X 1σ
X 2σ
1 2
Xk
学 对于大中型异步电机，由于Xm很大，励磁支路可以近似认为开路， 供 这时
仅 Rk=R1+R'2
X'1σ =X2σ=Xk／2
2014/11/11
24
第五节 笼型转子的相数和极对数
习 学 供 仅
2014/11/11
9
1. Tem全曲线与U12成正比。
2. 三个特殊点
用 ① 同步点：s=0，n=n1，旋转磁场相对于转子静止，Tem=0。
② 最大转矩点：s=sm ，临界转差率sm ，特点是与R2成正比，与Xk成
反比。 Tmax的特点是与R2无关。
使
过载倍数 kM kM=Tmax／TN
仅 pCu1
pCu2=m2 I22 R2
2014/11/11
2
名称 总机械损耗 机械损耗
附加损耗 输出机械功率
符号
计算公式
用 Pmec
Pmec=m2 I22 R2(1-s)／s
包括轴承摩擦损耗和通风损耗，主要与
pmec
使转速有关
习 难以准确计算，通常估算约为电机额定
pad
功率的0.5%～1%。
P2
仅
2014/11/11
5
Tem= Pmec/Ω =Pmec/(1-s)Ω 1 =Pem/Ω1
用 式中，Ω1=2πn1/60为同步角速度。上式说明，电磁
转矩等于电磁功率除以同步机械角速度，也等于总机械功
率除以转子机械角速度。
使
三、效率
习 学
供 η =(P2／P1)×100％
仅
2014/11/11
6
第二节 异步电机的电磁转矩
仅 n1相对于定子旋转。
2014/11/11
26
思考题与作业题
用
使
思考： 13-1~4
学习 习题： 13-1，13-2，13-3
供
仅
2014/11/11
27
供 压，空载电流逐渐减少，直到电动机转速发生明显下降， 仅 空载电流明显回升为止。在这个过程中，记录电动机的端
电压U1、空载电流I0、空载损耗p0、转速n。绘制空载特性
曲线如图所示。
2014/11/11
19
2014/11/11
• 由于异步电动机空载运行时
转子电流小，转子铜耗可以
用 忽略不计。在这种情况下，
用 pFe=m1 I02 Rm，在正常运行时，异步电动机
的转速接近同步转速，转子电流频率很低
使 pFe (0.5～2)Hz，转子铁耗可以忽略，因此异步
习 电动机的铁耗可近似认为等于定子铁耗。
电磁功率 转子绕组铜耗
Pem
Pem= P1-pCu1-pFe =pCu2+Pmec=m2 I22 R2／s借
学 助于气隙中旋转磁场由定子传递给转子的 供 功率
一、物理表达式
用 异步电机电磁转矩的物理表达式描述了电磁转矩与主磁通、
转子有功电流的关系。
使
习 Tem=CTΦmI2a
学 CT为与电机结构有关的常数；I2a=I2cosφ2为转子电流的有功
分量。
供
仅
2014/11/11
7
二、参数表达式
异步电机电磁转矩的参数表达式描述了电磁转矩与参数
用 的关系，由简化等效电路推导出表达式如下
Pk=f(Uk)，如图所示。根据短路特
供 性曲线，取额定电流点的Uk(相电压 仅 )、Ik(相电流)、Pk(三相短路损耗)。
2014/11/11
23
3. 短路等效阻抗计算
Zk =Uk／Ik
Rk=Pk／3Ik2
Xk=(Zk2-Rk2)1/2
根据短路时的等效电路，由于Xm>>Rm，忽略Rm，并近似认为
定子输入功率消耗在定子铜
使 耗m1I02R1、铁耗pFe、机械损 习耗pmec，空载附加损耗pad0上
学• p0=m1I02R1+pFe+pmec+pad0
供 • 从输入功率p0中扣除定子铜
仅
耗，得p'0
• p'0=p0-m1I02R=pFe+pmec+pad0
20
1. 机械损耗求法
损耗分离：在p'0的三项损耗中，机械损 耗pmec与电压U1无关，在电动机转速变
• 设转子总导条数为Z2(即转子槽数)，它在转子圆周上均匀 分布，导条两端被端环短路，整个结构是对称的。当一极
用 对数为p的旋转磁场Bm在气隙中旋转时，它依次切割转子 使 各导条，于是构成了一个对称的Z2相电动势系统，该电动 习 势作用在结构对称的笼型绕组上，产生对称的Z2相电流。 学 • 笼型转子相数等于转子导条数，即m2=Z2。 供 • 每相只有一根导条，故匝数等于1/2匝，绕组系数为1，即 仅 N2=1/2，kN2=1 。
18
第四节 异步电动机的参数测定
一、空载试验
• 如变压器一样，对于已制成的异步电机可以通过空载试验
用 和短路试验来测定其参数。 使 • 试验目的：测定励磁电阻Rm、励磁电抗Xm、铁耗pFe、机 习 械损耗pmec。 学 • 试验方法：试验时电机轴上不带负载，用三相调压器对电