電機及拖動系統(tǒng)課件：三相異步電動機基本原理與運行分析

3.1三相異步電動機的基本工作原理

3.2交流電機的定子繞組

3.3交流電機繞組的磁動勢

3.4交流電機繞組的電動勢

3.5三相異步電動機的穩(wěn)態(tài)模型

3.6三相異步電動機的參數(shù)測定

3.7三相異步電動機的功率、轉(zhuǎn)矩與工作特性

3.8三相異步電動機的機械特性

三相異步電動機基本原理與運行分析3.1三相異步電動機的基本工作原理異步電動機原理直流電動機原理3.1三相異步電動機的基本工作原理感應電動勢轉(zhuǎn)子導體切割磁力線產(chǎn)生感應電動勢，方向由右手定則確定。感應電流轉(zhuǎn)子導體本身形成閉合回路，繞組中會產(chǎn)生與電動勢方向一致的感應電流。電磁力有電流流過的轉(zhuǎn)子導體在磁場中受到電磁力的作用，方向按左手定則確定。電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)子導體受到的力形成一個順時針（或逆時針）方向的電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子隨著旋轉(zhuǎn)磁場順時針方向轉(zhuǎn)動。3.1三相異步電動機的基本工作原理交流電機是實現(xiàn)交流電能與機械能轉(zhuǎn)換的電機，可分為同步電機和異步電機兩大類。其中，異步電機包括異步發(fā)電機和異步電動機，但主要作電動機用。工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及居民生活中所用電動機，大部分是異步電動機。異步電動機在定子繞組內(nèi)通入對稱三相交流電，在氣隙中建立旋轉(zhuǎn)磁場，通過電磁作用帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。異步電動機轉(zhuǎn)子的機械轉(zhuǎn)速

n

與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速

n1

之間存在差異是電磁作用產(chǎn)生的基礎，異步電動機因此得名。1-轉(zhuǎn)子繞組；2-電刷；3-端蓋；4-滑環(huán)；5-定子繞組；6-定子鐵心；7-轉(zhuǎn)子；8-風扇；9-軸承；10-軸；11-接線盒圖3-1三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動機結(jié)構(gòu)圖3.1三相異步電動機的基本工作原理3.1.1三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)3.1三相異步電動機的基本工作原理圖3-2籠型三相異步電動機的分解圖3.1三相異步電動機的基本工作原理定子鐵芯銅條籠型轉(zhuǎn)子鑄鋁籠型轉(zhuǎn)子繞線轉(zhuǎn)子參考優(yōu)酷視頻：告訴你一個詳細的三相交流電機原理和制造過程-_標清.kux圖3-3定子鐵心與定子繞組3.1三相異步電動機的基本工作原理1.定子(1)機座：固定與支撐定子鐵心。(2)定子鐵心：內(nèi)圓上開槽，槽內(nèi)放置定子繞組。(3)定子繞組：由絕緣的銅（或鋁）導線繞成，可接成Y形或D形。圖3-4三相異步電動機的引出線圖3-5籠型轉(zhuǎn)子繞組3.1三相異步電動機的基本工作原理2.轉(zhuǎn)子：由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸組成。(1)籠型轉(zhuǎn)子：通過導電端環(huán)連接鐵心導條，形成自閉合的短路繞組。(2)繞線轉(zhuǎn)子：Y形對稱三相繞組，引出線分別接到軸上的三個滑環(huán)，

再通過電刷接外部電路。圖3-6繞線轉(zhuǎn)子異步電動機接線原理圖3.1三相異步電動機的基本工作原理3.1.2三相異步電動機的銘牌數(shù)據(jù)額定電壓

(V)，

額定電流

(A)，額定功率

(W)，

額定頻率

(Hz)，額定轉(zhuǎn)速

(r/min)式中，，分別為額定效率和功率因數(shù)。1.異步電動機的銘牌數(shù)據(jù)（3-1）其他各種類型的異步電動機，可查閱相關國家標準或電機工程手冊。3.1三相異步電動機的基本工作原理2.異步電動機的型號注明電機的類型、規(guī)格、結(jié)構(gòu)特征和使用范圍，例如一般用途的小型籠型異步電動機表示如下：

3.1三相異步電動機的基本工作原理3.1.3三相異步電動機的工作原理圖3-7三相異步電動機工作原理示意圖若存在一對旋轉(zhuǎn)磁極，轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速n1

，轉(zhuǎn)子自閉合導體中會產(chǎn)生感應電動勢和感應電流，并在電磁力的作用下跟隨旋轉(zhuǎn)磁極轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n

低于同步轉(zhuǎn)速。旋轉(zhuǎn)磁場是指極性和大小不變，在氣隙中以一定速度旋轉(zhuǎn)的磁場，定子繞組中通入對稱三相交流電，可在氣隙中形成類似圖3-7的旋轉(zhuǎn)磁場。3.1三相異步電動機的基本工作原理1.旋轉(zhuǎn)磁場的形成原理（3-2）圖3-8一對極旋轉(zhuǎn)磁場示意圖當電流變化一周時，合成磁場在空間也正好轉(zhuǎn)過一周；合成磁場相當于一對磁極旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場，由電流超前相轉(zhuǎn)向滯后相。3.1三相異步電動機的基本工作原理圖3-9兩對極旋轉(zhuǎn)磁場示意圖電流變化一周，旋轉(zhuǎn)磁場只轉(zhuǎn)過1/2周。若有p

對磁極，則電流變化一周，旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)過1/p

周。（3-3）（3-4）3.1三相異步電動機的基本工作原理2.異步電動機基本工作原理圖3-10異步電動機基本工作原理轉(zhuǎn)子的機械轉(zhuǎn)速n

與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n1

之間存在差異是電磁作用產(chǎn)生的基礎，轉(zhuǎn)差率s

：當定子三相繞組通入三相對稱交流電時，在電機的氣隙中會產(chǎn)生以同步轉(zhuǎn)速n1旋轉(zhuǎn)的磁場，相當于

p對磁極在空間旋轉(zhuǎn)。3.1三相異步電動機的基本工作原理例3-13.2交流電機的定子繞組3.2.1交流繞組的相關概念1）在一定導體數(shù)下，獲得較大的基波電動勢和基波磁動勢。2）電動勢和磁動勢波形力求接近正弦波，諧波分量盡量小。3）三相繞組應對稱，即三相繞組的結(jié)構(gòu)相同，阻抗相等，

空間位置互差120°電角度。4）用材省、絕緣性能好、機械強度高和散熱條件好，制造

工藝簡單，維修方便。1.對交流繞組的基本要求（3-5）3.2交流電機的定子繞組（1）電角度與機械角度2.交流繞組的基本概念電角度＝p×機械角度機械角度＝360°電角度＝360°

機械角度＝360°電角度＝720°

3.2交流電機的定子繞組（2）線圈圖3-11定子繞組線圈（3）極距與節(jié)距線圈是組成每相繞組的基本單元，由一匝或多匝導線串聯(lián)而成，有兩條有效邊和兩個引出端。已制成的定子繞組線圈極距τ是相鄰磁極軸線之間沿定子內(nèi)圓表面跨過的距離，通常用每個磁極所占的槽數(shù)表示。（3-6）節(jié)距y1

是一個線圈兩條有效邊所跨定子內(nèi)圓的距離，通常以槽數(shù)表示。節(jié)距接近極距，多采用短距。3.2交流電機的定子繞組（4）槽距角θ：相鄰槽沿定子內(nèi)圓相距的電角度。（5）每極每相槽數(shù)：每一個極下每相所占槽數(shù)。（3-7）圖3-12極距、槽距角、每極每相槽數(shù)示意圖（Zu=24，p=2）（3-8）3.2交流電機的定子繞組1）按相數(shù)分為單相、兩相、三相和多相繞組。2）按槽內(nèi)層數(shù)分為單層和雙層繞組，

單層繞組又分為同心式、交叉式和鏈式繞組，

雙層繞組又分為疊繞組和波繞組。3）按每極每相槽數(shù)是整數(shù)還是分數(shù)，

分為整數(shù)槽和分數(shù)槽繞組。3.交流繞組的分類3.2交流電機的定子繞組3.2.2三相單層繞組每個槽內(nèi)只有一個線圈邊，繞組的線圈數(shù)等于總槽數(shù)的一半。圖3-13三相單層繞組沿定子圓周的分布情況（Zu=24，p=2）圖3-14定子繞組三相分布示意圖（Zu=24，p=2）3.2交流電機的定子繞組3.2.2三相單層繞組圖3-15三相單層繞組的展開圖（Zu=24，p=2）3.2交流電機的定子繞組3.2.3三相雙層繞組圖3-16三相雙層繞組的展開圖（Zu=24，p=2）一個槽內(nèi)有上下兩個線圈邊，繞組的線圈數(shù)等于總槽數(shù)。

，

，，。每相的4個線圈組可進行串聯(lián)或并聯(lián)連接，下圖為串聯(lián)?！魡螌永@組元件少，下線容易，沒有層間絕緣。◆短距雙層繞組可以削弱諧波電動勢和磁動勢，改善波形，提高槽利用率。3.3交流電機的磁動勢本節(jié)及下節(jié)針對三相異步電動機的繞組磁動勢和感應電動勢進行分析，分析結(jié)果同樣適用于交流同步電機。交流永磁同步電機結(jié)構(gòu)圖3.3交流電機的磁動勢定子三相交流繞組按照一定規(guī)律分布在定子內(nèi)圓表面，其中的電流隨時間交變，繞組所產(chǎn)生的磁動勢既沿空間分布，又隨時間變化，是時間與空間的函數(shù)。3.3交流電機的磁動勢3.3.1單相繞組的磁動勢1.整距線圈的磁動勢（3-9）圖3-17整距線圈產(chǎn)生的磁動勢3.3交流電機的磁動勢圖3-18四極交流電機繞組在某瞬間磁動勢（3-10）3.3交流電機的磁動勢（3-11），其中，其中（3-12）（3-13）3.3交流電機的磁動勢（3-11）參考仿真程序：方波磁動勢的分解圖3-19矩形磁動勢的分解——基波與諧波磁動勢分量（ωt=0°）

3.3交流電機的磁動勢2.線圈組的磁動勢線圈組由q個依次相距槽距角θ的線圈串聯(lián)組成。（3-14）圖3-20整距線圈的線圈組磁動勢（3-15）基波短距系數(shù)：3.3交流電機的磁動勢3.短距繞組的磁動勢圖3-21短距繞組的磁動勢（3-17）把1-7與2-8、1’-7’與2’-8’分別看作兩個個整距線圈組。（3-16）基波繞組系數(shù)：其中：；3.3交流電機的磁動勢4.單相繞組的磁動勢單層繞組：；相繞組由分布在各極下的同相線圈組連接而成。每條支路的有效導體數(shù)N每相有a條支路單相電流IX雙層繞組：；流過每條并聯(lián)支路的電流有效值為：3.3交流電機的磁動勢基波磁動勢表達式：諧波磁動勢表達式：脈振磁動勢:幅值在空間位置固定不動，幅值大小隨時間按余弦規(guī)律變化，其變化頻率與電流頻率相同。

（3-18）（3-19）（3-20）通過分布與短距繞組抑制諧波后3.3交流電機的磁動勢習題3.22

每相繞組串連匝數(shù)：3.3交流電機的磁動勢習題3.22

3.3交流電機的磁動勢

通過分布與短距繞組抑制諧波后3.3交流電機的磁動勢3.3.2三相繞組的磁動勢1.三相繞組的基波磁動勢駐波與行波的關系3.3交流電機的磁動勢脈振基波磁動勢可以分解為兩個旋轉(zhuǎn)磁動勢，它們的幅值相同，等于脈振磁動勢幅值的一半，轉(zhuǎn)速相同，轉(zhuǎn)向相反。圖3-22脈振基波磁動勢分解為兩個旋轉(zhuǎn)磁動勢3.3交流電機的磁動勢各單相繞組基波磁動勢為：圖3-23三相合成旋轉(zhuǎn)磁動勢（3-21）（3-22）3.3交流電機的磁動勢上式兩邊相加得三相繞組基波磁動勢：（3-23）

沿空間按余弦規(guī)律分布，幅值恒定不變，是隨時間推移沿軸正方向移動的旋轉(zhuǎn)磁動勢基波。3.3交流電機的磁動勢通過上述分析可以得出以下結(jié)論:

1)單相繞組通以單相交流電，產(chǎn)生脈振磁動勢，其基波表達式為:2)

脈振磁動勢基波可以分解為兩個旋轉(zhuǎn)磁動勢，其幅值相同，

為脈振磁動勢幅值一半，轉(zhuǎn)速均為，轉(zhuǎn)向相反。

3)三相對稱繞組通三相對稱電流產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢（此結(jié)論可擴展至m相)，

基波轉(zhuǎn)速為，其基波表達式為:4)合成旋轉(zhuǎn)磁動勢的轉(zhuǎn)向：從電流超前相轉(zhuǎn)向電流滯后相，

即旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向由電流相序與繞組的空間位置決定。5)當某相電流達到幅值時，合成磁動勢基波的幅值就與該相繞組

的軸線重合。3.3交流電機的磁動勢舉例：以U相為例，當時，U相電流達最大值，有說明：此時三相合成磁動勢基波幅值的空間位置與U相繞組軸線重合。思考題：如何改變異步電動機的轉(zhuǎn)向？(3-24)3.3交流電機的磁動勢圖3-24

旋轉(zhuǎn)磁場示意圖圖3-25

ωt=0°,ωt=60°時刻的兩極、四極轉(zhuǎn)磁場3.3交流電機的磁動勢高次諧波合成磁動勢也是余弦分布、幅度不變的旋轉(zhuǎn)磁動勢。1）次諧波的極距為基波的，；(3-25)2）次諧波的轉(zhuǎn)速為基波的，；3）次諧波磁動勢的旋轉(zhuǎn)方向取決于諧波的次數(shù)，

當（）時，其轉(zhuǎn)向與基波相同；

當（）時，其轉(zhuǎn)向與基波的相反。2.三相繞組的諧波磁動勢3.4交流電機的電動勢3.4.1線圈基波電動勢1.線圈單個有效邊的基波電動勢導體與基波磁場作相對運動，會產(chǎn)生感應電動勢，其幅值為。若定子內(nèi)圓周長為，則，其中，。則單個導體基波電動勢有效值為(3-26)(3-27)導體基波電動勢有效值為3.4交流電機的電動勢2.線圈基波電動勢(3-28)(3-29)圖3-26三相合成旋轉(zhuǎn)磁動勢整距線圈基波電動勢為(3-30)短距線圈基波電動勢為(3-31)——線圈的基波短距系數(shù)(3-32)(3-33)3.4交流電機的電動勢(3-34)圖3-27分布線圈組基波電動勢線圈組由空間互差一個槽距角θ的q個線圈串聯(lián)組成?；妱觿?3-35)分布系數(shù)基波繞組系數(shù)3.4交流電機的電動勢3.4.2基波相電動勢相繞組基波電動勢的有效值為

N——每相在一條支路的串聯(lián)匝數(shù)。單層繞組有p

個線圈組，雙層繞組有2p

個線圈組，對單層繞組對雙層繞組——基波繞組系數(shù)，且有。(3-36)3.4交流電機的電動勢感應電動勢與交鏈磁通的關系：根據(jù)電磁感應定律，e(t)滯后磁通Ф(t)的相角為90°。交流電機繞組e(t)與變壓器繞組e(t)

的區(qū)別在于：變壓器中，與繞組交鏈的磁通變化是因為主磁通隨時間變化（脈振）所引起的；交流電機中，氣隙磁通密度本身大小不變，但相對于繞組旋轉(zhuǎn)，使得與繞組交鏈的磁通隨時間變化。雖然二者引起繞組交鏈磁通隨時間變化的原因不同，但從“交鏈磁通發(fā)生變化而感應電動勢”的原理來看是一樣的。(3-37)3.4交流電機的電動勢3.4.3諧波電動勢及其削弱方法相繞組諧波電動勢有效值為其中：，，，(3-38)得到各次諧波電動勢有效值后，可求得相電動勢的有效值為3.4交流電機的電動勢削弱高次諧波電動勢方法：◆三相繞組Y

形或Δ

形接法可消除三次諧波；◆采用短距或分布繞組；◆改善磁極的極靴外形或勵磁繞組的分布范圍。諧波電動勢的危害：◆發(fā)電機輸出電壓波形畸變，附加損耗增加，效率下降；

◆異步電動機產(chǎn)生有害的附加轉(zhuǎn)矩，引起振動與噪聲，

運行性能變壞；◆高次諧波電流在輸電線引起諧振，產(chǎn)生過電壓，

并對鄰近通訊線路產(chǎn)生干擾。3.4交流電機的電動勢3.4交流電機的電動勢3.4交流電機的電動勢采用分布與短距繞組后，雖然基波電動受到削弱，但削弱不多，五次及七次諧波分量得到很大削弱，從而使相動勢的波形基本上為正弦波。

3.5

三相異步電動機的穩(wěn)態(tài)模型主要分析三相異步電動機穩(wěn)定工作狀態(tài)下的電磁關系，包括1）磁動勢平衡關系；2）電壓平衡關系，從而得到異步電動機的等效電路和相量圖。轉(zhuǎn)子繞組開路轉(zhuǎn)子繞組短路且轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子繞組短路轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)3.5三相異步電動機的穩(wěn)態(tài)模型3.5.1轉(zhuǎn)子繞組開路時的電磁關系1.主磁通與漏磁通圖3-28四極異步電動機主磁通分布圖3-29異步電動機的主磁通和漏磁通3.5三相異步電動機的穩(wěn)態(tài)模型2.電磁關系圖3-30轉(zhuǎn)子繞組開路時的三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動機示意圖在繞組開路的情況下，轉(zhuǎn)子繞組雖然在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下產(chǎn)生感應電動勢，但是由于繞組開路，轉(zhuǎn)子繞組中沒有電流流過。氣隙中的旋轉(zhuǎn)磁場只是由定子繞組通入三相對稱交流電所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁動勢建立。3.5三相異步電動機的穩(wěn)態(tài)模型電磁關系：基波旋轉(zhuǎn)磁場以同步轉(zhuǎn)速同時切割定、轉(zhuǎn)子繞組，產(chǎn)生感應電動勢，其有效值分別為:(3-39)相位滯后主磁通，電動勢變比：(3-40)定子漏磁通，在定子繞組感應出漏電動勢，在相位上滯后90°，有效值為：(3-41)3.5三相異步電動機的穩(wěn)態(tài)模型由于磁路不飽和，與近似為線性關系，有:(3-42)同時空載電流在定子繞組電阻上產(chǎn)生電阻壓降。由于轉(zhuǎn)子開路，轉(zhuǎn)子中無電流，轉(zhuǎn)子感應電動勢即為轉(zhuǎn)子端電壓，即。圖3-31轉(zhuǎn)子繞組開路時的電磁關系3.5三相異步電動機的穩(wěn)態(tài)模型3.等效電路圖3-32轉(zhuǎn)子繞組開路時異步電動機一相等效電路與相量圖定子繞組電壓平衡方程式:(3-43)勵磁電流分為有功分量和無功分量：(3-44)可表示為在勵磁阻抗上的壓降:(3-45)——勵磁阻抗——勵磁電阻；反應鐵芯損耗——勵磁電抗，反應氣隙主磁通的電磁性能3.5三相異步電動機的穩(wěn)態(tài)模型3.5.2轉(zhuǎn)子繞組短路且轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時的電磁關系1.電磁過程圖3-33轉(zhuǎn)子繞組短路并堵轉(zhuǎn)時的異步電動機示意圖定子繞組通入三相對稱交流電，在氣隙中建立基波旋轉(zhuǎn)磁動勢，幅值為:(3-46)3.5三相異步電動機的穩(wěn)態(tài)模型轉(zhuǎn)子繞組對稱且短接，也會在氣隙中建立一個圓形基波旋轉(zhuǎn)磁動勢，幅值為:(3-47)

與

在空間上轉(zhuǎn)向一致，轉(zhuǎn)速相等，即相對靜止，有：或(3-48)假定基波勵磁磁動勢是由定子電流分量流過定子三相繞組建立的，把稱為勵磁電流，有:負載時的勵磁電流與空載電流相差不大，有。(3-49)3.5三相異步電動機的穩(wěn)態(tài)模型2.電磁關系圖3-34轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時的電磁關系示意圖轉(zhuǎn)子漏磁通在轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)感應的漏電動勢有效值:(3-50)在相位上滯后90°，有：(3-51)3.5三相異步電動機的穩(wěn)態(tài)模型3.轉(zhuǎn)子繞組的折算：將轉(zhuǎn)子向定子側(cè)折算。(3-52)（3）阻抗的折算：保證折算前后轉(zhuǎn)子上的有功、無功功率不變。磁動勢平衡方程式可寫為：（1）電流的折算：保證折算前后轉(zhuǎn)子磁動勢不變。（2）電動勢的折算：(3-53)(3-54)(3-55)(3-56)(3-57)3.5三相異步電動機的穩(wěn)態(tài)模型4.一相等效電路(3-58)圖3-35轉(zhuǎn)子繞組短路、轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)的一相等效電路與相量圖由于Z1、Z2較小，當定子加UN，堵轉(zhuǎn)，I1很大，堵轉(zhuǎn)時間長，可能燒壞電機。3.5三相異步電動機的穩(wěn)態(tài)模型3.5.3轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的電磁關系1.轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)子頻率式中s是轉(zhuǎn)差率:(3-59)當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，旋轉(zhuǎn)磁場不再以同步轉(zhuǎn)速n1，而以轉(zhuǎn)速差n1-

n切割轉(zhuǎn)子繞組，因而轉(zhuǎn)子繞組感應電動勢的頻率簡稱轉(zhuǎn)子頻率f2為:3.5三相異步電動機的穩(wěn)態(tài)模型轉(zhuǎn)子電流:(3-61)轉(zhuǎn)子繞組感應電動勢有效值為:(3-60)轉(zhuǎn)子功率因數(shù)角:(3-62)3.5三相異步電動機的穩(wěn)態(tài)模型2.定、轉(zhuǎn)子磁動勢平衡關系定子旋轉(zhuǎn)磁動勢的轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)子相對于定子的轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動勢相對轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動勢相對定子的轉(zhuǎn)速：(3-63)結(jié)論：無論

n

為何值，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動勢與定子旋轉(zhuǎn)磁動勢總是同速同向旋轉(zhuǎn)，即與相對靜止。3.5三相異步電動機的穩(wěn)態(tài)模型異步電動機的合成磁動勢是穩(wěn)定的，從而保證異步電動機產(chǎn)生穩(wěn)定的電磁轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換。在定、轉(zhuǎn)子繞組中的合成磁動勢:或(3-64)由于定子漏阻抗很小，無論空載或者負載，都有，只要不變，也基本不變，電路約束條件要求主磁通與勵磁磁動勢基本不變。當出現(xiàn)時，必然自動增加一個(-)與之平衡，保證不變。實際運行過程中，定子電流會隨轉(zhuǎn)子電流的變化而變化，以滿足負載的需要。3.5三相異步電動機的穩(wěn)態(tài)模型3.轉(zhuǎn)子繞組的折算進行兩次折算:(1)頻率的折算；(2)轉(zhuǎn)子各參量的折算。(1)頻率折算原則：折算前后的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、幅值和空間相位不變。由于與同速、同向，用假想的不動的轉(zhuǎn)子（頻率為f1）代替真實轉(zhuǎn)子（頻率為f2）。(3-65)頻率為f2的轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子電流頻率為f1的靜止的轉(zhuǎn)子電流3.5三相異步電動機的穩(wěn)態(tài)模型(3-66)頻率變換后的轉(zhuǎn)子電阻具有重要的物理意義，可分解為兩部分：轉(zhuǎn)子電路銅損耗異步電動機的機械功率表3-1異步電動機不同工作狀態(tài)下的虛擬損耗變化情況3.5三相異步電動機的穩(wěn)態(tài)模型(2)轉(zhuǎn)子各參量的折算與堵轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)子折算方法相同。3.5三相異步電動機的穩(wěn)態(tài)模型4.等效電路（1）基本方程式(3-67)圖3-36異步電動機負載運行時的一相T形等效電路（2）等效電路空載時，

很小，

，

。額定負載時，

，

。起動或低速（堵轉(zhuǎn)）時，

，

，

。(3-67)3.5三相異步電動機的穩(wěn)態(tài)模型4.等效電路（1）基本方程式（2）等效電路3.5三相異步電動機的穩(wěn)態(tài)模型（3）相量圖圖3-37異步電動機負載運行時一相T形等效電路的相量圖（4）簡化等效電路圖3-38異步電動機的一相簡化等效電路定子電流滯后于電源電壓（產(chǎn)生氣隙磁通和維持定、轉(zhuǎn)子的漏磁通都需要一定的無功功率，而這些感性的無功功率要從電源輸入），即異步電動機對電源來說是感性負載。3.5三相異步電動機的穩(wěn)態(tài)模型3.5三相異步電動機的穩(wěn)態(tài)模型3.5三相異步電動機的穩(wěn)態(tài)模型3.5三相異步電動機的穩(wěn)態(tài)模型5.籠型轉(zhuǎn)子繞組的參數(shù)繞組系數(shù)：若每相有1根導體，；其余情況與定子繞組計算方法相同。相數(shù)：若轉(zhuǎn)子槽數(shù)能被整除，，；若不能被整除，，。繞組匝數(shù)：若，每相有根導體，；若，每相有1根導體，。極數(shù)：轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的磁場極數(shù)與定子極數(shù)相等，3.6三相異步電動機的參數(shù)測定3.6.1空載試驗目的：測勵磁參數(shù)rm、xm、機械損耗pm和鐵損耗pFe。方法：軸上不帶負載，定子加額定電壓穩(wěn)定運行一段時間，然后電壓從（1.1~1.3）UN開始下降，直到轉(zhuǎn)速無明顯變化為止。記錄幾組定子相電壓U1、空載電流I0與單相空載輸入功率P0。圖3-39異步電動機的空載特性曲線圖3-40機械損耗的測定3.6三相異步電動機的參數(shù)測定空載狀態(tài)下，轉(zhuǎn)子電流很小，轉(zhuǎn)子銅耗

pCu和附加損耗ps很小，可忽略不計。圖3-41異步電動機堵轉(zhuǎn)時的一相簡化等效電路(3-68)(3-69)異步電動機空載，,,可將轉(zhuǎn)子支路看作開路。(3-70)(3-71)(3-72)或3.6三相異步電動機的參數(shù)測定3.6.2短路試驗目的：測勵磁參數(shù)rk、xk。方法：將轉(zhuǎn)子堵住不動，定子繞組外加電壓從0.4UN開始逐漸降低。記錄幾組定子相電壓U1k、定子相電流I1k與單相輸入功率P1k。圖3-42異步電動機的短路特性堵轉(zhuǎn)時，,,可以認為勵磁支路開路。圖3-43異步電動機堵轉(zhuǎn)時的一相簡化等效電路3.6三相異步電動機的參數(shù)測定(3-73)(3-74)(3-75)100kW以下，則：,3.6三相異步電動機的參數(shù)測定3.6三相異步電動機的參數(shù)測定說明：空載試驗及短路試驗公式（3-70）與（3-74）中涉及的電壓、電流及功率均為一相的值。一般三相異步電動機的實際測試數(shù)據(jù)為定子線電壓、線電流及三相總功率，需要根據(jù)定子繞組的接法，換算為一相的數(shù)據(jù)。3.7

三相異步電動機的功率、轉(zhuǎn)矩與工作特性3.7.1功率平衡關系P1PMPmP2pCu1pCu2pFep0電源輸入功率鐵損耗電磁功率(3-76)定子銅損耗(3-77)(3-78)(3-79)3.7

三相異步電動機的功率、轉(zhuǎn)矩與工作特性轉(zhuǎn)子銅損耗電磁功率(3-81)總機械功率(3-82)(3-83)(3-80)轉(zhuǎn)子銅損耗又稱為轉(zhuǎn)差功率。額定運行時，轉(zhuǎn)差率s很小，總機械功率占電磁功率的大部分。隨著電機轉(zhuǎn)速的降低，轉(zhuǎn)差率s增大，轉(zhuǎn)差功率增大。P1PMPmP2pCu1pCu2pFep03.7

三相異步電動機的功率、轉(zhuǎn)矩與工作特性功率平衡關系電動機軸上的輸出功率(3-84)(3-85)圖3-44異步電動機的功率流圖3.7

三相異步電動機的功率、轉(zhuǎn)矩與工作特性3.7.2轉(zhuǎn)矩平衡關系電動機軸上的轉(zhuǎn)矩平衡方程式(3-86)電磁轉(zhuǎn)矩(3-87)(3-88)電磁轉(zhuǎn)矩既可以表示為總機械功率除以轉(zhuǎn)子機械角速度，也可以表示為電磁功率除以同步角速度。前者以轉(zhuǎn)子本身產(chǎn)生的機械功率表示；后者從旋轉(zhuǎn)磁場對轉(zhuǎn)子做功角度表示。3.7

三相異步電動機的功率、轉(zhuǎn)矩與工作特性3.7

三相異步電動機的功率、轉(zhuǎn)矩與工作特性隨著負載的增加，轉(zhuǎn)速n下降，轉(zhuǎn)差率s增大，轉(zhuǎn)子電動勢和轉(zhuǎn)子電流增大，以產(chǎn)生大的電磁轉(zhuǎn)矩來平衡負載轉(zhuǎn)矩。3.7

三相異步電動機的功率、轉(zhuǎn)矩與工作特性3.7.3工作特性定子電壓、頻率均為額定值時，電動機的轉(zhuǎn)速、定子電流、功率因數(shù)、電磁轉(zhuǎn)矩、效率與輸出功率的關系。圖3-45異步電動機的工作特性(1)轉(zhuǎn)速特性(2)定子電流特性隨著負載的增加，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降，轉(zhuǎn)子電流增大，定子電流也相應增大，其變化幾乎與P2成比例。1.工作特性分析3.7

三相異步電動機的功率、轉(zhuǎn)矩與工作特性(3)定子功率因數(shù)特性由于空載轉(zhuǎn)矩T0基本不變，機械角速度ω變化不大，電磁轉(zhuǎn)矩特性近似為一條直線。負載增大，增加，超過額定值后,隨增大，下降。(4)電磁轉(zhuǎn)矩特性(3-89)(5)效率特性(3-90)與直流電機類似，可變損耗等于不變損耗時，效率最高。3.7

三相異步電動機的功率、轉(zhuǎn)矩與工作特性2.工作特性測試方法

(1)負載試驗測工作特性---中、小型電動機

先通過空載試驗測出異步電動機的鐵損耗和機械損耗，

并用電橋測出定子電阻。

負載試驗時，保持

不變，負載由，

讀取不同負載下的，然后計算，

并繪制出工作特性。

(2)等效電路計算工作特性----大容量電動機因受設備的限制，先由空載和短路試驗計算出電機的參數(shù)，然后再利用等效電路來計算出工作特性。3.8

三相異步電動機的機械特性

三相異步電動機的機械特性是指固定定子電壓、頻率和繞組參數(shù)時，電動機的轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)差率與電磁轉(zhuǎn)矩之間的函數(shù)關系:

或

從異步電動機的內(nèi)部電磁關系看，電磁轉(zhuǎn)矩的變化是由轉(zhuǎn)差率的變化引起的，轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)差率變化的規(guī)律為轉(zhuǎn)矩－轉(zhuǎn)差率特性。

從電力拖動系統(tǒng)的關系看，穩(wěn)態(tài)運行的電動機的電磁轉(zhuǎn)矩T是由系統(tǒng)的負載轉(zhuǎn)矩

TL決定的，因此取電磁轉(zhuǎn)矩T為自變量，s或者n

隨T

的變化規(guī)律就是電動機的機械特性。將

代入中，得到

3.8

三相異步電動機的機械特性3.8.1電磁轉(zhuǎn)矩表達式由簡化等效電路：(3-91)(3-92)(3-93)(3-94)1.物理表達式2.參數(shù)表達式得到：3.8

三相異步電動機的機械特性由參數(shù)表達式，得到關系曲線。圖3-46異步電動機的T=f(s)曲線3.8

三相異步電動機的機械特性(3-95)(3-96)(3-97)(3-98)由參數(shù)表達式可求得一般異步電動機中，通常,上式可簡化為3.8

三相異步電動機的機械特性(3-99)(3-100)(3-101)(3-102)由(3-95)可得：分子、分母同乘以

：3.實用表達式將(3-100)代入(3-99)：(3-103)忽略：3.8

三相異步電動機的機械特性3.8.2固有機械特性圖3-47三相異步電動機的固有機械特性圖3-46異步電動機的T=f(s)曲線固有機械特性：在U1N和f1N下，不外接阻抗的機械特性。3.8

三相異步電動機的機械特性(3-104)(3-105)(1)

AC段近似為直線，對任何負載均能穩(wěn)定運行，是機械特性的工作段。同步運行點A，,,。

額定工作點B，轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)差率、轉(zhuǎn)矩、電流和功率都是額定值。最大轉(zhuǎn)矩點C，對應,。最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)或過載能力：1.電動狀態(tài)T與n同方向：，。3.8

三相異步電動機的機械特性(3-106)(3-107)(2)

CD段起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)：恒轉(zhuǎn)矩負載在CD段不能穩(wěn)定運行，風機和泵類負載可以穩(wěn)定運行，但轉(zhuǎn)差率大，定、轉(zhuǎn)子電流都很大，不宜長期運行。起動點D，,,。

3.8

三相異步電動機的機械特性2.發(fā)電狀態(tài)曲線1第Ⅱ象限部分，，，。電磁轉(zhuǎn)矩是制動轉(zhuǎn)矩，向電網(wǎng)回饋電能。曲線1第Ⅳ象限部分，，，。3.電磁制動狀態(tài)圖3-48三相異步電動機制動電磁轉(zhuǎn)矩示意圖