第八章異步電機的啟動和制動第一頁，共91頁。3、分類：單相電動機（1）按定子相數分兩相電動機三相電動機①繞線式異步電動機（2）、按轉子結構分②鼠籠式異步電動機 ③單鼠籠、雙鼠籠，深槽式。①無換向器異步電動機（3）按有無換向器分②換向器異步電動機此外，還有高壓異步機、低壓異步機；高起動轉矩、高轉差率、高轉速等。異步電動機還可作為發電機使用，或用于風力發電等特殊場合。給邊遠山區等無電區提供電力。第七章異步電動機原理第二頁，共91頁。圖7.1是一臺鼠籠式三相異步機的結構圖定子：機座、定子鐵芯和定子繞組。繞組有六根引出線，可換接成Y或△組成：轉子：轉子鐵芯、轉子繞組和轉軸轉子繞組鼠籠,繞線式，也有三相，可接成（大容量接成△）（小容量接成Y)氣隙：中小型異步機中，一般只0.2～1.5mm端蓋:7.1.2、三相異步電動機的結構：

（針對無換向器的三相異步機）第七章異步電動機原理第三頁，共91頁。第七章異步電動機原理第四頁，共91頁。第七章異步電動機原理圖7.2是一臺鼠籠式三相異步機的定子鐵心圖7.3是三相異步機的定子槽結構第五頁，共91頁。第七章異步電動機原理第六頁，共91頁。第七章異步電動機原理圖7.7是一臺鼠籠式三相異步機的轉子外形圖第七頁，共91頁。7.1.3、異步電動機的結構形式：

根據不同的冷卻方式和保護方式、開啟式：防護式：防止外界雜物落入內部，并能防止45°方向的水滴，鐵屑掉入電機內部，風冷封閉式：與外部空氣隔開，采用風冷（設計散熱好）防爆式：內部和外界的易燃、易爆氣體隔開，全封閉異步機分第七章異步電動機原理第八頁，共91頁。7.1.4、異步機的銘牌數據：第七章異步電動機原理例：Y系列三相異機表示如下：

Y100L1-21、型號：采用大寫的印刷體漢語拼音字母和阿拉伯數字組成，其中漢語拼音字母是根據電機的全名稱選擇有代表意義的漢字，再用該漢字的第一個拼音字母組成。我國生產的常見產品系列：P212-213異步機機座長度代號鐵芯長度代號極數機座中心高第九頁，共91頁。2、額定值：包括：（1）額定功率PN：額定運行時軸上輸出的機械功率（KW）（P2）（2）額定電壓UN：額定運行時加到定子繞組上的線電壓。（V）（3）額定電流IN：指電動機加f1的UN，軸輸出PN時，定子繞組中的線電流。（A）（4）額定f1：我國規定為50HZ。（定子），（轉子為f2）（5）額定轉速nN：指電動機加f1的UN，軸輸出PN時的轉速(r/min)（6）額定功率因數cosΦ:指電動機在額定負載時，定子邊的功率因數。（7）絕緣等級與溫升：絕緣等級：是指絕緣材料的耐熱能力，分B、E、F、…….,溫升是指電動機運行時高出周圍環境溫度值。我國規定：環境溫度為40°。允許溫升越高，說明絕緣材料的耐熱能力越好.電機的線負荷若高的話，可縮小電機的體積。 第七章異步電動機原理第十頁，共91頁。第七章異步電動機原理電動機的額定輸出轉矩可由額定功率、轉速計算即：

T2N=9550

PNnN（N·m）（r/min）（KW）

此外，銘牌上還標明了工作方式，連接方法等，對繞線式異步電機還有轉子參數等等。第十一頁，共91頁。關于電機引出線的接法：（根據銘牌標注）（1）當電動機銘牌上標明“電壓380V/220V，接法Y/△”時，其接法要看電源電壓的大小如果電源電壓為380V，則接成Y,如果電源電壓為220V，則接成△.（2）當電動機銘牌上標明“電壓380V，接法△”時，則只有一種△接法，但電動機起動過程中，可以接成Y接法，接到380伏電源上啟動,待啟動完畢后恢復△接法.對高壓電機，往往只有三根引出線。只要電源電壓符合電動機銘牌電壓值，便可使用。第七章異步電動機原理第十二頁，共91頁。7.1.5、異步電動機的工作原理：如圖7.8所示：第七章異步電動機原理U2U1W2V1W1V2轉子旋轉后，轉速為n，只要n＜n1，轉子導條與磁場仍有相對運動，就會產生與轉子不轉時相同方向的電動勢，電流及電磁力，電磁轉矩T仍舊為逆時針方向，轉子繼續旋轉，穩定運行在T=TL情況下。→載流導體在磁場中受力的作用f〈方向用左手定則〉→產生轉矩T〈便是電磁轉矩〉，電磁轉矩的方向與旋轉磁通勢同方向，轉子便在該方向旋轉起來。定子接三相電源后→電機內形成圓形旋轉磁通勢（方向為逆時針轉）→由于轉子與旋轉磁密有相對運動，所以轉子導條中有感應電勢e（方向由右手定則確定）→由于轉子導體端部短接即閉合，所以轉子有電流（方向同e的方向）第十三頁，共91頁。7.2.1規定正方向：（a）中：磁通勢，磁通和磁密是從定子出來進入轉子為正方向。定、轉子空間坐標軸的縱軸都選在A相繞組的軸線處，A1（定）A2（轉）為簡單起見，設+A1與+A2兩軸重疊在一起。第七章異步電動機原理正常運行的異步機轉子總是旋轉的，但是為了便于理解，先從轉子不轉時進行分析，最后再分析轉子旋轉的情況。先討論繞線式：7.2三相異步機轉子不轉，轉子繞組開路時的電磁關系：圖7.9，轉子繞組開路時三相繞線式異步機的正方向。圖（b）中：U1.E1.I1分別為定子相電壓，相電動勢，相電流，箭頭方向為正方向、U2.E2.I2分別為轉子相電壓，相電動勢，相電流，箭頭方向為正方向.●●●●●●第十四頁，共91頁。第七章異步電動機原理7.2.2磁通及磁通勢：一、勵磁磁通勢：三相異步機的定子繞組接到三相對稱電源上，定子繞組就會有三相對稱電流，將產生合成旋轉磁通勢F0。其特點為:其①幅值為：②轉向：由電流的相序決定，如果電流相序為A1→B1→C1，則F0的轉向是從+A1→+B1→+C1，即逆時針方向③轉速：ω1=2πn1/60（rad/s）④瞬間位置：F0應畫在+A1軸后面90°空間電角度的地方。

F0＝W1kw1I0P4π2232第十五頁，共91頁。第七章異步電動機原理I0●E1●E2●+j(a)E1●E2●+j+A1,+A2I0●Bδ●F0●(c)I0●+A1,+A2Bδ●(b)圖7.10勵磁電流、勵磁磁通勢以及定、轉子繞組電動勢向量圖若把時間參考軸+j與空間坐標軸+A1+A2三者重疊在一起，則如圖(c)圖(a)為時間相量圖.圖(b)為空間向量圖.而三相繞組的F合已在第六章中講述(如圖6.28)。第十六頁，共91頁。圖6.28三相六個旋轉磁通勢的合成ωFA’·FA’’·FB’·FC’·ωωωFC’’·FB’’·α=0°+Aα=240°+Cα=120°+B第七章異步電動機原理第十七頁，共91頁。第七章異步電動機原理

轉子開路的三相異步電動機，相當于一臺付邊開路的三相變壓器，其中定子繞組是原繞組，轉子繞組是付繞組，只是異步電機定，轉子鐵心中多了一個空氣隙磁路而已?！瘛瘛瘛?/p>

轉子由于開路，繞組無電流，當然不會產生轉子磁通勢。這時作用在磁路上只有定子磁通勢F0，于是F0就要在電機的磁路里產生磁通。故F0也叫勵磁磁通勢，I0叫勵磁電流?！瘛瘛瘛竦谑隧?，共91頁。二、主磁通與定子漏磁通：第七章異步電動機原理主磁通：勵磁磁通勢F0產生的磁通，通過氣隙同時鏈著定、轉子兩個繞組的磁通叫～(氣隙每極主磁通用φ1表示)漏磁通：不鏈轉子而只鏈定子繞組本身的磁通叫定子繞組漏磁通,用φs1表示.第十九頁，共91頁。第七章異步電動機原理φ1所對應的氣隙磁密是一個在氣隙中旋轉，在空間按正弦分布的磁密波，用空間向量表示時為Bδ，Bδ是氣隙磁密的最大值，Bδ的位置在最大值處。如果不考慮主磁路里磁滯、渦流的影響，Bδ應與F0同方向。●●●●●氣隙每極主磁通:

φl=Bδτl式中:Bδ是氣隙平均磁密，τ是定子極距，l為軸向有有效長度。2π2π第二十頁，共91頁。第七章異步電動機原理7.2.3感應電動勢設每極主磁通Φ1在定、轉子繞組中感應電動勢的有效值分別為E1和E2，則：E1f1w1kw1Φ1E2f1w2kw2Φ1定、轉子每相電動勢之比為：ke==(亦叫電壓變比)w1kw1w2kw2E1E2通過第六章的分析可得出：E1和

E2同相位，但氣隙磁密Bδ領先兩電動勢相量90°。其時空向量圖如右：●●Bδ●E1●E2●+j+A1,+A2第二十一頁，共91頁。第七章異步電動機原理7.2.4勵磁電流：其向量如圖7.12為了分析問題方便，采用折合算法把轉子繞組向定子邊折合，即把w2kw2看成和定子的w1kw1一樣，則轉子繞組的每相感應電動勢==ke

E1●E2’●E2●與變壓器一樣，電動機的勵磁電流I0也由有功分量I0a和無功分量I0r組成。即：I0

=I0a+

I0r●●●●Bδ●E1●E2●F0●I0●I0a●I0r●+j+A1,+A2

第二十二頁，共91頁。第七章異步電動機原理由圖可見：在時空向量圖上，F0與I0相位相同，I0r與Bδ相位一樣，I0和F0領先Bδ一個不大的角度。●●●●●●●Bδ●E1●E2●F0●I0●I0r●I0a●+j+A1,+A2

第二十三頁，共91頁。第七章異步電動機原理7.2.5電壓方程式：

根據圖7.9（b）所示正方向，定子一相回路的電壓方程式為：U1=-E1+I0r1-Es1=-E1+I0r1+jI0x1

=-E1+I0（r1+jx1）=-E1+I0Z1●●●●●●●●●●●式中：Z1=r1+jx1為定子一相繞組的漏阻抗Es1=-jI0x1（Es1為定子漏電動勢），可看成定子電流I0在漏電抗x1上壓降?！瘛瘛瘛衿湎嗔繄D如7.13綜上所述，異步電機轉子開路時的電壓方程式以及相量圖,與三相變壓器付邊繞組開路時的情況完全一樣。圖7.13E1●E2●jI0x1●I0●I0r1●Φ0

U1●-E1●第二十四頁，共91頁。于是定子一相電壓平衡等式為：7.2.6等值電路：第七章異步電動機原理三相異步機轉子開路時的等值電路與三相變壓器空載時一樣。如用（勵磁電流）在勵磁阻抗Zm上的壓降表示-，則-=（rm+jxm）=Zm式中:rm叫勵磁電阻，為等效鐵損耗參數；xm叫勵磁電抗I0●I0●E1●I0●E1●U1=-E1+I0（r1+jx1）

=I0（rm+jxm）+I0（r1+jx1）=I0（Zm+Z1）●●●●●●轉子回路電壓方程式為：U2=E2●●其等值電路為（P219圖7.14）圖7.14轉子繞組開路時異步電機的等值電路￠￠r1rmI0·U1·jX1jXmE1=E2

··’第二十五頁，共91頁。7.3三相異步電動機轉子堵轉時的電磁關系：第七章異步電動機原理1、磁通勢：7.3.1磁通勢與磁通圖中轉子短路、并堵轉，定子接額定電壓，各量的正方向如圖?！駡D7.15轉子繞組短路并堵轉的三相異步電機￠A1I1·U1·E1

·￠￠C1B1定子●A2I2·E2

·C2B2轉子●第二十六頁，共91頁。第七章異步電動機原理①幅值：F2＝W2kw2I2P4π2232（1）轉子：由于轉子短路，所以轉子線電壓=0，相電壓也為0，即U2=0,但感應電勢E2≠0，所以I2≠0（三相對稱）在三相對稱的轉子繞組里流過三相對稱電流I2時，就產生轉子空間旋轉磁通勢F2，其特點為：····②轉向：假設氣隙旋轉磁密Bδ逆時針方向旋轉，在轉子繞組里感應電動勢及產生I2的相序為A2→B2→C2，則F2也是逆時針方向旋轉的.即從+A2→+B2→+C2（A相軸線處→B相軸線處→C相。。。）···③轉速：相對于轉子繞組的轉速為同步轉速。n2＝＝＝n1ω2＝2πPn2/60

＝ω160f2p60f1p第二十七頁，共91頁。第七章異步電動機原理④、瞬間位置：圖7.15，I2為A2相繞組里的電流，當I2達正最大值時，F2應轉到A2相繞組的軸線處，即+A2處···可見，畫時空向量圖時，應使磁通勢F2與I2重合，如圖7.16··Bδ●+j+A1,+A2

90°+Φ2ω2F0·●F1-F2·E2●●I2Φ2●F2圖7.16轉子堵轉時轉子電動勢、電流以及磁通勢的時空向量圖第二十八頁，共91頁。②轉向：逆時針方向旋轉第七章異步電動機原理（2）定子：異步機轉子堵轉時（轉子繞組短路），定子邊電流不再是I0，而是I1。（與三相變壓器付邊短路時一樣）由I1產生的空間旋轉磁通勢用F1表示，叫定子旋轉磁通勢?！ぁぁ瘛瘼俜担篎1＝W1kw1I1P4π2232·★F1的特點：③轉速：相對于定子繞組的角頻率為ω1，用機械轉速表示為n1·④瞬間位置：當定子A1相電流I1達正最大值時，F1應在A1相繞組的軸線處，畫向量圖時，F1應與I1重合?！ぁぁ竦诙彭摚?1頁。第七章異步電動機原理綜上所述：轉子繞組短路的三相異步機，作用在磁路上的磁通勢有兩個，一個為定子旋轉磁通勢F1；另一個是轉子旋轉磁通勢F2。它們的旋轉方向相同，轉速相等，只是一前一后的旋轉著。我們稱它們為同步轉速?！ぁ衿浜铣纱磐▌?F0=F1+F2····F0是產生氣隙每極主磁通Φ1的磁通勢。

Φ1在定、轉子相繞組里感應電動勢E1和E2。這與轉子開路時情況不一樣。····第三十頁，共91頁。2、漏磁通：

第七章異步電動機原理同樣，轉子電流I2也要產生漏磁通，表現的電抗為x2（一相），同定子，x2=常數.定子電流所產生的漏磁通，表現的漏電抗仍為x1，由于漏磁路一般是線性的，所以x1為常數。以上說x1、x2為常數是指一般情況，但當電動機是直接起動時，由于起動電流很大，約為（4～7）IN，這時定、轉子的漏磁路也會出現飽和現象，使x1、x2變小。在異步電動機里，把磁通分為主磁通和漏磁通的方法與變壓器的分析方法是一樣的。但要注意：變壓器中的主磁通φ是脈振磁通，φm是它的最大振幅；在異步機中，氣隙里主磁通φ1卻是旋轉磁通，它對應的磁密波沿氣隙圓周方向按正弦分布，以同步速n1相對于定子在旋轉。轉子漏磁通第三十一頁，共91頁。7.3.2定、轉子回路方程：第七章異步電動機原理轉子：0

=-E2－I2（r2+jx2）

=E2－I2Z2●●●●漏阻抗電壓方程式●I2=

=e-jφ2●E2r2+jx2r22

+x22E2轉子相電流:轉子繞組回路功率因素角φ2=arctgx2r2上式E2、I2、X2等的頻率f2=f1，即與定子同頻率，轉子電流I2滯后電動勢(E2)φ2時間電角度，而與F2同方向。請看圖7.16.··●·●Bδ●+j+A1,+A2

90°+Φ2ω2F0·●F1-F2·E2●●I2Φ2●F2圖7.16轉子堵轉時轉子電動勢、電流以及磁通勢的時空向量圖圖7.15A2I2·E2

·C2B2轉子●第三十二頁，共91頁。定子：第七章異步電動機原理U1=-E1+I1（r1+jx1）

●●●回路電壓方程式：●●（與轉子繞組開路相似）（只是I0→I1）已知合成磁通勢:F0=F1+F2···則:F1=F0+(-F2）···可理解為：F1里包含兩個方量：●故此，定子電流就變成了I1●●①大小等于F2，而方向與F2相反，其作用是抵消轉子旋轉磁通勢F2對主磁通的影響。②F0為勵磁磁通勢：用來產生氣隙磁密Bδ●●●●第三十三頁，共91頁。7.3.3、轉子繞組的折合：

第七章異步電動機原理

異步機定、轉子之間沒有電的聯接，只有磁的聯系。這與變壓器類似?！镎酆弦罁簩Ξ惒綑C而言，從定子邊看轉子，只有F2與定子旋轉磁通勢F1起作用，只要維持F2的大小、相位不變就可以了，至于轉子邊的電勢，電流及每相串聯的匝數是多少無關緊要。根據這一點，我們設想：把實際電動機的轉子抽出，換上一個新的轉子，它的相數，每相串聯匝數以及繞組系數都分別和定子一樣，這時在新換的轉子中，每相的參數用E2’、I2’

、Z2’

=r2’

+jx2’

表示，但由于F2仍和原轉子產生的一樣，所以在新轉子中產生的旋轉磁通勢F2并沒有改變，所以不影響定子邊?！瘛瘛瘛瘛瘛瘛竦谌捻?，共91頁。第七章異步電動機原理根據定、轉子磁通勢的關系：F1+F2=F0···可以寫成：I1+I2＝I042W1kw12π2P42W2kw22π2P42W1kw12π2P●●●●42W1kw12π2Pm242W2kw22π2PI2＝I2’●令則I1+I2’＝I042W1kw12π2P42W1kw12π2P42W1kw12π2P●●●化簡得：（7-6）I1+I2’

=I0···（7-5）由（7-5）得：I2’

=I2··1KiI2’是什么？●第三十五頁，共91頁。從（7-6）式可見，異步機定，轉子之間本來沒有電路上的直接聯系，經過上述變換，把復雜的相數，匝數和繞組系數統統消掉后，剩下來的只是電流之間的聯系。這種聯系是一種存在于等效電路上的聯系。第七章異步電動機原理式中：ki===keI2I2’

3m23W1kw1m2W2kw2稱為電流變比轉子繞組的相數電壓變比計算法ki可用兩種方法得到試驗法在計算異步電動機時，如果能求得轉子折合電流I2’

，要想求原轉子的實際電流I2，則I2=kiI2’

●●●●第三十六頁，共91頁。利用折合關系（7-3）式變為：第七章異步電動機原理以上把異步電動機轉子繞組的實際相數m2、匝數W2和繞組系數KW2硬看成和定子的相數3、匝數W1和繞組系數KW1完全一樣的辦法，稱為轉子繞組向定子繞組折合，I2’

稱為轉子折合電流?！?

=-E2’

－I2’

（r2’

+jx2’

）

=E2’

－I2’

Z2’●●●●（7-7）折合后轉子漏阻抗與折合前轉子漏阻抗的關系為：

r2’

=KeKir2

x2’

=KeKix2Φ2’

=arctg=arctg=Φ2（說明：折合前后漏阻抗角沒變）x2’

r2’

KeKir2KeKix2第三十七頁，共91頁。折合前后功率關系也不變。第七章異步電動機原理例如，轉子里的銅耗為：3I2’

2r2’

=32KeKir2=m2I22r2I2Ki轉子里的無功功率為：3I2’

2X2’

=32KeKiX2=m2I22X2I2Ki（∵ki=ke）3m2第三十八頁，共91頁。7.3.4、基本方程式、等值電路和相量圖：（轉子堵轉、轉子繞組短路時）第七章異步電動機原理＝z1－U1·I1·E1·I2·’I0·I1·＋＝E1=E2

··’-E1=I0（rm+jXm）●●E2’

=I2’

（r2’

+jX2’

）●●(1)基本方程式:(2)等值電路如圖7.18圖7.18轉子堵轉、轉子繞組短路時的等值電路￠￠r1rmI1·U1·jX1jXmr2’jX2’E1=E2

··’I2’·I0·U1●I0·-E1·jX1I1·r1I1·Φ1I1●-I’2·I’2●E1=E2’●·jI2’X2’●I2’r2’●圖7.19轉子堵轉、轉子繞組短路時的相量圖第三十九頁，共91頁。值得注意的問題：異步機定、轉子的漏阻抗標值都是比較小的，如果在它的定子繞組加上額定電壓，這時定、轉子的電流很大，大約為（4～7）IN。如果長期工作在此狀態，則有可能將電機燒壞。

為了測量異步機的參數，采用轉子繞組短路并堵轉實驗，為使電機不過流，可在定子繞組上的電壓不能大。第七章異步電動機原理第四十頁，共91頁。7.4三相異步電動機轉子旋轉時的電磁關系：第七章異步電動機原理7.4.1、轉差率：n1-n轉差率s：s=───n1正常運行的異步電動機，轉子轉速n接近于同步轉速n1，異步機定子繞組接三相對稱電源，轉子繞組短路，這時便有電磁轉矩作用在轉子上，如果不堵住，轉子將沿氣隙旋轉密Bδ旋轉的方向轉起來。設逆時針方向轉。其轉速n＜n1，而不能相等（因為轉子與Bδ之間必需要有相對運動，才會有感應電動勢，否則就不會有感應電勢及電流，電磁轉矩=0）●●第四十一頁，共91頁。當異步機轉子以n恒速運轉時，轉子回路的電壓方程式為：第七章異步電動機原理7.4.2、轉子電動勢：

I2S為在上述情況下轉子的相電流X2S是轉子轉速為n時，轉子繞組一相的漏電抗r2為轉子一相繞組的電阻。●E2S=I2S（r2+jx2S）（7-8）●●轉子轉速為n時，轉子繞組的相電動勢第四十二頁，共91頁。★電動機轉子上的頻率(也叫轉差頻率)為：正常運行的異步機,f2★轉子旋轉時轉子繞組中感應電動勢為:第七章異步電動機原理Pn2P(n1-n)Pn1n1-nf2=──=────=──·───=f1s606060n1E2s＝f2W2Kw2φ1＝sf1

W2Kw2φ1＝sE2

式中：

(

Kw2

＜1）（稱基波繞組系數）E2為轉子不轉時轉子繞組中感應電勢.此式說明:轉子旋轉時,每相感應電動勢與s成正比。第四十三頁，共91頁。轉子漏抗：X2S=sX2(X2中的頻率為f2)(X2為轉子不轉時轉子漏電抗,其對應的f2=f1)由上述可見,當轉子以不同的轉速旋轉時,X2S是個常數,它與s成正比。正常運行的異步電機,X2S＜＜X2第七章異步電動機原理請注意:E2并不是異電機堵轉時真正的電動勢.因為堵轉時,氣隙主磁通φ1的大小要發生變化(這在以后再說明).上式中的E2

＝f1

W2Kw2φ1其中φ1是電機正常運行時氣隙里每極磁通量,認為是常數.第四十四頁，共91頁。7.4.3定,轉子磁通勢用磁通勢關系:第七章異步電動機原理★特點:(1)幅值：F2

=I2S42W2kw22π2P(2)轉向:在氣隙磁密作用下,轉子感應I2的相序為A2→B2→C2,則合成磁通勢F2的轉向也是+A2→+B2→+C2.●●定子通三相電源后,在定子繞組中流過的電流為I1,產生旋轉磁通勢F1,其特點與7.3節分析的一樣.●●1、定子磁通勢F1:

●2、轉子旋轉磁通勢F2●第四十五頁，共91頁。3、合成磁通勢：

第七章異步電動機原理60f2則：n2=───P(4)、瞬間位置：當轉子繞組哪相電流達最大值時，F2正好位于該相繞組的軸線處?！?3)、轉速：轉子電流I2的頻率為f2，空間轉速為n2

●從定子的角度上看定、轉子旋轉磁通勢F1、F2，其幅值和轉向均與前面單獨分析一致，轉速F1與前面分析一樣，而轉子則要站在定子的角度來分析?！瘛瘛竦谒氖?，共91頁。第七章異步電動機原理n1-ns=───n1前面講過，轉子F2相對于轉子繞組的逆時針轉速為n2。由于轉子本身相對于定子繞組有一逆時針轉速n，為此站在定子繞組上看轉子F2的轉速應為n2+n。●●∴F2相對于定子的轉速為：

n2+n=sn1+n=n1●即：站在定子上看轉子F2，它也是逆時針方向，以轉速n1旋轉看，可見F1與F2它們相對于來說，都是同轉向以相同的轉速n1一前一后同步旋轉著?！瘛瘛?0f260sf1已知：n2=───=────=sn1PP第四十七頁，共91頁。I0通常有多大呢？對于一般的異步機來說，大約為（20～50）%IN。第七章異步電動機原理這樣，合成總磁通勢就可用向量的辦法加起來即：F0=F1+F2●●●對前面已介紹的二種情況下的F0，就實質來說都是一樣，都是產生每極主磁通，φ1的勵磁磁通勢F0，但三種情況下的F0主大小來說，不一定都一樣大?，F在介紹的F0才是異步機運行時的勵磁磁通勢，對應的I0是勵磁電流?！瘛瘛瘛瘛竦谒氖隧?，共91頁。第七章異步電動機原理7.4.4轉子繞組f2的折合：

在前面已分析過：①.f2的大小僅僅影響F2相對于轉子本身的轉速，而F2相對于定子的相對轉速永遠為n1，而與f2

的大小無關。②.定、轉子間的聯系是通過磁通勢相聯系，只要保持F2的大小不變，即每極安匝數不變就行，至于電流的頻率是多少無所謂。...第四十九頁，共91頁。第七章異步電動機原理依據這二個概念，我們將轉子回路的電壓方程式E2S=I2S（r2+jx2s）··以上推導說明：I2S與I2的有效值以及初相角完全相等?！ぁぷ儞Q為:····

E2Ss

E2E2I2S=───=────=────=I2r2+jX2S

r2+jX2·

s

r2s+jX2·E2S、I2S、X2S分別是異步機轉子旋轉時，轉子繞組一相的電動勢，電流和漏電抗。E2、I2、X2分別是異步機轉子不旋轉時，一相的電動勢，電流和漏電抗。（但不是堵轉）····式中：Φ2=arctg=arctg=arctgx2Sr2

sx2r2

X2r2s轉子電路的功率因數角:第五十頁，共91頁。下面來分析，這兩個有效值相等的電流I2S和I2的頻率關系：第七章異步電動機原理圖7.21（a）為異步電動機實際運行時，轉子一相的電路其轉子電路的頻率為f2。圖7.21轉子頻率折合￠￠r2I2S·E2S·jX2S（f2）￠￠r2/SI2·E2·jX2（f1）（a)（b)轉子經過這種變換，從定子邊看，F2并沒有發現任何不同。即F2的幅值完全一樣。這就是轉子電路的頻率折合。也就是把轉子旋轉時實際頻率為f2的電路，變成了轉子不轉，頻率為f1的電路了。●●圖（b）是等效電路，其I2卻是轉子不轉時的電勢E2除以轉子等效阻抗Z2得到的，其對應頻率為f1，這兩個電流的頻率雖然不同，但有效值相等，在轉子中產生的旋轉磁通勢F2的幅值是一樣的?！瘛瘛竦谖迨豁摚?1頁。異步機轉子電路進行了頻率折合后（并考慮到相數、匝數及繞組系數都折合到定子邊）轉子回路的電壓方程式為：第七章異步電動機原理這樣，原來電動機定、轉子旋轉磁通勢的關系I2·’I0·I1·＋＝E2’

=I2’

（+jX2’

）●●r2’SF2

=I2’42W1kw12π2P·’·F2F0·F1＋＝又可用電流的關系來表示。即：F2的幅值為：●第五十二頁，共91頁。7.4.5、基本方程式，等值電路和時空向量圖根據上面五個基本方程式,便可畫出等值電路和時空向量圖第七章異步電動機原理與異步機轉子繞組短路并將轉子堵轉相比較，轉子旋轉時的基本方程式只有轉子繞組回路的電壓方程式有所不同，其余都一樣，即為：＝z1－U1·I1·E1·I2·’I0·I1·＋＝E1=E2

··’-E1=I0（rm+jXm）●●E2’

=I2’

（+jX2’

）●●r2’sE2’

=I2’

（r2’

+jX2’

）●●轉子繞組短路并堵轉時的電壓方程式為第五十三頁，共91頁。第七章異步電動機原理圖7.22三相異步電動機的T型等值電路￠￠r1rmI1·U1·jX1jXmr2’jX2’E1=E2

··’I2‘·I0·r2’(1-S)S從等值電路可見，與轉子堵轉，繞組短路時的等值電路相比，轉子回路增加了一項值的電阻。r2’(1-s)s①、當空載時，轉子的轉速接近同步轉速n1，s很小，r2’/s→∞，I2可認為等于零，這時定子電流I1就是勵磁電流I0，電動機的功率因數很低。②、當電動機運行于額定狀態時，s≈0.05，r2‘/s約為r2’的20倍左右，等值電路轉子邊呈電阻性，功率因數COSφ2較高，這時定子邊的COSφ1第五十四頁，共91頁。第七章異步電動機原理圖7.23三相異步電動機時空向量圖U1●I0·-E1·jX1I1·r1I1·Φ1I1●-I’2·I2’●E1=E2’●·jI2’X2’●I2’●r2’SF2●Bδ●F0●F1●-F2●Φ2根據上述五個基本方程式畫出異步機的時間空間第五十五頁，共91頁。7.4.6、鼠籠轉子如鼠籠轉子有m2根鼠籠條，則相數為m2，每相繞組匝數為1/2，繞組系數為1。鼠籠轉子異步機電磁關系與繞線式相同，也采用折合算法，等值電路及時空間向量圖的方法分析。道理一樣，方法相同，僅僅失合系數的數值不同而已。第七章異步電動機原理鼠籠轉子每相鄰兩根導條電動勢/電流相位相差的電角度與它們空間相差的電角度是相同的，導條是均勻分布的，一對磁極范圍內有m2根鼠籠條，轉子就感應產生m2相對稱的感應電動勢和電流。鼠籠轉子產生的旋轉磁通勢的轉向與繞線式一樣，也就是與定子旋轉磁通勢轉向一改，F1與F2一前一后同步旋轉，其極數也與定子相同。因此鼠籠轉子的三相異步機磁通勢關系也為：··F2F0·F1＋＝●●第五十六頁，共91頁。7.5、三相異步機的功率與轉矩電磁功率減去轉子繞組的銅耗Pcu2,就是傳輸給電機轉軸上的機械功率，用Pm表示第七章異步電動機原理7.5.1、功率關系：

鐵耗：PFe=PFe1=3I02rm也可表示為：PM=3E2I2cosφ2=m2E2I2cosφ2轉子銅耗：Pcu2=3I22r2=sPM輸入功率：P1=3U1I1cosφ1定子銅耗為：Pcu1=3I12r1則:Pm=PM－Pcu2=3I2’2

=3I2’2=(1-s)PM

（-r2’

）r2’sr2’1-ss第五十七頁，共91頁。p

m表示機械損耗，即軸承及風阻等磨擦阻轉矩。PS為附加損耗，是定轉子齒槽及諧波磁勢所產生的損耗。PS一般不易計算，往往根據經驗估算：大型機：PS=0.5%小型機：PS=（1～3）%PN或更大些轉軸上真正輸出的功率:P2=Pm-p

m-pS┄┄┄（7-11）

p0=p

m+pS第七章異步電動機原理空載損耗第五十八頁，共91頁。所以：P2=P1-pcu1-pFe-pcu2-pm-pSPM=P1-pcu1-pFe（P243）圖7.24將異步機功率流程圖形象地表示出來了。通常異步運行時,電磁功率，轉子回路銅耗和機械功率三者之間的定量關系是：

PM：pcu2：Pm=1：S：（1-s）┈┈┈（7-12）第七章異步電動機原理此式說明：若電磁功率一定，轉差率S越小，轉子回路銅耗越小，機械功率越大。第五十九頁，共91頁。7.5.2、轉矩關系：第七章異步電動機原理由（7-11）P2=PM-P0都除以Ω即為：T2=T-T0T

=PmΩ軸的角速度機械功率=Pm

2πn60=Pm

2πn160(1-S)

=PMΩ1同步角速度（7-13）輸出轉矩電磁轉矩第六十頁，共91頁。7.5.3、電磁轉矩的物理表達式：第七章異步電動機原理T

=PMΩ1=2πn160=─────────’3I22r2’=2πn1603E2I2cosφ23πf1

W2Kw2φ1I2cosφ222πn160P

W2Kw2φ1I2cosφ232==CTjφ1I2cosφ2轉矩系數當Φ1的單位為Wb，I2的單位為A時，則T的單位為N.m。從上式可見：異步電動機電磁轉矩T與氣隙每極磁通和轉子電流的有功分量的乘積成正比。第六十一頁，共91頁。7.6、三相異步機的機械特性：7.6.1、機械特性的參數表達式：在異步機的等值電路中，由于勵磁阻抗比定、轉子漏阻抗大很多，可把T型等值電路（圖7.23，P233）勵磁阻抗這一段電路認為是開路來計算I2’

，誤差很小。第七章異步電動機原理異步機的機械特性:即U1、f1和參數固定的條件下，電磁轉矩T與n或S的函數關系。T

=PmΩ1=2πn160=2πf1

P’3I22r2s’’3I22r2s’I2’=─────────────r2S’（r1+）2+（x1+x2’）2

U1第六十二頁，共91頁。將I2’表達式代入上面電磁轉矩公式中得：只要固定U1、f1及阻抗等參數，則T只是s的函數即T=f（s）曲線便為機械特性的T-s曲線第七章異步電動機原理T

=r2S’[（r1+）2+（x1+x2’

）2]2πn1603U12r2s’=2πf1

3PU12r2s’r2S’[（r1+）2+（x1+x2’

）2]（7-14）機械特性的參數表達式第六十三頁，共91頁。第七章異步電動機原理7.6.2、固有機械特性：1、固有機械特性曲線：即U1、f1均為額定值，定、轉子回路不串入任何電路元件時的機械特性，叫固有機械特性.如圖7.25(T─S)或（T─n）T－Tmn01.0ABn1TmTN21●●2.0-smsm-n1s圖7.25三相異步電動機固有機械特性●曲線2為負相序曲線曲線1為正電源相序由圖可見：固有機械特性曲線的特點：理想空載運行點額定運行點電磁轉矩最大點C●起動點1）、在0＜S≤1即n1＜n≤0的范圍內，特性曲線在第一象限，T與n都為正，即同方向，從正方向規定判斷，與n1同方向，電動機工作在這范圍內是電動狀態。2）、在S＜0范圍內，n＞n1，特性在第二象限，T為負值，是制動性轉矩，電磁功率也是負值，是發電狀態。在此范圍內的曲線與S＞0時近似對稱。3）、在S＞1范圍內，n＜0，特性在第三象限，T＞0，也是一種制動狀態。第六十四頁，共91頁。2、最大電磁轉矩：第七章異步電動機原理正、負最大電磁轉矩可從參數表達式求得：由=0得最大轉距為：dTds2πf1

[±r1+Tm

=±─────────────r12+（x1+x2’

）2]

3PU1212臨界轉差率（最大轉矩所對應的轉差率）為：式中：+號適用于電動機狀態-號適用于發電機狀態sm

=±───────r12+（x1+x2’

）2

r2’

（7-16）（7-15）第六十五頁，共91頁。說明:異步機處于發電和電動機狀態的最大電磁轉矩絕對值可近似認為相等，臨界轉差率也近似認為相等，機械特性具有對稱性。通常λ=1.6～2.2冶金起重用λ=2.2～2.8注意：異步機不能長期工作在最大轉矩處，因為電流過大溫升起出額定值，將會燒毀電機，同時最大轉矩處運行也不穩定。第七章異步電動機原理一般，r12不超過（X1+X2‘）2的5%，可忽略r1的影響，故有：TmTN異步機的過載能力λ=最大轉矩額定轉矩2πf1Tm

=±───────（x1+x2’

）3PU1212sm

=±─────（x1+x2’

）r2’

Tm∝U12Tm∝──sm與U1無關1x1+x2’由右式得第六十六頁，共91頁。3、起動轉矩：

(一般KT=0.8～1.2）第七章異步電動機原理起動時，n=0，s=1時的電磁轉矩稱為起動轉矩。Ts=2πf1

3PU12r2’[（r1+r2’）2+（x1+x2’

）2

]TS∝U12TS與漏電抗成反比由上式得電動機順利啟動的條件：TS＞（1.1～1.2）TLTSTN起動轉矩倍數KT=起動轉矩額定轉矩（7-17）第六十七頁，共91頁。第七章異步電動機原理4、穩定運行問題：從機械特性可得：T－Tmn01.0ABn1TmTN1●●-smsms圖7.25三相異步電動機固有機械特性●0sN★在0＜S＜Sm段：機械特性下斜，拖動恒轉矩和泵類負載運行時均能穩定運行。★在0＜S＜SN段：能長期穩定運行★在sm＜s＜1范圍:①拖動恒轉矩負載不能穩定運行。②拖動泵類負載，滿足T=TL處，的條件即可穩定運行，但此時轉速低，s大，E2S=sE2比正常運行大很多，造成轉子電流，定子電流均很大，故不能長期運行。dTdndTLdn＜第六十八頁，共91頁。第七章異步電動機原理7.6.3、人為機械特性：從機械特性參數表達式（7-14）除自變量和因變量外，保持其它量都不變，只改變U1的機械特性。1、降低定子端電壓的人為機械特性：nn10smsUNTmT00.64Tm0.25Tm0.5UN0.8UN1.0圖7.29改變定子電壓U1人為機械特性由圖可見，同步轉速n1與電壓U1的大小無關。這就是說，不同電壓U1的人為機械特性是一組通過n1；而轉矩與U12成正比且sm與電壓無關的曲線。請見（7-14）式第六十九頁，共91頁。第七章異步電動機原理2、定子回路串接三相對稱電阻的人為機械特性：其它量不變的條件下，僅僅改變異步機定子回路電阻得圖7.28的人為機械特性.nn100.5sT0RR=01.0圖7.30定子串三相對稱電阻的人為機械特性由圖可見n1不變，Tm，TS，Sm都隨定子回路電阻值增大而減小，因為電阻上消耗有功功率。第七十頁，共91頁。第七章異步電動機原理3、定子回路串三相對稱電抗的人為機械特性：

與串電阻相似，n1不變，Tm，TS，sm均減小，只是電抗不消耗有功功率。

既然與串電阻相似，所以這里不詳細講，請看下面第4種人為特性。第七十一頁，共91頁。第七章異步電動機原理4、轉子回路串入三相對稱電阻的人為機械特性：nn10smsTmT01.0圖7.29轉子回路串三相對稱電阻的人為機械特性sm1sm2r2r2+R1r2+R2R1＜R2特點：①、n1不變②、Tm不變③、sm∝r2’∝（r2+R）r2：轉子一相總電阻R：外串電阻第七十二頁，共91頁。第七章異步電動機原理由圖可見，轉子回路串電阻，可增大起動轉矩，串的電阻合適時，可使：r2’+R’

X1+X2’sm==1Ts=Tm即：起動轉矩為最大轉矩R’=KeKiRKe：電壓變比 Ki：電流變比式中：nn10smsTmT01.0圖7.29轉子回路串三相對稱電阻的人為機械特性sm1r2r2+R1r2+R2R1＜R2第七十三頁，共91頁。2、如何使用實用公式：

第七章異步電動機原理在額定工作點時對應SN，TN解得：sm=sN（λ+λ2-1）7.6.4、機械特性的實用公式：1、實用公式：TTms

smsms+2=實際應用中，可忽略空載轉矩，近似認為TN=T2N，過載能力λ可查產品目錄。故Tm=λTNTN=9550PNnN（通常額定工作點的數據是已知的）sNsmsmsN1λ=2+則7-18式變為：（7-18）第七十四頁，共91頁。當三相異步機在額定負載范圍內運行時：第七章異步電動機原理若額定工作點不知道，而異步機是工作在人為機械特性上某一點，這時可將此點的T和s代入式（7-18）找出sm。TNTNs

smsms+2·=TTm于是可忽略，則式7-18變為：s

smssmsms因為此時s＜sN而（sN=0.01～0.05)2TmsmT=·s此式條件：sN＞s＞0的范圍內TλTNs

smsms+2=nn10sT01.0異步機的機械特性TNSmSN●A將額定工作點代入此式得：2λTmSmTN=sNsm=2λsN第七十五頁，共91頁。7.7、三相異步電動機的工作特性及其測試方法：第七章異步電動機原理★求工作特性的方法：①可通過直接給異步機帶負載測試②可利用等值電路計算而得三相異步機的工作特性：即U1=UN，f1=fN時，n，I1、COSφ1、T、η等與輸出功率功率P2的關系。圖7.30為異步機的工作特性曲線。n0P2Tη圖7.30異步電動機的工作特性cosφ1I1第七十六頁，共91頁。第七章異步電動機原理7.7.1、工作特性分析：

空載時，轉子轉速n接近于n1，隨著負載的增加，n略微↓，此時轉子E2S↑，I2S↑，以產生大的電磁轉矩來平衡負載轉矩.因此，隨著P2↑，n↓，s↑，如圖中一下降的轉速特性曲線。1、轉速特性：n=f（P2）

n0P2異步電動機的轉速特性第七十七頁，共91頁。第七章異步電動機原理2、定子電流特性I1=f（P2）

空載時，I2‘差不多為0，定子電流為I0（勵磁電流），隨著P2↑，n↓，I2↑，I1↑。0P2異步電動機的電流特性I1第七十八頁，共91頁。第七章異步電動機原理3、定子邊功率因數COSφ1=f（P2）

運行時必須從電網中吸取無功功率，所以它的功率因數永遠小于1，空載時，COSφ1很低，不超過0.2；當P2↑，定子中電流有功分量增加，使COSφ1↑，接近額定負載時，COSφ1最高。如果負載進一步增大，由于s↑使φ2↑，結果使COSφ1↓。0P2異步機的功率因數特性cosφ1第七十九頁，共91頁。第七章異步電動機原理4、電磁轉矩特性T=f

（P2）空載時：T=T0穩定運行時：T=T2+T0輸出功率：P2=T2∵T2=∴T=+T0P2ΩP2Ω隨著負載↑，P2↑，而Ω變化不大，∴T隨P2的變化近似為一直線0P2