主要內容：

1、了解異步電機的基本結構；

2、掌握與異步電機有關的一些物理概念；

3、掌握異步電機的等效電路和參數測定方法；

4、掌握異步電動機的功率平衡式和轉矩平衡式；

5、掌握異步電動機的機械特性和穩定運行條件；

6、了解異步電機的工作特性及其測試方法；第7章異步電動機原理2/5/20231§7.1異步電動機的結構、額定數據與工作原理§7.1.1異步電動機的主要用途和分類1、異步電動機的優缺點

優點:結構簡單、容易制造、價格低廉、運行可靠、堅固耐用、運行效率較高和具有適用的工作特征。

缺點:功率因數較差。異步電動機運行時，必須從電網里吸收落后性的無功功率，它的功率因數總是小于１。要求：了解異步電機的定子和轉子的基本結構；掌握異步電機的銘牌數據和工作原理異步電機又叫感應電機。2/5/202322、異步電動機的分類（1）按定子相數分有①單相異步電動機；②兩相異步電動機；③三相異步電動機。（2）按轉子結構分有①繞線式異步電動機；②鼠籠式異步電動機。后者又包括單鼠籠異步電動機、雙鼠籠異步電動機和深槽式異步電動機。（3）根據電機定子繞組上所加電壓有①高壓異步電動機；

②低壓異步電動機。從其它角度看，還有高起動轉矩異步電機、高轉差率異步電機、高轉速異步電機等等。2/5/202333、異步電動機的主要用途主要做電動機使用（工業、農業、民用）；

也可作為異步發電機使用。單機使用時，常用于電網尚未到達的地區，又找不到同步發電機的情況，或用于風力發電等特殊場合上。在異步電動機的電力拖動中，異步電機回饋制動時，即運行在異步發電機狀態。2/5/20234下面是它主要部件的拆分圖。§7.1.2三相異步電動機的結構異步電動機在結構上主要也是由定子、轉子、氣隙組成。2/5/20235D聯結Y聯結A

B

CA

B

CZ

X

YZ

X

Y（2）定子鐵心1、定子異步電動機的定子是由機座、定子鐵心和定子繞組三個部分組成的。（1）定子繞組

是電機的電路部分，繞組用帶絕緣的銅導線繞制，嵌在定子槽內，繞組與槽壁間用絕緣材料隔開。接線方式見第6章。2/5/20236是電動機磁路的一部分，裝在機座里。用0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成的，在硅鋼片的兩面還應途上絕緣漆。當鐵心直徑大于1m時，用扇形硅鋼片。下圖所示為定子槽,其中(a)是開口槽，用于大、中型容量的高壓異步電動機中；(b)是半開口槽，用于中型500V以下的異步電動機中；(c)是半閉口槽，用于低壓小型異步電動機中。2/5/20237（3）機座：主要是為了固定與支撐定子鐵心。如果是端蓋軸承電機，還要支撐電機的轉子部分。因此，機座應有足夠的機械強度和剛度。對中、小型異步電動機，通常用鑄鐵機座。對大型電機，一般采用鋼板焊接的機座，整個機座和座式軸承都固定在同一個底板上。2、氣隙異步電動機的氣隙比同容量直流電動機的氣隙小得多，在中、小型異步電動機中，氣隙一般為0.2—2.0mm左右。氣隙越小，電機的功率因數越高，但會使電機的裝配困難，運行不可靠，易發生掃膛現象。此外，為減小附加損耗以及減少高次諧波磁動勢產生的磁通，氣隙應該大些。2/5/20238異步電動機的轉子是由轉子鐵心、轉子繞組和轉軸組成。（1）轉子鐵心：是電動機磁路的一部分，它用0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成。鐵心固定在轉軸或轉子支架上，整個轉子的外表呈圓柱形。3、轉子（2）轉子繞組：分為籠型和繞線型兩類。a）繞線型轉子：轉子繞組的三條引線分別接到三個滑環上（也稱為集電環），用一套電刷裝置引出來。具體的槽形參見圖7-5和有關資料。2/5/20239籠型繞組是一個自己短路的繞組。在轉子的每個槽里放上一根導體，在鐵心的兩端用端環連接起來，形成一個短路的繞組。又叫鼠籠轉子。導條的材料有用銅的，也有用鋁的。如果是鋁，其工藝應該用鑄鋁，把熔化的鋁注入轉子槽中，且把風扇和端環一同鑄成，工藝簡單，適合于中、小型電機的籠型轉子。

如果是銅，其工藝是焊接。就需要把事先做好的裸銅條插入轉子鐵心上的槽里，再用銅端環套在伸了兩端的銅條上，最后焊在一起。適合于大型電機的籠型轉子。繞線型轉子結構稍復雜，價格稍貴，因此只在要求啟動電流小，啟動轉距大，或需平滑調速的場合使用。

b）籠型轉子：2/5/202310靜止部分:定子轉動部分:轉子氣隙主要部件：定子鐵芯、定子繞組、機座主要部件：轉子鐵芯、轉子繞組、轉子軸作用：通過三相電流建立旋轉磁場固定和支撐定子鐵芯作用：帶動其他機械設備旋轉。

三相異步電動機三相異步電動機的轉子鐵芯a）銅條轉子b）鑄鋁轉子

鼠籠型轉子繞組結構示意圖a）銅條轉子繞組b）鑄鋁轉子繞組2/5/202311§7.1.3異步電機的銘牌數據三相異步電動機的銘牌上標明電機的型號、額定數據等。

電機產品的型號一般采用大寫印刷體的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。例如Y系列三相異步電動機表示如下：

Y100L12

異步電動機

極數機座中心高

機座長度代號鐵心長度代號

1、型號2/5/2023122、額定值（1）額定功率PN

：指電動機在額定運行時軸上輸出的機械功率，單位是KW。（2）額定電壓UN

：指額定運行狀態下加在定子繞組上的線電壓，單位為V。（3）額定電流IN

：

指電動機在定子繞組上加額定電壓、軸上輸出額定功率時，定子繞組中的線電流，單位為A。（4）額定頻率f1

：指我國規定工業用電的頻率是50Hz。（5）額定轉速nN

：指電動機定子加額定頻率的額定電壓，且軸端輸出額定功率時電機的轉速，單位為r/min。（6）額定功率因數：指電動機加額定負載時，定子邊的功率因數。2/5/202313（1）當電動機銘牌上標明“電壓380/220V，接法Y/△”時，這種情況下，究竟是接成Y或△，要看電源電壓（線電壓）的大小。如果電源電壓為380V，則接成Y接；電源電壓為220V時，則接成△接。（2）當電動機銘牌上標明“電壓380V，接法時△”時，則只有這一種△接法。但是在電動機起動過程中，可以接成Y接，接在380V電源上，起動完畢，恢復△接法。對有些高壓電動機，往往定子繞組有三根引出線，只在電源電壓符合電動機銘牌電壓值，便可使用。3、如何根據電機的銘牌進行定子接線如果電動機定子繞組有六根引出線，并已知其首、末端，分幾種情況討論。2/5/202314定子接三相電源上，繞組中流過三相對稱電流，氣隙中建立基波旋轉磁動勢，產生基波旋轉磁場，轉速為同步速度:這個同步速的氣隙磁場切割轉子繞組，產生感應電動勢并在轉子繞組中產生相應的電流；轉子繞組在磁場中受到電磁力矩作用，這個力矩驅動轉子旋轉，實現電動機的工作過程。§7.1.4異步電動機的工作原理2/5/202315§7.2三相異步電動機轉子不轉、轉子繞組開路時的電磁關系§7.2.1正方向的規定規定磁動勢、磁通和磁密都是從定子出來而進入轉子的方向為它們的正方向；把定、轉子空間坐標軸的縱軸都選在A相繞組的軸線處，并假設兩個軸線重合。2/5/202316

給異步電動機定子繞組通入對稱的三相交流電，轉子繞組開路，在這種情況下，整個氣隙磁場全部是由定子繞組內的三相對稱電流產生。1）幅值§7.2.2磁通及磁動勢由勵磁電流產生的旋轉磁場的磁動勢的特點：1、勵磁磁動勢定子磁動勢又叫做勵磁磁動勢，定子電流亦叫做勵磁電流。2/5/2023173）轉速：相對于定子繞組以角頻率旋轉。4）瞬間位置：正如前面所分析的，當A相電流達到正最大時，它所對應的磁動勢也達到正最大。

轉子不轉的三相異步電機，相當于一臺副邊開路的三相變壓器，其中定子繞組是原繞組，轉子繞組是副繞組，只是在磁路中，異步電機定、轉子鐵心中多了一個空氣隙磁路而已。可借助于變壓器的電磁理論進行分析。2）轉向：A1—B1—C1，逆時針轉向。2/5/2023182、主磁通和定子漏磁通

主磁通：同時鉸鏈定子、轉子、氣隙構成閉和回路的磁通，氣隙里每極主磁通量用Φ1表示定子漏磁通：只鉸鏈定子繞組就形成閉和回路，叫定子漏磁通，用表示。在不考慮磁滯、渦流的影響下，氣隙磁密和勵磁磁動勢同方向，這是因為磁動勢達到最大值時，該處的磁密也為最大。包括定子繞組的槽部漏磁通、端部漏磁通和由高次諧波磁通勢所產生的高次諧波磁通，2/5/202319電壓變比：定子、轉子每相電動勢之比，用ke表示，即:§7.2.3感應電動勢的相位關系：定子和轉子是被同一個磁通所鉸鏈，所以，兩個感應電動勢之間是同相位的。2/5/202320§7.2.5電壓方程式§7.2.6等效電路§7.2.4勵磁電流和變壓器情況一樣，勵磁電流也是由I0a

和I0r兩分量組成。定子漏電動勢2/5/202321§7.3三相異步電動機轉子堵轉時的電磁關系

堵轉:即堵住轉子讓轉子不轉的現象，實際上就是對轉子進行了短路。§7.3.1磁通勢和磁通

1、磁通勢異步電動機轉子被短路的情況和變壓器副邊短路的情況類似。轉子側磁動勢的特點（以繞線式為例）

1)幅值：2/5/202322

2)轉向：假設氣隙旋轉磁密是逆時針方向旋轉，在轉子繞組內感應產生的電動勢及電流的相序就應為A2—B2—C2。

3)轉速：相對于轉子繞組為

4）瞬間位置：當A相電流達到正的最大值時，與他相對應的磁動勢也達到正的幅值。

此時的磁動勢為：2/5/202323注意，變壓器中的主磁通是脈振磁通，是它的最大振幅。在異步電動機中，氣隙里主磁通的卻是旋轉磁通，它對應的磁密波沿氣隙圓周方向是正弦分布，以同步速度相對于定子在旋轉，表示氣隙里每極的磁通量。2、漏磁通§7.3.2定、轉子回路方程是轉子繞組的漏阻抗。轉子相電流為:2/5/202324是轉子繞組回路的功率因數角.根據定、轉子磁動勢合成關系，有改寫成定子回路的電壓方程式為：例7-2：有一臺三相四極50Hz的繞線式異步電動機，轉子每相電阻R2=0.02,轉子不轉時每相的漏電抗X2=0.08，電壓變比為10，當E1=220V，求轉子不轉時的轉子一相電動勢E2，轉子電流I2以及轉子功率因數cosφ2。定子旋轉磁動勢里包含著兩個分量2/5/202325要求：保證轉子側在折算前后對整個磁場的影響不能發生改變，即折算前后轉子的總視在功率、有功功率、轉子的銅耗和漏磁場儲能均保持不變。§7.3.3轉子繞組的折合（折算）根據定、轉子磁通勢的關系：可以寫成簡單的說就是轉子側的磁通勢沒有改變，不影響定子邊。2/5/202326電流變比2/5/202327根據轉子回路的電壓方程式：相關量的折算2/5/202328折合前后的功率關系不變。例如轉子里的銅損耗，用折合后的關系表示為：折合前后的無功功率也不變。例如轉子漏抗上的無功功率，用折合后的關系式表示為：2/5/202329例7-3：一臺繞線式三相異步電動機，當定子加額定電壓而轉子開路時，滑環上電壓為260V，轉子繞組為星接，不轉時轉子每相漏阻抗為0.06+j0.2（設定子每相漏阻抗）求：定子加額定電壓，求轉子不轉時轉子相電流

當在轉子回路串入三相對稱電阻，每相阻值為0.2時，計算轉子每相的電流。§7.3.4基本方程式、等效電路和相量圖2/5/202330§7.4三相異步電動機轉子旋轉時的電磁關系§7.4.1轉差率同步轉速n1與轉子轉速n之差（n1-n）稱為轉差，轉差與同步轉速n1的比值稱為轉差率，用s表示，即

s是一個沒有量綱的數，它的大小也能反映電動機轉子的轉速。例如時，;時，；時s為負；電動機轉子的轉向與氣隙旋轉磁密的轉向相反時，s＞1。一般：2/5/202331當異步電動機轉子以轉速恒速運轉時，轉子回路的電壓方程式為（注意s下標）：§7.4.2轉子電動勢定轉子相對轉速為：此時，轉子頻率也叫轉差頻率正常運行的異步電動機，轉子頻率約為0.5～2.5Hz。2/5/202332轉子旋轉時轉子繞組中感應電動勢為：轉子漏抗是對應轉子頻率時的漏電抗。它與轉子不轉時轉子漏電抗(對應于頻率Hz)的關系為：正常運行的異步電動機說明：當轉子旋轉時，每相感應電動勢與轉差率s成正比。2/5/202333§7.4.3定、轉子磁動勢及磁動勢關系1、定于磁通勢2、轉子旋轉磁動勢1）幅值：2）轉向仍為逆時針方向旋轉。當轉子繞組哪相電流達正最大值時，正好位于該相繞組的軸線上。3）轉速4）瞬間位置2/5/202334站在定子繞組的角度上看定、轉子旋轉磁動勢1）幅值：不變2）轉向：二者的轉向相對于定子都為逆時針方向旋轉。3、合成磁動勢

3）轉速：轉子旋轉磁動勢相對于定子繞組的轉速為：

可見，轉子磁動勢和定子磁動勢的轉速在空間總是等于同步轉速，始終保持相對靜止，即定、轉子磁勢之間沒有相對運動！所以：合成的總磁動勢，仍用來表示。即2/5/202335例7-4，7-5：有一臺三相異步電動機，定子繞組接到頻率為f1=50Hz的三相對稱電源上，已知它運行在額定轉速為960r/min，求1、該電動機的極對數2、額定轉差率3、額定轉速運行時，轉子電動勢的頻率f24、假設轉子的轉向與Bδ的轉向相同，轉速n分別為950r/min，1000r/min，1040r/min和0時的轉差率5、轉子的轉向與Bδ的轉向相反，轉速為500r/min時的轉差率2/5/202336轉子旋轉磁動勢相對于定子的轉速永遠為同步轉速,與轉子電流的頻率無關,所以只要保持轉子旋轉磁動勢的大小不變，至于電流的頻率是多少無所謂。為了便于分析，對頻率進行折算，轉子回路方程為:§7.4.4轉子繞組頻率的折合轉子電路的功率因數角為：2/5/202337這兩個有效值相等的電流對應電路圖中下圖所示由此可見,頻率折算是用一個靜止的電阻為R2/s的等效轉子去代替電阻為R2的實際旋轉的轉子,等效轉子將與實際轉子具有相同的轉子磁動勢.

轉子電路的頻率折算：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。2/5/202338把上式得到的電阻的形式再進行變形，可以分解成很明顯和轉子不轉時相比，轉子側多了一個電阻。再考慮把轉子繞組的相數、匝數以及繞組系數都折合到定子邊，轉子回路的電壓方程式則變為：2/5/202339當異步電動機轉子電路進行了頻率折合后，轉子旋轉磁通勢的幅值可寫成:這樣一來，定、轉子旋轉磁動勢的關系，又可寫:再考慮轉子繞組的相數、匝數折合，為:2/5/202340相應的等效電路:§7.4.5基本方程式、等效電路和時空相矢量圖從等效電路圖上可以看出，轉子電路中多了一個表征機械負載的等效電阻，而在這個電阻上消耗的電功率在數值上剛好和轉子旋轉時的機械功率相等。2/5/202341當異步電動機空載時，轉子的轉速接近同步速，轉差率s很小，/s趨于∝，電流可認為等于零,這時定子電流就是勵磁電流,電動機的功率因數很低。當電動機運行于額定負載時，轉差率約為的20倍左右，等值電路里轉子邊呈電阻性，功率因數COS較高。這時定子邊的功率因數COS也比較高，可達0.8～0.85.根據上述五個基本方程式可畫出的異步電動機時間空間相量圖。2/5/202342要求：熟練列出異步電機的功率平衡方程式和轉矩平衡方程式熟練掌握各種損耗的特點；掌握一些簡單的計算；§7.5.1功率關系功率平衡關系異步電動機從電源獲取電功率，即輸入功率：§7.5三相異步電動機的功率與轉矩2/5/202343定子銅損耗為:定子回路的鐵耗：轉子銅損耗為:總的機械功率為：電磁功率為:電磁功率也可以表示為:2/5/202344異步電動機運行時電磁功率、轉子回路銅損耗和機械功率三者之間的定量關系是：所以整個功率傳遞過程中的功率關系為P1PMP2pcu1pFepcu2pm+ps

Pm2/5/202345§7.5.2轉矩關系旋轉電機的機械功率等于電機的轉矩與它的機械角速度乘積。異步電動機輸出功率為：電磁轉矩的兩種計算公式：2/5/202346

例7.7,7.8

：一臺三相繞線式異步電動機，PN=100KW，U1N=380V，f1=50HZ，nN=950r/min,額定轉速運行時，機械損耗為1KW，忽略附加損耗，求額定負載下的:

額定轉差率；電磁功率；轉子銅耗；電磁轉矩；輸出轉矩；空載轉矩P2372/5/202347§7.5.2電磁轉矩的物理表達式CTj為電機轉矩系數。2/5/202348要求：熟練掌握異步電機的機械特性，并能根據機械特性對電機的運行進行分析，掌握幾個特殊的工作點和實用計算公式。掌握異步電機的穩定運行

三相異步電動機的機械特性：指在定子電壓、頻率和參數固定的條件下，電磁轉矩T與轉速n（或轉差率s）之間的函數關系。可用曲線來表示，稱為異步電機的機械特性曲線或T-s曲線。§7.6三相異步電動機的機械特性2/5/202349根據等效電路圖可得，根據§7.6.1機械特性的參數表達式代入上述公式得：固定相電壓、頻率、及阻抗等參數，畫成曲線便為T－s曲線。2/5/202350固有機械特性：三相異步電動機在電壓、頻率均為額定值不變，定、轉子回路不串入任何電路元件時的機械特性，如圖。（1）在0≤S≤1，即0

≤

n≤n1的范圍內，特性在第Ⅰ象限，電磁轉矩T和轉速n都為正，從正方向規定判斷，T與n同方向，n與n1同方向。電動機工作在電動狀態。§7.6.2固有機械特性1、固有機械特性曲線具有以下特點：2/5/202351（3）在s＞1范圍內，n＜O，特性在第Ⅳ象限，T＞0，也是一種制動狀態。（2）在s＜0范圍內，n＞n1，特性在第Ⅱ象限，電磁轉矩為負值，是制動性轉矩，電磁功率也是負值，是發電狀態，機械特性在S＜0和s＞0兩個范圍內近似對稱。在第Ⅰ象限電動狀態的特性上，B點為額定運行點，其電磁轉矩與轉速均為額定值。A點，T=0,為理想空載運行點。C點是電磁轉矩最大點。D點n=0，轉矩為TS，是啟動點（見圖）。2/5/2023522、最大電磁轉矩令最大轉矩對應的轉差率稱為臨界轉差率為得最大電磁轉矩，上式可以簡化為機械特性具有對稱性。最大轉矩倍數：最大電磁轉矩與額定電磁轉矩的比值，又稱過載倍數，用λ表示為一般λ為1.6～2.2,起重、冶金用的λ

為2.2～2.8。2/5/2023533、堵轉轉矩（啟動轉矩）堵轉轉矩：電動機啟動時，n=0，s=1的電磁轉矩。電動機啟動時，只有TS大于(1.1～1.2)倍的負載轉矩才可順利啟動。一般異步電動機啟動轉矩倍數kT=0.8～2.0。

啟動轉矩倍數：啟動轉矩與額定轉矩的比值，用kT表示2/5/2023544、穩定運行問題

從三相異步電動機機械特性上看，當0＜s＜sm，機械特性下斜，拖動恒轉矩負載和泵類負載運行時均能穩定運行。當sm＜s＜1，機械特性上翹，拖動恒轉矩負載不能穩定運行。拖動泵類負載時，滿足T=TL處的條件，即可以穩定運行。但是由于這時候轉速低，轉差率大，轉子電動勢E2S=SE2比正常運行時大很多，造成轉子電流、定子電流均很大，不能長期運行。因此三相異步電動機應長期穩定運行在0＜s＜SN范圍內。2/5/202355例7-9：一臺三相籠型異步電動機，UN=380V,Y接，p=3，f1=50HZ，nN=975r/min，電機參數為r1=2.08Ω,x1=3.12Ω，轉子電阻和電抗的折算值為1.53Ω和4.25Ω。求：額定電磁轉矩最大電磁轉矩及過載倍數臨界轉差率堵轉轉矩及堵轉轉矩倍數P2412/5/202356§7.6.3人為機械特性1、降低定子端電壓的人為機械特性2/5/2023572、定子回路串接三相對稱電阻的人為機械特性在其它量不變的條件下,定子回路串入三相對稱電阻，不影響同步轉速n1，最大電磁轉矩Tm、堵轉轉矩Ts和臨界轉差率sm都隨串入電阻的增大而減小。中右圖所示。0sn11.0RR0Tn3、定子回路串接三相對稱電抗的人為機械特性定子回路串入三相對稱電抗的人為機械特性與串電阻的相似，同步轉速n1不變，最大電磁轉矩Tm、堵轉轉矩Ts和臨界轉差率sm都隨串入電抗的增大而減小。只是串電抗不消耗有功功率，而串電阻消耗有功功率。2/5/202358同步轉速n1不變，最大電磁轉矩Tm不變，臨界轉差率sm隨串入電阻的增大而增大。

4、轉子回路串入三相對稱電阻的人為機械特性若再增加電樞電阻，則sm>1,Ts<Tm。可見，轉子回路串電阻增大堵轉轉矩，并非電阻越大越好，而應有個限度。從圖看出，轉子回路稍串入一些電阻，可以增大起動轉矩，串的電阻合適時，可使2/5/202359§7.6.4機械特性的實用公式

代入上式,于是上式變為:1、實用公式2/5/202360若其中sm大約在0.1～0.2范圍內，上式中，在任何s值時，都有這就是三相異步電動機機械特性的實用公式。在實際應用中，忽略空載轉矩，近似認為TN=T2N

。過載能力λ可從產品目錄中查到，故Tm=λTN

便可確定。2、如何使用實用公式2/5/202361臨界轉差率sm的計算用額定工作點的sN和TN其代入上式若使用實用公式時，不知道額定工作點數據，而是在人為機械特性上運行，這時可用如下公式：2/5/202362§7.7異步電動機的工作特性異步電動機的工作特性：指在額定電壓及額定頻率下，電動機的主要物理量（轉速、定子電流、電磁轉矩、功率因數及效率等）隨輸出功率變化的關系曲線。1、轉差率特性s=f(P2)隨著負載功率的增加，電磁功率增加，轉子電流需要增大，故轉差率隨輸出功率增大而增大。轉差率sP2§7.7.1工作特性的分析空載時電流很小，隨著負載電流增大，電機的輸入電流增大。2、定子電流特性I1＝f（P2）2/5/2023633、定子邊功率因數空載時，定子電流基本上用來產生主磁通，有功功率很小，功率因數也很低；隨著負載電流增大，輸入電流中的有功分量也增大，功率因數逐漸升高；在額定功率附近，功率因數達到最大值。如果負載繼續增大，則導致轉