第九章三相異步電動機的運行原理1第一節轉子不動時的異步電動機第二節轉子旋轉時的異步電動機概述2異步電機單邊勵磁，轉子邊電流由感應產生。異步電機與變壓器相似，定子繞組相當于變壓器一次繞組，轉子繞組相當于變壓器二次繞組。因此，可以把分析變壓器的理論用到分析異步電機中來。異步電機三相定、轉子繞組對稱，對稱運行時，各相電磁過程相同，分析時可只討論一相，如電動勢方程、等效電路等，根據一相計算結果，再考慮相位后推廣到其它兩相。概述3第一節轉子不動時的異步電動機與變壓器二次側短路時的運行狀態非常相似。轉子不動時異步電機與變壓器運行比較：異步電機變壓器三相合成磁勢旋轉磁勢脈動磁勢有無氣隙有無空載激磁電流大小繞組形式分布繞組集中繞組41、參考方向的規定圖9－1三相繞線式異步電機參考方向規定

當三相異步電機定子繞組接交流電源時，轉子不動可分為轉子繞組開路和轉子堵轉兩種情況。52.轉子繞組開路時異步電機的電磁關系定子（三相對稱電流I通入三相對稱繞組）圓形旋轉磁場(n1=60f1/P)以n1

切割定子繞組;以n1

切割轉子繞組諧波，漏磁6轉子繞組開路，轉子回路無電流，不產生磁動勢。此時，氣隙磁動勢只有定子磁動勢，稱為勵磁磁動勢，相應的定子電流稱為勵磁電流。勵磁磁動勢2.轉子繞組開路時異步電機的電磁關系(1).磁動勢和磁通電機中合成基波旋轉磁動勢7主磁通和定子漏磁通

圖9－2異步電機的主磁通和漏磁通

主磁通：同時交鏈定子和轉子繞組的磁通。定子漏磁通：不交鏈轉子繞組只交鏈定子繞組的磁通。漏磁通主要有槽部漏磁通和端部漏磁通。2.轉子繞組開路時異步電機的電磁關系8主磁通：異步電動機磁通定子漏磁通：實現定轉子之間能量傳遞。只產生壓降。主磁通和定子漏磁通

2.轉子繞組開路時異步電機的電磁關系主磁通同時交鏈定子和轉子繞組，分別在其上感應電動勢，異步電動機就是依靠主磁通實現定、轉子之間能量傳遞的。漏磁通只與自身繞組交鏈，只起電壓降作用，不傳遞能量。9轉子不動時，交變的主磁通將在定、轉子相繞組中感應同頻率的感應電動勢和，有效值為：（2）感應電動勢

定、轉子一相感應電動勢有效值的比值，稱為電動勢比，用表示。2.轉子繞組開路時異步電機的電磁關系10漏電動勢用漏抗壓降來表示，有：——定子每相繞組漏電抗，用簡化符號表示。

（3）電壓平衡方程

轉子一相繞組的電壓方程為：

定子一相繞組的電壓方程為：2.轉子繞組開路時異步電機的電磁關系11三相異步電機轉子繞組開路時，定子和轉子都靜止，內部電磁關系與三相變壓器空載運行時相似。圖9－3三相異步電動機轉子繞組開路時的電磁關系示意圖2.轉子繞組開路時異步電機的電磁關系12

(4)等效電路

2.轉子繞組開路時異步電機的電磁關系將異步電機主磁通感應的電動勢用勵磁電流在勵磁阻抗上的壓降來表示，則定子繞組一相電壓平衡方程為：

13定子每相繞組與主磁通對應的電抗，為激磁電抗。由于主磁通同時交鏈定子和轉子繞組，激磁電抗實質上是互感電抗。表征主磁路參數的阻抗。激磁電抗的性質和物理意義大小隨鐵心飽和程度的不同而不同，額定電壓時，可認為是常數。反映鐵耗的等效電阻，為激磁電阻。異步電機有氣隙，主磁導小，而電抗與磁導成正比，所以異步電機電抗小。14

圖9－4轉子繞組開路時三相異步電機等效電路

(4)等效電路

2.轉子繞組開路時異步電機的電磁關系153.轉子繞組堵轉時異步電機的電磁關系

定、轉子磁動勢關系定子（三相對稱電流I通入三相對稱繞組）圓形旋轉磁場(n1=60f1/P)以n1

切割定子繞組;以n1

切割轉子繞組諧波，漏磁16轉子感應電動勢的頻率為：

與定子電流頻率相同。轉子磁場旋轉速度：轉子旋轉磁動勢和定子旋轉磁動勢在空間以同轉向、同速度旋轉，即二者相對靜止。3.轉子繞組堵轉時異步電機的電磁關系

17(旋轉)n1=60f1/pf2=pn/60=pn1/60=f1n2=60f2/p=n1n為轉子繞組與磁場相對速度。轉子磁勢與定子磁勢同轉向，同轉速旋轉，空間上保持相對靜止，只有二者保持相對靜止才能共同作用在一個磁路上，建立所需要的旋轉磁場，實現機電能量轉換。3.轉子繞組堵轉時異步電機的電磁關系

定、轉子磁動勢關系18電壓平衡方程漏電動勢用漏抗壓降來表示，有：定、轉子回路電動勢方程為：

3.轉子繞組堵轉時異步電機的電磁關系

19異步電機轉子不動時，其定子電流和轉子電流分別產生同轉向、同轉速的旋轉磁動勢和，二者在空間保持相對靜止。只有和相對靜止才能共同作用在一個磁路上，建立所需要的旋轉磁場，以實現機電能量轉換。如果合成磁動勢用表示，則可得到與變壓器類似的磁動勢平衡方程。磁動勢平衡方程3.轉子繞組堵轉時異步電機的電磁關系

20磁動勢平衡方程3.轉子繞組堵轉時異步電機的電磁關系

21，稱為異步電機的電流變比；，為定子繞組電流的負載分量。3.轉子繞組堵轉時異步電機的電磁關系

22負載分量：所產生的磁勢用以平衡轉子磁勢，以維持主磁通所需磁勢。轉子電流增加，將引起定子電流增加。激磁分量：用來產生磁勢，其大小決定于感應電勢所需主磁通的大?。ǎ┘爸鞔怕返拇抛瓒ㄗ与娏鳟惒诫姍C中主磁通兩次經過氣隙，磁阻大，激磁電流大，可達額定電流的20%-60%，電機容量越小，激磁電流分量越大。3.轉子繞組堵轉時異步電機的電磁關系

23轉子繞組的折算

3.轉子繞組堵轉時異步電機的電磁關系

要得到異步電機的等效電路（定子和轉子邊既有磁的聯系，又有電的聯系）必須進行折算。折算方法：將實際轉子繞組折算到定子側等效繞組。折算原則：折算前后轉子繞組保持原有的電磁性能和平衡關系，即轉子磁勢和相位不變。24（1）電流的折算保持折算前后磁動勢

轉子繞組的折算

25（2）電動勢及電壓的折算保持折算前后電磁功率不變，有：為電動勢變比。轉子繞組的折算

26（3）阻抗的折算折算前后繞組的銅耗不變，有：根據折算前后功率因數不變的原則，有：

轉子繞組的折算

27經過折算后異步電機的基本方程為：轉子繞組的折算

28等效電路折算后定轉子側的電勢相等29異步電動機定子上有三相交流繞組，通以三相交流電，定子繞組有電流流過。NXn1CYASn1ZBnff(旋轉)n1=60f1/p電磁力，轉矩T轉子轉動，速度n第二節轉子旋轉時的異步電動機30第二節轉子旋轉時的異步電動機

當轉子以轉速n旋轉后，電機主磁通仍以同步轉速切割定子繞組，產生感應電動勢，所以定子回路電動勢平衡方程不變。而轉子繞組以相對速度n2=n1-n切割主磁通，所以轉子中感應電動勢的頻率、大小及漏抗都將發生變化。31設轉子旋轉速度為n，轉子繞組相對定子旋轉磁場的速度為n1-n。定子旋轉磁場在轉子繞組中感應出電勢的頻率為轉差率:s=(n1-n)/n1

f2又稱轉差頻率，電動機正常運行時，s往往很小，約為0.02-0.06，所以電動機額定運行時轉差頻率很低，約為1-3周/秒。轉子旋轉對轉子各物理量的影響轉子電流和電勢的頻率32定子側電流相序ABC，磁場F1的旋轉方向ABC，旋轉磁場轉速為n1(相對定子）。轉子側定子磁場依次切割轉子繞組abc，轉子電流相序為abc，轉子產生磁勢F2

，方向為abc。轉子磁勢F2相對轉子的轉速：n1F1n2nF2轉子電流產生的旋轉磁勢的轉速33n1F1n2nF2注意：n2為轉子電流產生的磁勢F2相對轉子的轉速，亦即F2相對轉子的速度為n1-n，而轉子本身以轉速n旋轉，所以F2相對靜止的定子的速度為n1-n+n=n1。結論：定子磁勢F1與轉子磁勢F2方向相同，速度相同，保持相對靜止，滿足交流電機穩定運行的條件。轉子電流產生的旋轉磁勢的轉速轉子磁勢F2相對轉子的轉速：341.轉子感應電動勢由于頻率改變，所以轉子感應電動勢也變化，有效值為：352.轉子電動勢平衡方程因為轉子回路不變，所以電動勢方程形式不變，為：轉子漏抗為：定子電勢方程：轉子是否轉動，對其無影響。36轉子旋轉時，轉子磁動勢相對于定子的旋轉速度不變，定子磁動勢和轉子磁動勢相對靜止，表明電機轉子旋轉時內部電磁過程和轉子不動時相似，不同的是轉子回路的頻率，由變為。轉子旋轉時，磁動勢平衡方程仍為：。3.磁動勢平衡方程374.頻率折算如何把旋轉電機折算為靜止電機？頻率折算原因：轉子不動時，轉子繞組電勢頻率與定子繞組電勢頻率一樣，均為f1

。轉子轉動時，轉子繞組電勢頻率為f2，定子繞組電勢頻率為f1，二者不相等，不能直接將定轉子連在一起得到等效電路。轉子電流頻率大小只影響轉子旋轉磁勢相對轉子的轉速，相對于定子的相對轉速不變，總是n1，與轉子電流頻率無關，而定子、轉子之間是通過磁勢相連，所以只要保持轉子磁勢不變，電流頻率大小無影響。38折算前后轉子電流大小和相位不變，即磁勢不變。折算原則由可見，只要折算前后轉子電流大小和相位不變，就不會對定子邊各量造成影響，也不會影響合成磁勢。對轉子頻率折算，將轉動的轉子折算為不動的轉子，不影響定子邊各量。4.頻率折算39轉子轉動后轉子電流為：只要等效的靜止轉子滿足，則完成了頻率折算。二者雖然幅值相同，但頻率已經從f2變為f1

4.頻率折算40討論：進行頻率折算后，電動勢由變為，電抗由變為，而電阻則由變為。4.頻率折算頻率折算的物理意義：用一個靜止的電阻為的等效轉子去代替電阻為

的實際旋轉轉子，等效轉子與實際轉子產生相同的旋轉磁勢。41轉子磁勢的轉速：實際轉子：轉子轉速為n，產生的磁勢相對轉子的轉速為n2，所以磁勢在空間以同步轉速旋轉。等效轉子：轉子靜止，轉子電流頻率為f1，靜止轉子產生的磁勢在空間仍以同步轉速旋轉。的幅值的相位結論：頻率折算前后，轉子電流幅值及阻抗角未改變，轉子磁勢的幅值和相位也未改變，折算對定子側各量無影響，旋轉的實際轉子和等效的靜止轉子效果相同。4.頻率折算42頻率折算后，轉子電阻分解為兩項：4.頻率折算頻率折算后的轉子電阻為

技術處理43右邊第一項：轉子本身電阻，要完成轉子的頻率折算只需在轉子回路中串入一附加電阻即可。附加電阻：，在轉子電路中將消耗功率，代表了實際電機軸上所產生的總機械功率，這就是附加電阻的物理意義，即是異步電動機軸上總機械功率的等效電阻。4.頻率折算——電阻大小與電機的轉差率有關。44當電機所帶負載變化時，電機的轉速隨之變化，s變化，變化，所以反應了電機機械負載變化的大小，而此電阻上消耗的功率代表了電機產生的總的機械功率。4.頻率折算45

經過頻率折算后，再考慮轉子繞組的折算，最終得到異步電機的基本方程為:4.頻率折算465.等效電路T等效電路由上述電路可見，異步電機為感性電路。475.等效電路電機輕載時：電機副邊相當于開路，轉子電流接近于零。定子電流全部為激磁電流，用于產生磁通，定子功率因素很低，與變壓器空載運行相似。485.等效電路電機起動時：等效電阻被短接，副邊支路阻抗很小，很大，相當于變壓器副邊短路狀態。原邊電流也大，原副邊功率因數均低。49轉差s很小，s=0.02-0.06,時，大，轉子電路基本為電阻性。5.等效電路電