5.1

三相異步電動機（感應電機）的基本結構和工作原理第5章三相異步電動機（感應電機）的原理及特性（1）定子部分（靜止）（2）轉子部分（旋轉）（3）空氣隙5.1.1基本結構15.1三相異步電動機（感應電機）的基本結構和工作原理第5章圖5.1三相異步電動機的結構2圖5.1三相異步電動機的結構21.定子部分定子鐵心定子繞組機座組成機座的主要作用是用來固定和支撐定子鐵心。對于軸承裝于端蓋上的電動機，其機座還要支撐轉子部分。定子鐵心的主要作用是產生旋轉磁場，是電動機磁路的一部分，裝在機座里。31.定子部分定子鐵心定子繞組機座組成機座的主磁通經過的磁路是：氣隙定子齒定子軛氣隙轉子齒轉子軛轉子齒圖5.2主磁通定子齒4主磁通經過的磁路是：氣隙定子齒定子軛氣隙轉子為安放定子繞組，定子鐵心內圓上沖有若干相同的槽，如圖5.3所示。圖5.3定子鐵心5為安放定子繞組，定子鐵心內圓上沖有若干相同的常用的槽形有開口槽、半開口槽以及半閉口槽，如圖5.4所示。(a)開口槽高壓大中型(b)半開口槽500V以下中型(c)半閉口槽低壓160KW以下(1)層間絕緣；(2)槽楔；(3)扁銅線；(4)槽絕緣；(5)槽楔；(6)圓導線圖5.4定子槽形6常用的槽形有開口槽、半開口槽以及半閉口槽，如（2）低壓中、小容量，根據需要可接成Y形或△形。三相定子繞組的引出線常采用以下兩種形式：（1）高壓大、中容量，常采用Y接；?7（2）低壓中、小容量，根據需要可接成Y形或△形。2.空氣隙空氣隙的大小對異步電動機的運行性能有很大影響，具體表現在：①為了減少電動機的勵磁電流，提高功率因數，空氣隙應盡可能的小；

②空氣隙過小，將引起裝配困難和運行不可靠；③從減少附加損耗以及高次諧波磁動勢產生的磁通來看，空氣隙稍大一點也有其有利的一面。（1）決定氣隙大小的因素

（2）氣隙大小與電機容量的關系

82.空氣隙空氣隙的大小對異步電動機的運行性能有電機容量（kW）氣隙（mm）10以下10~100100~15000.20~0.450.50~0.800.85~1.50

異步電動機的空氣隙比同容量同步電動機小得多，在中小型異步電動機中，空氣隙大約為0.2~1.5mm。3.轉子轉子鐵心轉子繞組轉軸組成繞線型籠型9電機容量（kW）氣隙（mm）10以下10~100100~15（1）繞線型轉子繞組圖5.4繞線型轉子10（1）繞線型轉子繞組圖5.4繞線型轉子101-轉子繞組2-集電環（滑環）3-電刷4-附加電阻A1A2B2B1C1C22134圖5.5繞線型異步電動機接線圖111-轉子繞組2-集電環（滑環）3-電刷4-附加電阻A1A2B（2）籠型轉子繞組圖5.6籠型轉子籠型轉子在轉子鐵心的每個槽里放上一根導體，在鐵心的兩端用端環連接起來，從而形成一個自行閉合的短路繞組。12（2）籠型轉子繞組圖5.6籠型轉子籠型轉子籠型和繞線型只是在轉子的構造上不同，它們的工作原理是一樣的。籠型異步電動機由于構造簡單、價格便宜、運行可靠、維護方便，因此目前已成為生產機械中使用最廣泛的一種電動機。如果把轉子鐵心拿掉，剩下的繞組像個松鼠籠子，因此稱為籠型轉子。導條的材料可以是銅，也可以是鋁。13籠型和繞線型只是在轉子的構造上不同，它們的工5.1.2工作原理結論：定子三相對稱繞組流過三相對稱電流時會產生圓形旋轉的基波氣隙磁動勢，以及基波氣隙磁密，并順著三相繞組中所流過電流的相序方向以同步轉速n1旋轉。其中，f1為定子電流頻率；

p為極對數。分析：如果定子三相繞組（假設為Y接）通入三相對稱正弦交流電流，其表達式為145.1.2工作原理結論：定子三相對稱繞組流過三相對稱電流時0U1U2V1V2W1W2150U1U2V1V2W1W215U1U2V2W1V1W2ωt=0°合成磁場方向向下ωt=120°順時針旋轉120°ωt=240°順時針旋轉240°016U1U2V2W1V1W2ωt=0°合成磁場方向向下ωtn1NSn<n1圖5.7電動運行1.電動運行

異步電動機轉子的轉速n不可能達到同步轉速n1，一般總是略小于n1，“異步”二字就是由此而來的。通常把異步電動機同步轉速n1和轉子轉速n二者之差與同步轉速n1的比值稱為轉差率，用s表示，即。17n1NSn<n1圖5.7電動運行1.電動運行異步電機處于電動運行狀態時的特點：（1）；（2）電磁轉矩T與轉速n的方向相同；（3）異步電機定子從電源吸收電功率，通過轉子軸的轉動輸出機械功率。當時，；當

時，；當

時，

；當（即

n與n1的轉向相反）時，。由式還可以看出18異步電機處于電動運行狀態時的特點：（n1NS2.發電運行（回饋制動運行）n>n1圖5.7發電運行（1）；異步電機處于發電運行狀態時的特點：（2）電磁轉矩T與轉速n的方向相反；（3）原動機通過異步電機轉子輸入機械功率，借助于電磁感應，異步電機定子向電源回饋電功率（這里的電功率指有功功率，實際上電機仍需要從電源獲得無功功率，以建立磁場）。19n1NS2.發電運行（回饋制動運行）n>n1圖5.7發n1NS3.制動運行（電磁制動運行）n圖5.8制動運行異步電機處于制動運行狀態時的特點：（1）；（2）電磁轉矩T與轉速n的方向相反；（3）異步電機定子從電源吸收電功率（這里主要指有功功率），轉子從外部吸收機械功率，兩者都將變為電機內部的損耗。20n1NS3.制動運行（電磁制動運行）n圖5.8制動運行5.1.3額定數據圖5.9異步電動機銘牌215.1.3額定數據圖5.9異步電動機銘牌21三相異步電動機的銘牌數據主要有：（1）型號（如教材P280所示）；22三相異步電動機的銘牌數據主要有：（1）型號（鐵心長度代號：L；M；S

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類型選擇有代表意義的漢字，并用該漢字的第一個拼音字母表示。例如Y系列三相異步電動機表示如下：

Y2-100L1-2異步電動機設計序號：1；2；3機座中心高(mm)極數：2；4等機座長度代號：1-長；2-短23鐵心長度代號：L；M；S電機產品的型號一般采用（2）額定功率PN

：指電動機在額定運行狀態時軸端輸出的機械功率，單位為W或kW；（3）額定電壓UN：指電動機額定運行時，加在定子繞組上的線電壓，單位為V；（4）額定電流IN

：指電動機在額定電壓下軸端輸出額定功率時，定子繞組中的線電流，單位為A；額定功率PN、額定電壓UN、額定電流IN之間的關系為：式中，為交流電動機的額定效率。輸入功率P1為：24（2）額定功率PN：指電動機在額定運行狀態時軸端輸出的機械（5）額定頻率fN

：我國規定電網的頻率為50Hz，除出口電動機外，國內通用的異步電動機的額定頻率都是50Hz；（6）額定功率因數：指電動機額定運行時定子側的功率因數；（7）額定轉速nN

：指電動機在額定頻率、額定電壓下，且軸端輸出額定功率時轉子的轉速，單位為r/min。此外，銘牌上還標明定子繞組接法、絕緣等級、防護等級、冷卻方式和重量等。對于繞線型異步電動機，還要標明轉子繞組接法、轉子額定電壓E2N（指定子繞組加額定電壓，轉子繞組開路時集電環間的線電壓）和轉子額定電流I2N（指額定運行狀態下，轉子繞組短路時流過的線電流）等數據。25（5）額定頻率fN：我國規定電網的頻率為50Hz，除出口電5.2異步電動機的基本方程式和等效電路1.等效電路和基本方程式5.2.2轉子旋轉時的異步電動機（1）等效電路5.2.1轉子不轉時的異步電動機1.轉子繞組開路（參見教材P118～P124）2.轉子繞組短路并堵轉（參見教材P124～P131）265.2異步電動機的基本方程式和等效電路1.等效電路和基本方異步電動機轉子旋轉情況下，經過轉子頻率、轉子繞組折算之后得到的T形等效電路如下圖（教材P136圖5.19）所示。+–+–圖5.10三相異步電動機旋轉時T形等效電路27異步電動機轉子旋轉情況下，經過轉子頻率、轉子為附加電阻。圖中，為定子繞組的相電壓；為定子繞組的相電流；為每相定子繞組的感應電動勢；為定子繞組每相的漏阻抗；為氣隙磁通的勵磁電流；為勵磁阻抗；為轉子繞組每相漏阻抗的折算值；為轉子繞組相電流的折算值；為每相轉子繞組感應電動勢的折算值；28為附加電阻。圖中，為定子繞組的相電壓；為定子繞組的相電流；為（2）基本方程式和上圖所對應基本方程式為：+–+–29（2）基本方程式和上圖所對應基本方程式為：+–+–292.簡化等效電路+–圖5.11三相異步電動機簡化等效電路302.簡化等效電路+–圖5.11三相異步電動機簡化等效電實際應用表明，對于大中型電機，用簡化等效電路算出的定、轉子電流及勵磁電流，與用圖5.10所示T形等效電路算出的值相當接近，但對小容量異步電動機，其誤差較大。設簡化等效電路的勵磁電流為，轉子電流為。由簡化等效電路圖（教材P140圖5.22）可以很方便地算出：31實際應用表明，對于大中型電機，用簡化等效電路5.3

異步電動機的功率和轉矩5.3.1三相異步電動機的功率三相異步電動機穩定運行時，定子繞組從電源輸入的電功率為式中，U1為定子繞組相電壓；

I1為定子繞組相電流；

為定子側的功率因數。

定子銅損耗pCu1為式中，R1為定子繞組每相電阻。325.3異步電動機的功率和轉矩5.3.1三相異步電動機的功率電動機的鐵損耗pFe（磁滯和渦流損耗）為由于PM是通過電磁感應向轉子電路傳送的，所以稱為電磁功率。

轉子繞組銅損耗pCu2為33電動機的鐵損耗pFe（磁滯和渦流損耗）為電磁功率PM減去轉子銅損耗pCu2即為附加電阻上的功率，這部分功率實際上就是傳輸到電動機轉軸上的機械功率Pm。可以看出，電磁功率、轉子銅損耗和機械功率之間存在一定的比例關系，即34電磁功率PM減去轉子銅損耗pCu2即為附加三相異步電動機運行時，存在著軸承以及風扇等摩擦阻轉矩，也要損耗一部分功率，這部分功率稱為機械損耗，用pm表示。此外，由于異步電動機定、轉子開槽和諧波磁動勢的存在，還要產生一些附加損耗，用pS表示（參見參考書7第153頁）。對中小型異步電動機，滿載時pS可達額定輸出功率的1%~3%；對于大型異步電動機，pS約為額定輸出功率的0.5%。

三相異步電動機轉軸上輸出的功率P235三相異步電動機運行時，存在著軸承以及風扇等摩圖5.12三相異步電動機的功率流程圖通過以上分析可知，三相異步電動機運行時從電源輸入電功率P1到轉軸上輸出功率P2的傳遞過程為36圖5.12三相異步電動機的功率流程圖通過以例題5-2

一臺三相異步電動機，額定功率PN=75kW，額定電壓UN=380V，額定轉速nN=1486r/min，定子Δ形聯結。已知定子每相電阻R1=0.07796Ω，每相漏電抗X1=0.3014Ω，勵磁電阻Rm=0.798Ω，勵磁電抗

Xm=16.96Ω，轉子每相電阻為，每相漏電抗。試用T形等效電路計算額定負載運行時：（1）定子電流；（2）輸入功率；（3）電磁功率；（4）轉子電流；（5）定子銅損耗；（6）鐵損耗；（7）轉子銅損耗；（8）機械功率。解：額定轉差率為37例題5-2一臺三相異步電動機，額定功率PN=75kW，額T形等效電路各部分阻抗的計算過程如下：+–+–38T形等效電路各部分阻抗的計算過程如下：+–+–38+–+–39+–+–39（1）定子相電流為定子線電流為+–+–40（1）定子相電流為定子線電流為+–+–40定子感應電動勢為（2）輸入功率為+–+–41定子感應電動勢為（2）輸入功率為+–+–41+–+–（3）轉子電流為（4）電磁功率為42+–+–（3）轉子電流為（4）電磁功率為42（5）定子銅損耗為（6）勵磁電流為（7）轉子銅損耗為（8）機械功率鐵損耗為43（5）定子銅損耗為（6）勵磁電流為（7）轉子銅損耗為（8）機5.3.2三相異步電動機的轉矩式中，

是電動機轉軸上輸出的轉矩；

是機械摩擦轉矩；

是附加損耗轉矩；

是電動機的空載轉矩。445.3.2三相異步電動機的轉矩式中，

電磁轉矩T與電磁功率PM的關系為式中，是同步機械角速度。式中，為一常數，稱為轉矩系數；為氣隙每極磁通量；為轉子電流；為轉子功率因數。上式稱為電磁轉矩的物理表達式。45電磁轉矩T與電磁功率PM的關系為式中，例題5-3

一臺四極三相異步電動機，其額定數據為：PN=55kW，UN=380V。額定負載運行時，定子銅耗pCu1=1091W，鐵耗pFe=972.5W，轉子銅耗pCu2=737.2W，機械損耗pm=600W，附加損耗pS=1100W，求額定負載運行時：（1）機械功率；（2）電磁功率；（3）額定轉速；（4）電磁轉矩；（5）空載轉矩；（6）輸入功率；（7）效率。解：（1）機械功率為（2）電磁功率為46例題5-3一臺四極三相異步電動機，其額定數據為：PN=5額定轉差率為（3）額定轉速為（4）電磁轉矩為或47額定轉差率為（3）額定轉速為（4）電磁轉矩為或47（5）空載轉矩為（6）輸入功率為（7）效率為48（5）空載轉矩為（6）輸入功率為（7）效率為485.4異步電動機的機械特性

三相異步電動機在電源電壓U1、電源頻率f1以及電機參數固定的條件下，其電磁轉矩T與轉子轉速n之間的關系，定義為三相異步電動機的機械特性。1.定義（1）函數表示法2.表示方法或（2）曲線表示法

T-s曲線495.4異步電動機的機械特性三相異步電動機在電5.4.1機械特性的參數表達式

再利用三相異步電動機簡化等效電路，得到轉子電流有效值為505.4.1機械特性的參數表達式再利用三相異步電

因為，故有

當異步電動機的定子電壓U1、電源頻率f1以及電機參數、、、都為確定值時，改變轉差率s，就能按上式算出對應的電磁轉矩T。51因為，故有

異步電動機的T-s曲線如下圖所示：T01nsn10圖5.13三相異步電動機的機械特性52異步電動機的T-s曲線如下圖所示：T01ns該曲線可以反映電動機所處的不同運行狀態：（1）當0<s<1或0<n<n1時，電磁轉矩T和轉子的轉速n都為正，這時電機處于電動運行狀態；（2）當s<0或n>n1時，電磁轉矩T為負，轉子的轉速n為正，電機處于回饋制動運行狀態，即發電狀態。（3）當s>1或n<0時，電磁轉矩T為正，轉子的轉速n為負，電機處在制動運行狀態。1.最大轉矩Tm53該曲線可以反映電動機所處的不同運行狀態：

令，可得

sm又稱為臨界轉差率。其中，“+”號用于電動狀態；“-”號用于發電狀態；在一般情況下，的值不超過的5%，如果忽略R1的影響，sm和Tm可以近似表示為54令，可得sm又稱為臨最大轉矩Tm與額定轉矩TN之比稱為過載倍數，也叫過載能力，用km表示普通中小型三相異步電動機的過載倍數km=2.0~2.2；起重、冶金機械用的三相異步電動機的過載倍數km=2.2~2.8。55最大轉矩Tm與額定轉矩TN之比稱為過載倍數，2.堵轉轉矩（起動轉矩）TS當s=1（即n=0）時的電磁轉矩，稱為堵轉轉矩，用TS表示。異步電動機堵轉轉矩TS與額定轉矩TN之比，稱為堵轉轉矩倍數，用kS表示堵轉轉矩倍數kS的大小，反映了電動機起動負載的能力。堵轉轉矩倍數設計得越大，電動機起動就越快，電機的成本也隨之增加。562.堵轉轉矩（起動轉矩）TS當s=1（對于Y系列小型籠型三相異步電動機，其堵轉轉矩倍數kS=1.7~2.2。對于三相繞線轉子異步電動機，可以通過在轉子回路中串入電阻來改變堵轉轉矩的大小，這部分內容將在轉子回路串入三相對稱電阻的人為機械特性中介紹。5.4.2機械特性的實用公式前面分析異步電動機的機械特性，是基于電動機參數已知這一前提條件下的。1.實用公式的表達式通過推導求得的機械特性的實用公式如下57對于Y系列小型籠型三相異步電動機，其堵轉轉矩上式中的Tm和sm可以根據異步電動機產品目錄中的有關數據求出。2.實用公式的證明58上式中的Tm和sm可以根據異步電動機產品目錄用T除以Tm，并取正號，可得又由可得于是有59用T除以Tm，并取正號，可得又由可得于是有59將上式分子分母同乘以，并認為，可得

一般異步電動機的值在0.12~0.20范圍內。若將分子分母中相對較小的都忽略不計，則可得到簡化的計算公式60將上式分子分母同乘以，并認為根據電機的額定轉速nN、額定功率PN和過載倍數km，求取Tm和sm的過程如下：額定轉矩上式中忽略了空載轉矩T0。

最大轉矩

額定轉差率

把TN、sN和km代入機械特性的實用公式，可得61根據電機的額定轉速nN、額定功率PN和過載倍當三相異步電動機拖動負載轉矩TL已知時，就可以把T=TL代入實用公式，求得電動機運行時的轉差率s，進而得到電動機的轉速。

由上式可解得3.實用公式的應用62當三相異步電動機拖動負載轉矩TL已知時，就可如果是三相異步電動機的轉差率s（或轉速）已知，把它帶入實用公式，可求得電動機的電磁轉矩（1）實用公式形式簡單，使用方便，但有一定的適用范圍，即0<s<sm。（2）如果用它計算三相異步電動機的堵轉轉矩，則誤差較大。4.關于實用公式的說明63如果是三相異步電動機的轉差率s（或轉速）已知例題5-4

一臺三相異步電動機的額定功率PN=30kW，額定電壓UN=380V，額定轉速nN=980r/min，過載倍數km=2.1，求：（1）該電動機電磁轉矩的實用公式；（2）當s=0.015時的電磁轉矩；（3）電動機拖動200N?m負載時的轉速。解：（1）額定轉差率為臨界轉差率為64例題5-4一臺三相異步電動機的額定功率PN=30kW，額額定電磁轉矩為最大轉矩為所以，該電動機電磁轉矩實用公式為65額定電磁轉矩為最大轉矩為所以，該電動機電磁轉矩實用公式為65（3）當T=TL=200N?m時，電動機的轉差率為電動機的轉速為（2）當s=0.015時，電磁轉矩為66（3）當T=TL=200N?m時，電動機的轉差率為電動機的轉5.4.3固有機械特性和人為機械特性1.固有機械特性若三相異步電動機定子加額定電壓、額定頻率，定子回路不外串電阻或電抗，轉子回路本身直接短路，也不另串電阻或電抗，這種情況下電動機的機械特性稱為固有機械特性。三相異步電動機的固有機械特性曲線如下頁圖所示。675.4.3固有機械特性和人為機械特性1.固有機械特性圖5.14三相異步電動機的固有機械特性曲線12H68圖5.14三相異步電動機的固有機械特性曲線12H68現以正轉的固有機械特性為例，介紹幾個特殊點。（1）起動點Q轉速n為0（s=1），其電磁轉矩就是堵轉轉矩TS，定子電流為堵轉電流IS。（2）額定工作點N轉速是額定轉速nN，轉差率為額定轉差率sN，電磁轉矩為額定轉矩TN，電流為額定電流IN。（3）同步速點H轉速為同步轉速n1（s=0），電磁轉矩T為零，定子電流為勵磁電流I0，轉子繞組里沒有電流。（4）最大電磁轉矩點P和P點是電動狀態時的最大電磁轉矩點，點是異步發電，即回饋制動狀態時的最大電磁轉矩點。69現以正轉的固有機械特性為例，介紹幾個特殊點。2.人為機械特性T0nn1ssm0.6U10.8U1U1圖5.15降低U1時的人為機械特性曲線（1）降低定子電壓U1的人為機械特性

①機械特性曲線702.人為機械特性T0nn1ssm0.6U10.8U1U1圖②特點（ii）最大轉矩Tm以及堵轉轉矩TS都要隨U1的降低而減小；（i）電動機的同步轉速n1、最大轉矩對應的轉差率sm都將保持不變；（iii）拖動額定負載時，電動機不能長時間運行。

①接線圖和等效電路（2）定子回路串接三相對稱電阻的人為機械特性71②特點（ii）最大轉矩Tm以及堵轉轉矩TS都要隨U1（b）等效電路圖5.16定子回路串入電阻的接線圖及等效電路M3~Rf（a）接線圖RfRf72（b）等效電路圖5.16定子回路串入電阻的接線圖及等效電圖5.17定子回路串電阻的人為機械特性曲線②機械特性曲線73圖5.17定子回路串電阻的人為機械特性曲線②機械特性曲③特點

（i）同步轉速n1保持不變；

（ii）最大轉矩Tm、堵轉轉矩TS以及sm都隨串入電阻Rf的增大而減小；

（iii）方法簡單，設備投資少；（iv）電能消耗較大。（3）定子回路串接三相對稱電抗的人為機械特性

①接線圖和等效電路74③特點（i）同步轉速n1保持不變；（ii）最大轉圖5.18定子回路串入電抗的接線圖及等效電路（b）等效電路M3~Xf（a）接線圖XfXf75圖5.18定子回路串入電抗的接線圖及等效電路（b）等效電圖5.19定子回路串電抗的人為機械特性曲線②機械特性曲線76圖5.19定子回路串電抗的人為機械特性曲線②機械特性曲

（i）同步轉速n1保持不變；（ii）最大轉矩Tm、堵轉轉矩TS以及sm都隨串入電抗Xf的增大而減小；（iii）比定子串電阻方法節省電能；（iv）電抗器設備成本高。③特點（4）轉子回路串入三相對稱電阻的人為機械特性

①接線圖和等效電路77（i）同步轉速n1保持不變；（ii）圖5.20轉子回路串電阻的接線圖與等效電路M3~RS(a)接線圖RSRS(b)等效電路78圖5.20轉子回路串電阻的接線圖與等效電路MRS(a)接圖5.21轉子回路串電阻的人為機械特性曲線T②機械特性曲線79圖5.21轉子回路串電阻的人為機械特性曲線T②機械特性（i）同步轉速n1、最大轉矩Tm保持不變；

（iii）堵轉轉矩TS隨串入電阻的變化情況如下：

（b）當sm=

1時，可使TS等于Tm，此時

（c）當sm>1時，TS隨串入電阻的增加反而減小。

（ii）sm隨串入電阻的增加而增大；③特點（a）當sm<1時，堵轉轉矩TS隨串入電阻的增加而增大；80（i）同步轉速n1、最大轉矩Tm保持不變；（iii）堵轉5.1

三相異步電動機（感應電機）的基本結構和工作原理第5章三相異步電動機（感應電機）的原理及特性（1）定子部分（靜止）（2）轉子部分（旋轉）（3）空氣隙5.1.1基本結構815.1三相異步電動機（感應電機）的基本結構和工作原理第5章圖5.1三相異步電動機的結構82圖5.1三相異步電動機的結構21.定子部分定子鐵心定子繞組機座組成機座的主要作用是用來固定和支撐定子鐵心。對于軸承裝于端蓋上的電動機，其機座還要支撐轉子部分。定子鐵心的主要作用是產生旋轉磁場，是電動機磁路的一部分，裝在機座里。831.定子部分定子鐵心定子繞組機座組成機座的主磁通經過的磁路是：氣隙定子齒定子軛氣隙轉子齒轉子軛轉子齒圖5.2主磁通定子齒84主磁通經過的磁路是：氣隙定子齒定子軛氣隙轉子為安放定子繞組，定子鐵心內圓上沖有若干相同的槽，如圖5.3所示。圖5.3定子鐵心85為安放定子繞組，定子鐵心內圓上沖有若干相同的常用的槽形有開口槽、半開口槽以及半閉口槽，如圖5.4所示。(a)開口槽高壓大中型(b)半開口槽500V以下中型(c)半閉口槽低壓160KW以下(1)層間絕緣；(2)槽楔；(3)扁銅線；(4)槽絕緣；(5)槽楔；(6)圓導線圖5.4定子槽形86常用的槽形有開口槽、半開口槽以及半閉口槽，如（2）低壓中、小容量，根據需要可接成Y形或△形。三相定子繞組的引出線常采用以下兩種形式：（1）高壓大、中容量，常采用Y接；?87（2）低壓中、小容量，根據需要可接成Y形或△形。2.空氣隙空氣隙的大小對異步電動機的運行性能有很大影響，具體表現在：①為了減少電動機的勵磁電流，提高功率因數，空氣隙應盡可能的小；

②空氣隙過小，將引起裝配困難和運行不可靠；③從減少附加損耗以及高次諧波磁動勢產生的磁通來看，空氣隙稍大一點也有其有利的一面。（1）決定氣隙大小的因素

（2）氣隙大小與電機容量的關系

882.空氣隙空氣隙的大小對異步電動機的運行性能有電機容量（kW）氣隙（mm）10以下10~100100~15000.20~0.450.50~0.800.85~1.50

異步電動機的空氣隙比同容量同步電動機小得多，在中小型異步電動機中，空氣隙大約為0.2~1.5mm。3.轉子轉子鐵心轉子繞組轉軸組成繞線型籠型89電機容量（kW）氣隙（mm）10以下10~100100~15（1）繞線型轉子繞組圖5.4繞線型轉子90（1）繞線型轉子繞組圖5.4繞線型轉子101-轉子繞組2-集電環（滑環）3-電刷4-附加電阻A1A2B2B1C1C22134圖5.5繞線型異步電動機接線圖911-轉子繞組2-集電環（滑環）3-電刷4-附加電阻A1A2B（2）籠型轉子繞組圖5.6籠型轉子籠型轉子在轉子鐵心的每個槽里放上一根導體，在鐵心的兩端用端環連接起來，從而形成一個自行閉合的短路繞組。92（2）籠型轉子繞組圖5.6籠型轉子籠型轉子籠型和繞線型只是在轉子的構造上不同，它們的工作原理是一樣的。籠型異步電動機由于構造簡單、價格便宜、運行可靠、維護方便，因此目前已成為生產機械中使用最廣泛的一種電動機。如果把轉子鐵心拿掉，剩下的繞組像個松鼠籠子，因此稱為籠型轉子。導條的材料可以是銅，也可以是鋁。93籠型和繞線型只是在轉子的構造上不同，它們的工5.1.2工作原理結論：定子三相對稱繞組流過三相對稱電流時會產生圓形旋轉的基波氣隙磁動勢，以及基波氣隙磁密，并順著三相繞組中所流過電流的相序方向以同步轉速n1旋轉。其中，f1為定子電流頻率；

p為極對數。分析：如果定子三相繞組（假設為Y接）通入三相對稱正弦交流電流，其表達式為945.1.2工作原理結論：定子三相對稱繞組流過三相對稱電流時0U1U2V1V2W1W2950U1U2V1V2W1W215U1U2V2W1V1W2ωt=0°合成磁場方向向下ωt=120°順時針旋轉120°ωt=240°順時針旋轉240°096U1U2V2W1V1W2ωt=0°合成磁場方向向下ωtn1NSn<n1圖5.7電動運行1.電動運行

異步電動機轉子的轉速n不可能達到同步轉速n1，一般總是略小于n1，“異步”二字就是由此而來的。通常把異步電動機同步轉速n1和轉子轉速n二者之差與同步轉速n1的比值稱為轉差率，用s表示，即。97n1NSn<n1圖5.7電動運行1.電動運行異步電機處于電動運行狀態時的特點：（1）；（2）電磁轉矩T與轉速n的方向相同；（3）異步電機定子從電源吸收電功率，通過轉子軸的轉動輸出機械功率。當時，；當

時，；當

時，

；當（即

n與n1的轉向相反）時，。由式還可以看出98異步電機處于電動運行狀態時的特點：（n1NS2.發電運行（回饋制動運行）n>n1圖5.7發電運行（1）；異步電機處于發電運行狀態時的特點：（2）電磁轉矩T與轉速n的方向相反；（3）原動機通過異步電機轉子輸入機械功率，借助于電磁感應，異步電機定子向電源回饋電功率（這里的電功率指有功功率，實際上電機仍需要從電源獲得無功功率，以建立磁場）。99n1NS2.發電運行（回饋制動運行）n>n1圖5.7發n1NS3.制動運行（電磁制動運行）n圖5.8制動運行異步電機處于制動運行狀態時的特點：（1）；（2）電磁轉矩T與轉速n的方向相反；（3）異步電機定子從電源吸收電功率（這里主要指有功功率），轉子從外部吸收機械功率，兩者都將變為電機內部的損耗。100n1NS3.制動運行（電磁制動運行）n圖5.8制動運行5.1.3額定數據圖5.9異步電動機銘牌1015.1.3額定數據圖5.9異步電動機銘牌21三相異步電動機的銘牌數據主要有：（1）型號（如教材P280所示）；102三相異步電動機的銘牌數據主要有：（1）型號（鐵心長度代號：L；M；S

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類型選擇有代表意義的漢字，并用該漢字的第一個拼音字母表示。例如Y系列三相異步電動機表示如下：

Y2-100L1-2異步電動機設計序號：1；2；3機座中心高(mm)極數：2；4等機座長度代號：1-長；2-短103鐵心長度代號：L；M；S電機產品的型號一般采用（2）額定功率PN

：指電動機在額定運行狀態時軸端輸出的機械功率，單位為W或kW；（3）額定電壓UN：指電動機額定運行時，加在定子繞組上的線電壓，單位為V；（4）額定電流IN

：指電動機在額定電壓下軸端輸出額定功率時，定子繞組中的線電流，單位為A；額定功率PN、額定電壓UN、額定電流IN之間的關系為：式中，為交流電動機的額定效率。輸入功率P1為：104（2）額定功率PN：指電動機在額定運行狀態時軸端輸出的機械（5）額定頻率fN

：我國規定電網的頻率為50Hz，除出口電動機外，國內通用的異步電動機的額定頻率都是50Hz；（6）額定功率因數：指電動機額定運行時定子側的功率因數；（7）額定轉速nN

：指電動機在額定頻率、額定電壓下，且軸端輸出額定功率時轉子的轉速，單位為r/min。此外，銘牌上還標明定子繞組接法、絕緣等級、防護等級、冷卻方式和重量等。對于繞線型異步電動機，還要標明轉子繞組接法、轉子額定電壓E2N（指定子繞組加額定電壓，轉子繞組開路時集電環間的線電壓）和轉子額定電流I2N（指額定運行狀態下，轉子繞組短路時流過的線電流）等數據。105（5）額定頻率fN：我國規定電網的頻率為50Hz，除出口電5.2異步電動機的基本方程式和等效電路1.等效電路和基本方程式5.2.2轉子旋轉時的異步電動機（1）等效電路5.2.1轉子不轉時的異步電動機1.轉子繞組開路（參見教材P118～P124）2.轉子繞組短路并堵轉（參見教材P124～P131）1065.2異步電動機的基本方程式和等效電路1.等效電路和基本方異步電動機轉子旋轉情況下，經過轉子頻率、轉子繞組折算之后得到的T形等效電路如下圖（教材P136圖5.19）所示。+–+–圖5.10三相異步電動機旋轉時T形等效電路107異步電動機轉子旋轉情況下，經過轉子頻率、轉子為附加電阻。圖中，為定子繞組的相電壓；為定子繞組的相電流；為每相定子繞組的感應電動勢；為定子繞組每相的漏阻抗；為氣隙磁通的勵磁電流；為勵磁阻抗；為轉子繞組每相漏阻抗的折算值；為轉子繞組相電流的折算值；為每相轉子繞組感應電動勢的折算值；108為附加電阻。圖中，為定子繞組的相電壓；為定子繞組的相電流；為（2）基本方程式和上圖所對應基本方程式為：+–+–109（2）基本方程式和上圖所對應基本方程式為：+–+–292.簡化等效電路+–圖5.11三相異步電動機簡化等效電路1102.簡化等效電路+–圖5.11三相異步電動機簡化等效電實際應用表明，對于大中型電機，用簡化等效電路算出的定、轉子電流及勵磁電流，與用圖5.10所示T形等效電路算出的值相當接近，但對小容量異步電動機，其誤差較大。設簡化等效電路的勵磁電流為，轉子電流為。由簡化等效電路圖（教材P140圖5.22）可以很方便地算出：111實際應用表明，對于大中型電機，用簡化等效電路5.3

異步電動機的功率和轉矩5.3.1三相異步電動機的功率三相異步電動機穩定運行時，定子繞組從電源輸入的電功率為式中，U1為定子繞組相電壓；

I1為定子繞組相電流；

為定子側的功率因數。

定子銅損耗pCu1為式中，R1為定子繞組每相電阻。1125.3異步電動機的功率和轉矩5.3.1三相異步電動機的功率電動機的鐵損耗pFe（磁滯和渦流損耗）為由于PM是通過電磁感應向轉子電路傳送的，所以稱為電磁功率。

轉子繞組銅損耗pCu2為113電動機的鐵損耗pFe（磁滯和渦流損耗）為電磁功率PM減去轉子銅損耗pCu2即為附加電阻上的功率，這部分功率實際上就是傳輸到電動機轉軸上的機械功率Pm。可以看出，電磁功率、轉子銅損耗和機械功率之間存在一定的比例關系，即114電磁功率PM減去轉子銅損耗pCu2即為附加三相異步電動機運行時，存在著軸承以及風扇等摩擦阻轉矩，也要損耗一部分功率，這部分功率稱為機械損耗，用pm表示。此外，由于異步電動機定、轉子開槽和諧波磁動勢的存在，還要產生一些附加損耗，用pS表示（參見參考書7第153頁）。對中小型異步電動機，滿載時pS可達額定輸出功率的1%~3%；對于大型異步電動機，pS約為額定輸出功率的0.5%。

三相異步電動機轉軸上輸出的功率P2115三相異步電動機運行時，存在著軸承以及風扇等摩圖5.12三相異步電動機的功率流程圖通過以上分析可知，三相異步電動機運行時從電源輸入電功率P1到轉軸上輸出功率P2的傳遞過程為116圖5.12三相異步電動機的功率流程圖通過以例題5-2

一臺三相異步電動機，額定功率PN=75kW，額定電壓UN=380V，額定轉速nN=1486r/min，定子Δ形聯結。已知定子每相電阻R1=0.07796Ω，每相漏電抗X1=0.3014Ω，勵磁電阻Rm=0.798Ω，勵磁電抗

Xm=16.96Ω，轉子每相電阻為，每相漏電抗。試用T形等效電路計算額定負載運行時：（1）定子電流；（2）輸入功率；（3）電磁功率；（4）轉子電流；（5）定子銅損耗；（6）鐵損耗；（7）轉子銅損耗；（8）機械功率。解：額定轉差率為117例題5-2一臺三相異步電動機，額定功率PN=75kW，額T形等效電路各部分阻抗的計算過程如下：+–+–118T形等效電路各部分阻抗的計算過程如下：+–+–38+–+–119+–+–39（1）定子相電流為定子線電流為+–+–120（1）定子相電流為定子線電流為+–+–40定子感應電動勢為（2）輸入功率為+–+–121定子感應電動勢為（2）輸入功率為+–+–41+–+–（3）轉子電流為（4）電磁功率為122+–+–（3）轉子電流為（4）電磁功率為42（5）定子銅損耗為（6）勵磁電流為（7）轉子銅損耗為（8）機械功率鐵損耗為123（5）定子銅損耗為（6）勵磁電流為（7）轉子銅損耗為（8）機5.3.2三相異步電動機的轉矩式中，

是電動機轉軸上輸出的轉矩；

是機械摩擦轉矩；

是附加損耗轉矩；

是電動機的空載轉矩。1245.3.2三相異步電動機的轉矩式中，

電磁轉矩T與電磁功率PM的關系為式中，是同步機械角速度。式中，為一常數，稱為轉矩系數；為氣隙每極磁通量；為轉子電流；為轉子功率因數。上式稱為電磁轉矩的物理表達式。125電磁轉矩T與電磁功率PM的關系為式中，例題5-3

一臺四極三相異步電動機，其額定數據為：PN=55kW，UN=380V。額定負載運行時，定子銅耗pCu1=1091W，鐵耗pFe=972.5W，轉子銅耗pCu2=737.2W，機械損耗pm=600W，附加損耗pS=1100W，求額定負載運行時：（1）機械功率；（2）電磁功率；（3）額定轉速；（4）電磁轉矩；（5）空載轉矩；（6）輸入功率；（7）效率。解：（1）機械功率為（2）電磁功率為126例題5-3一臺四極三相異步電動機，其額定數據為：PN=5額定轉差率為（3）額定轉速為（4）電磁轉矩為或127額定轉差率為（3）額定轉速為（4）電磁轉矩為或47（5）空載轉矩為（6）輸入功率為（7）效率為128（5）空載轉矩為（6）輸入功率為（7）效率為485.4異步電動機的機械特性

三相異步電動機在電源電壓U1、電源頻率f1以及電機參數固定的條件下，其電磁轉矩T與轉子轉速n之間的關系，定義為三相異步電動機的機械特性。1.定義（1）函數表示法2.表示方法或（2）曲線表示法

T-s曲線1295.4異步電動機的機械特性三相異步電動機在電5.4.1機械特性的參數表達式

再利用三相異步電動機簡化等效電路，得到轉子電流有效值為1305.4.1機械特性的參數表達式再利用三相異步電

因為，故有

當異步電動機的定子電壓U1、電源頻率f1以及電機參數、、、都為確定值時，改變轉差率s，就能按上式算出對應的電磁轉矩T。131因為，故有

異步電動機的T-s曲線如下圖所示：T01nsn10圖5.13三相異步電動機的機械特性132異步電動機的T-s曲線如下圖所示：T01ns該曲線可以反映電動機所處的不同運行狀態：（1）當0<s<1或0<n<n1時，電磁轉矩T和轉子的轉速n都為正，這時電機處于電動運行狀態；（2）當s<0或n>n1時，電磁轉矩T為負，轉子的轉速n為正，電機處于回饋制動運行狀態，即發電狀態。（3）當s>1或n<0時，電磁轉矩T為正，轉子的轉速n為負，電機處在制動運行狀態。1.最大轉矩Tm133該曲線可以反映電動機所處的不同運行狀態：

令，可得

sm又稱為臨界轉差率。其中，“+”號用于電動狀態；“-”號用于發電狀態；在一般情況下，的值不超過的5%，如果忽略R1的影響，sm和Tm可以近似表示為134令，可得sm又稱為臨最大轉矩Tm與額定轉矩TN之比稱為過載倍數，也叫過載能力，用km表示普通中小型三相異步電動機的過載倍數km=2.0~2.2；起重、冶金機械用的三相異步電動機的過載倍數km=2.2~2.8。135最大轉矩Tm與額定轉矩TN之比稱為過載倍數，2.堵轉轉矩（起動轉矩）TS當s=1（即n=0）時的電磁轉矩，稱為堵轉轉矩，用TS表示。異步電動機堵轉轉矩TS與額定轉矩TN之比，稱為堵轉轉矩倍數，用kS表示堵轉轉矩倍數kS的大小，反映了電動機起動負載的能力。堵轉轉矩倍數設計得越大，電動機起動就越快，電機的成本也隨之增加。1362.堵轉轉矩（起動轉矩）TS當s=1（對于Y系列小型籠型三相異步電動機，其堵轉轉矩倍數kS=1.7~2.2。對于三相繞線轉子異步電動機，可以通過在轉子回路中串入電阻來改變堵轉轉矩的大小，這部分內容將在轉子回路串入三相對稱電阻的人為機械特性中介紹。5.4.2機械特性的實用公式前面分析異步電動機的機械特性，是基于電動機參數已知這一前提條件下的。1.實用公式的表達式通過推導求得的機械特性的實用公式如下137對于Y系列小型籠型三相異步電動機，其堵轉轉矩上式中的Tm和sm可以根據異步電動機產品目錄中的有關數據求出。2.實用公式的證明138上式中的Tm和sm可以根據異步電動機產品目錄用T除以Tm，并取正號，可得又由可得于是有139用T除以Tm，并取正號，可得又由可得于是有59將上式分子分母同乘以，并認為，可得

一般異步電動機的值在0.12~0.20范圍內。若將分子分母中相對較小的都忽略不計，則可得到簡化的計算公式140將上式分子分母同乘以，并認為根據電機的額定轉速nN、額定功率PN和過載倍數km，求取Tm和sm的過程如下：額定轉矩上式中忽略了空載轉矩T0。

最大轉矩

額定轉差率

把TN、sN和km代入機械特性的實用公式，可得141根據電機的額定轉速nN、額定功率PN和過載倍當三相異步電動機拖動負載轉矩TL已知時，就可以把T=TL代入實用公式，求得電動機運行時的轉差率s，進而得到電動機的轉速。

由上式可解得3.實用公式的應用142當三相異步電動機拖動負載轉矩TL已知時，就可如果是三相異步電動機的轉差率s（或轉速）已知，把它帶入實用公式，可求得電動機的電磁轉矩（1）實用公式形式簡單，使用方便，但有一定的適用范圍，即0<s<sm。（2）如果用它計算三相異步電動機的堵轉轉矩，則誤差較大。4.關于實用公式的說明143如果是三相異步電動機的轉差率s（或轉速）已知例題5-4

一臺三相異步電動機的額定功率PN=30kW，額定電壓UN=38