第五章異步電動機第1頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月

三相異步電動機的工作原理、用途、分類及結構，三相異步電動機的不同狀態(tài)下的電磁關系，三相異步電動機的功率和轉矩關系，工作特性、機械特性、參數測定，三相異步電動機的啟動、調速。1.熟練掌握異步電動機的工作原理。2.了解異步電動機的用途、分類、結構、額定值及運行方式。3.掌握異步電動機的運行原理。4.掌握異步電動機的功率、轉矩及運行性能、參數測定。5.掌握異步電動機的啟動、調速方法。教學內容：教學目的和要求：重點·難點：三相感應電動機的工作原理，運行原理，功率和轉矩關系，工作特性、機械特性、參數測定，三相異步電動機的啟動、調速。第2頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月5.1異步電動機的結構和工作原理5.1.1異步電動機的主要用途和分類異步電動機的缺點: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。異步電機主要作用電動機，作用是去拖動各種生產機械。異步電動機的優(yōu)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。第3頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月此外，根據電機定子繞組上所加電壓的大小，又有高壓異步電動機、低壓異步電動機之分。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。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。第4頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月異步電動機在結構上主要由定子、轉子、氣隙組成。5.1.2異步電動機的主要結構第5頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月一、異步電動機的定子：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、定子鐵心：是電動機磁路的一部分，裝在機座里。為了降低定子鐵心里的鐵損耗，定子鐵心常用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。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。第6頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月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、定子繞組：高壓大、中型容量的異步電動機定子繞組常采用Y接，只有三根引出線，如圖(a)所示。對中、小容量低壓異步電動機，通常把定子三相繞組的六根出線頭都引出來，根據需要可接成Y形或△形，如圖(b)所示。定子繞組用絕緣的銅（或鋁）導線繞成，嵌在定子槽內。第7頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月

1）籠型轉子：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(huán)連接起來，形成一個短路的繞組。如果把轉子鐵心拿掉，則可看出，剩下來的繞組形狀像個松鼠籠子，如圖（a)所示，因此又叫鼠籠轉子。導條的材料有用銅的，也有用鋁的。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0.2~1.5mm左右。三、異步電動機的轉子：二、氣隙：異步電動機的轉子是由轉子鐵心、轉子繞組和轉軸組成的。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。2、轉子繞組：分為籠型和繞線型兩類。第8頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月

2）繞線型轉子：繞線型轉子的槽內嵌放有用絕緣導線組成的三相繞組，一般都聯接成Y形。轉子繞組的三條引線分別接到三個滑環(huán)上，用一套電刷裝置引出來，如圖所示。這就可以把外接電阻串聯到轉子繞組回路里去，以改善電動機的啟動性能或調節(jié)電動機的轉速。與籠型轉子相比較，繞線型轉子結構稍復雜，價格稍貴，因此只在要求起動電流小，起動轉距大，或需平滑調速的場合使用。第9頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月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

鐵心長度代號

機座中心高機座長度代號5.1.3異步電動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。一、異步電動機的型號：第10頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月我國生產的異步電動機種類很多，下面列出一些常見的產品系列。Y系列為小型鼠籠全封閉自冷式三相異步電動機。用于金屬切削機床、通用機械、礦山機械、農業(yè)機械等。也可用于拖動靜止負載或慣性負載較大的機械，如壓縮機、傳送帶、磨床、錘擊機、粉碎機、小型起重機、運輸機械等。JQ2和JQO2系列是高起動轉矩異步電動機，用在起動靜止負載或慣性負載較大的機械上。JQ2是防護式和JQO2是封閉式的。JS系列是中型防護式三相鼠籠異步電動機。JR系列是防護式三相繞線式異步電動機。用在電源容量小、不能用同容量鼠籠式電動機起動的生產機械上。JSL2和JRL2系列是中型立式水泵用的三相異步電動機，其中JSL2是鼠籠式，JRL2是繞線式。JZ2和JZL2系列是起重和冶金用的三相異步電動機，JZ2是鼠籠式，JZL2是繞線式。JD2和JDO2系列是防護式和封閉式多速異步電動機。BJO2系列是防爆式鼠籠異步電動機。JPZ系列是旁磁式制動異步電動機。JZZ系列是錐形轉子制動異步電動機。JZT系列是電磁調速異步電動機。其他類型的異步電動機可參閱產品目錄。第11頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月（6）額定功率因數指電動機定子加額定負載時，定子邊的功率因數。二、異步電動機的額定值：異步電動機的額定值包含下列內容：（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(tài)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f指我國規(guī)定工業(yè)用電的頻率是50Hz。（5）額定轉速n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。第12頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月5.1.4異步電動機的工作原理

三相異步電動機定子接三相電源后，電機內便形成圓形旋轉磁動勢，圓形旋轉磁密，設其方向為逆時針轉，如圖所示。若轉子不轉，轉子鼠籠導條與旋轉磁密有相對運動，導條中有感應電動勢e，方向由右手定則確定。由于轉子導條彼此在端部短路，于是導條中有電流，不考慮電動勢與電流的相位差時，電流方向同電動勢方向。這樣，導條就在磁場中受力f，用左手定則確定受力方向，如圖所示。動畫第13頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月

轉子受力，產生轉矩T，為電磁轉矩，方向與旋轉磁動勢同方向，轉子便在該方向上旋轉起來。轉子旋轉后，轉速為n，只要n＜n1（n1為同步轉速），轉子導條與磁場仍有相對運動，產生與轉子不轉時相同方向的電動勢、電流及受力，電磁轉矩T仍舊為逆時針方向，轉子繼續(xù)旋轉，穩(wěn)定運行在T=TL情況下。轉差率是異步電機的一個基本物理量，它反映電機的各種運行情況。轉子未轉動時，電機理想空載時，作為電動機，轉速在范圍內變化，轉差率在0~1范圍內變化。

額定運行時，轉差率一般在0.01~0.06之間，即電機轉速接近同步轉速。sn)nn(nn為轉差率的比值稱與同步轉速之差和轉子轉速同步轉速111-第14頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月異步電機的三種運行狀態(tài)根據轉差率的大小和正負,異步電機有三種運行狀態(tài)機械能轉變?yōu)殡娔茈娔芎蜋C械能變成內能電能轉變?yōu)闄C械能能量關系制動制動驅動電磁轉矩轉差率轉速外力使電機快速旋轉外力使電機沿磁場反方向旋轉定子繞組接對稱狀態(tài)電動電磁制動發(fā)電實現10＜s＜第15頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月5.2異步電動機的運行分析5.2.1三相異步電動機轉子不轉、轉子繞組開路時的電磁關系一、正方向的規(guī)定：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。第16頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月二、磁通及磁動勢：1、勵磁磁動勢：我們給異步電動機通入對稱的三相交流電時，將會在氣隙中會產生一個旋轉的氣隙磁場，這個旋轉的磁場會同時切割定轉子繞組，這樣，在兩個繞組內會產生相應的感應電動勢，但是由于轉子繞組是開路的所以，沒有電流，即沒有磁動勢，由此可見，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，為此，這時定子磁動勢又叫勵磁磁動勢，定子電流亦叫勵磁電流。第17頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月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。而由于整個分析過程是完全對稱的，所以我們在分析時僅以A相為例來進行講解。可見，由電流產生的旋轉磁場的磁動勢的特點是：1）幅值：2）轉向：逆時針轉向。A1—B1—C13）轉速：相對于定子繞組以角頻率旋轉。第18頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月

漏磁通：只交鏈定子繞組就形成閉合回路，用表示。它主要包括有槽部漏磁通、端部漏磁通、諧波漏磁通。2、主磁通和漏磁通：主磁通：同時交鏈定子、轉子、氣隙構成閉和回路的磁通，氣隙里每極主磁通量用Φm表示；第19頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月

由于氣隙是均勻的，勵磁磁動勢F0產生的主磁通Φm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。用空間向量表示為，的位置在其最大值處，為是氣隙磁密的最大值。氣隙里每極主磁通為：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處，該處的磁密也為最大。（不考慮磁滯、渦流的影響）第20頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月設：定、轉子A相磁鏈為則三、感應電動勢:第21頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月

定子、轉子每相電動勢之比叫電壓變比，用ke表示，即:旋轉磁場同時切割定轉子繞組,在定、轉子繞組內將會產生感應電動勢，其有效值為E1、E2。令則E1、E2用復數表示為這種情況的異步電機實際是個移相器。第22頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月四、勵磁電流：和前面分析變壓器的情況是一樣的，勵磁電流也是由I0a和I0r兩分量組成。五、電壓方程式：從前面的圖中，我們可以得到相應的電動勢平衡方程式，但是在這里需要注意的一點是：定子繞組的漏磁通在定子繞組內也會產生一個電動勢，我們稱之為定子漏電動勢，用表示，所以，電壓方程式為：式中Z1=R1+j為定子一相繞組的漏阻抗。第23頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月與三相變壓器空載時一樣，異步電動機也能找出并聯或串聯的等值電路。已知：所以，可得等值電路如右圖示：轉子回路電壓方程為：六、等值電路：于是，電壓平衡方程為

第24頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月

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。由于轉子被短路,所以,當在定子繞組內通入三相對稱電流后,產生的沿逆時針方向旋轉的磁場,不僅在定子繞組內產生磁動勢,在轉子繞組內也會產生磁動勢。5.2.2三相異步電動機轉子堵轉時的電磁關系1）幅值：一、磁動勢和磁通:1、磁動勢:在三相對稱的轉子繞組里流過三相對稱電流時，產生的轉子空間旋轉磁動勢的特點：

第25頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月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

可見，轉子繞組短路的三相異步電機，作用在磁路上的磁動勢有兩個：一為定子旋轉磁動勢；一為轉子旋轉磁動勢。由于它們的旋轉方向相同，轉速又相等，只是一前一后地旋轉著，我們稱它們?yōu)橥叫D。

既然它們是同步旋轉，又作用在同一個磁路上，把它們按向量的關系加起來，得到合成的磁動勢仍用表示。即:第26頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月

這個合成的旋轉磁動勢，才是產生氣隙每極主磁通的磁動勢。主磁通在定、轉子相繞組里感應電動勢和。稱為轉子磁動勢

可見，當轉子側電流不為零時，它也會產生一個磁動勢，而此時定子側的磁動勢此時變成了，這就可以認為定子旋轉磁動勢里包含著兩個分量：一個分量是大小等于，而方向與相反，用表示，它的作用是抵消轉子旋轉磁動勢對主磁通的影響；另一個分量就是勵磁磁動勢。它是用來產生氣隙旋轉磁密的。由于這種情況下定子磁動勢已變?yōu)榱耍ㄗ永@組里的電流也就變?yōu)榱恕ⅲ夯蚋膶懗桑?/p>

稱為定子磁動勢第27頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月注意：變壓器中的主磁通是脈振的，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的，它對應的磁密波沿氣隙圓周方向是正弦分布的，以同步轉速相對于定子旋轉，表示氣隙里每極的磁通量。2、漏磁通：這種情況下,除定子側的漏磁通外,轉子側也要產生漏磁通,表現每相漏電抗為，其壓降為二、定、轉子回路方程:1、定子回路的電壓方程：第28頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月2、轉子回路的方程：式中:為轉子繞組的一相漏阻抗。根據前面的分析可知:轉子相電流為:式中：為轉子繞組回路的功率因數角。第29頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月顯然，上式中的轉子側的感應電動勢和電流、電抗等的頻率都是，轉子電流在相位上滯后與電動勢時間電角度。從前面的分析我們可以看出，分別對定轉子進行分析太過麻煩，異步電動機定、轉子之間沒有電路上的聯結，只有磁路的聯系，這點和變壓器的情況相類似，所以在這里我們仍采用折算的方法，把轉子折算到定子側，用一個新轉子，它的相數、每相串聯匝數以及繞組系數都分別和定子的一樣（三相、、）。三、轉子繞組的折合（折算）：第30頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月根據定、轉子磁通勢的關系：可以寫成

但是關鍵的一點是：要保證轉子側在折算前后對整個磁場的影響不能發(fā)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。簡單的說就是只要維持轉子側的磁動勢的大小及相位沒有改變，就不影響定子邊。令第31頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月可簡化為：稱為電流變比。

式中是轉子繞組的相數，只有繞線式三相異步電動機轉子繞組是三相，鼠籠式異步電動機轉子繞組一般不是三相，而是相。可得：折算前后的電流的關系為：第32頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月

這樣就可以對相關的量進行折算，折算后的量我們全部用“′”來表示。折合后轉子漏阻抗與折合前轉子漏阻抗的關系為：折合前后的功率關系（轉子銅耗、無功功率）不變。轉子回路的電壓方程：第33頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月四、基本方程式、等值電路和相量圖：整理可得基本方程式為：由此可畫出其等值電路、相量圖為：第34頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月5.2.3三相異步電動機轉子旋轉時的電磁關系一、轉差率：

當轉子以轉速開始旋轉時，氣隙磁場不再以同步轉速切割轉子繞組，同步轉速和轉子轉速之間有一個同方向的相對運動，即此時的氣隙磁場是以一個切割轉子繞組：它的大小也能反映電動機轉子的轉速。轉子回路的電壓方程式為：二、轉子電動勢：此時一些相應的物理量將要結合轉差率發(fā)生相應的變化.第35頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月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，上式表明：當轉子旋轉時，每相感應電動勢與轉差率s成正比。第36頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月三、定、轉子磁動勢及磁動勢關系：下面對轉子旋轉時，定、轉子繞組電流產生的空間合成磁動勢進行分析。1、定子磁動勢：同前2、轉子旋轉磁動勢：（1）幅值：(2）轉向：由于現在的氣隙磁場在切割轉子繞組時僅是切割速度發(fā)生了變化，而它的旋轉方向并沒有發(fā)生改變，所以此時是以的速度沿逆時針方向切割轉子繞組，因此產生電流的相序仍然是，由轉子電流入產生的三相合成旋轉磁動勢的轉向，相對于轉子繞組而言，仍為逆時針方向旋轉。第37頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）瞬間位置：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3、合成(勵磁)磁動勢：（1）幅值：關于定、轉子磁勢的幅值，不因站在定子上看而有什么改變，仍為前面分析的結果。

（2）轉向：二者的轉向相對于定子都為逆時針方向旋轉。

第38頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月

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，感應電機在任何異步轉速下均能產生恒定的電磁轉矩，并實現機電能量轉換。于是，轉子旋轉磁動勢相對于定子繞組的轉速為：所以，合成的總磁動勢仍用來表示。即

（3）轉速：相對與定子繞組而言，定子磁動勢的轉速為，而轉子我們分開看，首先轉子磁動勢相對于轉子的轉速為，而轉子本身又是以轉速

旋轉，為此站在定子上看轉子旋轉磁動勢的轉速則為第39頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月通過對轉子旋轉的分析可知,轉子旋轉后,轉子頻率的大小僅僅影響轉子旋轉磁動勢相對于轉子本身的轉速,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,另外,定、轉子之間是通過磁動勢相聯系的,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.根據這個概念,我們對下式進行變換:

同時，在頻率變換的過程中，除了電流有效值保持不變外，轉子電路的功率因數角也沒有發(fā)生任何變化。即四、轉子繞組頻率的折合:第40頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月由此可見,頻率折算是用一個靜止的電阻為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。

此時，轉子電路雖然經過這種變換，但是從定子邊看轉子旋轉磁通勢并沒有發(fā)現任何不同，兩個情況下產生的磁通勢的幅值大小是完全一樣的，這就是轉子電路的頻率折算，即：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。第41頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月

我們知道在轉子旋轉時有機械能產生，在經過了頻率折算后，得到轉子側的頻率和定子側的頻率相等，而我們知道在轉子靜止轉子短路的情況下，我們得到兩側的頻率相等的情況，能量是不能憑空消失的，所以，顯然，此時我們是用一個靜止的轉子電阻來代替旋轉的轉子電阻，即用在靜止的轉子上消耗的電功率來等值代替旋轉的時候產生的機械能。而把上式得到的電阻的形式再進行變形，，很明顯和轉子不轉時相比，轉子側多了一個電阻。第42頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月

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?yōu)椋?/p>

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:再考慮轉子繞組的相數、匝數折合，又可寫成:這樣一來，由定、轉子旋轉磁動勢的關系又可得到:第43頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月

與異步電動機轉子繞組短路并把轉子堵住不轉時相比較，在基本方程式中，只有轉子繞組回路的電壓方程式有所差別，其他幾個方程式都一樣。于是得到異步電動機轉子旋轉時的基本方程式為:五、基本方程式、等值電路和時-空相量圖:1、異步電動機轉子旋轉時的基本方程式第44頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月2、異步電動機轉子旋轉時的等值電路:

異步電動機空載時，轉子的轉速接近同步轉速，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，/s約為的20倍左右，等值電路里轉子邊呈電阻性，功率因數

較高。這時定子邊的功率因數

也比較高，可達0.8～0.85.

從等值電路圖上可以看出，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。第45頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月由于異步電動機定子漏阻抗不大,異步電動機從空載到額定負載運行時，由于定于電壓不變，主磁通Φ1基本上也是固定的數值。因此勵磁電流也差不多是個常數。但是，當異步電動機剛起動時，轉速n＝0（s=1），這時定子電壓全部降落在定、轉子的漏阻抗上，已知定、轉子漏阻抗，這樣，定、轉子漏阻抗上的電壓降近似為定子電壓一半左右。也就是說，近似是的一半左右，氣隙主磁通Φ1也將變?yōu)榭蛰d時的一半左右,這樣,根據上述五個基本方程式畫出的異步電動機時-空相量圖，與三相變壓器帶純電阻負載運行時的相量圖相似。3、異步電動機時-空相量圖第46頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月5.3三相異步電動機的機械特性三相異步電動機以轉速n穩(wěn)定運行時，從電源輸入的有功功率為

正常情況下，轉子轉速接近與同步轉速，轉子回路鐵耗很小，可忽略，因此只計定子回路的鐵耗：從等值電路看，傳輸給轉子回路的電磁功率等于轉子回路全部電阻的消耗。5.3.1三相異步電動機的功率與轉矩定子銅損耗為:一、功率關系:第47頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月電磁功率也可表示為：轉子繞組中的銅損耗為：

這樣電磁功率減去轉子銅耗，剩下的就是等效電阻上的損耗，而此損耗實際上是電機轉軸上總的機械功率，用表示，即：第48頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月所以整個功率傳遞過程中的功率關系為：

從以上功率關系定量分析中看出，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關系是：功率流程圖：電動機在運行時，會產生軸承以及風阻等摩擦阻轉矩，這也要損耗一部分功率，把這部分功率叫做機械損耗，用表示，當然除了這些損耗外，還有一些附加損耗等.第49頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月二、轉矩關系：機械功率除以軸的角速度Ω就是電磁轉矩，即：式中Ω1為同步角速度（用機械角表示）T0為空載轉矩將功率關系兩邊除以Ω得出轉矩關系第50頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月式中：是一常數，叫轉矩系數。

三、電磁轉矩的物理表達式：電磁功率除以同步機械角速度可得電磁轉矩的物理表達式為：第51頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月5.3.2三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在定子電壓、頻率和參數固定的條件下，電磁轉矩T與轉速（或轉差率）之間的函數關系。一、機械特性的參數表達式:由前所述，第52頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月可得二、固有機械特性:1、固有機械特性曲線: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時的機械特性稱為固有機械特性。第53頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月

固有機械特性曲線

從圖上可以看出相異步電動機固有機械特性不是一條直線，它具有以下特點：（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(guī)定判斷，T與n同方向。電動機工作在這范圍內是電動狀態(tài)。（2）在S＜0范圍內，n＞n

1

，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(fā)電狀態(tài)，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(tài)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，n=n1，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，為起動點（見圖）。（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(tài).第54頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月最大轉矩對應的轉差率稱為臨界轉差率2、最大電磁轉矩:得到最大電磁轉矩:正、負最大電磁轉矩可以從參數表達式求得，令一般地，值不超過的5%，可忽略，則有:第55頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月

也就是說，異步發(fā)電機狀態(tài)和電動機狀態(tài)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。過載能力(最大轉矩倍數)：最大電磁轉矩與額定電磁轉矩的比值，或稱最大轉矩倍數，用km表示。即：一般三相異步電動機km=1.6～2.2,起重、冶金用的異步電動機km=2.2～2.8第56頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月

電動機起動時，只有TS大于(1.1～1.2)倍的負載轉矩才可以順利起動。一般異步電動機起動轉矩倍數=0.8～1.2。3、起動轉矩：Ts表示。對應n=0，S=1的電磁轉矩，用可見，TS與電壓平方成正比，而且轉子電阻在一定范圍內越大，起動轉矩越大，漏電抗越大，起動轉矩越小。起動轉矩倍數:起動轉矩與額定轉矩的比值，用表示，即：第57頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月三、人為機械特性：從機械特性表達式上可以看出：可以通過改變一些參數使得特性曲線更滿足用戶的需要,這樣就得到了異步電動機的人為機械特性曲線。1、降低定子端電壓的人為機械特性：

從表達式上可以看出：異步電機的同步轉速與電壓無關，電磁轉矩T與U12成正比，為此最大轉矩以及起動轉矩都要隨U1的降低而按U1

2的平方減小。而最大轉矩對應的轉差率Sm

不變。第58頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月繞線式三相異步電動機通過滑環(huán)，可以把三相對稱電阻串入轉子回路而后三相再短路。從表達式上可以看出,最大電磁轉矩與轉子每相電阻值無關，即轉子串入電阻后，Tm不變。轉子回路串電阻并不改變同步轉速,轉子回路串入一些電阻，可以增大起動轉矩。2．轉子回路串入三相對稱電阻的人為機械特性:第59頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月四、電磁轉矩的實用表達式工程上常根據電機的額定功率、額定轉速、過載能力來求出實用表達式。方法是：故有：以上為已知額定工作點的計算公式第60頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月因三相異步電動機在額定范圍運行時,它的轉差率很小,即有則有5.4三相異步電動機的工作特性

異步電動機的工作特性是指，時電動機的轉速n、定子電流,功率因數，電磁轉矩T、效率η等與輸出功率P2的關系。可以通過直接給異步電動機帶負載測得，也可以利用等值電路計算而得。第61頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月

一、轉速特性:三相異步電動機空載時，轉子的轉速n接近于同步轉速。隨著負載的增加，轉速n要略微降低，這時轉子電動勢增大，轉子電流增大，以產生大的電磁轉矩來平衡負載轉矩。因此，隨著P2的增加，轉子轉速n下降，轉差率s增大。二、定子電流特性：空載時,轉子電流基本上為零,此時的定子電流就是勵磁電流I0,隨著負載的增加,轉速降低,轉子電流增大,定子電流也增大。第62頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月三、定子側功率因數：空載時定子側的功率因數很低，不超過0.2，當負載增加時，定子電流中的有功電流增加，使功率因數提高，接近額定負載時，功率因數接近于1；但是如果進一步增大負載，由于轉差率的增大，使功率因數角增大，則功率因數減小。四、電磁轉矩特性：穩(wěn)定運行時異步電動機轉矩方程為輸出功率，所以電動機空載時，隨著負載增加，增大，由于機械角速度Ω變化不大，電磁轉矩T隨的變化近似地為一條直線。第63頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月空載時，=0，＝0，隨著輸出功率的增加，效率也增加。當不變損耗等于可變損耗時，電動機的效率達到最大。對中、小型異步電動機，大約時，效率最高。如果負載繼續(xù)增大，效率反而要降低。一般來說，電動機的容量越大，效率越高。五、效率特性：第64頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月5.5三相異步電動機參數的測定5.5.1短路(堵轉)實驗實驗過程:從開始,逐漸降低電壓。記錄定子繞組加的端電壓、定子電流和定子輸入功率。試驗時，還應量測定子繞組每相電阻的大小。根據試驗的數據，畫出異步電動機的短路特性、

根據測得的數據，可以算出短路阻抗、短路電阻和短路電抗。即：實驗目的:測定第65頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月實驗目的：測勵磁阻抗機械損耗pm

，鐵心損耗pFe

。試驗過程：轉軸上不加任何負載，即電動機處于空載運行，把定子繞組接到額定頻率的三相對稱電源上，當電源電壓為額定值時，讓電動機運行一段時間，使其機械損耗達到穩(wěn)定值。用調壓器改變加在電動機定子繞組上的電壓，使其從（1.1～1.3）開始，逐漸降低電壓，直到電動機的轉速發(fā)生明顯的變化為止。記錄電動機的端電壓、空載電流、空載功率P。和轉速n，并畫成曲線。定子加額定電壓時，根據空載試驗測得的數據和，可以算出:5.5.2空載實驗第66頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月5.6三相異步電動機的起動和調速5.6.1三相異步電動機的起動在額定電壓下直接起動三相異步電動機，由于最初起動瞬間主磁通約減少到額定值的一半，功率因數cos很低，起動電流相當大而起動轉矩并不大。如普通鼠籠式三相異步電動機，起動電流起動轉矩。一般地說，容量在7.5kw以下的小容量鼠籠式異步電動機都可直接起動。一、三相異步電動機的直接起動第67頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月三相異步電動機直接起動在下面兩種情況下是不可行的：①變壓器與電動機容量之比不足夠大；②起動轉矩不能滿足要求。第①種情況下需要減小起動電流，第②種情況下需要加大起動轉矩。而由前面的分析可知：所以，降低起動電流的方法有：①降低電源電壓；②加大定子邊電抗或電阻；③加大轉子邊電阻或電抗。加大起動轉矩的方法只有適當加大轉子電阻。總之，起動必須滿足的條件是：起動電流要足夠小；起動轉矩要足夠大。第68頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月二、三相鼠籠異步電動機的降壓起動1、定子串接電抗器起動：三相異步電動機定子串電抗器起動，起動時電抗器接入定子電路；起動后，切除電抗器，進入正常運行。顯然此時的電抗器起到了分壓的作用。定子邊串電抗起動可以理解為增大定子邊電抗值，也可以理解為降低定子實際所加電壓，其目的是減小起動電流。然而，定子串電抗器起動，降低了起動電流，但起動轉矩降低得更多。因此，定子串電抗器起動，只能用于空載和輕載。第69頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月2、Y一?起動：

適用于正常運行時定子繞組為三角形接線的電動機。起動時Y接線，運行時△接線。起動電流關系:Y-△降壓起動設備簡單，成本低。但起動轉矩降低很多，多用于空載或輕載起動的設備上。起動轉矩關系:特點：第70頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月3.自耦變壓器降壓起動優(yōu)點：自耦變壓器起動不受電動機繞組連接的影響，可以根據需要選擇分接頭，比較靈活。

缺點：設備體積大，投資高。適用于不需頻繁起動的大容量電動機。起動電流關系:起動轉矩關系:第71頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月三、三相繞線式異步電動機的起動1.轉子回路串頻敏變阻器起動

頻敏變阻器類似只有一次繞組的三相三柱式變壓器，其鐵心是由幾片或十幾片厚鋼板或鐵板疊成。頻敏變阻器是利用鐵心渦流損耗隨頻率變化而變化的原理改變起動電阻的。頻敏變阻器的電阻隨頻率降低而逐漸減小。

頻敏變阻器靜止無觸點，結構簡單，成本低，大大提高了轉子回路功率因數，既限制了起動電流，又提高了起動轉矩，應用較為廣泛。第72頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月2、轉子回路串電阻分級起動

為了使整個起動過程中盡量保持較大的起動轉矩、繞線式異步電動機可以采用逐級切除起動電阻的轉子串電阻分級起動。起動時串入全部電阻，隨著轉速上升逐級切除所串電阻。起動完畢，起動電阻全部切除。

為了有較大的起動轉矩、使起動過程平滑，應在轉子回路中串入多級對稱電阻，并隨著轉速的升高，逐漸切除起動電阻。起動過程中功率因數高，但設備投資大，維修不便。第73頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月5.6.2三相異步電動機的調速異步電動機的轉速為：（1）改變轉差率s調速，包括降低電源電壓、繞線式異步電動機轉子回路串電阻等方法；（3）改變電機供電電源頻率。因此，調速方法大致可以分成以下幾種類型：（2）改變定子繞組極對數；第74頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月一、改變定子電壓調速特點：適合風機負載。二、繞線式異步電動機轉子回路串電阻調速：

繞線式電動機的轉子回路串接對稱電阻時的機械特性如圖。

從機械特性看，轉子串電阻時，同步轉速和最大轉矩不變，但臨界轉差率增大。當恒轉矩負載時，電機的轉速隨轉子串聯電阻的增大而減小。缺點：電動機效率低，溫升高。第75頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月

轉子回路串電阻是屬恒轉矩調速方法式中s1、s2、s3別是轉子串入不同的電阻后的轉差率。這種調速方法的調速范圍不大，一般為（2～3）∶1。注意：調速過程轉子電流維持在額定值，即因因此第76頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月２Ｐ＝４Ａ１Ｘ１Ａ２Ｘ２ＮＳＮＳＳ２Ｐ＝２ＮＳ結論：此種變極連接方法適用于恒功率負載變極調速。說明：變極調速方法簡單、運行可靠、機械特性較硬，但只能實現有極調速。單繞組三速電機繞組接法已經相當復雜，故變極調速不適宜超過三種速度。三、變極調速基本思路：可以采用兩套繞組，但為了提高材料的利用率，一般采用單繞組變極，即通過改變一套繞組的連接方式而得到不同極對數的磁動勢，以實現變極調速。第77頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月四、變頻調速

改變三相異步電動機電源頻率，可以改變旋轉磁通勢的同步轉速，達到調速的目的。額定頻率稱為基頻，變頻調速時，可以從基頻向上調，也可以從基頻向下調。⑴保持=常數：（這種方法為恒磁通控制方式）1、從基頻向下變頻調速：為避免電機磁路過飽和，在降低電源頻率時，必須同時降低電源電壓。第78頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月

根據上式畫出保持恒磁通變頻調速的機械特性，如圖所示。可見，在這種調速方式下，最大轉矩為常數，并且不同頻率的各條機械特性是平行的，硬度相同。這種調速方法機械特性較硬，在一定的靜差率要求下，調速范圍寬，而且穩(wěn)定性好。由于頻率可以連續(xù)調節(jié)，因此變頻調速為無級調速，平滑性好。另外，電動機在正常負載運行時，轉差率s較小，因此轉差功率較小，效率較高。恒磁通變頻調速是屬于為恒轉矩調速方式。最大轉矩處的轉速降落為第79頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月⑵保持=常數

這種調速方式近似為恒轉矩調速方式。由機械特性可見，隨著f1的降低，Tm減小。顯然此時的機械特性特別在低頻低速的機械特性變壞了。第80頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月

升高電源電壓是不允許的，因此升高頻率向上調速時，只能保持電壓為UN不變，頻率越高，磁通Φm越低，是一種降低磁通升速的方法，類似他勵直流電動機弱磁升速情況。頻率越高時，越小也減小。2、從基頻向上變頻調速：第81頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月⑤頻率可以連續(xù)調節(jié)，變頻調速為無級調速。小結：三相異步電動機變頻調速的特點①從基頻向下調速，為恒轉矩調速方式；從基頻向上調速，近似為恒功率調速方式；②調速范圍大；③轉速穩(wěn)定性好；④運行時效率高；第82頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月三、繞線式異步電動機雙饋調速及串級調速原理：1、雙饋調速的基本原理:

雙饋是指繞線式異步電動機的定、轉子三相繞組分別接到兩個獨立的三相對稱電源，其中定子繞組的電源為固定頻率的工業(yè)電源，而轉子電源電壓的幅值、頻率和相位則需按運行要求分別進行調節(jié)。隨著電力電子技術的發(fā)展，繞線式異步電動機組成的雙饋調速系統(tǒng)，得到了許多人的重視。

繞線式異步電動機雙饋調速系統(tǒng)不僅能調節(jié)電動機的轉速，還能改變電動機定子邊的功率因數。第83頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月2、串級調速的基本原理：前述的雙饋調速要求加在電機轉子繞組的電壓頻率與轉子繞組感應電動勢同頻率。如果把異步電機轉子感應電動勢變?yōu)橹绷麟妱觿荩瑫r把轉子外加電壓也變?yōu)橹绷髁浚@就是串級調速的基本思路。通過改變逆變角的大小，就能改變電動機的轉差率S。這種調速方法適合于高電壓、大容量繞線式異步電動機拖動風機、泵類負載等要求調速不高的場合。第84頁，課件共91頁，創(chuàng)作于2023年2月5.7單相異步電動機

一、結構：定子為單相繞組（起動和工作繞組）；轉子為鼠籠式。二、工作原理單相交流繞組通入單相交流電流產生脈動磁動勢，其可分解為F+、F-，建立起正轉和反轉磁場Φ+、Φ-，這兩個磁場切割轉子導體，產生感應電動勢和感應電流，從而形成正反向電磁轉矩T+、T-，疊加后即為推動轉子轉動的合成轉矩T。

設電動機轉速為n，則對正、反轉磁場而言，轉差率s+及s-為：三、單相異步電動機的特點：

轉子靜止時，合成轉矩為0，即單相異步電動機無起動轉矩。當s≠1時，T≠0，且T無固定方向，