杭州電子科技大學《電機學》自動化學院第八章三相異步電動機根據電動機轉子和定子磁場速度之間的不同關系，交流電動機可以分為兩大類：一類是同步電動機；另一類為異步電動機。同步電動機采用雙邊勵磁，而異步電動機僅通過定子邊勵磁，其轉子電流和磁動勢則是通過旋轉磁場感應產生，這使得兩種電機在性能方面具有較大的差異。

異步電動機屬于交流電動機，也稱為感應電動機。異步電動機的“異步”是什么意思呢？異步是指電動機的轉子與定子繞組產生的旋轉磁場之間速度不一樣，轉子的轉速快于或者慢于定子磁場的轉速。8.1三相異步電動機的結構和額定數據8.1.1三相異步電動機的結構三相鼠籠式異步電動機的結構三相繞線式異步電動機的結構定子、轉子、氣隙。三相異步電動機的定子鐵心和轉子鐵心定子鐵心用0.35~0.5mm的硅鋼片疊壓而成。三相異步電動機的定子繞組三相異步電動機的端蓋主要作用：支撐軸承、密閉保護電機。三相異步電動機的接線端子高壓大、中型容量的異步電動機定子繞組通常為星形(?)接法，接線端子只有三根引出線。中、小容量，六根引出線：(1)電壓380/220V，接法Y/?(2)電壓380V，接法?（a）Y形接法（b）Δ形接法鼠籠式轉子繞線式轉子轉子鐵心用0.5mm的硅鋼片疊壓而成。異步電動機的氣隙對電機的性能具有重要的影響。中小型異步電動機的氣隙一般為0.2~2mm。氣隙的大小直接影響異步電動機的勵磁電流和功率因數。一般情況，電機氣隙越小，定子側的勵磁電流越小，同時電機功率因數越高。但是，電機的氣隙太小，會造成加工和裝配的困難，同時也將增加電機的高次諧波與附加損耗。8.1.2

三相異步電動機的額定數據三相異步電動機的額定數據：額定功率PN、額定電壓UN、額定電流IN、額定轉速nN、額定頻率f1N、額定效率ηN

、額定功率因數cosφN、絕緣等級和允許溫升。允許溫升是指電動機運行時電機本體高出周圍環境標準溫度的值。在設計電機時，我國規定環境標準溫度為，電機的允許溫升即電機的允許溫度減去的值。杭州電子科技大學《電機學》自動化學院8.2三相異步電動機的工作原理8.2.1三相異步電動機的旋轉原理當定子三相對稱繞組中通入三相對稱交流電后，在氣隙中會形成圓形的旋轉磁場。(3)載流導體在定子旋轉磁場中受到電磁力的作用，進而形成電磁轉矩，并使得轉子跟著定子旋轉磁場旋轉。(2)當定子旋轉磁場切割轉子導體時，轉子導體內形成三相對稱感應電動勢。轉子導體處于閉合回路。因此，感應電動勢在轉子導體內產生三相對稱電流。鼠籠隨磁場旋轉的3D動畫8.2.2三相異步電動機的轉差率轉差率杭州電子科技大學《電機學》自動化學院8.3三相異步電動機的等效電路三相異步電動機等效電路正方向的標定三相異步電動機轉子繞組開路時的等效電路三相異步電動機空載時的等效電路三相異步電動機轉子堵轉時的等效電路三相異步電動機帶負載運行時的等效電路8.3.1三相異步電動機等效電路正方向的標定下標1代表定子側的量，下標2代表轉子側的量。通常把A相繞組磁動勢所在的方向定義為零坐標軸的方向。杭州電子科技大學《電機學》自動化學院8.3.2三相異步電動機轉子繞組開路時的等效電路1．轉子繞組開路時的磁鏈和感應電動勢在定子氣隙中會形成圓形旋轉磁場。定子每極下同時交鏈定子和轉子的磁通稱為主磁通，

。只是交鏈定子或者轉子的磁通稱為漏磁通，和。主磁通定子A相磁鏈轉子A相磁鏈定子繞組的感應電動勢定子繞組感應電動勢有效值

轉子繞組的感應電動勢轉子繞組感應電動勢有效值

電壓變比2．轉子繞組開路時的電壓方程式和相量圖定子漏磁感應電動勢定子一相繞組的電壓方程式3．轉子繞組開路時的等效電路和電磁關系分析定子繞組的感應電動勢定子一相的電壓平衡方程式轉子一相的電壓平衡方程式轉子繞組開路時的等效電路圖轉子繞組開路時的電磁關系圖(1)轉子開路時，異步電動機呈感性，因此，電流相量滯后于電壓相量。(2)主磁通和漏磁通在定子繞組中分別形成相應的感應電動勢，感應電動勢滯后于相應的磁通相量電角度。(3)轉子繞組感應電動勢等于相應的相電壓。杭州電子科技大學《電機學》自動化學院三相異步電動機空載運行時，轉子轉速n

接近于同步轉速n1

，s≈0，此時，定子磁場近似于不切割轉子繞組，所以轉子繞組中的感應電動勢，轉子繞組中的電流，因此，在空載情況下，轉子繞組不產生磁動勢。8.3.3三相異步電動機空載時的等效電路三相異步電動機的空載運行：定子繞組接到三相對稱電源上，轉軸上不帶任何機械負載。1．空載電流是形成鐵心損耗的有功分量部分是形成主磁通的部分空載電流主要是形成主磁通的一個無功性質的電流，大、中型三相異步電動機的空載電流約占額定電流的30%，小型三相異步電動機的空載電流幾乎達到額定電流的50%。2.空載時的電壓方程式轉子繞組不產生磁動勢，相應地也無法形成轉子側的磁通，因此，轉子繞組不會影響定子繞組產生的磁動勢和主磁通。三相異步電動機空載時，定子側的電壓方程式與三相異步電動機轉子開路時是相同的。轉子側的電壓方程式3.空載時的等效電路轉子側的感應電動勢三相異步電動機空載時的等效電路杭州電子科技大學《電機學》自動化學院8.3.4三相異步電動機轉子堵轉時的等效電路1.轉子堵轉時的磁動勢和磁通的分析氣隙磁動勢旋轉方向一致，轉速相同，在空間上相差α

電角度。2.轉子堵轉時轉子繞組的折合三相異步電動機定子和轉子之間沒有電路的聯系，只有磁路的聯系。通過折合算法，將轉子回路折算到定子側，或者將定子側折算到轉子側。從定子邊看轉子，只有轉子磁動勢與定子磁動勢影響主磁通，因此，只要保持轉子磁動勢的大小和相位不變，至于轉子邊的感應電動勢、電流以及每相串聯的匝數是多少都無關緊要。可以利用一個虛擬轉子代替電機的實際轉子，虛擬轉子的相數、每相串聯的匝數和繞組系數與定子繞組相一致。轉子折算原則電流變比轉子感應電動勢折算到定子側轉子阻抗折算到定子側（1）轉子阻抗角（2）轉子銅耗（3）無功功率4.轉子堵轉時的基本方程式和相量圖5.轉子堵轉時的等效電路和電磁關系分析三相異步電動機在轉子堵轉情況下的三個結論：(1)電機內會形成兩個電流通路，一個為定子繞組電流通路，另一個為轉子繞組的電流通路。兩個電流通路通過主磁通聯系起來。(2)定子和轉子的磁動勢都以同步轉速逆時針旋轉，兩個磁動勢共同形成電機的氣隙磁動勢。(3)電機產生很大的電流。三相異步電動機應避免長時間處于堵轉狀態。杭州電子科技大學《電機學》自動化學院8.3.5三相異步電動機帶載旋轉時的等效電路1.轉子電磁量的變化分析(1)感應電動勢的頻率（轉差頻率）(2)感應電動勢(3)轉子繞組的漏電抗2.定子和轉子磁動勢之間的關系轉子磁動勢相對于定子的轉速定子磁動勢相對于定子的轉速跟轉子是否旋轉沒有關系。3.轉子頻率的折算將旋轉的轉子側頻率轉換為靜止的定子側頻率的過程稱為頻率的折算。頻率為頻率為機械功率4.轉子帶載旋轉時的基本方程式和相量圖5.轉子帶載旋轉時的等效電路和電磁關系圖三相異步電動機T型等效電路(1)當時，，異步電動機運行于空載狀態；(2)當時，電機相當于處于堵轉狀態；(3)當和時，，電機處于發電狀態。(1)定子側各個電磁量的物理關系不因轉子是否旋轉而發生變化。(2)與轉子堵轉情況相比，此時轉子側電量都與轉差率s

相關。8.3.6三相異步電動機鼠籠式轉子的極數和相數的歸算鼠籠式轉子的導體是均勻分布的，每兩根相鄰的導條內感應電流相差的電角度與導條在空間相差的電角度是一致的。假如鼠籠式轉子有根導條組成，定子主磁場有對極，則鼠籠式轉子的相數為。鼠籠式轉子由于每根導體相當于半匝，因此每相串聯的匝數為。因為每相只有一根導體，鼠籠式轉子的繞組系數。鼠籠式轉子的相對稱電流在個對稱導體中也會產生圓形旋轉磁動勢。杭州電子科技大學《電機學》自動化學院8.4三相異步電動機的功率關系和轉矩計算三相異步電動機的功率傳遞過程輸入功率定子銅耗定子鐵耗電磁功率轉子銅耗總機械功率輸出機械功率8.4.1三相異步電動機的功率關系注意：此處電壓、電流和電阻均為相值！！！三相異步電動機的功率流程圖8.4.2三相異步電動機的電磁轉矩計算電磁轉矩三相異步電動機的電磁功率輸出轉矩簡化計算三相異步電動機的電磁轉矩三相異步電動機的轉矩系數(1)直流電動機中的電磁轉矩與電樞電流之間是線性關系。(2)三相異步電動機的電磁轉矩與轉子電流之間是非線性關系。杭州電子科技大學《電機學》自動化學院8.5三相異步電動機參數的測定需測量的參數：定子電阻和電抗，轉子的折算電阻和電抗，勵磁電阻和勵磁電抗，定子鐵耗和機械損耗。用于分析和計算三相異步電動機功率和轉矩。測量方法：短路試驗、空載試驗。定子電阻可以直接利用電橋測得。8.5.1短路試驗（堵轉試驗）可測得8.5.2空載試驗可以測得與成正比保持不變實驗測得杭州電子科技大學《電機學》自動化學院8.6三相異步電動機的工作特性和機械特性三相異步電動機的工作特性：電動機在時，

等與輸出功率之間的關系。三相異步電動機的機械特性：電磁轉矩與轉差率(或者轉速)之間的關系，也稱為

曲線。1.轉速特性2.電流特性8.6.1三相異步電動機的工作特性（與的關系）4.功率因數特性功率因數是三相異步電動機的主要性能指標之一。由于三相異步電動機是一個感性負載，它必將從電網吸收感性的無功功率，因此三相異步電動機的功率因數總是小于1。

3.轉矩特性5.效率特性異步電機功率損耗主要包括兩大類：可變損耗：與電機的負載大小密切相關的損耗，如定子和轉子銅耗，損耗大小與電流的平方成正比；不變損耗：與電機的負載大小基本無關的損耗，如定子鐵耗和機械損耗。可變損耗等于不變損耗時效率最高。超過時，銅耗會快速增大，效率下降。杭州電子科技大學《電機學》自動化學院8.6.2三相異步電動機的機械特性三相異步電動機的電磁轉矩與轉差率(或轉速)之間的關系。8.6.2.1三相異步電動機的機械特性的表達式轉子折算電流電磁轉矩8.6.2.2三相異步電動機的固有機械特性分析1.三相異步電動機固有機械特性曲線的分析且定子和轉子回路都不接入任何電氣元件。(1)第I象限：0<s<1(0<n<n1)，T>0，正向電動；(2)第II象限：s<0(n>n1)，T<0，發電狀態；(3)第IV象限：s>1(n<0)，T>0，制動狀態。重點掌握固有機械特性曲線1上的四個點——(1)A點：正向同步運行點，

；(2)B點和D點：三相異步電動機的臨界運行點，

可以獲得最大電磁轉矩和臨界轉差率，B點：D點：“+”對應電動運行狀態，“-”對應發電運行狀態。令一般最大轉矩倍數(或者過載倍數)一般三相異步電機的過載倍數為1.6~2.5。受哪些參數變化的影響？(3)

C點：正向起動點，起動轉矩倍數為了順利起動，一般要求三相異步電機的起動轉矩倍數為0.8~1.2。受哪些參數變化的影響？2.三相異步電動機的穩定性分析三相異步電動機機械特性分為兩個區域：穩定運行區域、不穩定運行區域。(1)穩定運行區域：機械特性下傾，無論拖動何種性質的負載，系統都是穩定的。(2)不穩定運行區域：在該區域內，恒轉矩負載電機拖動系統無法穩定；風機和泵類負載雖然可以滿足穩定運行條件，但是