第九章 异步电动机运行原理

定转子基波磁势空间相对静止定转子基波磁势空间相对静止定转子基波磁势空间相对静止定转子基波磁势空间相对静止定转子基波磁势空间相对静止定转子基波磁势空间相对静止 转子静止时的异步电动机 转子旋转时的异步电动机 难点：频率折算与等效电路的理解 电磁关系电磁关系电磁关系电磁关系电磁关系电磁关系 电压、磁势平衡方程式、等效电路电压、磁势平衡方程式、等效电路电压、磁势平衡方程式、等效电路电压、磁势平衡方程式、等效电路电压、磁势平衡方程式、等效电路电压、磁势平衡方程式、等效电路 第九章第九章 三相异步电动机的运行原理三相异步电动机的运行原理1概述概述异步电机与变压器异步电机与变压器异步电机与变压器异步电机与变压器一样属于一样属于一样属于一样属于单边励磁单边励磁单边励磁单边励磁的电机，转子边的电机，转子边的电机，转子边的电机，转子边电流由感应产生。电流由感应产生。电流由感应产生。电流由感应产生。从电磁关系看，异步电机与变压器相似，其定子绕组从电磁关系看，异步电机与变压器相似，其定子绕组从电磁关系看，异步电机与变压器相似，其定子绕组从电磁关系看，异步电机与变压器相似，其定子绕组相当于变压器的一次绕组，转子绕组相当于变压器的相当于变压器的一次绕组，转子绕组相当于变压器的相当于变压器的一次绕组，转子绕组相当于变压器的相当于变压器的一次绕组，转子绕组相当于变压器的二次绕组。二次绕组。二次绕组。二次绕组。因此，可以把分析变压器的理论用到分析异步电机中因此，可以把分析变压器的理论用到分析异步电机中因此，可以把分析变压器的理论用到分析异步电机中因此，可以把分析变压器的理论用到分析异步电机中来。异步电机三相定、转子绕组都是对称的，正常对来。异步电机三相定、转子绕组都是对称的，正常对来。异步电机三相定、转子绕组都是对称的，正常对来。异步电机三相定、转子绕组都是对称的，正常对称运行时，称运行时，称运行时，称运行时，各相发生的电磁过程完全相同，在分析时各相发生的电磁过程完全相同，在分析时各相发生的电磁过程完全相同，在分析时各相发生的电磁过程完全相同，在分析时可只讨论一相可只讨论一相可只讨论一相可只讨论一相，如电动势方程、等效电路等，根据一，如电动势方程、等效电路等，根据一，如电动势方程、等效电路等，根据一，如电动势方程、等效电路等，根据一相计算结果，再考虑相位后推广到其它两相。相计算结果，再考虑相位后推广到其它两相。相计算结果，再考虑相位后推广到其它两相。相计算结果，再考虑相位后推广到其它两相。2分析前提：分析前提：分析前提：分析前提：l l把异步电机的磁通分成主磁通和漏磁通，并把异步电机的磁通分成主磁通和漏磁通，并把异步电机的磁通分成主磁通和漏磁通，并把异步电机的磁通分成主磁通和漏磁通，并把谐波磁通归并到漏磁通把谐波磁通归并到漏磁通把谐波磁通归并到漏磁通把谐波磁通归并到漏磁通l l假设：气隙中只有基波磁通，定、转子绕组假设：气隙中只有基波磁通，定、转子绕组假设：气隙中只有基波磁通，定、转子绕组假设：气隙中只有基波磁通，定、转子绕组上感应有基波电势上感应有基波电势上感应有基波电势上感应有基波电势l l漏磁感应电势用漏抗压降表示漏磁感应电势用漏抗压降表示漏磁感应电势用漏抗压降表示漏磁感应电势用漏抗压降表示w三相对称电机只讨论其中一相即可三相对称电机只讨论其中一相即可三相对称电机只讨论其中一相即可三相对称电机只讨论其中一相即可分析基本分析基本分析基本分析基本原理、导出基本方程式、等效电路、相量图原理、导出基本方程式、等效电路、相量图原理、导出基本方程式、等效电路、相量图原理、导出基本方程式、等效电路、相量图第一节第一节 转子不动时的异步电动机转子不动时的异步电动机3以外力阻止转子旋转以外力阻止转子旋转以外力阻止转子旋转以外力阻止转子旋转定子（三相定子（三相定子（三相定子（三相对称电流对称电流对称电流对称电流I I通入三相对通入三相对通入三相对通入三相对称绕组）称绕组）称绕组）称绕组）圆形旋转圆形旋转圆形旋转圆形旋转磁场磁场磁场磁场(n n1 1=60=60f f1 1/P P)以以以以n n1 1 切割定切割定切割定切割定子绕组子绕组子绕组子绕组;以以以以n n1 1 切割转子切割转子切割转子切割转子绕组绕组绕组绕组谐波，漏磁谐波，漏磁谐波，漏磁谐波，漏磁转子不动的电磁关系转子不动的电磁关系4主磁通、漏磁通和漏电抗主磁通、漏磁通和漏电抗主磁通主磁通主磁通主磁通mutual mutual flux 1 1l l主磁通主磁通主磁通主磁通 1 1由基波磁势产生，由基波磁势产生，由基波磁势产生，由基波磁势产生，是是是是每极的基波磁通量每极的基波磁通量每极的基波磁通量每极的基波磁通量。l l交链定子绕组与转子绕组，实交链定子绕组与转子绕组，实交链定子绕组与转子绕组，实交链定子绕组与转子绕组，实现能量的传递。现能量的传递。现能量的传递。现能量的传递。l l以同步速旋转以同步速旋转以同步速旋转以同步速旋转l l主磁通途经五段磁路：空气隙、主磁通途经五段磁路：空气隙、主磁通途经五段磁路：空气隙、主磁通途经五段磁路：空气隙、定子齿、转子齿、定子轭和转子定子齿、转子齿、定子轭和转子定子齿、转子齿、定子轭和转子定子齿、转子齿、定子轭和转子轭。轭。轭。轭。5异步电机主磁通与变压器主磁通比较异步电机主磁通与变压器主磁通比较变压器：变压器：变压器：变压器：主磁通，脉动磁通，主磁通，脉动磁通，主磁通，脉动磁通，主磁通，脉动磁通，mm表示振幅表示振幅表示振幅表示振幅原、副绕组静止，磁通幅值按正弦变原、副绕组静止，磁通幅值按正弦变原、副绕组静止，磁通幅值按正弦变原、副绕组静止，磁通幅值按正弦变化，产生感应电势。化，产生感应电势。化，产生感应电势。化，产生感应电势。异步电机异步电机异步电机异步电机：主磁通，旋转磁通，沿气隙按正弦分主磁通，旋转磁通，沿气隙按正弦分主磁通，旋转磁通，沿气隙按正弦分主磁通，旋转磁通，沿气隙按正弦分布且以同步速旋转布且以同步速旋转布且以同步速旋转布且以同步速旋转主磁通与转子有相对运动，（磁通幅主磁通与转子有相对运动，（磁通幅主磁通与转子有相对运动，（磁通幅主磁通与转子有相对运动，（磁通幅值不变化），转子中交链磁链变化，产生感应电值不变化），转子中交链磁链变化，产生感应电值不变化），转子中交链磁链变化，产生感应电值不变化），转子中交链磁链变化，产生感应电势。势。势。势。6漏磁通漏磁通leakage fluxl l漏磁通漏磁通漏磁通漏磁通除去主磁通以外的磁通。除去主磁通以外的磁通。除去主磁通以外的磁通。除去主磁通以外的磁通。l l漏磁通包含三个部分：槽漏磁通、端部漏磁通漏磁通包含三个部分：槽漏磁通、端部漏磁通漏磁通包含三个部分：槽漏磁通、端部漏磁通漏磁通包含三个部分：槽漏磁通、端部漏磁通和谐波漏磁通（和谐波漏磁通（和谐波漏磁通（和谐波漏磁通（按路径区分按路径区分按路径区分按路径区分）。）。）。）。l l槽漏磁通和端部漏磁通。仅只交链定子绕组，槽漏磁通和端部漏磁通。仅只交链定子绕组，槽漏磁通和端部漏磁通。仅只交链定子绕组，槽漏磁通和端部漏磁通。仅只交链定子绕组，与转子绕组没有互感作用，不传递能量。与转子绕组没有互感作用，不传递能量。与转子绕组没有互感作用，不传递能量。与转子绕组没有互感作用，不传递能量。l l谐波漏磁通谐波漏磁通谐波漏磁通谐波漏磁通由高次谐波磁势所产生的谐波由高次谐波磁势所产生的谐波由高次谐波磁势所产生的谐波由高次谐波磁势所产生的谐波磁通，穿过空气隙，交链转子绕组并在其中感磁通，穿过空气隙，交链转子绕组并在其中感磁通，穿过空气隙，交链转子绕组并在其中感磁通，穿过空气隙，交链转子绕组并在其中感应电势，产生转矩（应电势，产生转矩（应电势，产生转矩（应电势，产生转矩（无用无用无用无用）。）。）。）。（气隙总磁通（气隙总磁通（气隙总磁通（气隙总磁通气隙基波磁通）气隙基波磁通）气隙基波磁通）气隙基波磁通）7横穿定子槽横穿定子槽横穿定子槽横穿定子槽交链定子绕组端部交链定子绕组端部交链定子绕组端部交链定子绕组端部定子的槽漏磁通和端部漏磁通，只交链定子绕组，定子的槽漏磁通和端部漏磁通，只交链定子绕组，定子的槽漏磁通和端部漏磁通，只交链定子绕组，定子的槽漏磁通和端部漏磁通，只交链定子绕组，与转子绕组没有互感作用，不传递能量。与转子绕组没有互感作用，不传递能量。与转子绕组没有互感作用，不传递能量。与转子绕组没有互感作用，不传递能量。8谐波漏磁通谐波漏磁通谐波磁场极对数谐波磁场极对数 ，旋转速度，旋转速度 在定子绕组上的感应电势在定子绕组上的感应电势 频率仍为基波频率，与其它定子漏磁频率仍为基波频率，与其它定子漏磁通感应的电势频率一样，归为定子漏磁通。通感应的电势频率一样，归为定子漏磁通。9u漏电抗：漏电抗：定子定子定子定子I I交变交变交变交变定子谐波，定子谐波，定子谐波，定子谐波，漏磁通交变漏磁通交变漏磁通交变漏磁通交变和变压器一样，漏电势可用漏电抗压降来表示和变压器一样，漏电势可用漏电抗压降来表示和变压器一样，漏电势可用漏电抗压降来表示和变压器一样，漏电势可用漏电抗压降来表示 。转子谐波，转子谐波，转子谐波，转子谐波，漏磁通交变漏磁通交变漏磁通交变漏磁通交变10一、参考方向的规定一、参考方向的规定 图图91 三相绕线式异步电机参考方向规定三相绕线式异步电机参考方向规定 当三相异步电机定子绕组接交流电源时，其转子不动可分为当三相异步电机定子绕组接交流电源时，其转子不动可分为当三相异步电机定子绕组接交流电源时，其转子不动可分为当三相异步电机定子绕组接交流电源时，其转子不动可分为转子堵转转子绕组开路和转子堵转转子堵转转子绕组开路和转子堵转转子堵转转子绕组开路和转子堵转转子堵转转子绕组开路和转子堵转(转子绕组闭合转子绕组闭合转子绕组闭合转子绕组闭合)两种情况。两种情况。两种情况。两种情况。11以外力阻止转子旋转以外力阻止转子旋转以外力阻止转子旋转以外力阻止转子旋转定子（三相定子（三相定子（三相定子（三相对称电流对称电流对称电流对称电流I I通入三相对通入三相对通入三相对通入三相对称绕组）称绕组）称绕组）称绕组）F F0 0(n n1 1=60=60f f1 1/P P)以以以以n n1 1 切割定切割定切割定切割定子绕组子绕组子绕组子绕组;以以以以n n1 1 切割转子切割转子切割转子切割转子绕组绕组绕组绕组谐波，漏磁谐波，漏磁谐波，漏磁谐波，漏磁二二.转子堵转且转子绕组开路时异步电机的电磁关转子堵转且转子绕组开路时异步电机的电磁关系系12 转子绕组开路时，转子回路没有电流，不产生磁转子绕组开路时，转子回路没有电流，不产生磁动势。此时，电机气隙中的磁动势只有定子磁动势动势。此时，电机气隙中的磁动势只有定子磁动势F0，因此称其为励磁磁动势，相应的定子电流，因此称其为励磁磁动势，相应的定子电流I0 称为励磁电流。称为励磁电流。l励磁磁动势励磁磁动势二二.转子堵转转子堵转转子绕组开路时异步电机的电磁关系转子绕组开路时异步电机的电磁关系(1).磁动势和磁通磁动势和磁通电机中合成基波旋转磁动势电机中合成基波旋转磁动势 13 转子不动时，以频率转子不动时，以频率f1交变的主磁通交变的主磁通 0将在定、转将在定、转子相绕组中感应同频率的感应电动势子相绕组中感应同频率的感应电动势E1和和E20，其有，其有效值为：效值为：（2）感应电动势）感应电动势 定、转子一相感应电动势有效值的比值，称为定、转子一相感应电动势有效值的比值，称为电动势比，用电动势比，用ke 表示表示:二二.转子堵转且转子绕组开路时异步电机的电磁关转子堵转且转子绕组开路时异步电机的电磁关系系14与变压器类似与变压器类似与变压器类似与变压器类似:漏电动势可以用漏抗压降来表示，有：漏电动势可以用漏抗压降来表示，有：漏电动势可以用漏抗压降来表示，有：漏电动势可以用漏抗压降来表示，有：x x1 1 定子每相绕组漏电抗，用简化符号定子每相绕组漏电抗，用简化符号定子每相绕组漏电抗，用简化符号定子每相绕组漏电抗，用简化符号x x1 1 表示，表示，表示，表示，定子漏电抗主要有定子槽漏电抗和端部漏电抗。定子漏电抗主要有定子槽漏电抗和端部漏电抗。定子漏电抗主要有定子槽漏电抗和端部漏电抗。定子漏电抗主要有定子槽漏电抗和端部漏电抗。二二.转子堵转且转子绕组开路时异步电机的电磁关转子堵转且转子绕组开路时异步电机的电磁关系系i0 1 e1 15为励磁阻抗；为励磁阻抗；为励磁电抗，对应于主磁通的电抗；为励磁电抗，对应于主磁通的电抗；为励磁电阻，对应于铁心铁耗的等效电阻，即有：为励磁电阻，对应于铁心铁耗的等效电阻，即有：与变压器类似与变压器类似:i0 e1，感应电势可看成为空载电流在阻抗上的感应电势可看成为空载电流在阻抗上的阻抗压降，即：阻抗压降，即：二二.转子堵转且转子绕组开路时异步电机的电磁关转子堵转且转子绕组开路时异步电机的电磁关系系16（3 3）电压平衡方程）电压平衡方程）电压平衡方程）电压平衡方程 转子一相绕组的电压方程为：转子一相绕组的电压方程为：转子一相绕组的电压方程为：转子一相绕组的电压方程为：定子一相绕组的电压方程为：定子一相绕组的电压方程为：定子一相绕组的电压方程为：定子一相绕组的电压方程为：二二.转子堵转且转子绕组开路时异步电机的电磁关转子堵转且转子绕组开路时异步电机的电磁关系系17二二.转子堵转且转子绕组开路时异步电机的电磁关转子堵转且转子绕组开路时异步电机的电磁关系系 图图94 转子绕组开路时三相异步电机等效电路转子绕组开路时三相异步电机等效电路(4)等效电路等效电路 r1 xrmxm18三三.转子堵转时异步电机的电磁关系转子堵转时异步电机的电磁关系(转子绕组闭合转子绕组闭合)以外力阻止转子旋转以外力阻止转子旋转以外力阻止转子旋转以外力阻止转子旋转定子（三相定子（三相定子（三相定子（三相对称电流对称电流对称电流对称电流I I通入三相对通入三相对通入三相对通入三相对称绕组）称绕组）称绕组）称绕组）F F1 1(n n1 1=60=60f f1 1/p p)气隙磁场气隙磁场气隙磁场气隙磁场(以以以以n n1 1 切割切割切割切割定子绕组定子绕组定子绕组定子绕组;以以以以n n1 1 切割转切割转切割转切割转子绕组子绕组子绕组子绕组)谐波，漏磁谐波，漏磁谐波，漏磁谐波，漏磁F F2 2(n n1 1=60=60f f2 2/p p)19(1)(1)磁势平衡方程式磁势平衡方程式转子绕组是一对称多相绕组，与定子绕组有相同转子绕组是一对称多相绕组，与定子绕组有相同转子绕组是一对称多相绕组，与定子绕组有相同转子绕组是一对称多相绕组，与定子绕组有相同极数。极数。极数。极数。绕线式转子有明显的相数和极对数，设计转子绕绕线式转子有明显的相数和极对数，设计转子绕绕线式转子有明显的相数和极对数，设计转子绕绕线式转子有明显的相数和极对数，设计转子绕组时，必须使转子极数等于定子极数。组时，必须使转子极数等于定子极数。组时，必须使转子极数等于定子极数。组时，必须使转子极数等于定子极数。鼠笼转子的转子有鼠笼加端环组成。所有导条在鼠笼转子的转子有鼠笼加端环组成。所有导条在鼠笼转子的转子有鼠笼加端环组成。所有导条在鼠笼转子的转子有鼠笼加端环组成。所有导条在两头被端环短路，整个结构是对称的，实质上是两头被端环短路，整个结构是对称的，实质上是两头被端环短路，整个结构是对称的，实质上是两头被端环短路，整个结构是对称的，实质上是一个对称的多相绕组。一个对称的多相绕组。一个对称的多相绕组。一个对称的多相绕组。鼠笼转子的极数恒等于定鼠笼转子的极数恒等于定鼠笼转子的极数恒等于定鼠笼转子的极数恒等于定子绕组的极数子绕组的极数子绕组的极数子绕组的极数三三.转子堵转时异步电机的电磁关系转子堵转时异步电机的电磁关系(转子绕组闭合转子绕组闭合)20保持相对静止，此时保持相对静止，此时保持相对静止，此时保持相对静止，此时n n1 1=n n2 2（满足电机正常运行条件）满足电机正常运行条件）满足电机正常运行条件）满足电机正常运行条件）(旋转旋转)n1=60f1/Pf2=Pn/60=Pn1/60=f1n2=60f2/P=n1n n为转子绕组与磁场相对速度为转子绕组与磁场相对速度为转子绕组与磁场相对速度为转子绕组与磁场相对速度气隙中的磁势：气隙中的磁势：气隙中的磁势：气隙中的磁势：要有一个平均合成磁势要有一个平均合成磁势要有一个平均合成磁势要有一个平均合成磁势,必须满足必须满足必须满足必须满足:与与与与(1)(1)磁势平衡方程式磁势平衡方程式三三.转子堵转时异步电机的电磁关系转子堵转时异步电机的电磁关系(转子绕组闭合转子绕组闭合)21三三.转子堵转时异步电机的电磁关系转子堵转时异步电机的电磁关系(转子绕组闭合转子绕组闭合)22其中，电流变比：其中，电流变比：其中，电流变比：其中，电流变比：I I1L1L称为定子电流的负载分量。在负载运行时，异称为定子电流的负载分量。在负载运行时，异称为定子电流的负载分量。在负载运行时，异称为定子电流的负载分量。在负载运行时，异步电动机定子电流步电动机定子电流步电动机定子电流步电动机定子电流I I1 1分成分成分成分成I Imm和和和和I I1L1L两个分量：两个分量：两个分量：两个分量：I Imm是励磁电流用于建立电机铁心中的主磁通是励磁电流用于建立电机铁心中的主磁通是励磁电流用于建立电机铁心中的主磁通是励磁电流用于建立电机铁心中的主磁通mm，I I1L1L是负载分量用于建立磁势是负载分量用于建立磁势是负载分量用于建立磁势是负载分量用于建立磁势F F1L1L去抵消转子磁势去抵消转子磁势去抵消转子磁势去抵消转子磁势F F2 2。三三.转子堵转时异步电机的电磁关系转子堵转时异步电机的电磁关系(转子绕组闭合转子绕组闭合)23(2)(2)(2)(2)电势平衡方程式电势平衡方程式电势平衡方程式电势平衡方程式 定、转子回路的电压方程式：定、转子回路的电压方程式：定、转子回路的电压方程式：定、转子回路的电压方程式：m1 N1 Kw1m2 N2 Kw2r r1 1 x x1 1r r2 2 x x2 2三三.转子堵转时异步电机的电磁关系转子堵转时异步电机的电磁关系(转子绕组闭合转子绕组闭合)24定、转子回路的电压方程式：定、转子回路的电压方程式：定、转子回路的电压方程式：定、转子回路的电压方程式：r r1 1定子绕组；定子绕组；定子绕组；定子绕组；r r2 2转子电阻；转子电阻；转子电阻；转子电阻；x x1 1 定子漏电抗；定子漏电抗；定子漏电抗；定子漏电抗；x x2 2 转子漏电抗；转子漏电抗；转子漏电抗；转子漏电抗；r rmm 激磁电阻激磁电阻激磁电阻激磁电阻,代表铁耗；代表铁耗；代表铁耗；代表铁耗；x xmm 定子每相绕组与主磁通对应的电抗，定子每相绕组与主磁通对应的电抗，定子每相绕组与主磁通对应的电抗，定子每相绕组与主磁通对应的电抗，电机中有气隙，电机中有气隙，电机中有气隙，电机中有气隙，磁阻较大，磁导较小，磁阻较大，磁导较小，磁阻较大，磁导较小，磁阻较大，磁导较小，x xmm小。小。小。小。从电路分析角从电路分析角度来看，转子度来看，转子不动时的异步不动时的异步电机的电路方电机的电路方程与次级侧短程与次级侧短路时的变压器路时的变压器的电路方程相的电路方程相似似三三.转子堵转时异步电机的电磁关系转子堵转时异步电机的电磁关系(转子绕组闭合转子绕组闭合)25将将将将mm2 2、N N2 2、K KWW2 2的转子折算到的转子折算到的转子折算到的转子折算到mm1 1、N N1 1、K KWW1 1的等的等的等的等效定子绕组效定子绕组效定子绕组效定子绕组 (1)(1)(1)(1)电流的折算电流的折算电流的折算电流的折算（折算前后（折算前后（折算前后（折算前后 不变）不变）不变）不变）转子绕组的折算转子绕组的折算转子绕组的折算转子绕组的折算三三.转子堵转时异步电机的电磁关系转子堵转时异步电机的电磁关系(转子绕组闭合转子绕组闭合)26(2)(2)电势及电压的折算电势及电压的折算电势及电压的折算电势及电压的折算（保持功率不变（保持功率不变（保持功率不变（保持功率不变)同理同理同理同理l转子绕组的折算转子绕组的折算 27(3)(3)阻抗的折算阻抗的折算阻抗的折算阻抗的折算（保持转子铜耗不变（保持转子铜耗不变（保持转子铜耗不变（保持转子铜耗不变)保持折算前后功率因数不变保持折算前后功率因数不变保持折算前后功率因数不变保持折算前后功率因数不变l转子绕组的折算转子绕组的折算 28折算后异步电动机的基本方程式：折算后异步电动机的基本方程式：29四、等效电路四、等效电路 single-phase equivalent circuitr1 xxmrm30参数的物理意义参数的物理意义r rmm铁耗等效电阻铁耗等效电阻铁耗等效电阻铁耗等效电阻core-less resistancecore-less resistancex xmmmagnetizing reactancemagnetizing reactance定子每相绕组与定子每相绕组与定子每相绕组与定子每相绕组与主磁通对应的电抗，随铁芯的饱和不同而变化。主磁通对应的电抗，随铁芯的饱和不同而变化。主磁通对应的电抗，随铁芯的饱和不同而变化。主磁通对应的电抗，随铁芯的饱和不同而变化。异步电机中，磁通由三相联合产生异步电机中，磁通由三相联合产生异步电机中，磁通由三相联合产生异步电机中，磁通由三相联合产生；变压器中，磁通由一相绕组产生变压器中，磁通由一相绕组产生变压器中，磁通由一相绕组产生变压器中，磁通由一相绕组产生 定子漏抗，由定子三相电流联合产生定子漏抗，由定子三相电流联合产生定子漏抗，由定子三相电流联合产生定子漏抗，由定子三相电流联合产生的漏磁通，在定子每一相上引起的电抗。的漏磁通，在定子每一相上引起的电抗。的漏磁通，在定子每一相上引起的电抗。的漏磁通，在定子每一相上引起的电抗。31异步电动机转子不动与变压器的比较异步电动机转子不动与变压器的比较异步电动机转子不动与变压器的比较异步电动机转子不动与变压器的比较异步电动机异步电动机异步电动机异步电动机变压器变压器变压器变压器定子定子定子定子原边原边原边原边转子转子转子转子副边副边副边副边磁势磁势磁势磁势旋转旋转旋转旋转脉动脉动脉动脉动气隙气隙气隙气隙定、转子间有定、转子间有定、转子间有定、转子间有原、副边无原、副边无原、副边无原、副边无激磁电流激磁电流激磁电流激磁电流大大大大小小小小激磁阻抗标么值激磁阻抗标么值激磁阻抗标么值激磁阻抗标么值小小小小大大大大绕组结构绕组结构绕组结构绕组结构分布绕组分布绕组分布绕组分布绕组集中绕组集中绕组集中绕组集中绕组32定子（三相定子（三相定子（三相定子（三相对称电流对称电流对称电流对称电流I I通入三相对通入三相对通入三相对通入三相对称绕组）称绕组）称绕组）称绕组）F F1 1(n n1 1=60=60f f1 1/P P)以以以以n n1 1 切割定切割定切割定切割定子绕组子绕组子绕组子绕组;以以以以n n1 1-n n切割转切割转切割转切割转子绕组子绕组子绕组子绕组谐波，漏磁谐波，漏磁谐波，漏磁谐波，漏磁转子转速为转子转速为转子转速为转子转速为n n，异步电动机的电磁关系异步电动机的电磁关系异步电动机的电磁关系异步电动机的电磁关系转差率转差率 :s=(n1-n)/n1第二节第二节 转子旋转时的异步电动机转子旋转时的异步电动机F F2 2(n n2 2=?=?33转子感应电势与电流的频率转子感应电势与电流的频率转子感应电势与电流的频率转子感应电势与电流的频率f f2s 设转子旋转速度为设转子旋转速度为设转子旋转速度为设转子旋转速度为n n,转子相对与定子旋转速转子相对与定子旋转速转子相对与定子旋转速转子相对与定子旋转速度为度为度为度为n n1 1 1 1-n n,则转子则转子则转子则转子E E2s及及及及I I2s,频率频率频率频率:故故故故f f2 2又称又称又称又称转差频率转差频率转差频率转差频率,电动机正常运行时，电动机正常运行时，电动机正常运行时，电动机正常运行时，S S往往很小往往很小往往很小往往很小，由此可见由此可见由此可见由此可见f f2 2很小。很小。很小。很小。所以正常运行时，转子频率很所以正常运行时，转子频率很低，为低，为1-3Hz。一一.转子感应电动势转子感应电动势E2s(大小与频率大小与频率)34 由于频率改变，所以由于频率改变，所以转子感应电动势转子感应电动势也变化，也变化，有效值为：有效值为：一一.转子感应电动势转子感应电动势E2s(大小与频率大小与频率)35二二.转子电动势平衡方程转子电动势平衡方程 因为转子回路不变，所以电动势方程形式因为转子回路不变，所以电动势方程形式不变，为：不变，为：此时，转子漏抗为：此时，转子漏抗为：36 转子转动后，由转子电流所产生的转子基波旋转子转动后，由转子电流所产生的转子基波旋转子转动后，由转子电流所产生的转子基波旋转子转动后，由转子电流所产生的转子基波旋转磁势相对于转子的转速为：转磁势相对于转子的转速为：转磁势相对于转子的转速为：转磁势相对于转子的转速为：l l转子基波旋转磁势相对于定子的转速为：转子基波旋转磁势相对于定子的转速为：转子基波旋转磁势相对于定子的转速为：转子基波旋转磁势相对于定子的转速为：由转子电流所产生的由转子电流所产生的由转子电流所产生的由转子电流所产生的转子基波旋转磁势转子基波旋转磁势转子基波旋转磁势转子基波旋转磁势和由定子电流所和由定子电流所和由定子电流所和由定子电流所产生的产生的产生的产生的定子基波旋转磁势定子基波旋转磁势定子基波旋转磁势定子基波旋转磁势没有相对运动没有相对运动没有相对运动没有相对运动。（磁势平衡式。（磁势平衡式不变）不变）三三.磁动势平衡方程磁动势平衡方程(转子电流产生的旋转磁势的转转子电流产生的旋转磁势的转转子电流产生的旋转磁势的转转子电流产生的旋转磁势的转速速速速)37n1n2nF1F2磁场磁场F2的转速：的转速：n2=60f2/P=sn1=n1-n需要注意的是需要注意的是：n2为转子电流产生的为转子电流产生的F2的转的转速，亦即速，亦即F2相对与转子速度，相对与转子速度，则则F2相对与定子的速度为：相对与定子的速度为：n2+n=n1F F1 1与与与与F F2 2旋转方向相同，速度相同，保持相对静止。旋转方向相同，速度相同，保持相对静止。旋转方向相同，速度相同，保持相对静止。旋转方向相同，速度相同，保持相对静止。满足交流电机稳定运行的条件。满足交流电机稳定运行的条件。满足交流电机稳定运行的条件。满足交流电机稳定运行的条件。三三.磁动势平衡方程磁动势平衡方程(转子电流产生的旋转磁势的转转子电流产生的旋转磁势的转转子电流产生的旋转磁势的转转子电流产生的旋转磁势的转速速速速)38转子磁动波转子磁动波F2定子磁场定子磁场F1转子转子转子磁势波转子磁势波F2定子磁场定子磁场F1转子转子转子磁势与气隙磁场在空间的相对位置转子磁势与气隙磁场在空间的相对位置39 转子旋转时，转子旋转时，转子磁动势相对于定子的旋转速转子磁动势相对于定子的旋转速度不变，定子磁动势和转子磁动势仍然保持相对度不变，定子磁动势和转子磁动势仍然保持相对静止静止，这说明转子旋转时内部电磁过程和转子不这说明转子旋转时内部电磁过程和转子不动时相似，不同的是转子回路的频率，由动时相似，不同的是转子回路的频率，由f1 变为变为sf1。转子旋转时，磁动势平衡方程仍为：转子旋转时，磁动势平衡方程仍为：三三.磁动势平衡方程磁动势平衡方程401.1.转子起动后的基本方程式转子起动后的基本方程式(1)(1)(1)(1)转子绕组感应电势转子绕组感应电势转子绕组感应电势转子绕组感应电势（E E2 2转子静止时的感应电势）转子静止时的感应电势）转子静止时的感应电势）转子静止时的感应电势）(2)(2)（x x2 2转子静止时的电抗）转子静止时的电抗）转子静止时的电抗）转子静止时的电抗）四四.频率折算频率折算41 (3)(3)转子电势方程：转子电势方程：转子电势方程：转子电势方程：定子电势方程：定子电势方程：定子电势方程：定子电势方程：r r1 1定子绕组电阻，定子绕组电阻，定子绕组电阻，定子绕组电阻，x x1 1漏抗，漏抗，漏抗，漏抗，E E1 1：磁场在定子绕组感应电势磁场在定子绕组感应电势磁场在定子绕组感应电势磁场在定子绕组感应电势合成磁势：合成磁势：合成磁势：合成磁势：转子起动后的基本方程式转子起动后的基本方程式转子起动后的基本方程式转子起动后的基本方程式四四.频率折算频率折算42绕组折算绕组折算绕组折算绕组折算转子绕组的相数、每相有效串联匝转子绕组的相数、每相有效串联匝转子绕组的相数、每相有效串联匝转子绕组的相数、每相有效串联匝数与定子绕组一样；数与定子绕组一样；数与定子绕组一样；数与定子绕组一样；频率折算频率折算频率折算频率折算使转子绕组的频率与定子绕组一致使转子绕组的频率与定子绕组一致使转子绕组的频率与定子绕组一致使转子绕组的频率与定子绕组一致频率归算频率归算频率归算频率归算用一等效的转子电路替代实际转动用一等效的转子电路替代实际转动用一等效的转子电路替代实际转动用一等效的转子电路替代实际转动的转子电路，使与定子电路有相同频率。（转子的转子电路，使与定子电路有相同频率。（转子的转子电路，使与定子电路有相同频率。（转子的转子电路，使与定子电路有相同频率。（转子静止）静止）静止）静止）保持频率折算后的转子电流的大小和相位不变保持频率折算后的转子电流的大小和相位不变保持频率折算后的转子电流的大小和相位不变保持频率折算后的转子电流的大小和相位不变，可保持磁势平衡不变，保持定子电流的大小和相可保持磁势平衡不变，保持定子电流的大小和相可保持磁势平衡不变，保持定子电流的大小和相可保持磁势平衡不变，保持定子电流的大小和相位不变保持了损耗和功率不变位不变保持了损耗和功率不变位不变保持了损耗和功率不变位不变保持了损耗和功率不变四四.频率折算频率折算43w折算原因：折算原因：折算原因：折算原因：转子转动时，转子边频率为转子转动时，转子边频率为转子转动时，转子边频率为转子转动时，转子边频率为f f2 2，定子边频率为定子边频率为定子边频率为定子边频率为f f1 1，不同频率，故而不能直接将定转子连在一起得到不同频率，故而不能直接将定转子连在一起得到不同频率，故而不能直接将定转子连在一起得到不同频率，故而不能直接将定转子连在一起得到等效电路。等效电路。等效电路。等效电路。w折算原则：折算原则：折算原则：折算原则：折算不应影响定子边各量折算不应影响定子边各量折算不应影响定子边各量折算不应影响定子边各量四四.频率折算频率折算磁势磁势磁势磁势 不变。不变。不变。不变。44磁势磁势磁势磁势 不变。不变。不变。不变。由上式可见，频率折算的含义是一个静止的电阻由上式可见，频率折算的含义是一个静止的电阻由上式可见，频率折算的含义是一个静止的电阻由上式可见，频率折算的含义是一个静止的电阻r r2 2/S S代替电阻代替电阻代替电阻代替电阻为为为为r r2 2的实际旋转转子，折算前后转子电流大小未变，相位的实际旋转转子，折算前后转子电流大小未变，相位的实际旋转转子，折算前后转子电流大小未变，相位的实际旋转转子，折算前后转子电流大小未变，相位为为为为 所产生所产生所产生所产生 的未变。的未变。的未变。的未变。由由由由 可见，只要折算前后可见，只要折算前后可见，只要折算前后可见，只要折算前后 的相位、的相位、的相位、的相位、大小不变，就不会对定子量造成影响，就不会影响合成大小不变，就不会对定子量造成影响，就不会影响合成大小不变，就不会对定子量造成影响，就不会影响合成大小不变，就不会对定子量造成影响，就不会影响合成磁势磁势磁势磁势四四.频率折算频率折算45(1)(1)(1)(1)一些技术处理一些技术处理一些技术处理一些技术处理现现现现在在在在转转转转子子子子电电电电阻阻阻阻为为为为r r2 2 /s s,和和和和静静静静止止止止时时时时转转转转子子子子电电电电阻阻阻阻相相相相比比比比，转转转转子子子子电电电电阻阻阻阻多多多多了了了了一一一一项项项项 此此此此电电电电阻阻阻阻与与与与电电电电机机机机的的的的转差率有关转差率有关转差率有关转差率有关(2)(2)(2)(2)分析一下分析一下分析一下分析一下当电机所带负载变化时，电机的转速随之变化，当电机所带负载变化时，电机的转速随之变化，当电机所带负载变化时，电机的转速随之变化，当电机所带负载变化时，电机的转速随之变化，S S变化变化变化变化 变变变变化化化化，所所所所以以以以 反反反反应应应应了了了了电电电电机机机机机机机机械械械械负负负负载载载载变变变变化化化化的的的的大大大大小小小小，而而而而此此此此电电电电阻阻阻阻上上上上消消消消耗耗耗耗的的的的功功功功率率率率 代代代代表表表表了了了了电电电电机机机机产产产产生的总的机械功率生的总的机械功率生的总的机械功率生的总的机械功率46通过频率和绕组折算后的基本方程式通过频率和绕组折算后的基本方程式通过频率和绕组折算后的基本方程式通过频率和绕组折算后的基本方程式转子不动时的等效电路转子不动时的等效电路转子不动时的等效电路转子不动时的等效电路转子旋转时的等效电路转子旋转时的等效电路转子旋转时的等效电路转子旋转时的等效电路四四.频率折算频率折算47T T等效电路等效电路等效电路等效电路各参数的物理意义：各参数的物理意义：各参数的物理意义：各参数的物理意义：定子绕组的电阻定子绕组的电阻定子绕组的电阻定子绕组的电阻r r1 1、漏抗漏抗漏抗漏抗x x1 1转子绕组归算后的电阻转子绕组归算后的电阻转子绕组归算后的电阻转子绕组归算后的电阻r r 2 2、漏抗漏抗漏抗漏抗x x 2 2对应主磁通的对应主磁通的励磁电抗励磁电抗定子铁耗的定子铁耗的等效电阻等效电阻模拟轴模拟轴模拟轴模拟轴上的机上的机上的机上的机械功率械功率械功率械功率附加电附加电阻阻r1 xxmrm五五.等效电路等效电路48感应电动机的感应电动机的T形等效电路形等效电路由上述电路可见，异步电机为感性电路由上述电路可见，异步电机为感性电路由上述电路可见，异步电机为感性电路由上述电路可见，异步电机为感性电路rmxm五五.等效电路等效电路49电阻电阻 的物理意义的物理意义在实际转动的电机中，在转子回路中并无此项在实际转动的电机中，在转子回路中并无此项在实际转动的电机中，在转子回路中并无此项在实际转动的电机中，在转子回路中并无此项电阻，但有机械功率输出。电阻，但有机械功率输出。电阻，但有机械功率输出。电阻，但有机械功率输出。在频率归算后的转子电路中，因已等效成静止在频率归算后的转子电路中，因已等效成静止在频率归算后的转子电路中，因已等效成静止在频率归算后的转子电路中，因已等效成静止转子，没有机械功率输出，但却串入附加电阻转子，没有机械功率输出，但却串入附加电阻转子，没有机械功率输出，但却串入附加电阻转子，没有机械功率输出，但却串入附加电阻 ，其电功率为，其电功率为，其电功率为，其电功率为电功率电功率电功率电功率 模拟轴上的机械功率模拟轴上的机械功率模拟轴上的机械功率模拟轴上的机械功率。50进一步讨论进一步讨论不论静止或者旋转的转子，其转子磁势总以同不论静止或者旋转的转子，其转子磁势总以同不论静止或者旋转的转子，其转子磁势总以同不论静止或者旋转的转子，其转子磁势总以同步转速旋转，即转子磁势的转速不变，大小相步转速旋转，即转子磁势的转速不变，大小相步转速旋转，即转子磁势的转速不变，大小相步转速旋转，即转子磁势的转速不变，大小相位又没有变，故电机的磁势平衡依然维持。位又没有变，故电机的磁势平衡依然维持。位又没有变，故电机的磁势平衡依然维持。位又没有变，故电机的磁势平衡依然维持。静止的转子不再输出机械功率，即电机的功率静止的转子不再输出机械功率，即电机的功率静止的转子不再输出机械功率，即电机的功率静止的转子不再输出机械功率，即电机的功率平衡中少了一大块机械功率。平衡中少了一大块机械功率。平衡中少了一大块机械功率。平衡中少了一大块机械功率。静止的转子中多了一个附加电阻，而电流没有静止的转子中多了一个附加电阻，而电流没有静止的转子中多了一个附加电阻，而电流没有静止的转子中多了一个附加电阻，而电流没有变，所以多了一个电阻功率。变，所以多了一个电阻功率。变，所以多了一个电阻功率。变，所以多了一个电阻功率。分析证明：附加电阻上消耗的电功率等于电机分析证明：附加电阻上消耗的电功率等于电机分析证明：附加电阻上消耗的电功率等于电机分析证明：附加电阻上消耗的电功率等于电机轴上产生的机械功率轴上产生的机械功率轴上产生的机械功率轴上产生的机械功率51等效电路分析异步电动机的三种运行情况等效电路分析异步电动机的三种运行情况等效电路分析异步电动机的三种运行情况等效电路分析异步电动机的三种运行情况(1)(1)(1)(1)轻载时轻载时轻载时轻载时定子电流全部用于激磁，功率因素较低定子电流全部用于激磁，功率因素较低定子电流全部用于激磁，功率因素较低定子电流全部用于激磁，功率因素较低(2)(2)(2)(2)起动时起动时起动时起动时coscos 2 2低，低，低，低，coscos 1 1低低低低(3)(3)额定负载时，额定负载时，额定负载时，额定负载时，S S小，小，小，小，大，转子电路基本为电阻性。大，转子电路基本为电阻性。大，转子电路基本为电阻性。大，转子电路基本为电阻性。coscos 2 2高，高，高，高，coscos 1 1亦高亦高亦高亦高r1 xxmrm52(1)以以 为参考量为参考量(2)六六.相量图相量图53六六.相量图相量图54approximative equivalent circuit变压器：变压器：激磁阻抗大，激磁阻抗大，rm=1-5、xm=1050漏抗小，约为漏抗小，约为0.014-0.08异步电机：异步电机：存在气隙，激磁阻抗较小，存在气隙，激磁阻抗较小，标幺值标幺值rm=0.08-0.35、xm=2-5漏抗较大，漏抗较大，x1,x2约为约为0.07-0.15七七.T型等效电路的简化型等效电路的简化 55修正系数修正系数修正系数修正系数一近似等效电路一近似等效电路一近似等效电路一近似等效电路正常运行时正常运行时正常运行时正常运行时型近似等效电路型近似等效电路型近似等效电路型近似等效电路二简化等效电路二简化等效电路二简化等效电路二简化等效电路 令令令令C C1 1=1 =1 =1 =1 简化电路简化电路简化电路简化电路七七.T型等效电路的简化型等效电路的简化 56近似计近似计算转子算转子电流电流近似计算近似计算定子电流定子电流57 等效电路等效电路C1C1七七.T型等效电路的简化型等效电路的简化 58简化等效电路简化等效电路简化等效电路简化等效电路r1x1rmxm-七七.T型等效电路的简化型等效电路的简化 59