第五章感應電機1改

1、2022-3-212022-3-21重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章1第五章第五章 感應電機感應電機5.1 三相感應電機的結構和運行狀態(tài)三相感應電機的結構和運行狀態(tài)5.2 三相感應電動機的磁動勢和磁場三相感應電動機的磁動勢和磁場5.3 三相感應電動機的電壓方程和等效電路三相感應電動機的電壓方程和等效電路5.4 感應電動機的功率方程和轉矩方程感應電動機的功率方程和轉矩方程5.6 感應電動機參數的測定感應電動機參數的測定5.8 感應電動機的工作特性感應電動機的工作特性5.7 感應動機感應動機 的轉矩的轉矩轉差率曲線轉差率曲線5.5 籠形轉子的極數、相數和參

2、數的歸算籠形轉子的極數、相數和參數的歸算5.10 感應電動機的調速感應電動機的調速5.9 感應電動機的起動、深槽和雙籠感應電動機感應電動機的起動、深槽和雙籠感應電動機5.11 單相感應電動機單相感應電動機5.12 感應發(fā)電機和直線感應電機感應發(fā)電機和直線感應電機2022-3-222022-3-22重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章2異步電動機用途及特點異步電動機用途及特點異步電動機的用途異步電動機的用途異步電機是一種交流電機，主要作為電動機使用。異步電機是一種交流電機，主要作為電動機使用。異步電動機分為三相和單相兩種。異步電動機分為三相和單相兩種。異步電

3、動機廣泛應用于工農業(yè)及民用電器的各個部門。異步電動機廣泛應用于工農業(yè)及民用電器的各個部門。異步電動機的容量從幾十瓦到數千千瓦，占各種電動機異步電動機的容量從幾十瓦到數千千瓦，占各種電動機總數的總數的90%90%左右，占電網總負荷的左右，占電網總負荷的60%60%。優(yōu)點：優(yōu)點：結構簡單、制造方便、價格低廉、運行可靠、結構簡單、制造方便、價格低廉、運行可靠、 堅固耐用、維修方便、運行效率較高等。堅固耐用、維修方便、運行效率較高等。缺點：缺點：功率因數較低、調速性能不夠好。功率因數較低、調速性能不夠好。. .2022-3-232022-3-23重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自

4、動化系 第第5章章33 防爆電動機鼠籠式電動機繞線式電動機高壓電動機2022-3-242022-3-24重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章4氣隙氣隙較小為宜較小為宜( (氣隙小氣隙小 ，磁阻小，則勵磁電流小，磁阻小，則勵磁電流小) ) 定子定子 機座機座 定子鐵心定子鐵心 定子繞組定子繞組轉子轉子 繞線式轉子繞線式轉子 鼠籠式轉子鼠籠式轉子 轉子鐵心轉子鐵心 轉子繞組轉子繞組 轉軸轉軸一、感應電機的結構一、感應電機的結構5.1 5.1 感應電機的結構和運行狀態(tài)感應電機的結構和運行狀態(tài)2022-3-252022-3-25重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與

5、自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章5三相感應電機的結構三相感應電機的結構籠型異步電機剖面圖籠型異步電機剖面圖轉軸轉軸定子繞組定子繞組轉子轉子定子鐵心定子鐵心端蓋端蓋接線盒接線盒2022-3-262022-3-26重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章6下圖是一臺三相鼠籠型異步電動機主要部件的拆分圖。下圖是一臺三相鼠籠型異步電動機主要部件的拆分圖。動動 畫畫2022-3-272022-3-27重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章71. 1. 定子定子 機座機座 定子鐵心定子鐵心 定子繞組定子繞組機座機座: :固定和支撐

6、定子鐵心固定和支撐定子鐵心2022-3-282022-3-28重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章8定子鐵心定子鐵心作用：定子磁路的一部分、嵌放定作用：定子磁路的一部分、嵌放定子繞組。子繞組。構成：為減少鐵耗，鐵心一般采用構成：為減少鐵耗，鐵心一般采用導磁性能好、磁滯損耗小的導磁性能好、磁滯損耗小的0.5mm0.5mm厚的硅鋼片疊成。厚的硅鋼片疊成。 定子沖片定子沖片2022-3-292022-3-29重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章9定子沖片定子沖片為嵌放定子繞組，定子沖片中為嵌放定子繞組，定子沖片中均勻地沖制若

7、干個形狀相同的均勻地沖制若干個形狀相同的槽。槽。2022-3-2102022-3-210重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章10半閉合半閉合開口槽開口槽半開口半開口半閉合（小型機，繞組為圓導線）、半閉合（小型機，繞組為圓導線）、半開口（低壓中型機，繞組為成型線圈）半開口（低壓中型機，繞組為成型線圈） 、開口槽（高壓大、中型機，繞組為用絕緣帶包扎并開口槽（高壓大、中型機，繞組為用絕緣帶包扎并浸漆處理過的成型線圈）。浸漆處理過的成型線圈）。槽形：槽形：2022-3-2112022-3-211重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5

8、章章11作用：是電機的電路，它可作用：是電機的電路，它可感應電動勢、流過電流、實感應電動勢、流過電流、實現機電能量轉換?，F機電能量轉換。 定子繞組定子繞組線圈又稱為繞組元件，是組成交流繞組的基本元件。線圈又稱為繞組元件，是組成交流繞組的基本元件。2022-3-2122022-3-212重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章12大連理工大學電氣工程系 定子接線盒定子接線盒U1 V1 W1W2 U2 V2U1 V1 W1U2 V2 W2星星形形(Y)聯(lián)聯(lián)結結U1 V1 W1W2 U2 V 23 三三角角形形( )聯(lián)聯(lián)結結U1 V1 W1W2 U2 V 23 20

9、22-3-2132022-3-213重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章132. 2. 轉子轉子 轉子鐵心轉子鐵心 轉子繞組轉子繞組繞線式轉子繞線式轉子鼠籠式轉子鼠籠式轉子 轉軸轉軸繞線型異步電動機繞線型異步電動機鼠籠型異步電動機鼠籠型異步電動機2022-3-2142022-3-214重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章14轉子鐵心：轉子鐵心：0.5mm0.5mm厚的硅鋼片沖制疊壓而成。厚的硅鋼片沖制疊壓而成。作用：電機磁路的一部分、嵌放轉子繞組。作用：電機磁路的一部分、嵌放轉子繞組。2022-3-2152022-3-

10、215重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章15 轉子繞組：感應電動勢、流過電流、產生電磁轉矩。轉子繞組：感應電動勢、流過電流、產生電磁轉矩。斜槽形式斜槽形式2022-3-2162022-3-216重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章16鼠籠式轉子繞組鼠籠式轉子繞組 自己短路的繞組，在轉子在每個槽中放有一根導體，導體自己短路的繞組，在轉子在每個槽中放有一根導體，導體比鐵芯長，在鐵芯兩端用兩個端環(huán)將導體短接，形成短路比鐵芯長，在鐵芯兩端用兩個端環(huán)將導體短接，形成短路繞組。若將鐵芯去掉，剩下的繞組形狀似松鼠籠子，故稱繞組。若

11、將鐵芯去掉，剩下的繞組形狀似松鼠籠子，故稱鼠籠式繞組。鼠籠式繞組。了解知識：了解知識：l銅料：需要把事先做好銅料：需要把事先做好的裸銅條插入轉子鐵心的裸銅條插入轉子鐵心上的槽里，再用銅端環(huán)上的槽里，再用銅端環(huán)套在伸出兩端的銅條上，套在伸出兩端的銅條上，最后焊在一起。最后焊在一起。l鋁料：熔化的鋁液直接鋁料：熔化的鋁液直接澆鑄在轉子鐵心上的槽澆鑄在轉子鐵心上的槽里，連同端環(huán)、風扇一里，連同端環(huán)、風扇一次鑄成。鑄鋁鼠籠轉子次鑄成。鑄鋁鼠籠轉子可節(jié)約用銅，工藝簡單，可節(jié)約用銅，工藝簡單，可提高生產率，所以容可提高生產率，所以容量在量在100kW100kW以下的小型異以下的小型異步機一般采用。步機一般

12、采用。2022-3-2172022-3-217重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章17v繞線式繞組為對稱三相繞組，一般接成星形，出線端繞線式繞組為對稱三相繞組，一般接成星形，出線端經滑環(huán)、電刷引出電流。經滑環(huán)、電刷引出電流。v特點：可在轉子回路串入附加電阻，改善起動性能、特點：可在轉子回路串入附加電阻，改善起動性能、調節(jié)轉速。調節(jié)轉速。了解知識：三相末端了解知識：三相末端聯(lián)接在一起，三相始聯(lián)接在一起，三相始端分別與裝在轉軸上端分別與裝在轉軸上但與轉軸絕緣的三個但與轉軸絕緣的三個滑環(huán)相聯(lián)接，沿環(huán)外滑環(huán)相聯(lián)接，沿環(huán)外緣又與三個靜止的電緣又與三個靜止的電刷相接觸

13、，電刷再和刷相接觸，電刷再和外電路聯(lián)接。借此，外電路聯(lián)接。借此，轉子繞組既能自身閉轉子繞組既能自身閉合又能把附加電阻引合又能把附加電阻引入轉子電路以改善電入轉子電路以改善電動機的運行性能。動機的運行性能。繞線式轉子繞組繞線式轉子繞組2022-3-2182022-3-218重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章18異步電動機繞線轉子異步電動機繞線轉子2022-3-2192022-3-219重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章19 轉軸轉軸 支撐轉子鐵心，輸出機械轉矩。支撐轉子鐵心，輸出機械轉矩。2022-3-2202022

14、-3-220重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章203. 3. 氣隙氣隙定轉子之間的間隙，很小，定轉子之間的間隙，很小，0.2-1mm0.2-1mm。對電機的性。對電機的性能影響很大。能影響很大。2022-3-2212022-3-221重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章21 氣隙大小對電機性能有很大的影響氣隙大小對電機性能有很大的影響氣隙大氣隙大：磁阻大，勵磁電流大，功率因數低。：磁阻大，勵磁電流大，功率因數低。氣隙小氣隙?。簽榱私档碗姍C的空載電流（勵磁電：為了降低電機的空載電流（勵磁電流），提高電機的功率因數，氣隙

15、應盡可能地小。流），提高電機的功率因數，氣隙應盡可能地小。如果把感應電機看作變壓器，顯然，氣隙愈如果把感應電機看作變壓器，顯然，氣隙愈小則定子和轉子之間的相互感應作用就愈好。小則定子和轉子之間的相互感應作用就愈好。 但是氣隙過小，將使裝配困難和運行不可靠，但是氣隙過小，將使裝配困難和運行不可靠，因此允許采用的最小氣隙是受加工可能性及因此允許采用的最小氣隙是受加工可能性及機械安全考慮所能達到的最小值所限制。機械安全考慮所能達到的最小值所限制。2022-3-2222022-3-222重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章22問題：隨著磁場的轉動，閉合線圈是如何運

16、動的？ 問題2：閉合線圈的轉動方向與磁場的旋轉方向有什么關系？二、三相異步電動機的工作原理二、三相異步電動機的工作原理2022-3-2232022-3-223重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章23（一）旋轉磁場（一）旋轉磁場1. 旋轉磁場的產生旋轉磁場的產生 W2 W1V2 V1U1 U2 對稱對稱三相三相 (多相多相) 電流電流 對稱對稱三相三相 (多相多相) 繞組繞組 旋轉磁場。旋轉磁場。 三相繞組三相繞組二、感應電機的工作原理二、感應電機的工作原理2022-3-2242022-3-224重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系

17、 第第5章章24橫截面橫截面U1U2V1V2W2W1U1 V1 W1U2 V2 W2 流出流出 流入流入 規(guī)定電流正方向：首端到末端規(guī)定電流正方向：首端到末端2022-3-2252022-3-225重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章25U V WU1U2V1V2W2W1i1 = Imsin ti2 = Imsin( t120O) i3 = Imsin( t120O)i1 i2 i3 t = 0O 時時i1 = 0，i2 0， i3 0NSIm tOi1規(guī)定電流正方向：首端到末端規(guī)定電流正方向：首端到末端120O240O 360O0O2022-3-2262

18、022-3-226重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章26 t = 0O 時時i1 = 0，i2 0， i30U1U2V1V2W2W1NS t = 120O 時時i10，i2 = 0，i3 0U1U2V1V2W2W1NS2022-3-2272022-3-227重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章27U1U2V1V2W2W1U1U2V1V2W2W1NS t = 240O 時時i1 0，i20，i3 = 0 t = 360O 時時i1= 0，i2 0，i30NS2022-3-2282022-3-228重慶理工大學重慶理工大

19、學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章28觀察：旋轉磁場轉向如何 ?結論：當空間彼此相差結論：當空間彼此相差1201200 0的三個相同的線圈通入對稱三相的三個相同的線圈通入對稱三相交流電時，就能夠產生與電流有相同角速度的旋轉磁場。交流電時，就能夠產生與電流有相同角速度的旋轉磁場。2022-3-2292022-3-229重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章29i 變化一周變化一周i 每秒鐘變化每秒鐘變化 50 周周i 每分鐘變化每分鐘變化 (5060) 周周 旋轉磁場轉一圈旋轉磁場轉一圈旋轉磁場轉旋轉磁場轉 50 圈圈旋轉磁場轉旋轉磁場轉 3

20、000 圈圈 2. 旋轉磁場的轉速旋轉磁場的轉速ns 同步轉速同步轉速ns ns = 3000 = 60 f1 (r / min) 同步轉速同步轉速 ns的大小怎樣改變？的大小怎樣改變？磁極對數磁極對數 p = 12022-3-2302022-3-230重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章30U1U2V1V2W2W1每相繞組由每相繞組由一個線圈組成一個線圈組成U1 V1 W1U2 V2 W2U3 V3 W3U4 V4 W4U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3每相繞組由兩個每相繞組由兩個線圈串聯(lián)組成線圈串聯(lián)組成2022-3-2312022-3-2

21、31重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章31U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3 t = 0O 時時 i1 = 0，i2 0， i3 0 NSNS 磁極對數磁極對數 p = 2 電流變化一周電流變化一周 旋轉磁場轉旋轉磁場轉半半圈圈 ns = 1 500 當磁極對數當磁極對數 p = 3 時時 ns = 1 000 60 f1 2= 60 f1 3=60 f1pns =2022-3-2322022-3-232重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章32 f1 = 50 Hz 時：時： 1 2 3 4 5 6 3

22、000 1500 1000 750 600 500 pns/(r/min) 3. 旋轉磁場的轉向旋轉磁場的轉向 U (i1) V(i2) W(i3) 由超前相轉向滯后相。由超前相轉向滯后相。 由通入繞組中的電流的相序決定。由通入繞組中的電流的相序決定。 U(i1) W(i2) V (i3)問題：怎樣改變 ns 的方向 ?2022-3-2332022-3-233重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章33方法：把接到三相繞組上的方法：把接到三相繞組上的任意任意兩根電源線兩根電源線對調對調，就可實現旋轉磁場的反轉。就可實現旋轉磁場的反轉。 2022-3-23420

23、22-3-234重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章34問題：如果三相異步電動機的定子接入三相電源問題：如果三相異步電動機的定子接入三相電源, ,則轉則轉子將處于一個旋轉的磁場當中，會產生什么效果呢？子將處于一個旋轉的磁場當中，會產生什么效果呢？（二）感應電機工作原理（二）感應電機工作原理2022-3-2352022-3-235重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章35 機械負載機械負載 旋轉起來旋轉起來對稱三相繞組對稱三相繞組 通入對稱三相電流通入對稱三相電流 旋轉磁場旋轉磁場 （磁場能量）（磁場能量） 磁感線切割磁感

24、線切割 轉子繞組轉子繞組 轉子繞組中轉子繞組中 產生產生 e 和和 i 轉子繞組在磁場中轉子繞組在磁場中 受到電磁力的作用受到電磁力的作用 轉子旋轉起來轉子旋轉起來 電磁電磁轉矩轉矩感感應應 三相三相 交流交流 電能電能2022-3-2362022-3-236重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章36nsns1. 電磁轉矩的產生電磁轉矩的產生 轉子電流的有功分量與旋轉子電流的有功分量與旋轉磁場相互作用，產生同轉磁場相互作用，產生同一個方向的電磁轉矩。一個方向的電磁轉矩。NS特點：特點：電動機內必須有一個以電動機內必須有一個以ns旋轉的磁場旋轉的磁場實現能量轉

25、換的前提；實現能量轉換的前提； 電動運行時電動運行時n恒不等于恒不等于ns （異步）（異步）必要條件必要條件nns； 轉子上是轉子上是無源無源的，的，建立轉矩的電流由感應產生建立轉矩的電流由感應產生感應名稱的來源。感應名稱的來源。 三、電磁轉矩及三相感應電機的運行狀態(tài)三、電磁轉矩及三相感應電機的運行狀態(tài)n2022-3-2372022-3-237重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章37轉差率轉差率 :s = nsn ns轉子轉速轉子轉速 : n=(1 s) ns 起動時起動時 n = 0，s = 1 理想空載時理想空載時 n = ns，s = 0 正常運行時

26、正常運行時 0nns， 1s0 額定運行時額定運行時 sN = 0.01 0.092nsns0-ns210-1sn2022-3-2382022-3-238重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章381）電動機狀態(tài)：）電動機狀態(tài)：v0ns0v轉子：轉子：i2與與e2同方向；同方向；Tem與轉向與轉向n相同，為相同，為驅動轉矩驅動轉矩；v定子上：從電網吸收電功率。定子上：從電網吸收電功率。v轉子上：輸出機械功率轉子上：輸出機械功率Tem順著轉子轉向，順著轉子轉向，“拉拉”著轉子著轉子“跑跑”n1即即nS ；Tem即即Te2022-3-2392022-3-239重慶

27、理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章392）發(fā)電機狀態(tài)：）發(fā)電機狀態(tài)：vnn1 ；s0 v轉子：轉子： i2、e2與電動機狀態(tài)相反；與電動機狀態(tài)相反； Tem與轉子轉向相反，為與轉子轉向相反，為制動轉矩制動轉矩； v轉子上：吸收機械功率轉子上：吸收機械功率v定子上：輸出電功率。定子上：輸出電功率。Tem逆著轉子轉向，逆著轉子轉向，“拽拽”著轉著轉子子電動機狀態(tài)電動機狀態(tài)發(fā)電機狀態(tài)發(fā)電機狀態(tài)2022-3-2402022-3-240重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章403）制動狀態(tài)：）制動狀態(tài)：v n1v轉子：轉子：Tem與

28、與n1轉向相同，與轉向相同，與n方向相反方向相反, 為為制動轉矩制動轉矩v轉子上：吸收機械功率轉子上：吸收機械功率v定子上：從電網吸收電功率定子上：從電網吸收電功率 兩者吸收的能量全轉變?yōu)闊崮芟牡魞烧呶盏哪芰咳D變?yōu)闊崮芟牡鬞em逆著轉子轉向，逆著轉子轉向，“拽拽”著轉子著轉子電動機狀態(tài)電動機狀態(tài)制動狀態(tài)制動狀態(tài)2022-3-2412022-3-241重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章41 三種工作狀態(tài)的應用三種工作狀態(tài)的應用現代感應電機主要作為電動機?，F代感應電機主要作為電動機。電磁制動往往只是感應電動機在完成某一生產過程而電磁制動往往只是感應電

29、動機在完成某一生產過程而出現的短時運行狀態(tài)，例如交流起重機下放重物時，出現的短時運行狀態(tài)，例如交流起重機下放重物時，為限制下放速度，往往使感應電機運行于電磁制動狀為限制下放速度，往往使感應電機運行于電磁制動狀態(tài)；態(tài)；感應發(fā)電機，有時用于農業(yè)小型水電站和風力發(fā)電站。感應發(fā)電機，有時用于農業(yè)小型水電站和風力發(fā)電站。旋轉磁場與電磁轉矩同向旋轉磁場與電磁轉矩同向電網向電機輸入電能電網向電機輸入電能轉子轉向與電磁轉矩同向轉子轉向與電磁轉矩同向電機向外界輸出機械能電機向外界輸出機械能2022-3-2422022-3-242重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章422.

30、電磁轉矩的大小電磁轉矩的大小 Te = CTm I2cos23. 電磁轉矩的方向電磁轉矩的方向(電動狀態(tài)時電動狀態(tài)時)與旋轉磁場的轉向相同。與旋轉磁場的轉向相同。順時針方向旋轉順時針方向旋轉問題：怎樣改變轉子的轉向?3 M3U V W3 M3U V W逆時針方向旋轉逆時針方向旋轉2022-3-2432022-3-243重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章43四、額定值（感應電動機）四、額定值（感應電動機）u額定功率額定功率PN電動機在額定情況下，電動機在額定情況下，軸上輸出的軸上輸出的 機械功率。機械功率。單位：單位：KW。u額定電壓額定電壓UNu額定電流

31、額定電流 INu額定頻率額定頻率fN 50Hzu額定轉速額定轉速 nNu額定功率因數額定功率因數電動機額定運行時加在定子繞組上的電動機額定運行時加在定子繞組上的 線電壓。單位：線電壓。單位：V或或KV。電動機在額定電壓下，軸上為額定功電動機在額定電壓下，軸上為額定功 率輸出時，定子繞組中的線電流。率輸出時，定子繞組中的線電流。 單位：單位：A。電動機在額定狀態(tài)時轉子的轉速。電動機在額定狀態(tài)時轉子的轉速。單位：單位：r/min。NNcos電動機在額定狀態(tài)時定子的功率因數電動機在額定狀態(tài)時定子的功率因數2022-3-2442022-3-244重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自

32、動化系 第第5章章44n注意以下問題：注意以下問題：1 1、輸入電功率，輸出機械功率（電動機）、輸入電功率，輸出機械功率（電動機）P1N = 3 UNIN cos N PN = NP1N = 3 UNIN cos N N額定輸入功率額定輸入功率額定輸出功率額定輸出功率2022-3-2452022-3-245重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章452 2、感應電機的額定轉速一般多大？、感應電機的額定轉速一般多大？- - 特點：不能連續(xù)變化，沒有特點：不能連續(xù)變化，沒有2000r/min2000r/min的感應電機的感應電機2022-3-2462022-3-2

33、46重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章463 3、如何判斷感應電機的極對數和同步轉速？、如何判斷感應電機的極對數和同步轉速？一般額定點都在一般額定點都在sN = 0.01 0.09左右左右 可以根據上頁的表格，根據可以根據上頁的表格，根據nN倒推倒推2022-3-2472022-3-247重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章472022-3-2482022-3-248重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章48 三相異步電動機的定子部分在結構上和同步電動機的三相異步電動機的定子部分在

34、結構上和同步電動機的定子部分完全相同。定子部分完全相同。 對中、小容量的低壓異步電動機，通常定子三相繞組對中、小容量的低壓異步電動機，通常定子三相繞組的六個出線頭都引出，這樣可根據需要靈活地接成的六個出線頭都引出，這樣可根據需要靈活地接成“Y”形或形或“D”形。形。U1 V1 W1U1 V1 W1W2 U 2 V2W2 U2 V2D聯(lián)結聯(lián)結Y聯(lián)結聯(lián)結五、接線五、接線2022-3-2492022-3-249重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章495.2 5.2 三相感應電動機的磁動勢和磁場三相感應電動機的磁動勢和磁場空載運行時，其轉子速度空載運行時，其轉子速

35、度n接近接近同步轉速同步轉速nS， 此時，定子磁動勢此時，定子磁動勢F1基本上就是基本上就是產生氣隙主磁場產生氣隙主磁場Bm的激磁磁動勢的激磁磁動勢Fm，定子電流，定子電流I10就近似等于激磁就近似等于激磁電流電流Im。計及鐵心損耗時，磁場。計及鐵心損耗時，磁場在空間滯后于磁動勢以鐵心損耗在空間滯后于磁動勢以鐵心損耗角角 ，如圖，如圖5-7所示。所示。一、空載運行時的磁動勢和磁場一、空載運行時的磁動勢和磁場 1.空載運行時的磁動勢空載運行時的磁動勢 FeI10 (Im) F1 (Fm) Bm 2022-3-2502022-3-250重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系

36、 第第5章章502. 主磁通和激磁阻抗主磁通和激磁阻抗主磁通是通過氣隙并同時與定、轉子繞組相交鏈的磁通，主磁通是通過氣隙并同時與定、轉子繞組相交鏈的磁通，它經過的磁路它經過的磁路(稱為主磁路稱為主磁路)包括氣隙、定子齒、定子軛、包括氣隙、定子齒、定子軛、轉子齒、轉子軛等五部分，主磁通用符號轉子齒、轉子軛等五部分，主磁通用符號m表示表示 。如如圖圖5-8所示。所示。主磁通主磁通m是旋轉磁通，其是旋轉磁通，其磁密波磁密波Bm沿氣隙圓周按正弦沿氣隙圓周按正弦規(guī)律分布，以同步轉速規(guī)律分布，以同步轉速 ns 旋旋轉，轉，m在數值上等于磁密在數值上等于磁密每半波（每極）的磁通。每半波（每極）的磁通。 ns

37、n2022-3-2512022-3-251重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章51氣隙中的主磁場以同步轉速旋轉時，主磁通氣隙中的主磁場以同步轉速旋轉時，主磁通 將將在定子每相繞組中感生電動勢在定子每相繞組中感生電動勢 1E1 11mw14.44Ejf Nk m由于旋轉的主磁通與定、轉子之間存在相對運動，它與定、由于旋轉的主磁通與定、轉子之間存在相對運動，它與定、轉子繞組交鏈的磁通鏈數是隨時間交變的。從電磁感應定轉子繞組交鏈的磁通鏈數是隨時間交變的。從電磁感應定律公式律公式 來看，異步電機的工作原理與變壓器并來看，異步電機的工作原理與變壓器并無本質的區(qū)別，也

38、稱異步電機為旋轉的變壓器。無本質的區(qū)別，也稱異步電機為旋轉的變壓器。deNdt 2022-3-2522022-3-252重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章52若主磁路的磁化曲線用一條線性若主磁路的磁化曲線用一條線性化的磁化曲線來代替，則主磁通化的磁化曲線來代替，則主磁通將與激磁電流成正比；于是可認將與激磁電流成正比；于是可認為為 與與 之間具有下列關系：之間具有下列關系：11() mmmmjEI ZIRX1EmI因為因為 、 ，所以所以 ，有如，有如右曲線關系：右曲線關系：mmIHmmB 1()()mmEf I 激磁阻抗激磁阻抗激磁電阻激磁電阻激磁電抗激

39、磁電抗Zm= Rm + jXm為勵磁阻抗，為勵磁阻抗，Rm是反映鐵耗的等效勵磁電阻，是反映鐵耗的等效勵磁電阻，Xm是是反映磁通變化的勵磁電抗。氣隙越小，勵磁電抗就越大，在同一反映磁通變化的勵磁電抗。氣隙越小，勵磁電抗就越大，在同一定子電壓下，激磁電流就越小。定子電壓下，激磁電流就越小。 Im=（25%50%）I1N主磁路的磁化曲線主磁路的磁化曲線2022-3-2532022-3-253重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章533. 定子漏磁通和漏抗定子漏磁通和漏抗 定子漏磁通又可分為槽漏磁、端部漏磁和諧波漏磁等三定子漏磁通又可分為槽漏磁、端部漏磁和諧波漏磁等

40、三部分，槽漏磁和端部漏磁部分，槽漏磁和端部漏磁如圖如圖5-10a）和）和b）所示。所示。 定子漏磁通定子漏磁通 將在定子繞將在定子繞組中感應漏磁電動勢組中感應漏磁電動勢 。把把 作為負漏抗壓降來處作為負漏抗壓降來處理，可得理，可得 1 E11 E 1112111111j22EI XXf Lf N 漏抗漏抗2022-3-2542022-3-254重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章54電磁關系：電磁關系：101I R1Em1可見，異步電動機空載時的電磁關系與變壓器非?？梢?，異步電動機空載時的電磁關系與變壓器非常相似。相似。10)(F三三相相合合成成0m1E0

41、2 E定子定子轉子轉子定子定子定子定子2022-3-2552022-3-255重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章554. 空載時定子的電壓方程空載時定子的電壓方程111ZRjX異步電動機空載時，每相電壓平衡方程與變壓器空載時的異步電動機空載時，每相電壓平衡方程與變壓器空載時的方程類似：方程類似： 110111UIREE10111()IjXRE10110mIZIZ 為定子繞組的漏阻抗：為定子繞組的漏阻抗：1Z2022-3-2562022-3-256重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章56異步電動機的空載運行的等效電路：

42、異步電動機的空載運行的等效電路：AX1E10mII1U1R1XmRmX.異步電動機空載運行時的等效電路是在忽略了微弱的轉子異步電動機空載運行時的等效電路是在忽略了微弱的轉子繞組感應電流和感應電動勢得到的，繞組感應電流和感應電動勢得到的，與變壓器空載運行時的等效電路近似。與變壓器空載運行時的等效電路近似。1101101011011010mmmUI ZI ZI RIXI RIX2022-3-2572022-3-257重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章57盡管異步電動機的電磁關系與變壓器相似，但它們之間還是盡管異步電動機的電磁關系與變壓器相似，但它們之間還是有

43、差別的：有差別的：1 1）主磁場性質不同：異步電動機為旋轉磁場，變壓器為）主磁場性質不同：異步電動機為旋轉磁場，變壓器為脈動磁場脈動磁場。22222)0000EIEI異步電動機空載時，；變壓器，。4)4)異步電動機通常采用短距和分布繞組異步電動機通常采用短距和分布繞組, ,計算時需考慮繞計算時需考慮繞組系數組系數, ,變壓器則為整距集中繞組變壓器則為整距集中繞組, ,可認為繞組系數為可認為繞組系數為1 1。103),25% 50%,2% 10%NNIII由于存在氣隙 異步電動機為而變壓器的僅為。2022-3-2582022-3-258重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化

44、系 第第5章章581 1、電磁過程、電磁過程- - 定子繞組通電定子繞組通電- - 形成基波旋轉磁場形成基波旋轉磁場- - 同時切割定、轉子繞組同時切割定、轉子繞組- - 產生定、轉子電勢產生定、轉子電勢- - 產生定、轉子電流、磁勢產生定、轉子電流、磁勢- - 合成磁場合成磁場二、負載運行時的磁動勢和磁場二、負載運行時的磁動勢和磁場n2022-3-2592022-3-259重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章59n結果結果 產生了產生了相對獨立相對獨立的一個的一個定子電流系統(tǒng)，和一個轉子定子電流系統(tǒng)，和一個轉子電流系統(tǒng)電流系統(tǒng) 二個電流產生兩個磁動二個電

45、流產生兩個磁動勢：勢：F1 （定子磁動勢）和（定子磁動勢）和F2 （轉子磁動勢）（轉子磁動勢）2022-3-2602022-3-260重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章60n負載后轉子側的情況負載后轉子側的情況 關鍵關鍵- - 轉子轉速：轉子轉速：n- - 定子磁場轉速：定子磁場轉速：ns- - 相對轉速：相對轉速：n= ns- n = snssss21s6060p(nn)pn nnfsfn轉子不轉時,2101n,s, ff理想空載時,200nn ,s, f“轉差頻率轉差頻率”轉子電勢和電流的頻率轉子電勢和電流的頻率 轉子是多相對稱系統(tǒng)轉子是多相對稱系統(tǒng)

46、 產生多相對稱電勢產生多相對稱電勢 頻率：頻率：n2022-3-2612022-3-261重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章61212s6060fsfnsnnpp 22222902IpkN.mFw 1)1)幅值幅值2)2)轉向轉向因為定子旋轉磁動勢與定子電流相序方向相同；因為定子旋轉磁動勢與定子電流相序方向相同； 而而F2由由I2產生，所以轉子旋轉磁動勢的方向與轉子電流產生，所以轉子旋轉磁動勢的方向與轉子電流相序一致。相序一致。3) 速度速度 轉子旋轉磁動勢轉子旋轉磁動勢F2 相對于轉子本身的轉速為相對于轉子本身的轉速為n2轉子本身又以轉速轉子本身又以轉

47、速n在旋轉，因此從定子側觀察時，在旋轉，因此從定子側觀察時，F2在空在空間的轉速應為間的轉速應為2ss()nnnnnn結論：無論轉子轉速怎樣變化，定、轉子磁動勢結論：無論轉子轉速怎樣變化，定、轉子磁動勢F1、F2總是總是以同速、同向在空間旋轉，兩者在空間上總是保持相對靜止以同速、同向在空間旋轉，兩者在空間上總是保持相對靜止轉子磁動勢轉子磁動勢F22022-3-2622022-3-262重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章62 定子和轉子磁動勢之間的定子和轉子磁動勢之間的速度關系，如右圖所示。速度關系，如右圖所示。圖圖5-12表示三相繞線型轉表示三相繞線型轉

48、子的轉子磁動勢的空間相子的轉子磁動勢的空間相位。位。例題例題5-2snssns2022-3-2632022-3-263重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章63時間相量時間相量- -空間矢量圖空間矢量圖（以三相繞線式轉子為例）（以三相繞線式轉子為例）轉子為純電阻電路時轉子為純電阻電路時實際轉子具有電阻和漏抗實際轉子具有電阻和漏抗2022-3-2642022-3-264重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章64負載時轉子磁動勢的基波對氣隙磁場的影響，稱為轉子反負載時轉子磁動勢的基波對氣隙磁場的影響，稱為轉子反應。應。轉子反應

49、有兩個作用：轉子反應有兩個作用：2）定子和轉子合成為氣隙主磁場，在轉子繞組上產生電）定子和轉子合成為氣隙主磁場，在轉子繞組上產生電磁轉矩，以帶動軸上的機械負載。磁轉矩，以帶動軸上的機械負載。1）影響氣隙磁場的大小和空間相位，從而引起定子感應）影響氣隙磁場的大小和空間相位，從而引起定子感應電動勢電動勢 和定子電流和定子電流 發(fā)生變化。發(fā)生變化。2. 轉子反應轉子反應11mLIII1E1I12LFF 產生的磁動勢產生的磁動勢 與轉子產生的磁動勢與轉子產生的磁動勢 大小相等、方大小相等、方向相反，使氣隙內的主磁通基本保持向相反，使氣隙內的主磁通基本保持 不變。不變。1LF1LI2Fm負載分量負載分量

50、 2022-3-2652022-3-265重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章653.負載時的磁動勢方程負載時的磁動勢方程轉子反應的兩個作用合在一起，體現了通過電磁感應作用，轉子反應的兩個作用合在一起，體現了通過電磁感應作用，實現機電能量轉換的機理。實現機電能量轉換的機理。由此可以進一步導出負載時的磁動勢方程：由此可以進一步導出負載時的磁動勢方程：1m1L1m1L+IIIFFF圖圖5-13示出了負載時定、轉子磁動勢間的關系，以及定子示出了負載時定、轉子磁動勢間的關系，以及定子電流與激磁電流和轉子電流的關系。電流與激磁電流和轉子電流的關系。1L2FF 21L

51、II 12mFFF12mIII1m1LIII2022-3-2662022-3-266重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章66圖圖5-13注意注意：定轉子極對數一定轉子極對數一定相同的，因為定相同的，因為轉子磁勢就相當轉子磁勢就相當于定子磁勢的于定子磁勢的“影子影子”。其中，其中， 和和 取同一方向，因此取同一方向，因此 和和 為同一方向，為同一方向，和和 為同一方向。為同一方向。mBmmFmI2F2I2022-3-2672022-3-267重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章67用轉子漏抗用轉子漏抗 來反應漏磁通來反應

52、漏磁通 的變化：的變化：2s2212222Xf Lsf LsX4、轉子漏磁通、漏抗和漏感電勢、轉子漏磁通、漏抗和漏感電勢2轉子電流除產生轉子電流除產生 和轉子反應外，還將產生漏磁通和轉子反應外，還將產生漏磁通 ，22F21fsf 注意：注意：- ：轉子中電流頻率是：轉子中電流頻率是 f 1時的漏抗時的漏抗（轉子不轉轉子不轉）- 與與s 成正比，即：成正比，即：轉子轉子n，則漏抗，則漏抗 1222=fXL22=sXsX2sX每相轉子的漏電感每相轉子的漏電感2sX2022-3-2682022-3-268重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章682222222ss

53、EjIf LjI X 在轉子繞組中感應的漏感電勢用漏電抗上的壓降來表在轉子繞組中感應的漏感電勢用漏電抗上的壓降來表示：示：2222222ssEjsI XI sXEj 2E轉子靜止時的漏感電勢轉子靜止時的漏感電勢負載后（轉子旋轉），漏感電勢為負載后（轉子旋轉），漏感電勢為2022-3-2692022-3-269重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章69負載運行時的電磁關系負載運行時的電磁關系5.3 三相感應電動機的電壓方程和等效電路11IR11E2 2sR I22 sE()1U三相系統(tǒng)1I2sI1F2FmFm1EsE22022-3-2702022-3-270重

54、慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章701. 定子電壓方程定子電壓方程11111(j)UI RXE一、電壓方程一、電壓方程定子每相電壓方程：定子每相電壓方程：1mmEI Z 其中其中2022-3-2712022-3-271重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章71 注意：注意：- E2：轉子中電流頻率：轉子中電流頻率f 2= f 1時的電勢（即轉子不轉、時的電勢（即轉子不轉、s =1）- E2s與與s成正比成正比轉子中的電勢（轉子中的電勢（m產生）產生）2s12w2m4.44Esf N k轉子轉動時的感應電動勢轉子轉動時的

55、感應電動勢:212w2m4.44Ef N k轉子靜止時的感應電動勢轉子靜止時的感應電動勢:2s2EsE二者關系為二者關系為: :2. 轉子電壓方程轉子電壓方程2s2s22 s2s22jsEI REI (RX)轉子轉子每相每相電壓方程：電壓方程：轉子電阻轉子電阻21fsf2022-3-2722022-3-272重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章72轉子繞組的電流轉子繞組的電流 結論：結論：- 轉子越慢，轉子越慢，s，則，則I2s- 何時最慢？何時最慢？s=1時時，即啟動瞬間。此時，即啟動瞬間。此時I2s最大。最大。22s22s2s22EsEI=R + jX

56、R + jsX222E=R+ jXs2022-3-2732022-3-273重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章73 結論：結論：- 轉子轉子越慢越慢，s， cos2s- 何時功率因數最??？何時功率因數最??？s =1時：起動時！時：起動時！222222sRcosR(sX)轉子繞組的功率因數轉子繞組的功率因數2022-3-2742022-3-274重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章74圖圖5-15電壓方程相應的定、轉子的耦合電路圖（取電壓方程相應的定、轉子的耦合電路圖（取A，a相）相）1I11111(j)EEI X 定

57、子定子22FmmF1F2s2s2s2s(j)EEIX 2sI1E2sE轉子轉子定子繞定子繞組內組內轉子繞轉子繞組內組內22sR I1 1R I1U2s2s22jsEI (RX)11111(j)UI RXE2022-3-2752022-3-275重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章75頻率歸算頻率歸算就是用一個等效的轉子電路代替實際旋轉的轉子系就是用一個等效的轉子電路代替實際旋轉的轉子系統(tǒng)，而等效的轉子回路應與定子電路有相同的頻率。統(tǒng)，而等效的轉子回路應與定子電路有相同的頻率。在歸算的過程中，電機的電磁效應不變。因而有在歸算的過程中，電機的電磁效應不變。因而

58、有兩個歸算的兩個歸算的條件條件：一個是保持轉子磁動勢不變；二是轉子回路的功率不：一個是保持轉子磁動勢不變；二是轉子回路的功率不變。變。轉子回路電流轉子回路電流22s22s2s22EsEI=R + jXR + jsX二、等效電路二、等效電路1. 頻率歸算頻率歸算轉子轉動時，定、轉子有關物理量的頻率不同轉子轉動時，定、轉子有關物理量的頻率不同，從電路角度，從電路角度看，看，不同頻率物理量的表達式是不能聯(lián)立求解的不同頻率物理量的表達式是不能聯(lián)立求解的。222E=R+ jXs2I2022-3-2762022-3-276重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章76 頻率

59、歸算的物理含義頻率歸算的物理含義只要保持頻率折算前后轉子電流的大小和相位不變，即可只要保持頻率折算前后轉子電流的大小和相位不變，即可保保持磁勢平衡不變持磁勢平衡不變，從而保持定子電流的大小和相位不變，也從而保持定子電流的大小和相位不變，也保持了保持了損耗和功率不變損耗和功率不變。方法：方法：用一個靜止的、電阻為用一個靜止的、電阻為 R2 /s 的等效轉子去代替電阻為的等效轉子去代替電阻為 R2 的實際旋轉的轉子。的實際旋轉的轉子。R2s= R2 + 1s sR2 U1I1R1 jX1E1 E2jX2 R2I2f1f1m1、 kw1N1 m2、 kw2N21s R2 s轉子所產生的機械功率轉子所

60、產生的機械功率相對應的模擬等效電阻相對應的模擬等效電阻2022-3-2772022-3-277重慶理工大學重慶理工大學 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章章77頻率歸算后頻率歸算后的等效電路的等效電路E2 f1轉軸不輸出機械功率轉軸不輸出機械功率向向 輸出電功率輸出電功率轉動時的轉動時的等效電路等效電路U1I1R1 jX1 E1 E2sjX2s R2I2sU1I1R1 jX1E1 E2jX2 R2I2f1f1m1、 kw1N1 m2、 kw2N21s R2 sE2s=sE2 f2=sf1轉軸輸出機械功率轉軸輸出機械功率f1f2m1、 kw1N1 m2、 kw2N2 1s sR2 2