電機(jī)學(xué) 異步電機(jī)

1、電機(jī)學(xué)異步電機(jī) 第五章 異步電機(jī) 異步電機(jī)是一種交流電機(jī)，也叫感應(yīng)電機(jī)，主要作電動機(jī)使用。異步電動機(jī)廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，例如機(jī)床、水泵、冶金、礦山設(shè)備與輕工機(jī)械等都用它作為原動機(jī)，其容量從幾千瓦到幾千千瓦。日益普及的家用電器，例如在洗衣機(jī)、風(fēng)扇、電冰箱、空調(diào)器中采用單相異步電動機(jī)，其容量從幾瓦到幾千瓦。在航天、計(jì)算機(jī)等高科技領(lǐng)域，控制電機(jī)得到廣泛應(yīng)用。異步電機(jī)也可以作為發(fā)電機(jī)使用，例如小水電站、風(fēng)力發(fā)電機(jī)也可采用異步電機(jī)。 異步電機(jī)之所以得到廣泛應(yīng)用，主要由于它有如下優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、制造容易、價(jià)格低廉、堅(jiān)固耐用，而且有較高的效率和相當(dāng)好的工作特性。 異步電機(jī)主要的缺點(diǎn)是：目前尚不能

2、經(jīng)濟(jì)地在較大范圍內(nèi)率滑調(diào)速以及它必須從電網(wǎng)吸收滯后的無功功率，雖然異步電動機(jī)的交流調(diào)速已有長足進(jìn)展，但成本較高、尚不能廣泛應(yīng)用；在電網(wǎng)負(fù)載中，異步電動機(jī)所占的比重較大，這個(gè)滯后的無功功率對電網(wǎng)是一個(gè)相當(dāng)重的負(fù)擔(dān)，它增加了線路損耗、妨礙了有功功率的輸出。 當(dāng)負(fù)載要求電動機(jī)單機(jī)容量較大而電網(wǎng)功率因數(shù)又較低的情況下，最好采用同步電動機(jī)來拖動。 5.1 異步電機(jī)的基本類型和基本結(jié)構(gòu) 異步電機(jī)定于相數(shù)有單相、三相兩類。三相異步電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有籠型和繞線式兩種，單相異步電機(jī)轉(zhuǎn)子都是籠型。異步電機(jī)主要由固定不動的定子和旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子兩部分組成，定、轉(zhuǎn)子之間有氣隙，在定子兩端有瑞蓋支撐轉(zhuǎn)子。圖1所示是繞線式異步電動

3、機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。 1定子 異步電機(jī)的定子由定子鐵心、定子繞組和機(jī)座三部分構(gòu)成。定子鐵心的作用是作為電機(jī)磁路的一部分和嵌放定子繞組。為了減少交變磁場在鐵心中引起的損耗，鐵心一般采用導(dǎo)磁性能良好、比損耗小的0.5mm厚低硅鋼片（沖片）疊成，如圖2所示。為了嵌放定子繞組，在定子沖片中均勻地沖制若干個(gè)形狀相同的槽。槽形有三種：半閉口槽、半開口槽、開口槽，如圖3所示。半閉口槽適用于小型異步電機(jī)，其繞組是用圓導(dǎo)線繞成的。半開口槽適用于低壓中型異步電機(jī)，其繞組是成型線圈。開口槽適用于高壓大中型異步電視，其繞組是用絕緣帶包扎并浸漆處理過的成型線圈。 定子繞組是電機(jī)的電路，其作用是感應(yīng)電動勢、流過電流。定子繞組的結(jié)

4、構(gòu)形式已在第四章中闡述過。定子繞組在槽內(nèi)部分與鐵心間必須可靠絕緣，槽絕緣的材料、厚度由電機(jī)耐熱等級和工作電壓來決定。機(jī)座的作用主要是固定和支撐定于回心，因此要求有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。 2 轉(zhuǎn)子 異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸構(gòu)成。 轉(zhuǎn)子鐵芯是電機(jī)磁路的一部分，一般由0.5mm硅鋼片沖制后疊壓而成。轉(zhuǎn)軸起支撐轉(zhuǎn)子鐵心和輸出機(jī)械轉(zhuǎn)矩的作用，轉(zhuǎn)子繞組的作用是感應(yīng)電動勢、通過流過電流和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。其結(jié)構(gòu)型式有兩種；籠型和繞線式。 （1）籠型繞組。在轉(zhuǎn)子鐵心均勻分布的每個(gè)槽內(nèi)各放置一根導(dǎo)體，在鐵心兩間 放置兩個(gè)瑞環(huán)，分別把所有的導(dǎo)體伸出糧外部分與端環(huán)聯(lián)接起來。如果去掉鐵心，則剩下來的繞組的形狀就

5、像一個(gè)松鼠籠子。這種籠型繞組可以用鋼條焊接而成，見圖4，也可以用鋁澆鑄而成，見圖5。 （2）繞線式繞組。繞線式繞組是與定于繞組相似的對稱三相統(tǒng)組。一般接成星形。將三個(gè)出線端分別接到轉(zhuǎn)軸上三個(gè)滑環(huán)上，再通過電刷引出電流。繞城式轉(zhuǎn)子的特點(diǎn)是可以通過沿環(huán)電劇在轉(zhuǎn)子回路中接入附加電阻，以改善電動機(jī)的起動性能、調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速，其接線示意圖如圖6所示。 3氣隙 異步電機(jī)定、轉(zhuǎn)子之間氣隙很小，對于中小型異步電機(jī)，氣隙一般為0.2mm1. 5 mm。氣隙大小對異步電機(jī)的性能影響很大。為了降低電機(jī)的空載電流和提高電機(jī)的功率，氣隙應(yīng)盡可能小，但氣隙太小又可能造成定、轉(zhuǎn)子在運(yùn)行中發(fā)摩擦，因此異步電機(jī)氣隙長度應(yīng)為定、轉(zhuǎn)子

6、在運(yùn)行中不發(fā)生機(jī)械磨擦所允許的最小值。 5.2異步電機(jī)的基本工作原理 當(dāng)異步電機(jī)定干繞組接到三相電源上時(shí)，定子繞組中將流過三相對稱電流，隙中將建立基波旋轉(zhuǎn)磁動勢，從而產(chǎn)生基波旋轉(zhuǎn)磁場，其同步轉(zhuǎn)速決定于電網(wǎng)頻率和繞組的極對數(shù) 這個(gè)基波旋轉(zhuǎn)磁場在短路的轉(zhuǎn)子繞組（若是籠型繞組則其本身就是短路的，若繞線式轉(zhuǎn)子則通過電刷短路）中感應(yīng)電動勢并在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生相應(yīng)的電流，該電流與氣隙中的旋轉(zhuǎn)磁場相互作用而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。由于這種電磁轉(zhuǎn)矩的性質(zhì)與轉(zhuǎn)速大小相關(guān)，下面將分三個(gè)不同的轉(zhuǎn)速范圍來進(jìn)行討論。 為了描述轉(zhuǎn)速，引入?yún)?shù)轉(zhuǎn)差率。轉(zhuǎn)差率為同步轉(zhuǎn)速n1與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n之差（n1-n）對同步轉(zhuǎn)速由之比值，以s表示。 11

7、nnsn 當(dāng)異步電機(jī)的負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)差率隨之變化，使得轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的電勢、電流和電磁轉(zhuǎn)矩發(fā)生相應(yīng)的變化，因此異步電機(jī)轉(zhuǎn)速隨負(fù)載的變化而變動，按轉(zhuǎn)差率的正負(fù)、大小，異步電機(jī)可分為電動機(jī)、發(fā)電機(jī)、電磁制動三種運(yùn)行狀態(tài)，如國 所示。圖中n1為旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速，并用旋轉(zhuǎn)磁極來等效旋轉(zhuǎn)磁場，2個(gè)小圓圈表示一個(gè)短路線圈。 1電動機(jī)狀態(tài) 當(dāng)0nn1，即0sRm，Rm對E1的影響很小，從而可以使E1、I0之間相位更準(zhǔn)確。將上式代入前式，得到轉(zhuǎn)子開路時(shí)的定子電壓平衡方程式100()mmmEIRjXI Z 101()mUIZZ 在轉(zhuǎn)子靜止不動時(shí)，主磁通為m的氣隙基波旋轉(zhuǎn)磁場以同樣轉(zhuǎn)速n1切割轉(zhuǎn)子繞組（每相串

8、聯(lián)匝數(shù)為N2、基波繞組系數(shù)為kN2），電動勢頻率仍為f1，轉(zhuǎn)子相電動勢可表示為 于是得到異步電機(jī)電動勢變比為 在圖9中，相對于旋轉(zhuǎn)磁動勢，轉(zhuǎn)子相繞組軸線滯后定子A相繞組軸線約12電角度，因此E2滯后E1電角度12，在此情況下，異步電機(jī)起移相器的作用。1 11mw1j4.44Ef Nk 111222NeNEN kkEN K 5.4.2 轉(zhuǎn)子繞組短路 如圖9所示，將開關(guān)S閉合，轉(zhuǎn)子繞組被短路，轉(zhuǎn)軸被卡住，在定子方施加一低電壓，相當(dāng)于變壓器做短路實(shí)驗(yàn)?，F(xiàn)對轉(zhuǎn)子磁動勢的性質(zhì)進(jìn)行研究。 一、定子磁動勢與轉(zhuǎn)子磁動勢相對靜止 在圖9中開關(guān)S閉合時(shí)，定子三相繞組中電流IA、IB、IC依次滯后，在氣隙中產(chǎn)生基波

9、旋轉(zhuǎn)磁動勢F1，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速n160f1/p。由F1產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場切割定子、 轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，其頻率仍為f1。旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子繞組的順序是abc。，故轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電流的相序?yàn)镮a、Ib、Ic依次滯后，由于轉(zhuǎn)子繞組極對數(shù)總是設(shè)計(jì)成與定子極對數(shù)p相等（否則不能產(chǎn)生平均轉(zhuǎn)矩），則轉(zhuǎn)子三相對稱電流在氣隙中產(chǎn)生基波磁動勢F2。其轉(zhuǎn)速n260f2/p=60f1/p=n1，其轉(zhuǎn)向亦是順時(shí)針，因此磁動勢F2與F1極對數(shù)相同、轉(zhuǎn)速相同、轉(zhuǎn)向相同，它們在空間相對靜止。F1與F2相疊加合成的磁動勢為F0，F(xiàn)0在氣隙中產(chǎn)生合成旋轉(zhuǎn)磁場Bm，Bm就是氣隙中實(shí)際存在的旋轉(zhuǎn)磁場。顯然F0、Bm的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、極

10、對數(shù)與F1相同。 二、轉(zhuǎn)子磁動勢F2與12無關(guān) 112 0 假設(shè)轉(zhuǎn)子a相繞組軸線oa與定于A相統(tǒng)軸線oA重合，即令圖5 10中嶼。一0，氣隙中旋轉(zhuǎn)磁場及切割轉(zhuǎn)于繞組，假定其中的電勢、電流分別為 式中，問為轉(zhuǎn)子相繞組功率因數(shù)角。 在0，t坐標(biāo)系中轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動勢為 z“。一08 當(dāng)轉(zhuǎn)子順著旋轉(zhuǎn)磁動勢方向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)手相軸線oa轉(zhuǎn)過a；。電角度后轉(zhuǎn)到oa，兩空間坐系間的位置關(guān)系為 根據(jù)旋轉(zhuǎn)磁動勢重要性質(zhì)：充流在時(shí)間上經(jīng)過的電角度與旋轉(zhuǎn)磁動勢在空間轉(zhuǎn)的電角度相等則兩時(shí)間坐標(biāo)系間的關(guān)系可改寫為 因此oa處轉(zhuǎn)于繞組中的電動勢和電流分別滯后于oa處轉(zhuǎn)子繞組中電動勢、電流心電角度，即 則在新的y與。t空間、時(shí)間坐

11、標(biāo)系中，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動勢 將式（513）、式（514）代人式（51）中，得到 式（517）表明，在al。一0時(shí)，轉(zhuǎn)子磁動勢人的大小、性質(zhì)與a1。0時(shí)相同，即轉(zhuǎn)子自動勢矢量民與al。無關(guān)，只是轉(zhuǎn)于繞組相電動勢、相電流相對于a。一0的工況均滯后了a1。電角度（見式（515。；這對研究轉(zhuǎn)子的電氣性能無任何影響。廬于轉(zhuǎn)子是通過轉(zhuǎn)子磁動勢而影響走子，因此可以認(rèn)定a；。等于任何值時(shí)定子方各物理量是一樣的，氣隙中合成磁動勢、合成磁場也是一樣的u因此下面可以按a。20的情況來建立定于、轉(zhuǎn)子之間的電磁關(guān)系，這樣可以避免a1。角的復(fù)雜影響，放式（59）、式 5.4.3中用等平衡方程式 經(jīng)過上述分析和處理，可得到如圖

12、511所示的等效電路。在圖511所示的假定正向下，電壓平衡方程式為 電壓變比八一百（522）544動舒平國方程式 由于定轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動勢風(fēng)、Fz在空間相對靜止，它們疊加成勵(lì)磁磁動勢風(fēng) F；十幾一見（523） 如果不考慮磁滯和渦流損耗，則合成磁動勢風(fēng)與旋轉(zhuǎn)磁場見在空間同相位。實(shí)際上在鐵心中總存在磁滯損耗和渦流損耗，因此Bm波在空間總是滯后民一個(gè)鐵耗中三其物理意義是：當(dāng)見波在氣隙中某一點(diǎn)達(dá)到最大值時(shí)，由于磁滯和渦流的影響，該點(diǎn)的磁密波尚未達(dá)到最大值，等到風(fēng)波轉(zhuǎn)過ar電角度時(shí)，該點(diǎn)的磁密波才達(dá)到最大值。 仿照變壓器中磁動勢分析方法，將式（523）改寫為 FIZ FO（一 FJ一 FOFIL Gic 其

13、中 FIL一一FZ（525） 式（524）說明，在異步電機(jī)的氣隙中，全部孩動勢由定子電流產(chǎn)生。F的一個(gè)分量勵(lì)磁分量民用以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，另一個(gè)分量負(fù)載分量民。用以平轉(zhuǎn)子磁動勢風(fēng)。 在轉(zhuǎn)子靜止短路時(shí)，F(xiàn)。與。l。角大小無關(guān)，分析時(shí)取。12一0，即定子A相繞前線與轉(zhuǎn)子a相繞組軸線重合。參考式（511）和式（512），F(xiàn)；與民在空間的相競系與人（走子A相電流）、Iz（轉(zhuǎn)子a相電流）關(guān)系一致。為了簡化分析，我們選Ffi；同相位、F。與人同相位、F。與I。同相位，用人、Iz、IO三者在時(shí)間上的相盼來表示幾、F。、FO在空間上的相位關(guān)系。將式（525）改寫為 m；了N；k。；。m，IN，k。，。4。 入L入

14、（5S 7t戶一7p 對于繞線式電機(jī)，轉(zhuǎn)子相數(shù)與定子相數(shù)相等，mlm。，極對數(shù)均為盧。式（526）史 人 I；L？（52 k。”，B 式中，k為異步電機(jī)的電流變比，定義為 I、m。N。足。 k一子一二千六上（5： I，TtagN，k。、v” 于是可用定、轉(zhuǎn)于繞組相電流平衡方程式來描述磁動勢平衡方程式為。 鳥2入十八（5S 545過于繞組四折復(fù) 圖511與變壓器電路相似，因此也可以通過繞組折算得到轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時(shí)異Z機(jī)的等效電路。假設(shè)異步電機(jī)轉(zhuǎn)子相數(shù)m。，每相串聯(lián)匝數(shù)從，基波繞組系數(shù)k。 一般情況下m。、N。、足。與定予的m；、N1、足。1不同。為了得到等效電路，先必須O步電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組折算成一個(gè)相數(shù)為

15、11、匝數(shù)為NI、繞組系數(shù)為k。1的（與定于O的）等效繞組，即用一個(gè)相數(shù)為m；，匝數(shù)為民，繞組系數(shù)為k。；的等效轉(zhuǎn)子繞組5代原來的轉(zhuǎn)子繞組，轉(zhuǎn)子繞組，保持極對數(shù)不變。 折算前后要求轉(zhuǎn)子上各種功率不變，主磁通久不變，從而定于方各有關(guān)】量民、I不變，對電網(wǎng)等效。由于轉(zhuǎn)子是通過轉(zhuǎn)子磁動整叢j凌j會速從歐）滿足上述要求，折算條件為：折算前后轉(zhuǎn)子磁動勢A丕變、辣子上朗回峰功功率保持不變。 轉(zhuǎn)子方的物理量、參數(shù)折算到定子方，用該量符號右上角加“”來表示。 折算前后凡不變，則轉(zhuǎn)子電流折算值只滿足下式 m，7N，從。m。ZN，足。 22AfrtHI：ZHI；NXifu：MI。 7t戶“大戶。 ， m，N，kn

16、。 l十 故人一1寧區(qū)人一I，（5 m1Nlb。1“點(diǎn)“ 由上式，將式（523）化簡得到電流平衡方程式為 八十 IZ一人（5 31） 由于折算前后凡不變，從而風(fēng)不變，主磁通也不變，則折算后轉(zhuǎn)于繞組電動勢Ei應(yīng)滿足下式 BNI足 二上一AlAl：LL一人 bN、k。 E、KZKNZ 故碼一k。E。一民（532） 折算前后轉(zhuǎn)子回路有功功率不變，以轉(zhuǎn)子相電阻為例 m；11R； m。IgR。 他只叭（m1NI足NI）得到”【一不再”2一淙木石之RZ故 RS一人kiR。（533）由轉(zhuǎn)子漏電抗無功功率相等，得到 Xg。二kk；X。（534） 折算前后轉(zhuǎn)子回路功率國數(shù)不變【證明為 C。兄。 “”KR一32t

17、“”叭（535） ，總之將轉(zhuǎn)子電路中各量折算到定子方時(shí)，電動勢、電壓應(yīng)乘以人，電流除以人，電阻、電抗、阻抗乘以kek；。 對于轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)且轉(zhuǎn)子繞組短路的異步電機(jī)，將轉(zhuǎn)子方的量折算到定于方，得到如下平衡方程式組 U；E；IZ D E；一 I；（R； jX；。） I I。一八十八（5 36） E。一E：l E，I。Z 5.5轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的異步電機(jī)及其等效電路 異步電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組一定是閉合的，而且一般是退路電551于統(tǒng)組四月司扭利用范 當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組的電動勢、電流的頻率決定于氣隙中的旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子的相對轉(zhuǎn)速。設(shè)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為n，氣隙中旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子相對轉(zhuǎn)速為。一。一。，故轉(zhuǎn)子繞組中電動勢和

18、電流的頻率為 。戶（ln）nln戶一1 n一L大了二一二天一S人（民人亦稱為轉(zhuǎn)差頻率。當(dāng)轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時(shí)，n一0，s二l，八二人。關(guān)于此種情況上一節(jié)已討論。； 異步電機(jī)在作電動機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，S值很小，一般在001004范圍內(nèi)變當(dāng)人一50 HZ時(shí)，人一0 5 HZ2 HZ，可見此時(shí)轉(zhuǎn)子鐵心中主磁通交變的頻率很轉(zhuǎn)子鐵耗很小，可以忽略不計(jì)U 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組每相電動勢為 見s一了。從八。人也一S凡（5； 式中，E。為對應(yīng)于定于頻率的轉(zhuǎn)子相繞組電動勢，即轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)、主磁通仍為內(nèi)轉(zhuǎn)子相電動勢。處對應(yīng)于轉(zhuǎn)子電流頻率人的轉(zhuǎn)子漏電抗為 XZ。一 SXZ。 （ ： 式中，X。為對應(yīng)于走子頻率人的轉(zhuǎn)子漏電抗。J 當(dāng)轉(zhuǎn)

19、子短路時(shí)，電流角頻率。一27t人，轉(zhuǎn)子電流可表示為 ；。 noeeqt 幾e一十平7（5（ 二“廠RZX，。， 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，定、轉(zhuǎn)子繞組中電流頻率不同，故不能將定、轉(zhuǎn)子平衡方程式聯(lián)之解。 552定、還于田田四n提出四止 在圖512中，以走子A相繞組軸線（00）為定子磁動勢人（t，6）的軸線，定磁動勢為 人（t，O一民COS（。lt0十隊(duì)）（54 式中，Pf為人（t，們在t一O時(shí)的初始相角。 設(shè)在t0時(shí)，轉(zhuǎn)子a相繞組軸線與 一上工生（，于繞組A相軸線重合。 入（t0入（）一。lJx由于轉(zhuǎn)子軸線相對于定予以轉(zhuǎn)速。八?！薄癢 M轉(zhuǎn)，定子旋轉(zhuǎn)磁動勢將以山轉(zhuǎn)速切割獲 HN卜”n；繞組， 八n，n；一n（

20、54 八。、定轉(zhuǎn)子繞組的極對數(shù)相同，都為P，故在 于繞組感應(yīng)電動勢、電流的頻率為。 6。 PDZ 人一蘭烏 ”“60 圖512轉(zhuǎn)干旋轉(zhuǎn)時(shí)的情況 將式（42）兩邊同乘以2。而得到相應(yīng)的電角速關(guān)系為 ”2“1一“ （43） 式中，。1為定子旋轉(zhuǎn)磁動勢的電角速度，。為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速對應(yīng)的電角速度，定于磁動勢以。2的電角速度切割轉(zhuǎn)于繞組。 經(jīng)過時(shí)間t，轉(zhuǎn)子軸線oa沿著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的方向轉(zhuǎn)過電角度、t，由于0附在轉(zhuǎn)子表面，故有 00一M（544）在安放在轉(zhuǎn)子上的坐標(biāo)系人一月中，有 人（t，y）二只COS（外一0卜 ZF。COS（。；。）t（一nd） 一見COS（。lt一O二人（t，6）（5 45）式（545）已將

21、在轉(zhuǎn)子上觀察到的磁動勢太（t，6）變換到定子坐標(biāo)系中、式（5 41）、式（544）表明，從定子坐標(biāo)系看，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動勢與定子旋轉(zhuǎn)磁動勢角頻率相同、極對數(shù)相同、轉(zhuǎn)速相同、轉(zhuǎn)向一致）定、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動勢在氣隙中相對靜止。正因?yàn)槿绱?，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)定子方的電動勢平衡方程式與轉(zhuǎn)子靜止時(shí)完全相同。另外還要特別指出，不管s或n為何值，即異步電動機(jī)運(yùn)行于什么狀態(tài)，上述結(jié)論都成立。553頻率fS。j 由于異步電機(jī)定、轉(zhuǎn)子無電的直接聯(lián)系，轉(zhuǎn)子只是通過其磁動勢只對定5用；因此只要保證r。不變，可以用一個(gè)靜止的轉(zhuǎn)子來代替旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，而定于司物理量不發(fā)生任何變化，即對電網(wǎng)等效，據(jù)此對式（540）作如下變換 E。rSE、。、

22、。 見一百上千七六一x（頻率為人）（已 幾十凡。凡十11兄”“”。將式（546）右邊分子分母同除以S，得。 i。so J。？4 R”“?！?、。， “ jx。 w式（546）描述的是轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)子回路電流頻率為人時(shí)的電動勢平衡方程，（547）則描述的是相應(yīng)的靜止的轉(zhuǎn)子回路的電動勢平衡方程式，此時(shí)電流備與走子相同，為人。為了保證民不變，首先要保證書 Iz一見（53F（）告訴我們，不能簡單地將旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子堵住，而應(yīng)在轉(zhuǎn)子回路中串人， IS。，。、，R，、，。；、，R的電阻，使得回路電阻變?yōu)橐?，再將其堵轉(zhuǎn)，這樣才能保證人一見。；， 4ap 。上述分析說明，在轉(zhuǎn)子回路中串入一個(gè) jR。的模擬電阻并培轉(zhuǎn)起來

23、，與旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子相比，F(xiàn)。不變，這種變換稱為頻率折算。 算過頻率折算，可以用一個(gè)等效的靜止的轉(zhuǎn)子來代替原來旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，定于各物理量不變】但旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的總機(jī)械功率在靜止的轉(zhuǎn)子中如何體現(xiàn)呢 在圖513（a）中，旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子認(rèn)定子方吸收的總有功功率一轉(zhuǎn)子電阻們”。IR。十轉(zhuǎn)軸上產(chǎn)生的總機(jī)械功率P一、j 在圖已13（b）中，等效靜止的轉(zhuǎn)子從走子方吸收的有功功率一轉(zhuǎn)子電阻Qm本幾十模擬電阻所耗功率m，I；InR，。而由于轉(zhuǎn)子靜止不轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)軸輸出總機(jī)也“一1率為零。 N4，ffNWti。deAIMgitotoin，i旋轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)軸上產(chǎn)生的總機(jī)械功率為 、1S。 P。 m，h fR，（5。 此式表明，異步電機(jī)旋轉(zhuǎn)

24、時(shí)在轉(zhuǎn)軸上產(chǎn)生的總機(jī)械功率可以用相應(yīng)的靜止的轉(zhuǎn)子卜模擬電阻In幾所耗電功率來表示。554 gND 經(jīng)過上述頻率折算，將圖513（a）中的民s、IZ。、X。折算成了圖513（b）中的民、。J。，。，。，。，、。，。，。IsWf。I，、X。特別在等效靜止轉(zhuǎn)子回路（圖513（b中，增加了模擬電鈕R?，F(xiàn)在再將圖 513（b）中的民、Iz、Z。、InR。等用繞組折算方法折算到定子方，即十l，L；，1）；，IJI，IJ、l。j。、。EZ一是，E。；只2令人；ZkkZ，；fRkkAIAIR，。將式（536）作修改，得到轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的異步電機(jī)的平衡方程式組 此方程式組與變壓器帶純電阻負(fù)載7廠出時(shí)的情況相同，因此

25、可得到與變壓器相同的T型等效電路，如圖514所示。555 t圖 異步電機(jī)運(yùn)行于電動機(jī)狀態(tài)（0nn；）時(shí)，其相量圖與變壓器帶有電阻性負(fù)我時(shí)的相量圖相同。已知：U；，I；，。s仍，s，R；，Rz，Xl。，X。，k。，k；。相量圖作圖過程如下。 （1）根據(jù)U；J；、COSW畫出U；、入；再根據(jù)方程式U；一E；十八（RljX；）：定子方電動勢相量一瓦。“。 （2）在滯后于一民9礦位置畫出嘰。 （3）畫出風(fēng)、E（一民）。i （4）計(jì)算RZ一kk人。；XZ。二人kX。（5）根據(jù)方程式E二二到（子十jXL）考慮到只？與風(fēng)同方向，川Xb與廣2垂直而求出 I；。I （6）根據(jù)此十（11）IO，得到勵(lì)磁電流入。

26、2 于是得到異步電機(jī)運(yùn)行于電動機(jī)狀態(tài)的相童圖，如圖515所示。 5.6異步電機(jī)等效電路的簡化 和變壓器一樣，也可以將T型等效電路中間的勵(lì)磁支路移至電源端，使之交r型等效電路以簡化計(jì)算。但在變壓器等效電路中，由于Z：很大（Z：50），I：、Z；很小（I：0 0320 05），因此將勵(lì)磁支路直接移到電源端不致引起較大的誤差而在異步電機(jī)中，Z：較?。╖Z3），I：較大（I：025），定子漏電抗XIc。0 05，故直接將勵(lì)磁支路移至電源端會引起較大的誤差，因此必須引入一個(gè)校正系數(shù)，同時(shí)對等效電路進(jìn)行必要的修改，才能使r型等效電路和T型等效電路完全等效。推導(dǎo)過程如下。 在圖514中，記 。，。，IS。，

27、R。， Zis一 ZI“RI一” jXI。（5 sl）則定于電流為 二二 ：。HIHI I一八一IZ一一一一十一一一一一一（552） “ ZkZ”“”而定子端電壓 。 Z。 Z。 Z。 U； El IZl EI（十號十六） EI（d十天（553） 一一一”“ Z Z”一” Z”“”一。l十多 是一個(gè)復(fù)量，稱為校正系數(shù)。 從式（553）得出 。UI。 一瓦二八一八二一一一一一一一一一（554） 一一“一Z”“”“” dl ler： ！ IZ；”將式（554）代入式（552），得 從I。Z。 UIU。I。Z。 UI I；一 Y一 ？ W十一“ （55） Zm。 7。 A17 Z。 Zm Z，0。Z

28、；從式（555）可解出 U。U。，I； I；一二二L十回回四一二JL一一一片一i旦（巳56） 。；Zm。；Z十一ZS。l其中。 UU， I； U。 又一H：一一HH一二三一 om乙十Zmo；O；dZZ，于是可得到異步電機(jī)F型等效電路，如圖516所示。它在工程中應(yīng)用得較多值得指出的是 （l）Is、￥分別是圖中的兩條并聯(lián)支路中的電流，雖然滿足IS（一三）一八，但I(xiàn)；才是轉(zhuǎn)于繞組電流。 （2）在工程計(jì)算中，由于。；的模僅略大于1，幅角很小，且XmR。，可以挽似地X認(rèn)為a，。a；。l十王P。”“”“”“ X?！?對于容量大于100kw的異步電機(jī)，。；。l，則可得到圖5 17的簡化等效電手工計(jì)算時(shí)可采用

29、簡化等效電路，計(jì)算機(jī)計(jì)算時(shí)可采用T型等效電路。 基本方程式、相量圖和等效電路是描述異步電機(jī)運(yùn)行時(shí)內(nèi)部電磁關(guān)系的三不同方式。它們之間是一致的。在進(jìn)行定量計(jì)算時(shí)，一般采用等效電路；在討論物理量之間關(guān)系時(shí)，用相量圖較方便；在進(jìn)行理論分析、推導(dǎo)時(shí)，往往用方程式較便。5.7異步電機(jī)的參數(shù)測定 為了利用等效電路去計(jì)算異步電動機(jī)的運(yùn)行特性，必須先知道參數(shù)幾、XRS、Xi。、Rm、幾。如變壓器一樣，對于已制成的異步電機(jī)可以通過空葬鮭線和里試驗(yàn)來測定其參數(shù)。 5.7.1 空對江田 皇鰲過暨的目的是測定勵(lì)磁電阻尼、勵(lì)磁電抗幾、鐵耗產(chǎn)。、機(jī)械損耗戶一驗(yàn)時(shí)電機(jī)軸上不帶負(fù)載，用三相調(diào)壓器對電機(jī)供電，使走子端電壓從（1l1 U。開始，逐漸降低電壓、空載電流逐漸減少，直電動機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生明顯變化、空載電流明顯回升為（為什么？請讀者結(jié)合等效電路回答）。在這個(gè)過中，記錄電動機(jī)的端電壓Ul、空載電流入、空載機(jī)P。、轉(zhuǎn)速。并繪制室墓黃華曲線如圖518。 由于異步電動機(jī)空載運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子電流小，轉(zhuǎn)銅耗可以忽略不計(jì)，在這種情況下，走子輸人功消耗在定子銅耗