三相異步電動機等效電路及解析

1、7.27.2三相異步電動機的空載運行三相異步電動機的定子與轉(zhuǎn)子之間是通過電磁感應(yīng)聯(lián)系的。定子相當(dāng)于變壓器的一次繞組，轉(zhuǎn)子相當(dāng)于二次繞組，可仿照分析變壓器的方式進行分析。7.2.1空載運行的電磁關(guān)系當(dāng)三相異步電動機的定子繞組接到對稱三相電源時，定子繞組中就通過對稱三相交流電流，三相交流電流將在氣隙內(nèi)形成按正弦規(guī)律分布，并以同步轉(zhuǎn)速ni弦轉(zhuǎn)的磁動勢Fi0由旋轉(zhuǎn)磁動勢建立氣隙主磁場。這個旋轉(zhuǎn)磁場切割定、轉(zhuǎn)子繞組，分別在定、轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)感應(yīng)出對稱定子電動勢，轉(zhuǎn)子繞組電動勢和轉(zhuǎn)子繞組電流?？蛰d時，軸上沒有任何機械負載，異步電動機所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩僅克服了摩擦、風(fēng)阻的阻轉(zhuǎn)矩，所以是很小的。電機所受阻轉(zhuǎn)矩很小，

2、則其轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速，n=n”轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場的相對轉(zhuǎn)速就接近零，即ni-n=0。在這樣的情況下可以認為旋轉(zhuǎn)磁場不切割轉(zhuǎn)子繞組，則E2s=0（界標(biāo)表示轉(zhuǎn)子電動勢的頻率與定子電動勢的頻率不同），I2s=0o由此可見，異步電動機空載運行時定子上的合成磁動勢F1即是空載磁動勢F10,則建立氣隙磁場Bm的勵磁磁動勢Fm0就是F10,即Fm0=Fl0,產(chǎn)生的磁通為m0。勵磁磁動勢產(chǎn)生的磁通絕大部分同時與定轉(zhuǎn)子繞組交鏈，這部分稱為主磁通，用小m表示，主磁通參與能量轉(zhuǎn)換，在電動機中產(chǎn)生有用的電磁轉(zhuǎn)矩。主磁通的磁路由定轉(zhuǎn)子鐵心和氣隙組成，它受飽和的影響，為非線性磁路。此外有一小部分磁通僅與定子繞組相交鏈，稱為定

3、子漏磁通（1）1,0漏磁通不參與能量轉(zhuǎn)換并且主要通過空氣閉合，受磁路飽和的影響較小，在一定條件下漏磁通的磁路可以看做是線性磁路。為了方便分析定子、轉(zhuǎn)子的各個物理量，其下標(biāo)為“1”者是定子方，“2”者為轉(zhuǎn)子方。異步電動機在正常工作時的一些電磁關(guān)系在轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時就存在，利用轉(zhuǎn)子不動時分析有助于理解其電磁過程。、轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時（轉(zhuǎn)子繞組開路）異步電動機內(nèi)的電磁過程轉(zhuǎn)子繞組開路時，轉(zhuǎn)子電流為零，定子電勢和轉(zhuǎn)子電勢的大小、頻率E1、E2和f1;1）轉(zhuǎn)子繞組開路，定子繞組接三相交流電源，定子繞組中產(chǎn)生三相對稱正60f1n1二弦電流（空載電流），形成幅值固定的氣隙旋轉(zhuǎn)磁場，旋轉(zhuǎn)速度為p;2）由于轉(zhuǎn)子不動，旋轉(zhuǎn)磁場

4、在定子繞組、轉(zhuǎn)子繞組中感生頻率均為f1的正弦E144.44國川1電動勢；E2-j4.44f2kN2NkN2、N2定子每相有效串聯(lián)匝數(shù)。電動勢比定義為：ke=巳任2=kNN/kN2N2.電動勢的平衡方程式為；Ei-=-j4.44f1kN1N11.=jx1I0式中Ri定子每相電阻。式中kN1、N1定子每相有效串聯(lián)匝數(shù)。(7.2)定子漏磁通小i。在定子繞組中產(chǎn)生的漏抗電動勢Ei0常用漏抗電動勢來表示；二、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時異步電動機(空載)的電磁過程轉(zhuǎn)子繞組開路時，轉(zhuǎn)子電流為零，當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組短路時，轉(zhuǎn)子電流不為零，轉(zhuǎn)子電流與磁場作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，與轉(zhuǎn)子繞組開路相比，轉(zhuǎn)子電動勢的大小、頻率的變化；轉(zhuǎn)子

5、不轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子電勢頻率和定子電勢頻率、電源電壓頻率相等：設(shè)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為n,則定子旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的相對速度下降為nin,轉(zhuǎn)子導(dǎo)體掃過一對磁極空間的時間變長，使轉(zhuǎn)子電勢頻率減小為；f2=sfi,s定義為異步電動機的轉(zhuǎn)差率；因相對切割速度下降，所以轉(zhuǎn)子電動勢有效值也減小，又因電抗與頻率成正比，所以轉(zhuǎn)子漏電抗也減小，由于空載轉(zhuǎn)矩很小，所以轉(zhuǎn)子的空載電流也很小I2fc0o這樣，電動勢平恒關(guān)系和轉(zhuǎn)子繞組開路不轉(zhuǎn)時相似；7.2.2空載時的定子電壓平衡關(guān)系根據(jù)以上的分析，空載時定子繞組上每相所加的端電壓為Ui,相電流為|0,主磁通m在定子繞組中感應(yīng)的每相電動勢為Ei=4.44水.2勾，定子漏磁通6B在每相繞

6、組中感應(yīng)的電動勢為Eb,定子繞組的每相電阻為Ri,可以列出電動機空載時每相的定子電壓平衡方程式；Ui=-Ei-Ei+|oRi(7-3).Ei=-Io(Rm+jXm)(7-4)其中Rm為勵磁電阻，是反映鐵耗的等效電阻，Xm為勵磁電抗，與主磁通相對應(yīng)。.上式可以改寫為Ui=_EiIo(RjX口)=-EiloZi式中Zi為定子每相漏阻抗乙=Ri+jX0由此可見，在異步電動機中，若外加電壓一定，主磁通大體上也為一定值，這和變壓器的情況一樣，只是變壓器無氣隙，空載電流很小，僅為額定電流的2%i0%,而異步電動機有氣隙，空載電流較大，在小型異步中，可達到額定電流的60%左右。7.37.3三相異步電動機的負

7、載運行7.3.1負載運行時的電磁關(guān)系當(dāng)電動機從空載到負載運行瞬時，電動機軸上機械負載轉(zhuǎn)矩突然增加，使轉(zhuǎn)矩關(guān)系失去平衡，電動機轉(zhuǎn)速下降，其轉(zhuǎn)向仍與氣隙旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向相同。因此氣隙磁場與轉(zhuǎn)子的相對轉(zhuǎn)速為An=ni-n=sr1,An也就是氣隙旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子繞組的速度增加，于是轉(zhuǎn)差率s增大，在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)出電動勢的頻率f2增大，電動勢E2增大，轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生的電流I2增大，電磁轉(zhuǎn)矩Tm也增大，當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩增大到與負載轉(zhuǎn)矩和空載轉(zhuǎn)矩相平衡時，電動機將以低于同步轉(zhuǎn)速ni的速度n穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)。負載運行時， 除了定子電流Ii產(chǎn)生一個定子磁動勢Fi外， 轉(zhuǎn)子電流I2還產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁動勢F2,它的磁極對數(shù)與定子的磁極對

8、數(shù)始終是相同的，而總的氣隙磁動勢則是Fi與F2的合成。轉(zhuǎn)子磁動勢相對轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度為60f2s60f1n2=sn1P2P,若定子旋轉(zhuǎn)磁場為順時針方向，由于n-nl,因此感應(yīng)而形成的轉(zhuǎn)子電動勢或電流的相序也必然按順時針方向排列。由于合成磁動勢的轉(zhuǎn)向決定于繞組中電流的相序，所以轉(zhuǎn)子合成磁動勢F2的轉(zhuǎn)向與定子磁動勢F1的轉(zhuǎn)向相同，也為順時針方向，于是轉(zhuǎn)子磁動勢F2在空間的(即相對于定子)的旋轉(zhuǎn)速度%+=即+n-n(7-6)即等于定子磁動勢F1在空間的旋轉(zhuǎn)速度， 也就是說， 無論異步電動機的轉(zhuǎn)速如何變化， 定、轉(zhuǎn)子磁動勢總是相對靜止的。7.3.2轉(zhuǎn)子繞組各電磁量特點在前面已提到；當(dāng)三相異步電動機負載運

9、行時，由于軸上機械負載轉(zhuǎn)矩的增加，原空載時的電磁轉(zhuǎn)矩?zé)o法平衡負載轉(zhuǎn)矩，電動機開始降速，磁場與轉(zhuǎn)子之間的相對運動速度加大，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢增加，轉(zhuǎn)子電流和電磁轉(zhuǎn)矩增加，當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩增加到與負載轉(zhuǎn)矩和空載制動轉(zhuǎn)矩相平衡時，電動機就以低于空載時的轉(zhuǎn)速而穩(wěn)定運行。由此可見，當(dāng)負載轉(zhuǎn)矩改變時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n或轉(zhuǎn)差率s隨之變化，而s的變化引起了電動機內(nèi)部許多物理量的變化。_pn_spnifo-sfi(1)轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動勢及電流的頻率為：6060即轉(zhuǎn)子電動勢的頻率f2與轉(zhuǎn)差率s成正比，所以轉(zhuǎn)子電路和變壓器的二次繞組電路具有不同的特點。(2)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)子繞組的電動勢E2s=4.442K2m=4.4s4*2msE上

10、式表明，轉(zhuǎn)子電動勢大小與轉(zhuǎn)差率成正比。當(dāng)轉(zhuǎn)子不動時,轉(zhuǎn)子電動勢達到最大，即轉(zhuǎn)子靜止時的電動勢；當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，而減小。E2為轉(zhuǎn)子電動勢的最大值(也稱堵轉(zhuǎn)電動勢)。(3)轉(zhuǎn)子電抗X2sX2s=2-f2-22二sfL.=2sX式中L2轉(zhuǎn)子繞組的每相漏電感X2轉(zhuǎn)子靜止時的每相漏電抗，X2=27TfiL2o上式表明轉(zhuǎn)子電抗的大小與轉(zhuǎn)差率成正比，當(dāng)轉(zhuǎn)子不動時，s=i,X2s=X2,轉(zhuǎn)子電抗達到最大即轉(zhuǎn)子靜止時的電抗X2。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時X2s隨s的減小而減小。(7-7)s=i,E2s=E2,E2s隨s的減小(7-8)(4)轉(zhuǎn)子電流I2s由于轉(zhuǎn)子電動勢和轉(zhuǎn)子漏抗都隨s而變， 并考慮轉(zhuǎn)子繞組電阻R2,故轉(zhuǎn)子電流1

11、2s也與S有關(guān)，即上式說明轉(zhuǎn)子電流隨s的增大而增大，當(dāng)電動機啟動瞬間，s=1為最大，轉(zhuǎn)子電流也為最大；當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，s減小，轉(zhuǎn)子電流也隨之減小。(5)轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)由于轉(zhuǎn)子每相繞組都有電阻和電抗是一感性電路。轉(zhuǎn)子電流滯后于轉(zhuǎn)子電動勢中2角度，其功率因數(shù)為(7-10)上式說明轉(zhuǎn)子功率因數(shù)隨s的增大而減小。必須注意8stp2只是轉(zhuǎn)子的功率因數(shù)，若把整個電動機作為電網(wǎng)的負載來看，其功率因數(shù)指的是定子功率因數(shù)，二者是不同的。7.3.3磁動勢平衡方程當(dāng)異步電動機空載運行時，主磁通是由定子繞組的空載磁動勢單獨產(chǎn)生的；異步電動機負載運行時， 氣隙中的合成旋轉(zhuǎn)磁場的主磁通， 是由定子繞組磁動勢和轉(zhuǎn)子繞組磁

12、動勢共同產(chǎn)生的，這一點和變壓器相似。由電磁關(guān)系可知，定轉(zhuǎn)子磁動勢在空間相對靜止，因此可以合并為一個合成磁動勢，即F=GF2(7-ii)式中F0稱勵磁磁動勢，它產(chǎn)生氣隙中的旋轉(zhuǎn)磁場。該式稱為異步電動機的磁動勢平衡方程式，它也可以寫成Fi=Fo+(-F2(7-可以認為定子電流建立的磁動勢有兩個分量：一個是勵磁分量F0用來產(chǎn)生主磁通；另一個是負載分量(-F2)用來抵消轉(zhuǎn)子磁動勢的去磁作用，以保證主磁通基本不變。這就是異步電動機的磁動勢平衡關(guān)系，使電路上無直接聯(lián)系的定、轉(zhuǎn)子電流有了關(guān)聯(lián)，定子電流隨轉(zhuǎn)子負載轉(zhuǎn)矩的變化而變化。7.3.4電壓平衡方程式根據(jù)前面分析異步電動機負載時的定、轉(zhuǎn)子電路中，轉(zhuǎn)子電路的

13、頻率為f2且轉(zhuǎn)子電路自成閉路，對外輸出電壓為零，如圖7.7所示。由以上電路圖可列出定子電路的電動勢平衡方程式.Ui=Ei+IRtjlXi0=iE+Ii(Ri+jXo)1(7-13)轉(zhuǎn)子電路的電動勢平衡方程式.E2s=WRz+jXs)=IsZz(7-14)式中z2s為轉(zhuǎn)子繞組在轉(zhuǎn)差率為S時的漏阻抗Z2s=R2jXs2I2sE2sRX2sE2R|sX2(7-9)cos;：2圖7.7異步電動機的定、轉(zhuǎn)子電路7.47.4三相異步電動機的等效電路7.4.1折算異步電動機定、轉(zhuǎn)子之間沒有電路上的聯(lián)系，只有磁路上的聯(lián)系，不便于實際工作的計算，為了能將轉(zhuǎn)子電路與定子電路作直接的電的連接，要進行電路等效,等效要

14、在不改變定子繞組的物理量（定子的電動勢、電流、及功率因數(shù)等）而且轉(zhuǎn)子對定子的影響不變的原則下進行，即將轉(zhuǎn)子電路折算到定子側(cè)，同時要保持折算前后F2不變，以保證磁動勢平衡不變和折算前后各功率不變。為了找到異步電動機的等效電路，除了進行轉(zhuǎn)子繞組的折合外，還需要進行轉(zhuǎn)子頻率的折算。.頻率折算將頻率為f2的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子電路折算為與定子頻率fl相同的等效靜止轉(zhuǎn)子電路，稱為頻率折算，轉(zhuǎn)子靜止不動時S=1,f2=fl。因此，只要將實際上轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子電路折算為靜止不動的等效轉(zhuǎn)子電路，便可達到頻率折算的目的。為此將下式實際.運行的轉(zhuǎn)子電流12s=E=SE2（7-15）R2jX2R2jsx2.分子分母同除以轉(zhuǎn)差率s得|

15、2=E=-J（7-16）52jX20TSR2jX2S.S以上兩式的電流數(shù)值仍是相等的，但是兩式的物理意義不同。式（7-15）中實際轉(zhuǎn)子電流的頻率為f2,式（7-16）中為等效靜止的轉(zhuǎn)子所具有的電流，其頻率為f1。前者為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時的實際情況，后者為轉(zhuǎn)子靜止不動時的等效情況。由于頻率折算前后轉(zhuǎn)子電流的數(shù)值未變，所以磁動勢的大小不變。同時磁動勢的轉(zhuǎn)速是同步轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速無關(guān)，所以式7-16的頻率折算保證了電磁效應(yīng)的不變。由式中可看出頻率折算前后轉(zhuǎn)子的電磁效應(yīng)不變，即轉(zhuǎn)子電流的大小、相位不變,除了改變與頻率有關(guān)的參數(shù)以外，只要用等效轉(zhuǎn)子的電阻R2+jX2S代替實際轉(zhuǎn)子中的電阻R2即可R2式中S為異步電

16、動機的等效負載電阻，等效負載電阻上消耗的電功率為I；R2I IS SJ,這部分損耗在實際電路中并不存在，實質(zhì)上是表征了異步電動機輸出的機械功率。頻率折算后的電路如圖7.8所示。比較上兩式得E2=當(dāng)E2=keE2=E1N2kW2ke=式中N1kW1N2kW2稱電壓比(3)阻抗的折算由折算前后轉(zhuǎn)子銅耗不變的原則有R2=m2m1R2=m2R2=kekiR2同理由繞組折算前后轉(zhuǎn)子電路的無功功率不變可導(dǎo)出X2=KRX(7-21)(7-22)(7-23)(7-24)圖7.8轉(zhuǎn)子繞組頻率折算后的異步電動機的定、轉(zhuǎn)子電路.繞組折算進行頻率折算以后， 雖然已將旋轉(zhuǎn)的異步電動機轉(zhuǎn)子電路轉(zhuǎn)化為等效的靜止電路， 但還

17、不能把定、轉(zhuǎn)子電路連接起來，因為兩個電路的電動勢還不相等。和變壓器的繞組折算一樣，異步電動機繞組折算也就是人為地用一個相數(shù)、每相串聯(lián)匝數(shù)以及繞組系數(shù)和定子繞組一樣的繞組代替相數(shù)為m2,每相串聯(lián)匝數(shù)為N2以及繞組系數(shù)為而經(jīng)過頻率折算的轉(zhuǎn)子繞組。但仍然要保證折算前后轉(zhuǎn)子對定子的電磁效應(yīng)不變，即轉(zhuǎn)子的磁動勢、轉(zhuǎn)子總的視在功率、銅耗及轉(zhuǎn)子漏磁場儲能均保持不變。轉(zhuǎn)子折算值上均加表示。(1)電流的折算0.9mNiKwil2=0.9口2N2kw2l2由保持轉(zhuǎn)子磁通勢F2=F2不變的原則，即2P2P(7-17)m2N2kW211I2I2二丁I2折算后的轉(zhuǎn)子電流有效值為miNlkwiki(7-18)m1N1kw

18、1ki-式中m2N2kW2稱電流比(2)電動勢的折算由于定、轉(zhuǎn)子磁動勢在繞組折算前后都不變，故氣隙中的主磁通也不變，繞組折算前后的轉(zhuǎn)子電動勢分別為E2=4.44f1N2kw26m(7-19)E2=4.44/同1：%(7-20)以上可見，轉(zhuǎn)子電路向定子電路進行繞組折算的規(guī)律是；電流A除以電流比ki,電壓V乘以電壓比ke,阻抗。乘以電壓比ke與電流比ki的乘積.注意；折算只改變相關(guān)的值大小，而不改變其相位的大小。7.4,2等效電路根據(jù)折算前后各物理量的關(guān)系，可以作出折算后的T型等效電路，如圖7,9所示。圖7.9三相異步電動機的T型等效電路由T型等效電路可得異步電動機負載時的基本方程式為ULEIRi

19、jXd).-Ui=Io(RmjXm).Ei=E2(7-25).11T2=10.E2jX2)s1-s,n=o,s=1,sR2=0it(1)當(dāng)空載運行時s2,由圖可見相當(dāng)于轉(zhuǎn)子開路。(2)轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時(接上電源轉(zhuǎn)子被堵住轉(zhuǎn)不動時)，相當(dāng)于變壓器二次側(cè)短路情況。因此在異步電動機啟動初始接上電源時，就相當(dāng)于短路狀態(tài)，會使電動機電流很大，這在電機實驗及使用電動機時應(yīng)多加注意。三相異步電動機的功率和電磁轉(zhuǎn)矩功率平衡方程式異步電動機的功率關(guān)系可用T型等效電路圖來分析。異步電動機通電運行時，T型等效電路中每個電阻上均產(chǎn)生一定損耗，如：定子電阻R1產(chǎn)生定子銅損耗Pcu1=3|1R(7-26)勵磁電阻Rm產(chǎn)生定子鐵

20、損耗(忽略)2pFepFe131mRm(7-27)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生轉(zhuǎn)子銅損耗從而可得三相異步電動機運行時的功率關(guān)系如下。電源輸入電功率除去定子銅損耗和鐵損耗便是定子傳遞給轉(zhuǎn)子回路的電磁功率：Rm=R-pCu1-pFe電磁功率又等于等效電路轉(zhuǎn)子回路全部電阻上的損耗，即實際上是傳輸給電動機轉(zhuǎn)軸上的機械功率，用PMEC表示。它是轉(zhuǎn)子繞組中電流與氣隙旋轉(zhuǎn)磁場共同作用產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩，帶動轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)所對應(yīng)的功21-S如PMECPemP2C=u32屋(1sPem率s(7-31)電動機運行時，還存在由于軸承等摩擦產(chǎn)生的機械損耗pmec及附加損耗pad。大型電機中pad約為0.5%PN,小型電機的pad=(1-3

21、)%PN。轉(zhuǎn)子的機械功率PMEC減去機械損耗pmec和附加損耗pad才是轉(zhuǎn)軸上實際輸出的功率，用P2表示。全過程為P2=PI(pCu1+pFe+pCutpmec+Rad)=P-毛p(7-33)功率關(guān)系可用圖7.10來表示。 從以上功率關(guān)系定量分析看出， 異步電動機運行時電磁功率Pem、轉(zhuǎn)子損耗pCu2和機械功率PMEC三者之間的定量關(guān)系是Pem：PCu2：PMEC=1：s：(1-s)(7-34)也可寫成下列關(guān)系式Pem=Pcu2PMECPCi2-sPCuPMEC-(1-s)Pem上式表明，當(dāng)電磁功率一定，轉(zhuǎn)差率s越小，轉(zhuǎn)子銅損耗越小，機械功率越大，效率越高。電動機運行時，若s增大，轉(zhuǎn)子銅耗也增

22、大，電機易發(fā)熱，效率降低。轉(zhuǎn)矩平衡方程式Pcu2=3IR2(7-28)(7-29)2Rm=312R21-sR=3Is2R22s電磁功率除去轉(zhuǎn)子繞組上的損耗，就是等效負載電阻上的損耗,(7-30)這部分等效損耗P2=PMECpmec-pad可見異步電動機運行時，從電源輸入電功率(7-32)P1到轉(zhuǎn)軸上輸出機械功率的(7-35)圖7.10異步電動機功率流程圖機械功率PMEC除以軸的角速度 C 就是電磁轉(zhuǎn)矩，即_PMECem-j電磁轉(zhuǎn)矩與電磁功率關(guān)系為PMECPMECPMECPemem=丁=2=21=7T1-s-16060式中C1為同步角速度(用機械角速度表示)式(3-33)兩邊同時除以角速度可得出

23、Pmec-PadPT2=Tem-T010一H77式中T0空載轉(zhuǎn)矩，T2輸出轉(zhuǎn)矩在電力拖動系統(tǒng)中，常可忽略T0,則有Tem：T2=TL式中TL負載轉(zhuǎn)矩三相異步電動機的工作特性異步電動機的工作特性是指定子的電壓及頻率為額定時，電動機的轉(zhuǎn)速n、定子電流II、功率因數(shù)、電磁轉(zhuǎn)矩Tem效率n等與輸出功率P2的關(guān)系曲線。上述關(guān)系曲線可以通過直接給異步電動機帶負載測得，也可以利用等效電路參數(shù)計算得出。圖7.11為三相異步電動機的工作特性曲線。轉(zhuǎn)速特性n=f(P2)三相異步電動機空載時，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n接近于同步轉(zhuǎn)速m。隨著負載的增加，轉(zhuǎn)速n要略微降低，這時轉(zhuǎn)子電動勢E2s=sE2增大，從而使轉(zhuǎn)子電流12s增大，

24、以產(chǎn)生較大的電磁轉(zhuǎn)矩來平衡負載轉(zhuǎn)矩。因此，隨著P2的增加，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n下降，轉(zhuǎn)差率s增大。轉(zhuǎn)速特性是一條硬”特性，如圖7.11所示。轉(zhuǎn)矩特性Tem=f(P2)空載時P2=0,電磁轉(zhuǎn)矩Tem等于空載制動轉(zhuǎn)矩T0o隨著P2的增加，Tem=fP29.55P2,T2:已知n,如n基本不變，則T2為過原點的直線。考慮到P2增加時，n稍有降低，故T2=f(P2)隨著P2增加略向上偏離直線。在Tem=T0+T2式中。丁0之值很小，而且認為它是與P2無關(guān)的常數(shù)。所以將比平行上移T0數(shù)值，如圖7.11所示。(7-36)(7-37)(7-38)圖7.11異步電動機的工作特性苣3=定子電流特性Ii=f(P2)當(dāng)電動機

25、空載時，轉(zhuǎn)子電流近似為零，定子電流等于勵磁電流I0O隨著負載的增加，轉(zhuǎn)速下降(s增大)，轉(zhuǎn)子電流增大，定子電流也增大。當(dāng)P2PN時，由于此時cos*2降低，Ii增長更快些。如圖7.11所示。功率因數(shù)特性cos平1=f(P2)三相異步電動機運行時，必須從電網(wǎng)中吸取感性無功功率，它的功率因數(shù)總是滯后的，且永遠小于1。電動機空載時，定子電流基本上只有勵磁電流，功率因數(shù)很低，一般不超過0.2。當(dāng)負載增加時，定子電流中的有功電流增加，使功率因數(shù)提高。接近額定負載時，功率因數(shù)也達到最高。超過額定負載時，由于轉(zhuǎn)速降低較多，轉(zhuǎn)差率增大，使轉(zhuǎn)子電流與電動勢之間的相位角中2增大，轉(zhuǎn)子的功率因數(shù)下降較多，引起定子電

26、流中的無功電流分量也增大，因而電動機的功率因數(shù)cosQ趨于下降，如圖7.11所示。效率特性想f(P2)二吐01_ip根據(jù)PIP2+Ip(7-39)知道，電動機空載時巳=0,=0；隨著輸出功率的增加，效率刈也增加。在正常運行范圍內(nèi)，因主磁通變化很小，所以鐵損耗變化不大，機械損耗變化也很小，合起來稱不變損耗。定、轉(zhuǎn)子銅損耗與電流平方成正比，隨著負載而變化，稱可變損耗。當(dāng)不變損耗等于可變損耗時，電動機的效率達最大。對于中、小型異步電動機，大約p2=(0.751)PN時，效率最高。如果負載繼續(xù)增大，可變損耗增加的較快，效率反而降低。由此可見，效率曲線和功率因數(shù)曲線都是在額定負載附近達到最高，選用電動機

27、容量時，應(yīng)注意與負載相匹配。如果選得過小，電動機長期過載運行影響壽命；如果選得過大，則功率因數(shù)和效率都很低，浪費能源。三相異步電動機參數(shù)的測定?等值電路計算異步電動機的工作特性，應(yīng)先知道它的參數(shù)。?和變壓器一樣，通過做空載和短路(堵轉(zhuǎn))兩個試驗，就能求出異步電動機的參數(shù)來。一、短路試驗?短路試驗又叫堵轉(zhuǎn)試驗，即把繞線式異步電機的轉(zhuǎn)于繞組短路，并把轉(zhuǎn)子卡住，不使其旋轉(zhuǎn)，鼠籠式電機轉(zhuǎn)子本身已短路。?實驗過程:從UnSnN開始，然后逐漸降低電壓?記錄定子繞組加的端電壓、定子電流1K和定子輸入功率PK0試驗時，還應(yīng)量測定子繞組每相電阻Rs的大小。根據(jù)試驗的數(shù)據(jù)，畫出異步電動機的短路特性IlK=f(Ul

28、)、PK=f(Ui)，如圖所示。功率關(guān)系：因電壓，低鐵損耗可忽略，為了簡單起見，可認為Im00,AAZ；由于試驗時，轉(zhuǎn)速n=0,機械損耗Pfv=0,定子全部的輸入功率R都損耗在定、轉(zhuǎn)子的電阻上，即PK=3I2Rs3(ls)2Rr由于1m&01r&1s-1KR=3|K(序R)所以根據(jù)短路試驗測得的數(shù)據(jù)，可以算出短路阻抗、短路電阻和短路電抗。即實驗?zāi)康模簽榱藴y勵磁阻抗Rm，Xm，機械損耗Pfv,鐵心損耗PFe。試驗過程：轉(zhuǎn)軸上不加任何負載，即電動機處于空載運行，把定子繞組接到頻率為額定的三相對稱電源上，當(dāng)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(diào)壓器改變

29、加在電動機定于繞組上的電壓，使其從(1.11.3)開始，逐漸降低電壓，直到電動機的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速n,并畫成曲線。如圖所示，即異步電動機的空載特性。由于異步電動機處于空載狀態(tài)，轉(zhuǎn)子電流很小，轉(zhuǎn)子里的銅損耗可忽略不計。所以這個時候的空載損耗全部消耗在定子銅耗，鐵耗，機械損耗，和附加損耗中，即：2、P0-3|0RpFepfvpadZkUs-,Rk=IKPk3I2Rk=RsRr，XsXrXk=XSXRXk2露如圖所示，把圖中曲線延長與縱坐標(biāo)軸交于點0,過0,做一水平虛線，把曲線的縱坐標(biāo)分成兩部分。由于機械損耗與轉(zhuǎn)速有關(guān)，電動機空載時，轉(zhuǎn)速接近于

30、同步轉(zhuǎn)速，對應(yīng)的機械損耗是個不變的數(shù)值。即可由虛線與橫坐標(biāo)軸之間的部分來表示這個損耗，其余部分當(dāng)然就是鐵損耗和空載附加損耗了。定子加額定電壓時，根據(jù)空載試驗測得的數(shù)據(jù)UNftUi,可以算出：UsPo-PfvZo=T?ro=rrXo=：Z；二R2式中Po是測得的三相功率；Io、Ui分別是相電流和相電壓。Xo=XmXs可從短路（堵轉(zhuǎn)）試驗中測出，于是勵磁電抗：Xm=Xo-人勵磁電阻為：Rm=R。-Rs五、三相異步電動機的感應(yīng)電動勢定 子 三 相 繞 組 中 依 次 通 入 三 相 電 流IOA,IOB,IOC（ 對 稱 ， 互 差12o12oo,p216Fig.5.9,p216Fig.5.9）。產(chǎn)

31、生氣隙旋轉(zhuǎn)磁勢，轉(zhuǎn)向由電流相序決定。前面學(xué)習(xí)了單相繞組產(chǎn)生的磁勢位于相繞組軸線上，所以通入白電流有 A,B,A,B,C C 順序時，磁勢將由 A A 相繞組軸線到 B B 相繞組軸線再到 C C 相繞組軸.線。 轉(zhuǎn)速為同步速度 n ni, ,其產(chǎn)生磁通為柒。 該磁通與定子某相繞組交鏈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢為：E1=-j4.44fiNikNit感應(yīng)電動勢滯后磁通 9090 度電角度。如果轉(zhuǎn)子繞組每相串聯(lián)匝數(shù) N N2,基波繞組系數(shù) k kN2,感應(yīng)電動勢頻率 f f2=Sf=Sfl=f=fl,主磁通也在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生的相電動勢有效值為:E2=4.44f2N2kN2m=4-44f1N2kN2mk二邑二N-

32、NI電動勢變比：e=E7=N2kN2第三節(jié)三相異步電動機的空載運行、轉(zhuǎn)子繞組短路轉(zhuǎn)子仍然靜止不動，但是轉(zhuǎn)子繞組被短路。當(dāng)產(chǎn)生感應(yīng)電動勢后就會產(chǎn)生電流。分別由定轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生的磁勢 FI,F2轉(zhuǎn)速相同、轉(zhuǎn)向相同、極對數(shù)相同（必須），說明它們在空間相對靜止。二者合成磁勢為 Fo,Fo,它在氣隙中產(chǎn)生的合成旋轉(zhuǎn)磁場 B Bm。F Fo,B Bm，F(xiàn) Fl轉(zhuǎn)速相同、轉(zhuǎn)向相同、極對數(shù)相同。二、電動勢平衡方程式U1-EiI1Z1=.在2=I2（R2+jX2（y）E1=keE2第四節(jié)三相異步電動機的負運行轉(zhuǎn)子繞組的電動勢和電流轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，三個速度及其關(guān)系有：轉(zhuǎn)子（機械）轉(zhuǎn)速n,氣隙磁場轉(zhuǎn)速m,氣隙磁場與轉(zhuǎn)子相

33、對轉(zhuǎn)速n2（它決定了轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動勢及電流的變化頻率）。n2=n1-nI與=pn2=n1-npn1=$力、60n160s 在（0.010.04）范圍 f1=50HZ時 f2在（0.5-2）HZ當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢和電流變化頻率為f2,所有與頻率有關(guān)的物理量都發(fā)生變化。轉(zhuǎn)子繞組每相電動勢E2s-4.44f2N2kN2m4.44sf1N2kN2m=sE2X2；：s=2L2=2-f2L2-=S2-：f1L2,-=SX2二、定、轉(zhuǎn)子磁通勢仍然相對靜止結(jié)論：不論s和n怎樣變化，從定子坐標(biāo)系看，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁勢與定子旋轉(zhuǎn)磁勢角頻率相同、極對數(shù)相同、轉(zhuǎn)速相同、轉(zhuǎn)向相同。就是說定轉(zhuǎn)子磁勢在氣隙中相對靜止

34、。因為： 站在定子坐標(biāo)系上看， 定子磁勢旋轉(zhuǎn)速度為氣隙磁場同步轉(zhuǎn)速ni,氣隙磁場與轉(zhuǎn)子相對轉(zhuǎn)速n2,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n,所以站在定子坐標(biāo)系上看轉(zhuǎn)子磁勢轉(zhuǎn)速為n2+n=ni,所以定轉(zhuǎn)子磁勢在氣隙中相對靜止。例題p223三、頻率折算進行頻率折算的目的是用一個等效的靜止的轉(zhuǎn)子來代替原來旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子。件是磁勢平衡、功率守恒。經(jīng)過數(shù)學(xué)的簡單變換，得出結(jié)論是：用一個靜止的轉(zhuǎn)子來代替原來旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子時，與頻率有關(guān)得物理量乘以s（感應(yīng)電動勢和電抗），電阻要除以so畫出等（1-s）R2效電路圖5.13b,可知靜止的轉(zhuǎn)子回路中串入了一個附加電阻s四、等效電路從轉(zhuǎn)子靜止到考慮轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的異步電動機平衡方程組如下:U1=_E1+

35、I1Zi.,一一一E2sSE2根據(jù) （參考圖5.13a）得：I2s七R2+jX2（頻率為 f2）=R2+jsX2。經(jīng)過變換sE2I2二比，jsX21,s（頻率為fi）sE2I2二（1-s）R2R2jsX2sU1=E1+I1Z1.E2=I2（R2+jX20）.II0I1+I2E1=E2.E1=loZmU1=E1+l1Z1E2=12戶+jX2a）s.，1011+12E1=E2.E1=loZmU2=E212Z2=I2ZL.產(chǎn)=E2.I-I1+I2=I0.-E1=I0ZmU2=I2ZL五、簡化等效電路T型等效電路（計算機用）r型等效電路（工程用）：為了簡化計算，也希望像變壓器那樣將勵磁支路前移,不同的

36、是變壓器勵磁阻抗非常大，勵磁電流和原邊漏阻抗很小。而異步電動機則不然，需要引入工程校正系數(shù)。簡化等效電路：（手工計算用）對于容量較大（超過100kW）的電機，。1/，可以利用簡化電路。和變壓器一樣，基本方程式、相量圖、等效電路是描述電機內(nèi)部電磁關(guān)系的三種不同方式， 但它們本質(zhì)上是一致的。 定量分析用等效電路； 討論物理量間的關(guān)系用相量圖；理論分析用方程式。六、相量圖異步電動機運行于電動機狀態(tài)，其相量圖與變壓器帶有電阻性負載時的相量圖相同。已知參數(shù)包括：U1,I1,cos（|）1,s,R1,R2,X1、X2。，ke,ki.0異步電動機對電網(wǎng)來說是一個感性負載，感性負載k滯后電壓U1的角度為Q。方

37、法一1）以磁通小m為參考相量2）感應(yīng)電動勢E1滯后磁通/90度，-E1則超前立90度3）勵磁電流 S 超前內(nèi)一個鐵耗角aFe根據(jù)U1=-曰+門但+上*）得出E1_，R2,E?=I?（2jX2.-），4）根據(jù)E1=E2及22sJ0求出I2,.一5）由I0=I1+I2變換得I1=I0+（12）6）根據(jù)U1=-E-IR+jXg）得出U1（這個值是已知的）以及Q如果已知具體的U1,I1,cos（|）1,值,則可以U1為參考相量，依次為I1,E1,I2,I0式中，（1）電磁轉(zhuǎn)矩等于電磁功率除以同步角速度，也等于總機械功率除以機械角速度（2）穩(wěn)態(tài)時，電磁轉(zhuǎn)矩與負載制動轉(zhuǎn)矩和空載制動轉(zhuǎn)矩平衡。第五節(jié)三相異步

38、電動機的功率、轉(zhuǎn)矩平衡方程式、功率平衡方程式(1)從等效電路中可以看出， 電網(wǎng)輸入電功率P1,一部分消耗在定子電阻R另一部分在Rm上。余下的功率便是通過氣隙旋轉(zhuǎn)磁場，利用電磁感應(yīng)作用傳遞到轉(zhuǎn)子上的電磁功率Pem。1,(2)再看轉(zhuǎn)子回路，電磁功率除了部分消耗于轉(zhuǎn)子銅耗外PCU2,剩下的就是總(3)機械功率Pmec。產(chǎn)生有效的機械功率以后,附加損耗。電機就會轉(zhuǎn)動起來，自然產(chǎn)生機械摩擦損耗及、率流程圖、功率平衡關(guān)系|P1Pem.pcu1pFePem=pcu2Pmec1Pmec=pmecpadP2P1=m1U1I1cos1Pem=m1E212cos22pcu1=m111R1，2,pcu2=m1I2R2-.2R2PemFl2s2pFeFloRm,21_s,Pmec=m112R2spcu2PmFem可見，1）轉(zhuǎn)子回路中,耗代表電磁功率ecPmec=1-SPem*2R2的損耗代表轉(zhuǎn)子銅耗；ss1-s的損耗代表總機械功率;s的損，22）從式 pcu2=m112K可以說明 s 大，轉(zhuǎn)子銅耗大，電機效