第五章 感應電機1改

第五章感應電機5.1三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5.3三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5.6感應電動機參數(shù)的測定5.8感應電動機的工作特性5.7感應動機的轉矩—轉差率曲線5.5籠形轉子的極數(shù)、相數(shù)和參數(shù)的歸算5.10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5.11單相感應電動機5.12感應發(fā)電機和直線感應電機異步電動機用途及特點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。異步電動機分為三相和單相兩種。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(shù)千千瓦，占各種電動機總數(shù)的90%左右，占電網(wǎng)總負荷的60%。優(yōu)點：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。缺點：功率因數(shù)較低、調速性能不夠好。.3

各式異步電動機防爆電動機鼠籠式電動機繞線式電動機高壓電動機氣隙——較小為宜(氣隙小，磁阻小，則勵磁電流小)定子①機座②定子鐵心③定子繞組轉子⑴繞線式轉子⑵鼠籠式轉子①轉子鐵心②轉子繞組③轉軸一、感應電機的結構5.1感應電機的結構和運行狀態(tài)三相感應電機的結構籠型異步電機剖面圖轉軸定子繞組轉子定子鐵心端蓋接線盒下圖是一臺三相鼠籠型異步電動機主要部件的拆分圖。動畫1.定子①機座②定子鐵心③定子繞組①機座:固定和支撐定子鐵心②定子鐵心作用：定子磁路的一部分、嵌放定子繞組。構成：為減少鐵耗，鐵心一般采用導磁性能好、磁滯損耗小的0.5mm厚的硅鋼片疊成。

——定子沖片定子沖片為嵌放定子繞組，定子沖片中均勻地沖制若干個形狀相同的槽。半閉合開口槽半開口半閉合（小型機，繞組為圓導線）、半開口（低壓中型機，繞組為成型線圈）、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）。槽形：作用：是電機的電路，它可感應電動勢、流過電流、實現(xiàn)機電能量轉換。③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。大連理工大學電氣工程系

定子接線盒U1V1

W1W2U2V2U1V1

W1U2V2

W2星形(Y)聯(lián)結U1V1

W1W2

U2V23~三角形()聯(lián)結U1V1

W1W2

U2V23~2.轉子①轉子鐵心②轉子繞組⑵繞線式轉子⑴鼠籠式轉子③轉軸繞線型異步電動機鼠籠型異步電動機①轉子鐵心：0.5mm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。②轉子繞組：感應電動勢、流過電流、產生電磁轉矩。斜槽形式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，故稱鼠籠式繞組。了解知識：銅料：需要把事先做好的裸銅條插入轉子鐵心上的槽里，再用銅端環(huán)套在伸出兩端的銅條上，最后焊在一起。鋁料：熔化的鋁液直接澆鑄在轉子鐵心上的槽里，連同端環(huán)、風扇一次鑄成。鑄鋁鼠籠轉子可節(jié)約用銅，工藝簡單，可提高生產率，所以容量在100kW以下的小型異步機一般采用。繞線式繞組為對稱三相繞組，一般接成星形，出線端經(jīng)滑環(huán)、電刷引出電流。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。了解知識：三相末端聯(lián)接在一起，三相始端分別與裝在轉軸上但與轉軸絕緣的三個滑環(huán)相聯(lián)接，沿環(huán)外緣又與三個靜止的電刷相接觸，電刷再和外電路聯(lián)接。借此，轉子繞組既能自身閉合又能把附加電阻引入轉子電路以改善電動機的運行性能。繞線式轉子繞組異步電動機繞線轉子③轉軸

支撐轉子鐵心，輸出機械轉矩。3.氣隙定轉子之間的間隙，很小，0.2-1mm。對電機的性能影響很大。氣隙大小對電機性能有很大的影響氣隙大：磁阻大，勵磁電流大，功率因數(shù)低。氣隙?。簽榱私档碗姍C的空載電流（勵磁電流），提高電機的功率因數(shù)，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，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。問題１：隨著磁場的轉動，閉合線圈是如何運動的？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（一）旋轉磁場1.旋轉磁場的產生W2

W1V2

V1U1U2

對稱三相(多相)電流

→對稱三相(多相)繞組→旋轉磁場。三相繞組二、感應電機的工作原理橫截面U1U2V1V2W2W1U1V1

W1U2V2

W2

流出

流入規(guī)定電流正方向：首端到末端U←V←W←U1U2V1V2W2W1i1=Imsin

ti2=Imsin(

t－120O)i3=Imsin(

t＋120O)i1

i2

i3

t=0O

時i1=0，i2＜0，i3

＞0××NSIm

tOi1規(guī)定電流正方向：首端到末端120O240O

360O0Ot=0O

時i1=0，i2＜0，i3＞0U1U2V1V2W2W1NSt=120O

時i1＞0，i2=

0，i3＜

0U1U2V1V2W2W1NSU1U2V1V2W2W1U1U2V1V2W2W1NSt=240O

時i1＜

0，i2＞0，i3=0t=360O

時i1=0，i2＜0，i3＞0NS觀察：旋轉磁場轉向如何?結論：當空間彼此相差1200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。i

變化一周i每秒鐘變化50周i每分鐘變化(50×60)周→旋轉磁場轉一圈→旋轉磁場轉50圈→旋轉磁場轉3000圈2.旋轉磁場的轉速ns

同步轉速ns

ns

=3000=60f1(r/min)

同步轉速ns的大小怎樣改變？磁極對數(shù)p=1U1U2V1V2W2W1每相繞組由一個線圈組成U1V1W1U2V2

W2U3V3

W3U4V4

W4U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3每相繞組由兩個線圈串聯(lián)組成U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3××××t=0O

時

i1=0，i2＜0，i3

＞0NSNS

磁極對數(shù)p=2

電流變化一周→旋轉磁場轉半圈

ns

=1500

當磁極對數(shù)p=3時

ns

=100060f12=60f13=60f1pns=

f1

=50Hz時：

123456300015001000750600500pns/(r/min)

3.旋轉磁場的轉向

U(i1)→V(i2)→W(i3)※由超前相轉向滯后相?！赏ㄈ肜@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?方法：把接到三相繞組上的任意兩根電源線對調，就可實現(xiàn)旋轉磁場的反轉。問題：如果三相異步電動機的定子接入三相電源,則轉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

機械負載旋轉起來對稱三相繞組通入對稱三相電流旋轉磁場（磁場能量）

磁感線切割轉子繞組

轉子繞組中產生e和

i

轉子繞組在磁場中受到電磁力的作用

轉子旋轉起來電磁轉矩感應

三相交流電能nsns1.電磁轉矩的產生×

××

×轉子電流的有功分量與旋轉磁場相互作用，產生同一個方向的電磁轉矩。NS特點：·電動機內必須有一個以ns旋轉的磁場——實現(xiàn)能量轉換的前提；

·電動運行時n恒不等于ns

（異步）——必要條件n<ns；

·轉子上是無源的，建立轉矩的電流由感應產生——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)n轉差率:s=

ns－nns轉子轉速:n=(1－s)ns

起動時n=0，s=1

理想空載時n=ns，s=0

正常運行時0＜n＜ns，1＞s＞0

額定運行時sN=0.01~0.092nsns0-ns210-1sn1）電動機狀態(tài)：0<n<n1；1>s>0轉子：i2與e2同方向；Tem與轉向n相同，為驅動轉矩；定子上：從電網(wǎng)吸收電功率。轉子上：輸出機械功率Tem順著轉子轉向，“拉”著轉子“跑”n1即nS

；Tem即Te2）發(fā)電機狀態(tài)：n>n1；s<0轉子：i2、e2與電動機狀態(tài)相反；

Tem與轉子轉向相反，為制動轉矩；轉子上：吸收機械功率定子上：輸出電功率。Tem逆著轉子轉向，“拽”著轉子電動機狀態(tài)發(fā)電機狀態(tài)3）制動狀態(tài)：

n<0；s>1轉子：Tem與n1轉向相同，與n方向相反,

為制動轉矩轉子上：吸收機械功率定子上：從電網(wǎng)吸收電功率兩者吸收的能量全轉變?yōu)闊崮芟牡鬞em逆著轉子轉向，“拽”著轉子電動機狀態(tài)制動狀態(tài)三種工作狀態(tài)的應用現(xiàn)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出現(xiàn)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。旋轉磁場與電磁轉矩同向——電網(wǎng)向電機輸入電能轉子轉向與電磁轉矩同向——電機向外界輸出機械能2.電磁轉矩的大小

Te=CTΦm

I2cosψ23.電磁轉矩的方向(電動狀態(tài)時)與旋轉磁場的轉向相同。順時針方向旋轉問題：怎樣改變轉子的轉向?3~M3~UVW3~M3~UVW逆時針方向旋轉四、額定值（感應電動機）額定功率PN——電動機在額定情況下，軸上輸出的機械功率。單位：KW。額定電壓UN額定電流IN額定頻率fN——50Hz額定轉速nN額定功率因數(shù)——電動機額定運行時加在定子繞組上的線電壓。單位：V或KV?！妱訖C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。單位：A?！妱訖C在額定狀態(tài)時轉子的轉速。 單位：r/min?！妱訖C在額定狀態(tài)時定子的功率因數(shù)注意以下問題：1、輸入電功率，輸出機械功率（電動機）P1N=3

UNINcosN

PN=NP1N=3

UNINcosN

N額定輸入功率額定輸出功率2、感應電機的額定轉速一般多大？-特點：不能連續(xù)變化，沒有2000r/min的感應電機3、如何判斷感應電機的極對數(shù)和同步轉速？一般額定點都在sN=0.01~0.09左右——

可以根據(jù)上頁的表格，根據(jù)nN倒推三相異步電動機的定子部分在結構上和同步電動機的定子部分完全相同。對中、小容量的低壓異步電動機，通常定子三相繞組的六個出線頭都引出，這樣可根據(jù)需要靈活地接成“Y”形或“D”形。U1V1W1U1V1W1W2U2V2W2U2V2D聯(lián)結Y聯(lián)結五、接線5.2三相感應電動機的磁動勢和磁場空載運行時，其轉子速度n接近同步轉速nS，此時，定子磁動勢F1基本上就是產生氣隙主磁場Bm的激磁磁動勢Fm，定子電流I10就近似等于激磁電流Im。計及鐵心損耗時，磁場在空間滯后于磁動勢以鐵心損耗角，如圖5-7所示。一、空載運行時的磁動勢和磁場

1.空載運行時的磁動勢I10(Im)

→F1

(Fm)

→

Bm

2.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，它經(jīng)過的磁路(稱為主磁路)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Φm表示。如圖5-8所示。主磁通Φm是旋轉磁通，其磁密波Bm沿氣隙圓周按正弦規(guī)律分布，以同步轉速ns旋轉，Φm在數(shù)值上等于磁密每半波（每極）的磁通。

nsn氣隙中的主磁場以同步轉速旋轉時，主磁通將在定子每相繞組中感生電動勢

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(shù)是隨時間交變的。從電磁感應定律公式來看，異步電機的工作原理與變壓器并無本質的區(qū)別，也稱異步電機為旋轉的變壓器。若主磁路的磁化曲線用一條線性化的磁化曲線來代替，則主磁通將與激磁電流成正比；于是可認為與之間具有下列關系：因為、，所以，有如右曲線關系：激磁阻抗激磁電阻激磁電抗Zm=Rm

+jXm為勵磁阻抗，Rm是反映鐵耗的等效勵磁電阻，Xm是反映磁通變化的勵磁電抗。氣隙越小，勵磁電抗就越大，在同一定子電壓下，激磁電流就越小。

Im=（25%~50%）I1N主磁路的磁化曲線3.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部分，槽漏磁和端部漏磁如圖5-10a）和b）所示。定子漏磁通將在定子繞組中感應漏磁電動勢。把作為負漏抗壓降來處理，可得漏抗電磁關系：可見，異步電動機空載時的電磁關系與變壓器非常相似。10m定子轉子定子定子4.空載時定子的電壓方程異步電動機空載時，每相電壓平衡方程與變壓器空載時的方程類似：

為定子繞組的漏阻抗：異步電動機的空載運行的等效電路：AX.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，與變壓器空載運行時的等效電路近似。盡管異步電動機的電磁關系與變壓器相似，但它們之間還是有差別的：1）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。4)異步電動機通常采用短距和分布繞組,計算時需考慮繞組系數(shù),變壓器則為整距集中繞組,可認為繞組系數(shù)為1。1、電磁過程-定子繞組通電-形成基波旋轉磁場-同時切割定、轉子繞組-產生定、轉子電勢-產生定、轉子電流、磁勢-合成磁場二、負載運行時的磁動勢和磁場n結果——產生了相對獨立的一個定子電流系統(tǒng)，和一個轉子電流系統(tǒng)——二個電流產生兩個磁動勢：F1（定子磁動勢）和F2（轉子磁動勢）負載后轉子側的情況?關鍵-轉子轉速：n-定子磁場轉速：ns-相對轉速：Δn=ns-n=sns轉子不轉時,理想空載時,“轉差頻率”轉子電勢和電流的頻率?轉子是多相對稱系統(tǒng)→產生多相對稱電勢?頻率：n1)幅值2)轉向因為定子旋轉磁動勢與定子電流相序方向相同；而F2由I2產生，所以轉子旋轉磁動勢的方向與轉子電流相序一致。3)速度轉子旋轉磁動勢F2相對于轉子本身的轉速為n2轉子本身又以轉速n在旋轉，因此從定子側觀察時，F(xiàn)2在空間的轉速應為結論：無論轉子轉速怎樣變化，定、轉子磁動勢F1、F2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轉子磁動勢F2定子和轉子磁動勢之間的速度關系，如右圖所示。圖5-12表示三相繞線型轉子的轉子磁動勢的空間相位。例題5-2snssns時間相量-空間矢量圖（以三相繞線式轉子為例）轉子為純電阻電路時實際轉子具有電阻和漏抗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。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，從而引起定子感應電動勢

和定子電流發(fā)生變化。2.轉子反應產生的磁動勢與轉子產生的磁動勢大小相等、方向相反，使氣隙內的主磁通基本保持不變。負載分量3.負載時的磁動勢方程轉子反應的兩個作用合在一起，體現(xiàn)了通過電磁感應作用，實現(xiàn)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：圖5-13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。圖5-13注意：定轉子極對數(shù)一定相同的，因為轉子磁勢就相當于定子磁勢的“影子”。其中，和取同一方向，因此和為同一方向，和為同一方向。用轉子漏抗來反應漏磁通的變化：4、轉子漏磁通、漏抗和漏感電勢轉子電流除產生

和轉子反應外，還將產生漏磁通，?注意：-：轉子中電流頻率是

f1時的漏抗（轉子不轉）-與s成正比，即：轉子n↑，則漏抗↓每相轉子的漏電感在轉子繞組中感應的漏感電勢用漏電抗上的壓降來表示：——轉子靜止時的漏感電勢負載后（轉子旋轉），漏感電勢為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1.定子電壓方程一、電壓方程定子每相電壓方程：其中?注意：-E2：轉子中電流頻率f2=

f1時的電勢（即轉子不轉、s=1）-E2s與s成正比轉子中的電勢（Φm產生）轉子轉動時的感應電動勢:轉子靜止時的感應電動勢:二者關系為:2.轉子電壓方程轉子每相電壓方程：轉子電阻轉子繞組的電流?結論：-轉子越慢，s↑，則I2s↑-何時最慢？s=1時，即啟動瞬間。此時I2s最大。?結論：-轉子越慢，s↑，

cosψ2s↓-何時功率因數(shù)最??？s=1時：起動時！轉子繞組的功率因數(shù)圖5-15電壓方程相應的定、轉子的耦合電路圖（取A，a相）定子轉子定子繞組內轉子繞組內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。因而有兩個歸算的條件：一個是保持轉子磁動勢不變；二是轉子回路的功率不變。轉子回路電流二、等效電路1.頻率歸算轉子轉動時，定、轉子有關物理量的頻率不同，從電路角度看，不同頻率物理量的表達式是不能聯(lián)立求解的。

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，即可保持磁勢平衡不變，從而保持定子電流的大小和相位不變，也保持了損耗和功率不變。方法：用一個靜止的、電阻為R2/s的等效轉子去代替電阻為R2的實際旋轉的轉子。R2s=R2+

1－ssR2＋U1－I1R1jX1σ－E1＋－

E2＋jX2σ

R2I2f1f1m1、

kw1N1m2、

kw2N21－sR2s轉子所產生的機械功率相對應的模擬等效電阻頻率歸算后的等效電路E2

f1轉軸不輸出機械功率向輸出電功率轉動時的等效電路＋U1－I1R1jX1σ

－E1＋－

E2s＋jX2sσR2I2s＋U1－I1R1jX1σ－E1＋－

E2＋jX2σR2I2f1f1m1、

kw1N1m2、

kw2N21－sR2sE2s=sE2

f2=sf1轉軸輸出機械功率f1f2m1、

kw1N1m2、

kw2N2

1－ssR2實際的旋轉轉子軸上有機械損耗和機械功率輸出。頻率折算后，轉子靜止，沒有機械損耗和機械功率輸出，但電路中多了一個附加電阻。根據(jù)能量守恒關系，該電阻消耗的功率等效于機械損耗和機械功率之和——“總的機械功率”。從等效電路角度，可以把看成是異步電動機的”電阻負載”。2、繞組歸算繞組歸算就是用與定子繞組具有相同m1、N1、kw1的轉子繞組去等效代替實際m2、N2、kw2的轉子繞組。折算的方法與變壓器基本相同。等效的原則：保證電磁效應和功率關系不變。(1)電流的折算折算前：折算后：F2=0.9m2kw2N2

I22pF2'=0.9m1kw1N1

I2'2p電流比：=m1kw1N1m2kw2N2I2I2'ki

=0.9m2kw2N2

I22p=0.9m1kw1N1

I2'2pI2kiI2'

=已知：

(2)

電動勢的折算折算前：折算后：=kw1N1kw2N2E2'E2ke

=E1E2=E2=

4.44f1

kw2N2Φm

E2'

=

4.44f1

kw1N1Φm=E1定、轉子的電動勢之比：E2'

=E1=ke

E2(3)阻抗的折算折算前：Z2=+jX2σR2s=E2I2折算后：Z2'

=+jX2σ'R2's=E2'I2'阻抗比：Z2'Z2=E2'

I2E2

I2'=ke

ki

Z2'

=ke

ki

Z2R2'

=ke

ki

R2X2σ'

=ke

ki

X2σ?將轉子側的量歸算到定子側：電勢、電壓×

ke電流×

1/ki阻抗×

ke

ki繞組歸算的方法轉子轉動時，頻率以及繞組歸算后的等效電路基本方程式：U1=－E1+(R1+jX1σ)

I1

I1+I2'

=ImR2's+jX2σ'

)

I2'E2'=(E2'=E1=－ImZm3.T形等效電路及相量圖－

E1=E2'＋＋U1－I1R1jX1σjX2σ'

R2'I2'1－sR2'sRmjXmIm當n=0

時，s=1,＝0，機械功率為0，堵轉或靜止

1－ssR2'

1－ssR2'當n=ns時，s=0,

＝∞，機械功率為0，理想空載結論：感應電動機相當于一臺帶電阻性負載的變壓器?。√攸c：工作過程中n變化，s變化——負載是可變的。I2'R2'sI2'相量圖E1=E2'ψ2jX2σ'I2'－I2'ImI1－E1R1I1jX1σI1U1

設E1=E2'=E10oΦm1αFe由T形等效電路知其中：修正系數(shù)，一般在1.03~1.08電動機正常工作時則又已知可以畫出Γ形近似等效電路。－

E1=E2'＋＋U1－I1I2'Im異步電機的勵磁電流較大（約20%～50%IN），把勵磁支路直接移至端點可得到近似等效電路。只能前移，不能略去。4、Γ形近似等效電路

1－scR2'sR1jX1σjcX2σ'

cR2'cRmjcXm修正系數(shù)，范圍1.03~1.08從等效電路的分析可知:3)三相異步電動機的功率因數(shù)永遠滯后；4)附加電阻不能用電感或電容來代替。5)在等效電路中負載的變化是用轉差率s的變化來體現(xiàn)的。1.輸入功率P1P1=3U1I1cos1=3U1LI1Lcos12.

定子銅損耗pCu1pCu1=m1R1I12=3R1I123.

鐵損耗pFe（轉子鐵損耗忽略不計，因為轉子頻率低）

pFe=m1RmIm2=3RmIm25.4感應電動機的功率方程和轉矩方程一、三相異步電動機的功率R2's=m1I2'24.電磁功率PePe=P1－pCu1－pFePe

=m2E2I2cosψ2=m1E2'

I2'cosψ25.轉子銅損耗pCu2

pCu2=m2R2I22=m1R2'

I2'

2=s

Pe=m1R2'I2'

2+m1R2'I2'

2

1－ss(從定子通過氣隙傳送到轉子)8.輸出功率P2P2=PΩ－p0=Pe－pCu2－p0=P1－pCu1－pFe－pCu2－p06.總機械功率PΩ

PΩ=Pe－pCu21－ss

PΩ=m1R2'I2'2=(1－s

)Pe7.空載損耗p0

p0=pΩ＋pΔ

機械損耗雜散損耗P1pCu1+pFePepCu2p0P2PΩ

總損耗pal

pal=pFe＋pCu＋p0=pFe＋(pCu1＋pCu2)＋（pΩ＋pΔ）

功率平衡方程式

P2=P1－pal

效率=×100%P2P1＝pΩ＋pΔ電磁功率、機械功率和轉子銅耗之間的關系－

E1=E2'＋＋U1－I1R1jX1σjX2σ'

R2'I2'1－sR2's

RmjXmImPePΩPeR2's=m1I2'2pCu2=m1R2'

I2'

21－ss

PΩ=m1R2'I2'2pCu2=s

Pe=(1－s

)PePΩPΩ=P2＋p0Te

=T2＋T0÷Ω1.電磁轉矩TeTe

=PΩPΩn

=9.55

=60PΩ2nTe

=Pes

=60Pe2nsPens

=9.55=(1－s

)PePΩn=(1－s)ns二、轉矩方程和電磁轉矩有功分量轉矩常數(shù)電磁轉矩的分析與結論1、要產生轉矩Te，Φ和I2缺一不可2、比直流機復雜，相當于電流的有效分量，是I2cosψ2

決定了Te的大小-即使I2

很大，但是如果cosψ2很小，那么轉矩也很??！-何時cosψ2最大？cosψ2=1時，對應s=0的時候。顯然，在感應電機里面注定不可能，永遠無法實現(xiàn)穩(wěn)定運行??！-何時cosψ2最?。縞osψ2=0時，

對應s=1起動時。即起動時候電流很大但轉矩卻不大。2.空載轉矩T0T0

=p0

=60p02np0n

=9.553.輸出轉矩T2T2

=P2

=60P22nP2n

=9.55

電動機的負載轉矩為TL，穩(wěn)定運行時T2=TL→T2＞TL→n

→s→E2s→I2s

(I1)Te→T2=TL→重新穩(wěn)定運行(n較高,I1較小)。

一般T0很小，在滿載或接近滿載時，T0

Te

因此Te≈T2=TL若TLsNsN？sN，sNsN=sNsN+pCu2sN1.極數(shù)轉子極數(shù)=定子極數(shù)p1=

p2=pNSSNNS

如果兩者不相等，則轉子轉不起來?！?/p>

×

×

×n0n0NS因為：轉子中的電動勢和電流是感應出來的。結論：籠形轉子產生的磁動勢極數(shù)等于氣隙磁場極數(shù)，轉速為同步轉速ns一、籠形轉子的相數(shù)和極數(shù)5.5籠形轉子的極數(shù)、相數(shù)和參數(shù)的歸算2.相數(shù)（

m2

）

籠型轉子是對稱多相繞組。

轉子槽數(shù)能被磁極對數(shù)整除時m2=Q2p各對極下占相同位置的導條可看作是屬于一相的并聯(lián)導條。這兩根導條就構成一相。

m2=6

轉子槽數(shù)不能被極對數(shù)整除時

m2=Q2

即每一根導條就構成一相。NNSS1234567891011123.匝數(shù)N2=

12（一根導條相當于半匝）一對極下導條的電動勢相量將組成一個均勻分布的電動勢星形。和變壓器等效電路的參數(shù)測定方法類似，異步電機等效電路的參數(shù)可通過空載試驗和短路試驗測出。測定激磁阻抗Rm、Xm、鐵耗pFe及機械損耗pΩ。一、空載試驗⒈試驗目的⒉試驗接線圖VVVWWAAA5.6感應電動機參數(shù)的測定測量儀表的接法（盡量減小測量誤差）：電壓表應接在變壓器側，電流表應接在電機側，功率表應接在中間。⒊試驗方法將定子端電壓調至額定電壓的1.1~1.3倍，而后逐步降壓，直到轉速n明顯降低為止，測量7~9點記錄端電壓U1、空載電流I10、空載功率P10和轉速n。空載特性曲線⒋參數(shù)的計算方法1)機械損耗與鐵耗的分離空載時，s≈0，則等效電路呈開路狀態(tài)，I2≈0，此時：伏安法測定AX.短路試驗獲得2)激磁參數(shù)的確定激磁電阻：激磁電抗：激磁阻抗：伏安法測定二、短路試驗（堵轉試驗）⒈試驗目的求取短路阻抗參數(shù)等效電路短路特性先將轉子堵?。╯=1），再將定子端電壓調至額定電壓的0.4倍，而后逐步降壓。測量5~7點記錄端電壓U1

、定子電流I1k和輸入功率P1k

。

2.試驗方法試驗時動作要快，連續(xù)通電時間要短，防定子繞組過熱。3.參數(shù)的計算方法對大、中型感應電機：由于，可認為勵磁支路開路，即輸入功率全部消耗在定、轉子銅耗上：在額定電壓和額定頻率下，電動機的轉速、電磁轉矩、定子電流、功率因數(shù)、效率與輸出功率的關系曲線稱為感應電動機的工作特性。5.8感應電動機的工作特性一、工作特性1、轉速特性2、定子電流特性4、功率因數(shù)特性5、效率特性3、轉矩特性00.20.40.60.81.01.20.20.40.60.81.01.2

圖5-33表示一臺10kW的三相感應電動機的轉速特性和定子電流特性。隨著負載功率P2的增加，轉子電流增大，故轉差率隨輸出功率P2增大而增大，即轉速n隨著P2的增大而減小?？蛰d時定子電流I1很?。↖2=0

），隨著輸出功率P2增大，負載電流I2增大，此時電機的定子電流增大。1、轉速特性（轉差率特性）2、定子電流（輸入電流）特性-

n特性稍向下傾斜-有一定截矩，稍微上翹一臺10kW的三相感應電動機的電磁轉矩、功率因數(shù)和效率特性如圖5-34所示。3、電磁轉矩特性異步電動機的電磁轉矩：

轉速（機械角速度）的變化范圍很小，從空載到滿載，轉速略有下降。因此電磁轉矩曲線為一個上翹的曲線（近似直線）4、功率因數(shù)特性空載時，定子電流基本上用來產生主磁通，有功功率很小，功率因數(shù)也很低；隨著負載電流增大，輸入電流中的有功分量也增大，功率因數(shù)逐漸升高；在額定功率附近，功率因數(shù)達到最大值；如果負載繼續(xù)增大，轉差率s變大，則導致轉子漏電抗增大（漏電抗與s正比），從而引起功率因數(shù)下降。-有一定截矩（T0），稍微上翹5、效率特性其中銅耗、和隨著負載的變化而變化（銅耗與負載電流的平方正比）；鐵耗和機械損耗近似不變；效率曲線有最大值，在可變損耗（）等于不變損耗（）時，電機達到最大效率。異步電動機額定效率在74%

-94%之間；最大效率發(fā)生在(0.7-1.0)倍額定效率處。-同變壓器相似，有最大值

先用空載試驗測出電動機的鐵耗、機械損耗和定子電阻，再進行負載試驗求取工作特性。二、工作特性的求取1.直接負載法2.由參數(shù)算出電動機的主要運行數(shù)據(jù)在參數(shù)已知的情況下，給定轉差率，利用等效電路求出工作特性。

1、電磁轉矩的物理表達式2、電磁轉矩的參數(shù)表達式近似等效電路5.7感應電動機的轉矩—轉差率曲線一、轉矩—轉差率特性當電網(wǎng)電壓和頻率為常數(shù)時，電動機的電阻和電抗不會改變，則電磁轉矩僅與轉差率有關。即繪成曲線如下：電磁轉矩與轉差率之間的關系曲線電動機狀態(tài)電磁制動狀態(tài)發(fā)電機狀態(tài)二、最大電磁轉矩和臨界轉差率臨界轉差率故最大電磁轉矩近似為：最大電磁轉矩結論：

1.當電源的頻率和電機的參數(shù)不變時，Tmax

∝U12，sm則保持不變，與U12無關。3.

最大轉矩Tmax與轉子電阻無關，但sm與轉子的電阻值成正比。2.當電源的電壓和頻率一定時，Tmax、sm近似與定、轉子漏抗成反比。4.

過載能力三、起動轉矩若在起動時，要得到最大起動轉矩，則需要滿足：起動轉矩倍數(shù)即需要滿足：結論：⒈當電源的頻率和電機的參數(shù)不變時，Tst

∝U12。⒉當電源的電壓和頻率一定時，Tst近似與定、轉子漏抗成反比。⒊Tst隨電源頻率的提高而減小。⒋對于繞線型異步電機，在轉子回路串入適當附加電阻Rst，可提高起動轉矩。當回路的總漏抗和總電阻的折算值相等時，Tst=Tmax。四、機械特性(轉矩-轉速特性)例題5-4工程中將感應電動機的轉速隨電磁轉矩的變化曲線稱為機械特性。電動機機械特性與負載機械特性的交點稱為電動機的工作點。兩者之間的關系如圖5-32所示。感應電動機的轉矩-轉速特性-根據(jù)穩(wěn)定運行區(qū)域判據(jù)，

穩(wěn)定運行區(qū)域在(0,sm)sm0s電磁轉矩與速度之間的關系曲線（機械特性曲線）0n01、單相感應電機的結構-定子：單相交流繞組，通單相交流電流（220V，50Hz）-轉子：籠型5.11單相感應電動機一、結構和工作原理單相電源供電，多用于家用電器中：洗衣機、電風扇、空調機、電冰箱等。與同容量的三相異步電動機比較而言，單相異步電動機的體積大、運行性能較差，所以單相電機只做成小容量的。2、單相感應電機的工作原理-產生的是單相脈振磁場，不是旋轉磁場。OftU1U2SNNS

脈振磁通勢的分解FtfOFf=Fb

=F

/2FfFb脈振磁勢可以分解為兩個波長與脈振磁勢相同，幅值為原脈振磁勢最大振幅一半，以相同角速度向相反方向旋轉的兩個旋轉磁勢。其轉速為:2、單相感應電機的工作原理-產生的是單相脈振磁場，不是旋轉磁場。ftOt1t2t3t4t5t6t7t8t=0FfFbt1FfFbF

FfFbt2F

t3FFbFft4Fb

Fft5FbFft6F

Fb

Fft7FbFft8FfFb正轉的磁場在轉子上感應電流。正向磁場與轉子感應電流作用產生正向電磁轉矩Tef

反轉的磁場在轉子上感應電流。負向磁場與轉子感應電流作用產生負向電磁轉矩Teb。

正、反向電磁轉矩之和為電動機的合成電磁轉矩Te。TebTefTe轉子相對于正向旋轉磁場的轉差率：

轉子相對于反向旋轉磁場的轉差率：當轉子靜止時，n=0，sf=sb=1

Tef

=Teb，Tst

=0當轉子旋轉時，即n≠0時，Te≠0，且Te的方向取決于n的方向。無起動轉矩

轉子轉速為n

有運行轉矩

結論：1）單繞組的異步電動機沒有起動轉矩。

2）在外力作用下，就可以正常工作了。工作點或在正向點，或在反向點，應視起動時的方向而定。

3）由于總有反向轉矩存在，合成轉矩減小，性能稍差，過載能力低。如何解決起動轉矩是單相異步電動機付諸實用的關鍵問題。012sTef

=f(sf)Teb

=f(sb)Te=f(s)Tesf=ssb=2-s210二、起動方法單相異步電動機實現(xiàn)自起動，需要再加一個繞組，即副繞組。單相異步電動機起動的必要條件:(1)定子具有空間不同位置的兩套繞組；(2)兩個繞組中有不同相位的交流電流。

原理：→旋轉磁場→起動轉矩兩相電流單相電容電動機的原理圖1.裂相（兩相）起動主繞組（工作繞組）

輔助繞組（起動繞組）

定子繞組：轉子~uCW1W2S1S2Q工作繞組起動繞組iw

isi

單相電容起動電動機namK~CstnamK~Rst單相電阻起動異步電動機namK~CstCr單相電容起動和電容運轉異步電動機120鐵芯系列鋼殼電機(35A型)用于吸油煙機

115鐵芯系列鋼殼電機(60B型)用于空調器柜機室外機

118鐵芯系列鋼殼電機(40E型)用于空調器柜機室內機

塑封電機(6型)用于空調器分體機室內機~

轉子2.罩極起動

短路環(huán)

定子

定子磁極當工作繞組接入單相交流電源后，磁極內即產生一脈振磁場。脈振磁場的交變，使短路環(huán)產生感應電勢和感應電流。根據(jù)楞次定律可知，環(huán)內將出現(xiàn)一個阻礙原來磁場變化的新磁場，從而使短路環(huán)內的磁場變化總是在相位上落后于環(huán)外脈振磁場的變化?？梢园循h(huán)內、環(huán)外的磁場設想為兩相有相位差的電流所形成，這樣分相的結果，使氣隙中出現(xiàn)橢圓形旋轉磁場。

1）罩極