李發(fā)海電機與拖動基礎(chǔ)第四版第七章

1、第七章第七章 異步電動機原理異步電動機原理7.1 7.1 異步電動機結(jié)構(gòu)、額定數(shù)據(jù)與工作原理異步電動機結(jié)構(gòu)、額定數(shù)據(jù)與工作原理7.1.1 異步電動機的主要用途與分類 異步電機又稱感應(yīng)電動機，主要用作電動機拖動各種生產(chǎn)機械。 由于結(jié)構(gòu)簡單、容易制造、價格低廉、運行可靠、效率較高，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、民用電器方面獲得廣泛應(yīng)用。 異步電機有不同的分類法：（1）按定子相數(shù)分，有單相異步電動機、兩相異步電動機及三 相異電動步機。（2）按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分，有線繞式異步電動機和鼠籠式異步電動機。（3）按有無換向器分，有無換向器異步電動機和換向器電動機。 除外，還按電壓高底、啟動轉(zhuǎn)矩大小等進行分類。7.1.2 三相異步電

2、動機的結(jié)構(gòu)三相異步電動機的結(jié)構(gòu) 圖 7.1是三相異步電動機的結(jié)構(gòu)圖，主要有定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。定、轉(zhuǎn)子中間是氣隙。其他各部分見圖。圖 7.1 三相鼠籠式異 部電動機結(jié)構(gòu)圖1. 異步電動機定子異步電動機定子 異步電動機定子由機座、定子鐵芯和定子繞組組成。定子鐵芯裝在機座內(nèi)，由硅鋼片疊壓而成，是電機磁路的一部分。如圖 7.2 所示。圖圖 7.2 定子鐵芯定子鐵芯 定子鐵芯內(nèi)圓上開有槽，槽內(nèi)放有定子繞組。圖7.3 為定子槽，各種槽口用于不同類型的電機。 高壓大中型異步電動機定子繞組常采用 接法，只有三根出線。對中小容量的低壓異步電動機，通常把三相繞組的六根線頭都引出來，可變更連接方式，如圖 7.

3、4所示。圖圖 7.4 三相異步電動機進出線三相異步電動機進出線2. 氣隙氣隙 氣隙是定、轉(zhuǎn)子間相對運動的間隙。氣隙小，可提高功率因數(shù)，但氣隙太小可能造成定轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)子間發(fā)生摩擦；氣隙太大將導(dǎo)至勵磁電流過大。3. 異步電動機的轉(zhuǎn)子異步電動機的轉(zhuǎn)子 異步電動機轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸組成。轉(zhuǎn)子鐵芯由硅鋼片疊壓而成，也是電機磁路的一部分。圖 7.5 是轉(zhuǎn)子槽型圖，（a）為線繞式電機槽型，（b）為單鼠籠槽型，（c）為雙鼠籠槽型。鐵芯壓裝在轉(zhuǎn)軸上，成為一體。圖圖 7.5 轉(zhuǎn)子沖片上的槽型轉(zhuǎn)子沖片上的槽型 線繞式異步電動機的繞組也是三相繞組，可連成D型或Y型，繞組的三條引線通過三個滑環(huán)和電刷引出來，如圖

4、 7.6所示。圖圖 7.6 線繞式異步電動機定、線繞式異步電動機定、 轉(zhuǎn)子繞組接線方式轉(zhuǎn)子繞組接線方式 鼠籠式繞組是一個自己短路的繞組。對銅材料繞組，先在每個槽內(nèi)放一根導(dǎo)體，在兩側(cè)用兩個端環(huán)將所有導(dǎo)條焊接起來，形成一個鼠籠，見圖 7.7 （a）、（b）。當用鋁料作材料時，將熔化的鋁液直接澆鑄在轉(zhuǎn)子槽里，連同端環(huán)、風(fēng)扇一次鑄成。如圖 7.7（c）圖圖 7.7 鼠籠轉(zhuǎn)子鼠籠轉(zhuǎn)子7.1.3 異步電動機的結(jié)構(gòu)形式異步電動機的結(jié)構(gòu)形式 根據(jù)冷卻、保護方式的不同，異步電動機有開啟式、防護式和防爆式幾種。 防護式結(jié)構(gòu)能在一定范圍內(nèi)防止水滴和鐵削掉入電機，冷空氣從軸向進入，冷卻后從機座兩旁排出。 封閉式異步電

5、動機內(nèi)部空氣和機殼外部空氣是隔開的，靠風(fēng)扇和機殼上的散熱片進行散熱。 防爆式異步機是一種全封閉電機，將易燃易爆氣體隔離在機殼外。7.1.4 異步電動機的名牌數(shù)據(jù)異步電動機的名牌數(shù)據(jù) 電機產(chǎn)品的型號通常由大寫漢語拼音字母和阿拉伯數(shù)字組成。如 Y系列三相異步電動機表示如下： 下面列出一些常見的異步電動機產(chǎn)品系列Y 系列小型全封閉自冷式三相異步電動機，應(yīng)用極其廣泛；JQ2和JQO2 系列高啟動轉(zhuǎn)矩異步電動機；JS 系列中型防護式三相鼠籠異步電動機；JR 系列防護式線繞三相異步電動機；JSL2和JRL2分別為鼠籠式和線繞式中型立式水泵系列異步機；JZ2 和JZR2 分別為鼠籠式和線繞式起重系列三相異步

6、電機；JD2和JDO2系列分別為防護式和封閉式多速異步機；BJO2 系列是防爆式鼠籠異步電動機；。2.額定值額定值（1）額定功率 指電動機在額定運行時軸上輸出的機械功率 率，單位是KW。（2）額定電壓 指額定狀態(tài)下，定子繞組上的線電壓，單位 為V 。（3）額定電流 定子在額定電壓下，軸上輸出額定功率時， 定子繞組中的線電流，單位為 A 。（4）額定頻率 我國規(guī)定工業(yè)用電頻率是 50Hz。（5）額定轉(zhuǎn)速 在定子加額定頻率的額定電壓，且軸上輸出 額定功率時的轉(zhuǎn)速，單位為 r/min 。（6）額定功率因數(shù) 指額定負載時定子邊的功率因數(shù)。（7）絕緣等級與溫升。 此外，還有工作方式、連接方法等。線繞式異

7、步電機還要標明轉(zhuǎn)子繞組額定電動勢和轉(zhuǎn)子額定電流。 電動機的額定輸出轉(zhuǎn)矩可由額定功率、額定轉(zhuǎn)矩來計算，公式為：7.1.5 異步電動機的工作原理異步電動機的工作原理圖圖 7.8 異步電動機工作原理異步電動機工作原理 當三相對稱電流流入三相對稱繞組時，電機內(nèi)形成圓旋轉(zhuǎn)磁場，設(shè)轉(zhuǎn)速為 n1以逆時針旋轉(zhuǎn)，如圖7.8。由于旋轉(zhuǎn)磁密與鼠籠條間存在相對運動，導(dǎo)條中就產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流在磁場中受力，轉(zhuǎn)子便旋轉(zhuǎn)起來。轉(zhuǎn)速為 n 與n1同方向。只要 n n1，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條與磁場間就有相對運動，轉(zhuǎn)子就能繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。7.2 異步電動機轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)子繞組開路的電磁關(guān)系異步電動機轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)子繞組開路的電磁關(guān)系7.2.1 規(guī)

8、定正方向規(guī)定正方向 圖 7.9 為一臺線繞式三相異步電動機，定、轉(zhuǎn)子繞組都是Y連接。圖（a）是定、轉(zhuǎn)子等效繞組在鐵芯中的布置方式。圖（b）為定、轉(zhuǎn)子繞組的連接方式。 圖中， , , 分別為定子繞組的相電壓、相電勢和相電流 ； ， ， 分別是轉(zhuǎn)子繞組的相電壓、相電勢和相電流。 把定轉(zhuǎn)子的空間坐標軸 和 都選在A 相繞組的軸處，1U1E1I2U2I1A2A2E并重疊在一起，見圖7.9（a）。圖圖7.9 轉(zhuǎn)子繞組開路時三相轉(zhuǎn)子繞組開路時三相線繞式異步電動機的正方向線繞式異步電動機的正方向 7.2.2 磁通及磁通勢 1.勵磁磁通勢 當轉(zhuǎn)子開路，定子接到三相對稱電源時，定子繞組中產(chǎn)生三相對稱電流。由于對

9、稱，我們只取 A 相電流，用 表示，并畫在圖 7.10 （a）的時間坐標軸上。0I 三相對稱電流在定子中產(chǎn)生的空間合成旋轉(zhuǎn)磁通勢 有如下特點： （1）幅值： （2）轉(zhuǎn)向：因電流相序為 ，故 的轉(zhuǎn)向是逆時 針方向。見圖7.9（a) 。 (3) 轉(zhuǎn)速： ( )0F圖圖 7.10 7.10 勵磁電流、勵磁磁通勢及定、轉(zhuǎn)子繞組電動勢相矢量圖勵磁電流、勵磁磁通勢及定、轉(zhuǎn)子繞組電動勢相矢量圖0F （4）瞬間位置: 當三相電流中某相電流達最大值時，旋轉(zhuǎn)磁通勢的正幅值就處于該相繞組的軸線處，而在圖7.10（a）中，A 相電流再過90度才能達正的最大值，故旋轉(zhuǎn)磁通勢 應(yīng)畫在圖 7.10 (b)的位置。為了方便，

10、把時間參考軸 和空間坐標軸 重疊在一起，如圖7.10（c）。 2. 主磁通與漏磁通 把通過氣隙同時鏈著定、轉(zhuǎn)子繞組的磁通稱為主磁通。把只鏈定子繞組的磁通稱為定子漏磁通，定子漏磁通包含槽漏磁通和端部漏磁通，見圖 7.11 。氣隙是均勻的， 所產(chǎn)生主磁通 所對應(yīng)的氣隙磁密 是一個在空間正弦分布且旋轉(zhuǎn)的磁密波，見圖 7.10（b）和（c）。0F氣隙每極主磁通 為：圖圖 7.11 7.11 異步電動機主磁通與漏磁通異步電動機主磁通與漏磁通 7.23 感應(yīng)電動勢感應(yīng)電動勢 旋轉(zhuǎn)的氣隙每極主磁通在定、轉(zhuǎn)子中的感應(yīng)電勢分別為： 定轉(zhuǎn)子間相電勢之比叫電壓比為： 參閱圖 6.5 ，將 軸與 重合，可將 與 之間

11、的關(guān)系畫在圖 7.10（c）中?？芍?落后 90度，且轉(zhuǎn)180度后才能與 軸重合。 為了方便，通常把轉(zhuǎn)子繞組相定子邊折合，即 。其中電壓變比 可以計算 ，故有 （7-1） 7.2.4 勵磁電流勵磁電流勵磁電流由兩部份組成，即 有功分量 很小，無功分量與 同相，而 與 領(lǐng)先 一個不大的角度。見圖 7.12 。 圖圖 7.12 7.12 考慮的勵磁電流、磁通考慮的勵磁電流、磁通勢勢 與繞組電動勢的時空相矢量圖與繞組電動勢的時空相矢量圖 7.2.5 電壓方程式電壓方程式 把漏磁通在定子繞組里感應(yīng)的漏電動勢看成定子電流 在漏電抗 上的壓降，根據(jù)圖 7.9（b）中的正方向可寫成電流在定子繞組電阻上的壓降

12、為 。按圖7.9（b）的正方向，定子一相回路的電壓方程式為：圖圖 7.13 7.13 轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組開路時的相量圖開路時的相量圖式中 為定子一相繞組的漏阻抗。按上述電壓方程畫的相量圖見圖 7.13 。 7.2.6 等效電路等效電路 若用勵磁電流 在參數(shù) 上的壓降表示 ，則有： （7-2）式中 為勵磁阻抗，為勵磁電阻， 為勵磁電抗。于是，定子一相電壓平衡式為：轉(zhuǎn)子回路電壓方程式為：圖圖 7.14 7.14 轉(zhuǎn)子繞組時異步電機等效電路轉(zhuǎn)子繞組時異步電機等效電路圖 7.14 為上述方程的等效電路。其電磁關(guān)系的示意圖如下： 7.3 三相異步電動機轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時的電磁關(guān)系三相異步電動機轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時的電磁關(guān)系

13、 圖 715 是三相異步電動機轉(zhuǎn)子短接并堵轉(zhuǎn)時的接線圖，在三相轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電勢的作用下，在三相繞組中流過三相對稱電流 并產(chǎn)生轉(zhuǎn)子空間旋轉(zhuǎn)磁通勢 ，其特點如下：（1）幅值 圖圖 7.15 7.15 轉(zhuǎn)子短路并堵轉(zhuǎn)子短路并堵轉(zhuǎn)時的三相異步電動機轉(zhuǎn)時的三相異步電動機（2）轉(zhuǎn)向 按 在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)的相序旋轉(zhuǎn)。（3）轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)速為 ，角速度 。（4）瞬間位置 同樣把轉(zhuǎn)子電流看成轉(zhuǎn)子邊 相繞組里的電流，當 達到正最大值、即在 軸上時，轉(zhuǎn)子磁通勢應(yīng)轉(zhuǎn)到 相繞組的軸線處，即 上。所以畫時、空相矢量圖時，應(yīng)使 和 重合，見圖 7.16 。 下面分析堵轉(zhuǎn)時定子旋轉(zhuǎn)磁通勢 的特點（1）幅值：（2）轉(zhuǎn)向： 與 同方向

14、旋轉(zhuǎn)。（3）轉(zhuǎn)速： 相對定子繞組的轉(zhuǎn) 速 和角速度 同上。（4）瞬間位置: 當定子 相電流 達 到正最大值時， 應(yīng)在 相繞組 的軸線處。故畫時空相矢量圖時， 應(yīng)使 和 重合。圖圖7.16 7.16 轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時電動勢、轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時電動勢、電流及磁通勢的時空相矢量圖電流及磁通勢的時空相矢量圖 由于定子旋轉(zhuǎn)磁通勢 和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁通勢 轉(zhuǎn)向相同且轉(zhuǎn)速相等，即兩者是同步的，相對靜止的。將兩者相加，得合成磁通勢 ， 即 ，這才是產(chǎn)生氣隙每極磁通的磁動勢。 2. 漏磁通堵轉(zhuǎn)時定、轉(zhuǎn)子磁路中都有漏磁通，見圖 7.17 。分別用漏電抗 X1和 X2表示在電路中。通常 X1、X2 是常數(shù)，當定、轉(zhuǎn)子電流很大時，漏電抗

15、值變小。圖圖 7.17 7.17 漏磁通漏磁通 7.3.2 定、轉(zhuǎn)子回路方程定、轉(zhuǎn)子回路方程 根據(jù)圖 7.15 中的正方向，轉(zhuǎn)子繞組一相的回路電壓方程為 式中 為轉(zhuǎn)子繞組的樓阻抗。轉(zhuǎn)子相電流為 ，其中 。 為轉(zhuǎn)子繞組回路的功率因數(shù)角，即 與 的夾角。 與 同相。參閱圖 7.16 。 將定、轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)磁通勢改寫成 ，可認為定子旋轉(zhuǎn)磁通勢包含兩個分量，一個為 用以抵消轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁通勢 ，另一個為勵磁磁通勢 用以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)氣隙磁密 ，見圖 7.16 。 7.3.3 轉(zhuǎn)子繞組的折合轉(zhuǎn)子繞組的折合 只要保持轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁通勢的大小、相位不變，就可用一個與定子的相數(shù)、匝數(shù)、繞組系數(shù)完全相同的新轉(zhuǎn)子來代替，這就是轉(zhuǎn)

16、子繞組折合的原則。 將關(guān)系式 寫成： 令 （7-5）則可得 簡化為 （7-6）折合前后的電流關(guān)系由（7-5）式可得 則電流關(guān)系為 ，則 為電流比 。 下面分析折合后的漏阻抗、損耗和無功功率：轉(zhuǎn)子繞組的漏阻抗用 來表示，根據(jù)（7-3）式可寫成： （7-7） 與 的關(guān)系為得折合前后漏阻抗關(guān)系為：阻抗角為可見折合前后樓阻抗角不變。從下式可知折合前后的銅秏不變折合前后的無功功率可寫成即折合后的無功功率不變。 7.3.4 基本方程式、等效電路和向量圖基本方程式、等效電路和向量圖右邊列出轉(zhuǎn)子繞組短路且堵轉(zhuǎn)時的五個方程式圖圖 7.18 7.18 轉(zhuǎn)子繞組短路且堵轉(zhuǎn)的等效電路轉(zhuǎn)子繞組短路且堵轉(zhuǎn)的等效電路 圖圖

17、 7.197.19轉(zhuǎn)子繞組短轉(zhuǎn)子繞組短路且堵轉(zhuǎn)的相量圖路且堵轉(zhuǎn)的相量圖 圖7.18 和圖 7.19 分別是轉(zhuǎn)子繞組短路且堵轉(zhuǎn)時的等值電路和向量圖。圖 7.20 是這種情況下的電磁關(guān)系示意圖。圖圖 7.20 7.20 電電磁關(guān)系示意圖磁關(guān)系示意圖 7.4 三相異步電動機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的電磁關(guān)系三相異步電動機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的電磁關(guān)系 7.4.1 轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率 定子繞組接三相額定電壓、轉(zhuǎn)子繞組短接時，若不堵轉(zhuǎn)，則轉(zhuǎn)子就要沿氣隙旋轉(zhuǎn)磁通勢的轉(zhuǎn)向旋轉(zhuǎn)起來。當電磁力矩與負載轉(zhuǎn)矩（含摩擦轉(zhuǎn)矩和附加損耗轉(zhuǎn)矩）平衡時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 就穩(wěn)定下來。 異步電動機的轉(zhuǎn)速 只能小于同步速 ，若兩者相等，則將不能在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電流，

18、也就不能產(chǎn)生電磁力矩。即轉(zhuǎn)子速度與氣隙磁通勢的轉(zhuǎn)速不可能同步，異步電動機由此而得名。 轉(zhuǎn)差率 s 就是同步轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之差與同步速的比值。 當兩者同轉(zhuǎn)向時，轉(zhuǎn)差率為 當兩者反轉(zhuǎn)向時，轉(zhuǎn)差率為 7.4.2 轉(zhuǎn)子電動勢轉(zhuǎn)子電動勢 當轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速恒速運轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子回路的電壓方程式為 （7-8）上式中的各個參數(shù)均為轉(zhuǎn)子繞組的一相參數(shù)。 當異步電動機運行時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與氣隙磁密轉(zhuǎn)速間的轉(zhuǎn)速差為： （7-9） 旋轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電勢為即每相感應(yīng)電勢與轉(zhuǎn)差率成正比。注意式中的 與電動機堵轉(zhuǎn)時的電動勢有區(qū)別。 轉(zhuǎn)子的漏電抗 也是對應(yīng)轉(zhuǎn)子頻率 時的漏電抗，即可見轉(zhuǎn)子漏電抗與轉(zhuǎn)差率成正比，通常 。 7.4.3 定、

19、轉(zhuǎn)子磁通勢及磁通勢的關(guān)系定、轉(zhuǎn)子磁通勢及磁通勢的關(guān)系 1. 定子磁通勢定子磁通勢 定子的磁通勢前面已分析過，不再重述。假定它以同步速n1逆時針旋轉(zhuǎn)。 2. 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁通勢轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁通勢（1）幅值為（2）轉(zhuǎn)向 由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低于同步速，氣隙磁密在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電流的相序仍為 見圖 7.9（a） 。即轉(zhuǎn)子磁通勢也為逆時針旋轉(zhuǎn)。 3. 合成磁通勢合成磁通勢（1） 與 的幅值同前。（2）轉(zhuǎn)向： 如前所述 與 都是逆時針旋轉(zhuǎn)。（3）轉(zhuǎn)速： 相對定子繞組的轉(zhuǎn)速仍為 n1 。而 相對轉(zhuǎn)子的速度為 n2 ，由于轉(zhuǎn)子本身以轉(zhuǎn)速 n在旋轉(zhuǎn)，所以 相對定子的轉(zhuǎn)速為 。已知 又有于是得 即兩者是同步的。因此兩個旋轉(zhuǎn)磁通

20、勢可疊加為 。 需說明，這里的合成磁通勢是電動機運行時的磁通勢，與前述的磁通勢略有不同。 7.4.4 轉(zhuǎn)子繞組頻率的折合轉(zhuǎn)子繞組頻率的折合 只要保持轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁通勢不變，可將轉(zhuǎn)子看作不動的轉(zhuǎn)子，便于分析，就需要頻率折合。據(jù)此可將（7-8）式變換為：式中 分別為異步電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子繞組一相電動 勢、電流和電抗。 而 分別為異步電機轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子繞組一相電動 勢、電流和電抗。其功率因數(shù)角可見頻率折合前后，電流的有效值和相角完全一樣，而頻率由f2變成了 f1 。圖 7.22（a）為折合前的電路，圖 7.22 (b)為折合后的電路。圖圖7.22 7.22 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子頻率的折合頻率的折合 比較兩圖，可

21、見折合后的轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢變成了 ，電阻變成了 ，漏電抗變成了 。 再把轉(zhuǎn)子繞組的相數(shù)、匝數(shù)和繞組系數(shù)都折合到定子邊，轉(zhuǎn)子回路的電壓方程為 （7-10） 頻率折合后，轉(zhuǎn)子磁通勢的幅值可寫成再考慮其相數(shù)、匝數(shù)的折合后，可寫成于是定、轉(zhuǎn)子磁通勢的關(guān)系可寫成 的電流關(guān)系。 7.4.5 基本方程式、等效電路和時空相矢量圖基本方程式、等效電路和時空相矢量圖 與堵轉(zhuǎn)時的分析相比較，只有轉(zhuǎn)子繞組回路電壓方程與運行時有區(qū)別，則用式（7-10）代替式（7-7），就得到旋轉(zhuǎn)時的基本方程式，如右所示。 根據(jù)以上五個基本方程式可畫出如圖 7.23所示，圖中將分解成 和 兩部分畫出來。 由圖可知，電機空載時，轉(zhuǎn)差率很小，

22、 趨于無窮， 幾乎為零，定子電流就是勵磁電流，功率因數(shù)很低。而當額定負載運行時，轉(zhuǎn)差率 ，此時 功率因數(shù)可達0.80.85 。圖圖 7.23 7.23 三相異步機三相異步機T T型等值電路圖型等值電路圖 由于異步電動機穩(wěn)態(tài)運行可用等效電路來表示，那么當知道電動機參數(shù)時，就可等效電路計算出電動機的性能。 圖 7.24 是根據(jù)上述五個基本方程畫出的異步電動機時空相矢量圖。 三想異步電動機負載運行時的電磁關(guān)系見圖 7.25 。圖圖 7.24 7.24 三相異步電三相異步電動機時空相矢量圖動機時空相矢量圖圖圖 7.25 7.25 三相異步電動機電磁關(guān)系示意圖三相異步電動機電磁關(guān)系示意圖 7.4.6 鼠

23、籠轉(zhuǎn)子鼠籠轉(zhuǎn)子 鼠籠轉(zhuǎn)子上的繞組就是鼠籠條。若一對磁極范圍內(nèi)有 根鼠籠條，轉(zhuǎn)子就感應(yīng) 對稱的電流，形成與定子相同極數(shù)的旋轉(zhuǎn)磁通勢，這與前述的道理一樣。因此鼠籠三相異步電動機磁通勢的關(guān)系也為 鼠籠轉(zhuǎn)子 根籠條，相數(shù)為 ，每相繞組匝數(shù)為1/ 2，繞組系數(shù)為 1 。鼠籠式異步電動機的電磁關(guān)系、折合算法、等效電路及時空相矢量圖也與線繞式異步電動機類同。 7.5 7.5 三相異步電動機的功率與轉(zhuǎn)矩三相異步電動機的功率與轉(zhuǎn)矩 7.5.1 7.5.1 功率關(guān)系功率關(guān)系 三相異步電動機以轉(zhuǎn)速 穩(wěn)定運行時，從電源輸入的功率為 ,定子銅秏為 。正常運行時由于轉(zhuǎn)子頻率很低，其鐵耗略而不計，則電機鐵耗為 。 由圖 7

24、.23 所示的等效電路可知，傳給轉(zhuǎn)子的電磁功率為電磁功率也可表示為 。 轉(zhuǎn)子繞組的銅秏為 電磁功率減去轉(zhuǎn)子繞組的銅秏，就是等效電阻 上的損耗，這部分損耗就是傳輸給轉(zhuǎn)子軸上的機械功率，用 表示為 軸承及風(fēng)阻等摩擦轉(zhuǎn)矩用 表示，諧波附加損耗用 表示，則轉(zhuǎn)軸上的實際輸出功率為 （7-11）可見電機運行時，從電源輸入功率 到轉(zhuǎn)軸上的輸出功率 的全過程為其功率流程如圖 7.26 所示。圖圖7.26 7.26 異步電動機功率流程圖異步電動機功率流程圖 從上所述，異步電機運行的電磁功率、轉(zhuǎn)子銅秏和機械功率之 間存在如下關(guān)系 （7-12）上式說明，電機運行時，若 大，效率一定不高。 7.5.2 轉(zhuǎn)矩關(guān)系轉(zhuǎn)矩關(guān)

25、系 電磁轉(zhuǎn)矩 與電磁功率 的關(guān)系為 （7-13）式中 為同步角速度，用機械角表示。 式兩邊除以角速度 得式中 為空載轉(zhuǎn)矩， 為輸出轉(zhuǎn)矩。 7.5.3 電磁轉(zhuǎn)矩的物理表達式電磁轉(zhuǎn)矩的物理表達式 電磁功率 除以同步角速度 ，得電磁轉(zhuǎn)矩 式中 為常數(shù)，叫轉(zhuǎn)矩系數(shù)。當磁通單位為 ，電流單位為A時，上式轉(zhuǎn)矩單位為 。 上式說明，電磁轉(zhuǎn)矩與氣隙每極磁通和轉(zhuǎn)子電流的有功分量成正比。 7.6 三相異步電動機的機械特性三相異步電動機的機械特性 7.6.1 機械特性的參數(shù)表達式機械特性的參數(shù)表達式 電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子電流的關(guān)系為忽略勵磁電流（即勵磁支路開路），則轉(zhuǎn)子電流為 ，將此式代入上式得（7-14）前式為機械特性

26、的參數(shù)表達式。固定 ， 及阻抗參數(shù)，所畫成的 曲線稱為 。 7.6.2 固有機械特性固有機械特性 1. 固有機械特性曲線 三相異步電動機在電壓、頻率均為額定值不變，定、轉(zhuǎn)子回路不串入任何電路元件時的機械特性稱為固有機械特性。如圖 7.27 所示。圖中1為正相序機械特性曲線，2為負相序機械特性曲線。圖圖 7.27 7.27 固有機械特新固有機械特新由圖可知，異步電動機機械特性有如下特點：（1）在 即 的范圍內(nèi)，特性在第象限，T與n同方向，電機工作在電動狀態(tài)。（2）在 s1 范圍內(nèi)，n0 ，也是一種制動狀態(tài)，如圖 7.28（b）所示。 在第一象限的特性上，B 為額定工作點；A為理想空載運行點；01

27、s10nn1nnC為電磁轉(zhuǎn)矩最大點；D為啟動點。 2. 最大電磁轉(zhuǎn)矩令 則求得最大電磁轉(zhuǎn)矩為 圖圖 7.28 7.28 三相異步三相異步電動機制動電磁轉(zhuǎn)矩電動機制動電磁轉(zhuǎn)矩（7-15）最大轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的轉(zhuǎn)差率為臨界轉(zhuǎn)差率，為 （7-16）通常 值占 值得比例很小，若忽略其影響則有即發(fā)電機狀態(tài)和電動機狀態(tài)的最大電磁轉(zhuǎn)矩絕對值近似相等，臨界轉(zhuǎn)差率也近似相等，機械特性具有對稱性。 最大電磁轉(zhuǎn)矩與額定電磁轉(zhuǎn)矩的比值稱為過載倍數(shù)，用 表示為 3. 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 電機啟動時，n=0 , s=1的電磁轉(zhuǎn)矩叫堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。將 s=1 代入式（7-14）得 （7-17） 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比值稱堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)，用 表示。即

28、 4. 穩(wěn)定性問題 在機械特性 的范圍，無論恒轉(zhuǎn)矩負載還是泵類載，電機都能長期穩(wěn)定運行。 在 的范圍，只有泵類負載滿足 處， 的條件時能穩(wěn)定運行，0mSS1mSS 7.6.3 人為機械特性人為機械特性 1. 降低定子端電壓的人為機械特性 由于異步電動機在額定電壓下已接近飽和，故只討論電壓下降時的人為機械特性。其特性特點如下：（1）同步轉(zhuǎn)速與電壓無關(guān)，因此不同電壓的機械特性有共同的理想空載運行點。（2）據(jù)式（7-14）各點的電磁轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比，包括最大轉(zhuǎn)矩和堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。（3）最大轉(zhuǎn)矩所對應(yīng)的轉(zhuǎn)差率 與電壓無關(guān)。 降低電壓的人為機械特性見圖 7-29 。注意，在額定負載時將低電壓會使電流、銅秏

29、增大，可能燒毀電機；而在輕載時降低電壓運行，則可減少鐵耗，可節(jié)能。圖圖 7.29 7.29 改變定子電壓的人為機械特性改變定子電壓的人為機械特性圖圖 7.30 7.30 定子串三相對定子串三相對稱電阻的人為機械特性稱電阻的人為機械特性 2.定子回路串接三相對稱電阻的人為機械特性定子回路串接三相對稱電阻的人為機械特性 從式（7-15）、式（7-17）和式（7-7）可知，最大轉(zhuǎn)矩、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩和臨界轉(zhuǎn)率都隨電阻增大而減?。黄渫睫D(zhuǎn)速不受影響。其機械特性如圖 7.30所示。 3. 定子回路串三相對稱電抗的人為機械特性定子回路串三相對稱電抗的人為機械特性 與串三相對稱電阻的特性相似，其 不變， ， 及 均

30、減小，且不消耗有功功率。 4. 轉(zhuǎn)子回路串入三相對稱電阻的人為機械特性轉(zhuǎn)子回路串入三相對稱電阻的人為機械特性 由式（7-15）可知，轉(zhuǎn)子串入電阻后，最大轉(zhuǎn)矩不變，而臨界轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)子電阻成正比，即 。 為串入電阻。轉(zhuǎn)子回路串電阻并不影響同步轉(zhuǎn)速 ，其機械特性如圖 7.31所示。由圖可知轉(zhuǎn)子串電阻適當，可使 即 ，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩等于最大轉(zhuǎn)矩。式中 。 若串入電阻過大，反使得啟動轉(zhuǎn)矩下降。圖圖 7.31 7.31 轉(zhuǎn)子回路穿對稱轉(zhuǎn)子回路穿對稱三相電阻的人為機械特性三相電阻的人為機械特性 7.6.4 機械特性的實用公式機械特性的實用公式 1. 實用公式 因異步機參數(shù)不易得到，式（7-14）使用不便，可根據(jù)名

31、牌數(shù)據(jù)推導(dǎo)出實用公式。 式（7-5）除式（7-14）得再將 代入上式得 由于 約在0.10.2的范圍內(nèi)，總有 2 ，而式中的 2，可忽略，最后推得（7-18） 2. 如何使用實用公式 當已知銘牌數(shù)據(jù)時，可通過額定功率和額定轉(zhuǎn)速算出額定轉(zhuǎn)矩 ，近似認為 ，再從產(chǎn)品目錄中查得 得 。將額定點的 和 等代入式（7-18）得解上式得至此就可運用實用公式了。 當不知道銘牌額定點數(shù)據(jù)時，可將人為機械上任一已知點的T和 s 代入式（7-18）,求出 ，過程如下：代入后得 變換成解上式得 考慮到額定負載運行時 ，忽略 則式（7-18）變?yōu)?，這是一線性了的實用公式，應(yīng)用在 范圍內(nèi)。將額定轉(zhuǎn)差率代入上式，得對應(yīng)

32、的最大轉(zhuǎn)差為： 。 7.7 三相異步電動機的工作特性及測試方法三相異步電動機的工作特性及測試方法 工作特性是指：在額定電壓下和額定頻率下，電機轉(zhuǎn)速、定子電流、功率因數(shù)、電磁轉(zhuǎn)矩、效率等與輸出轉(zhuǎn)矩的關(guān)系。 即圖圖 7.32 7.32 三相異步三相異步電動機的工作特性電動機的工作特性圖 7.32 為其工作特性，分別敘述如下。 7.7.1 工作特性的分析工作特性的分析 1. 轉(zhuǎn)速特性轉(zhuǎn)速特性空載時，轉(zhuǎn)速接近同步速，隨負載加，轉(zhuǎn)速略微下降，使轉(zhuǎn)子電流增大，以獲取較大的電磁轉(zhuǎn)矩來平衡負載轉(zhuǎn)矩。 2. 定子電流定子電流 空載時定子電流為勵磁電流，隨負載增大，轉(zhuǎn)速下降，定子電流也逐漸增大。 3. 定子邊功率因數(shù)定子邊功率因數(shù) 空載時功率因數(shù)不超過 0.2 ，隨負載增大，有功電流增加，功率因數(shù)變大