李發(fā)海電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)第四版第七章

1、第七章第七章 異步電動(dòng)機(jī)原理異步電動(dòng)機(jī)原理7.1 7.1 異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)、額定數(shù)據(jù)與工作原理異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)、額定數(shù)據(jù)與工作原理7.1.1 異步電動(dòng)機(jī)的主要用途與分類(lèi) 異步電機(jī)又稱(chēng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，主要用作電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)各種生產(chǎn)機(jī)械。 由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易制造、價(jià)格低廉、運(yùn)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(jī)有不同的分類(lèi)法：（1）按定子相數(shù)分，有單相異步電動(dòng)機(jī)、兩相異步電動(dòng)機(jī)及三 相異電動(dòng)步機(jī)。（2）按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分，有線(xiàn)繞式異步電動(dòng)機(jī)和鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)。（3）按有無(wú)換向器分，有無(wú)換向器異步電動(dòng)機(jī)和換向器電動(dòng)機(jī)。 除外，還按電壓高底、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大小等進(jìn)行分類(lèi)。7.1.2 三相異步電

2、動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 圖 7.1是三相異步電動(dòng)機(jī)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(jiàn)圖。圖 7.1 三相鼠籠式異 部電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖 異步電動(dòng)機(jī)定子異步電動(dòng)機(jī)定子 異步電動(dòng)機(jī)定子由機(jī)座、定子鐵芯和定子繞組組成。定子鐵芯裝在機(jī)座內(nèi)，由硅鋼片疊壓而成，是電機(jī)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(kāi)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(lèi)型的電機(jī)。 高壓大中型異步電動(dòng)機(jī)定子繞組常采用 接法，只有三根出線(xiàn)。對(duì)中小容量的低壓異步電動(dòng)機(jī)，通常把三相繞組的六根線(xiàn)頭都引出來(lái)，可變更連接方式，如圖 7.4所

3、示。圖圖 7.4 三相異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)出線(xiàn)三相異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)出線(xiàn)2. 氣隙氣隙 氣隙是定、轉(zhuǎn)子間相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(lì)磁電流過(guò)大。3. 異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子 異步電動(dòng)機(jī)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(jī)磁路的一部分。圖 7.5 是轉(zhuǎn)子槽型圖，（a）為線(xiàn)繞式電機(jī)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(xiàn)繞式異步電動(dòng)機(jī)的繞組也是三相繞組，可連成D型或Y型，繞組的三條引線(xiàn)通過(guò)三個(gè)滑環(huán)和電刷引出來(lái)，如圖 7

4、.6所示。圖圖 7.6 線(xiàn)繞式異步電動(dòng)機(jī)定、線(xiàn)繞式異步電動(dòng)機(jī)定、 轉(zhuǎn)子繞組接線(xiàn)方式轉(zhuǎn)子繞組接線(xiàn)方式 鼠籠式繞組是一個(gè)自己短路的繞組。對(duì)銅材料繞組，先在每個(gè)槽內(nèi)放一根導(dǎo)體，在兩側(cè)用兩個(gè)端環(huán)將所有導(dǎo)條焊接起來(lái)，形成一個(gè)鼠籠，見(jiàn)圖 7.7 （a）、（b）。當(dāng)用鋁料作材料時(shí)，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(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式 根據(jù)冷卻、保護(hù)方式的不同，異步電動(dòng)機(jī)有開(kāi)啟式、防護(hù)式和防爆式幾種。 防護(hù)式結(jié)構(gòu)能在一定范圍內(nèi)防止水滴和鐵削掉入電機(jī)，冷空氣從軸向進(jìn)入，冷卻后從機(jī)座兩旁排出。 封閉式異步電動(dòng)機(jī)

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

6、；JD2和JDO2系列分別為防護(hù)式和封閉式多速異步機(jī)；BJO2 系列是防爆式鼠籠異步電動(dòng)機(jī)；。2.額定值額定值（1）額定功率 指電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)軸上輸出的機(jī)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(xiàn)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(shí)， 定子繞組中的線(xiàn)電流，單位為 A 。（4）額定頻率 我國(guó)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(shí)的轉(zhuǎn)速，單位為 r/min 。（6）額定功率因數(shù) 指額定負(fù)載時(shí)定子邊的功率因數(shù)。（7）絕緣等級(jí)與溫升。 此外，還有工作方式、連接方法等。線(xiàn)繞式異步電

7、機(jī)還要標(biāo)明轉(zhuǎn)子繞組額定電動(dòng)勢(shì)和轉(zhuǎn)子額定電流。 電動(dòng)機(jī)的額定輸出轉(zhuǎn)矩可由額定功率、額定轉(zhuǎn)矩來(lái)計(jì)算，公式為：7.1.5 異步電動(dòng)機(jī)的工作原理異步電動(dòng)機(jī)的工作原理圖圖 7.8 異步電動(dòng)機(jī)工作原理異步電動(dòng)機(jī)工作原理 當(dāng)三相對(duì)稱(chēng)電流流入三相對(duì)稱(chēng)繞組時(shí)，電機(jī)內(nèi)形成圓旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，設(shè)轉(zhuǎn)速為 n1以逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，如圖7.8。由于旋轉(zhuǎn)磁密與鼠籠條間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)條中就產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流在磁場(chǎng)中受力，轉(zhuǎn)子便旋轉(zhuǎn)起來(lái)。轉(zhuǎn)速為 n 與n1同方向。只要 n n1，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條與磁場(chǎng)間就有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子就能繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。7.2 異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)子繞組開(kāi)路的電磁關(guān)系異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)子繞組開(kāi)路的電磁關(guān)系7.2.1 規(guī)定正

8、方向規(guī)定正方向 圖 7.9 為一臺(tái)線(xiàn)繞式三相異步電動(dòng)機(jī)，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(shì)和相電流 ； ， ， 分別是轉(zhuǎn)子繞組的相電壓、相電勢(shì)和相電流。 把定轉(zhuǎn)子的空間坐標(biāo)軸 和 都選在A 相繞組的軸處，1U1E1I2U2I1A2A2E并重疊在一起，見(jiàn)圖7.9（a）。圖圖7.9 轉(zhuǎn)子繞組開(kāi)路時(shí)三相轉(zhuǎn)子繞組開(kāi)路時(shí)三相線(xiàn)繞式異步電動(dòng)機(jī)的正方向線(xiàn)繞式異步電動(dòng)機(jī)的正方向 7.2.2 磁通及磁通勢(shì) 1.勵(lì)磁磁通勢(shì) 當(dāng)轉(zhuǎn)子開(kāi)路，定子接到三相對(duì)稱(chēng)電源時(shí)，定子繞組中產(chǎn)生三相對(duì)稱(chēng)電流。由于對(duì)稱(chēng)，

9、我們只取 A 相電流，用 表示，并畫(huà)在圖 7.10 （a）的時(shí)間坐標(biāo)軸上。0I 三相對(duì)稱(chēng)電流在定子中產(chǎn)生的空間合成旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì) 有如下特點(diǎn)： （1）幅值： （2）轉(zhuǎn)向：因電流相序?yàn)?，故 的轉(zhuǎn)向是逆時(shí) 針?lè)较?。?jiàn)圖7.9（a) 。 (3) 轉(zhuǎn)速： ( )0F圖圖 7.10 7.10 勵(lì)磁電流、勵(lì)磁磁通勢(shì)及定、轉(zhuǎn)子繞組電動(dòng)勢(shì)相矢量圖勵(lì)磁電流、勵(lì)磁磁通勢(shì)及定、轉(zhuǎn)子繞組電動(dòng)勢(shì)相矢量圖0F （4）瞬間位置: 當(dāng)三相電流中某相電流達(dá)最大值時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)的正幅值就處于該相繞組的軸線(xiàn)處，而在圖7.10（a）中，A 相電流再過(guò)90度才能達(dá)正的最大值，故旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì) 應(yīng)畫(huà)在圖 7.10 (b)的位置。為了方便，把時(shí)

10、間參考軸 和空間坐標(biāo)軸 重疊在一起，如圖7.10（c）。 2. 主磁通與漏磁通 把通過(guò)氣隙同時(shí)鏈著定、轉(zhuǎn)子繞組的磁通稱(chēng)為主磁通。把只鏈定子繞組的磁通稱(chēng)為定子漏磁通，定子漏磁通包含槽漏磁通和端部漏磁通，見(jiàn)圖 7.11 。氣隙是均勻的， 所產(chǎn)生主磁通 所對(duì)應(yīng)的氣隙磁密 是一個(gè)在空間正弦分布且旋轉(zhuǎn)的磁密波，見(jiàn)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(dòng)機(jī)主磁通與漏磁通異步電動(dòng)機(jī)主磁通與漏磁通 7.23 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 旋轉(zhuǎn)的氣隙每極主磁通在定、轉(zhuǎn)子中的感應(yīng)電勢(shì)分別為： 定轉(zhuǎn)子間相電勢(shì)之比叫電壓比為： 參閱圖 6.5 ，將 軸與 重合，可將 與 之間的關(guān)

11、系畫(huà)在圖 7.10（c）中。可知 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(jì)算 ，故有 （7-1） 7.2.4 勵(lì)磁電流勵(lì)磁電流勵(lì)磁電流由兩部份組成，即 有功分量 很小，無(wú)功分量與 同相，而 與 領(lǐng)先 一個(gè)不大的角度。見(jiàn)圖 7.12 。 圖圖 7.12 7.12 考慮的勵(lì)磁電流、磁通考慮的勵(lì)磁電流、磁通勢(shì)勢(shì) 與繞組電動(dòng)勢(shì)的時(shí)空相矢量圖與繞組電動(dòng)勢(shì)的時(shí)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(dòng)勢(shì)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(xiě)成電流在定子繞組電阻上的壓降為

12、。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(kāi)路時(shí)的相量圖開(kāi)路時(shí)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(huà)的相量圖見(jiàn)圖 7.13 。 7.2.6 等效電路等效電路 若用勵(lì)磁電流 在參數(shù) 上的壓降表示 ，則有： （7-2）式中 為勵(lì)磁阻抗，為勵(lì)磁電阻， 為勵(lì)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(shí)異步電機(jī)等效電路轉(zhuǎn)子繞組時(shí)異步電機(jī)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時(shí)的電磁關(guān)系三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時(shí)的電磁關(guān)系 圖

13、 715 是三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子短接并堵轉(zhuǎn)時(shí)的接線(xiàn)圖，在三相轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電勢(shì)的作用下，在三相繞組中流過(guò)三相對(duì)稱(chēng)電流 并產(chǎn)生轉(zhuǎn)子空間旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì) ，其特點(diǎn)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(shí)的三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)時(shí)的三相異步電動(dòng)機(jī)（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(dāng) 達(dá)到正最大值、即在 軸上時(shí)，轉(zhuǎn)子磁通勢(shì)應(yīng)轉(zhuǎn)到 相繞組的軸線(xiàn)處，即 上。所以畫(huà)時(shí)、空相矢量圖時(shí)，應(yīng)使 和 重合，見(jiàn)圖 7.16 。 下面分析堵轉(zhuǎn)時(shí)定子旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì) 的特點(diǎn)（1）幅值：（2）轉(zhuǎn)向： 與 同方向旋轉(zhuǎn)

14、。（3）轉(zhuǎn)速： 相對(duì)定子繞組的轉(zhuǎn) 速 和角速度 同上。（4）瞬間位置: 當(dāng)定子 相電流 達(dá) 到正最大值時(shí)， 應(yīng)在 相繞組 的軸線(xiàn)處。故畫(huà)時(shí)空相矢量圖時(shí)， 應(yīng)使 和 重合。圖圖7.16 7.16 轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時(shí)電動(dòng)勢(shì)、轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時(shí)電動(dòng)勢(shì)、電流及磁通勢(shì)的時(shí)空相矢量圖電流及磁通勢(shì)的時(shí)空相矢量圖 由于定子旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì) 和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì) 轉(zhuǎn)向相同且轉(zhuǎn)速相等，即兩者是同步的，相對(duì)靜止的。將兩者相加，得合成磁通勢(shì) ， 即 ，這才是產(chǎn)生氣隙每極磁通的磁動(dòng)勢(shì)。 2. 漏磁通堵轉(zhuǎn)時(shí)定、轉(zhuǎn)子磁路中都有漏磁通，見(jiàn)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(dāng)定、轉(zhuǎn)子電流很大時(shí)，漏電抗值變

15、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(shì)改寫(xiě)成 ，可認(rèn)為定子旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)包含兩個(gè)分量，一個(gè)為 用以抵消轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì) ，另一個(gè)為勵(lì)磁磁通勢(shì) 用以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)氣隙磁密 ，見(jiàn)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(shì)的大小、相位不變，就可用一個(gè)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(lái)代替，這就是轉(zhuǎn)子繞

16、組折合的原則。 將關(guān)系式 寫(xiě)成： 令 （7-5）則可得 簡(jiǎn)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(wú)功功率：轉(zhuǎn)子繞組的漏阻抗用 來(lái)表示，根據(jù)（7-3）式可寫(xiě)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(jiàn)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(wú)功功率可寫(xiě)成即折合后的無(wú)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(shí)的五個(gè)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 7

17、.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(shí)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的電磁關(guān)系三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)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(shí)，若不堵轉(zhuǎn)，則轉(zhuǎn)子就要沿氣隙旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)的轉(zhuǎn)向旋轉(zhuǎn)起來(lái)。當(dāng)電磁力矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩（含摩擦轉(zhuǎn)矩和附加損耗轉(zhuǎn)矩）平衡時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 就穩(wěn)定下來(lái)。 異步電動(dòng)機(jī)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，也就

18、不能產(chǎn)生電磁力矩。即轉(zhuǎn)子速度與氣隙磁通勢(shì)的轉(zhuǎn)速不可能同步，異步電動(dòng)機(jī)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(dāng)兩者同轉(zhuǎn)向時(shí)，轉(zhuǎn)差率為 當(dāng)兩者反轉(zhuǎn)向時(shí)，轉(zhuǎn)差率為 7.4.2 轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì) 當(dāng)轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速恒速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子回路的電壓方程式為 （7-8）上式中的各個(gè)參數(shù)均為轉(zhuǎn)子繞組的一相參數(shù)。 當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，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(shí)轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電勢(shì)為即每相感應(yīng)電勢(shì)與轉(zhuǎn)差率成正比。注意式中的 與電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)的電動(dòng)勢(shì)有區(qū)別。 轉(zhuǎn)子的漏電抗 也是對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)子頻率 時(shí)的漏電抗，即可見(jiàn)轉(zhuǎn)子漏電抗與轉(zhuǎn)差率成正比，通常 。 7.4.3 定、轉(zhuǎn)子

19、磁通勢(shì)及磁通勢(shì)的關(guān)系定、轉(zhuǎn)子磁通勢(shì)及磁通勢(shì)的關(guān)系 1. 定子磁通勢(shì)定子磁通勢(shì) 定子的磁通勢(shì)前面已分析過(guò)，不再重述。假定它以同步速n1逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。 2. 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)（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(jiàn)圖 7.9（a） 。即轉(zhuǎn)子磁通勢(shì)也為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。 3. 合成磁通勢(shì)合成磁通勢(shì)（1） 與 的幅值同前。（2）轉(zhuǎn)向： 如前所述 與 都是逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。（3）轉(zhuǎn)速： 相對(duì)定子繞組的轉(zhuǎn)速仍為 n1 。而 相對(duì)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(duì)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(gè)旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)可

20、疊加為 。 需說(shuō)明，這里的合成磁通勢(shì)是電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的磁通勢(shì)，與前述的磁通勢(shì)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(shì)不變，可將轉(zhuǎn)子看作不動(dòng)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(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組一相電動(dòng) 勢(shì)、電流和電抗。 而 分別為異步電機(jī)轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組一相電動(dòng) 勢(shì)、電流和電抗。其功率因數(shù)角可見(jiàn)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，可見(jiàn)折

21、合后的轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(shì)的幅值可寫(xiě)成再考慮其相數(shù)、匝數(shù)的折合后，可寫(xiě)成于是定、轉(zhuǎn)子磁通勢(shì)的關(guān)系可寫(xiě)成 的電流關(guān)系。 7.4.5 基本方程式、等效電路和時(shí)空相矢量圖基本方程式、等效電路和時(shí)空相矢量圖 與堵轉(zhuǎn)時(shí)的分析相比較，只有轉(zhuǎn)子繞組回路電壓方程與運(yùn)行時(shí)有區(qū)別，則用式（7-10）代替式（7-7），就得到旋轉(zhuǎn)時(shí)的基本方程式，如右所示。 根據(jù)以上五個(gè)基本方程式可畫(huà)出如圖 7.23所示，圖中將分解成 和 兩部分畫(huà)出來(lái)。 由圖可知，電機(jī)空載時(shí)，轉(zhuǎn)差率很小， 趨

22、于無(wú)窮， 幾乎為零，定子電流就是勵(lì)磁電流，功率因數(shù)很低。而當(dāng)額定負(fù)載運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)差率 ，此時(shí) 功率因數(shù)可達(dá)0.80.85 。圖圖 7.23 7.23 三相異步機(jī)三相異步機(jī)T T型等值電路圖型等值電路圖 由于異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行可用等效電路來(lái)表示，那么當(dāng)知道電動(dòng)機(jī)參數(shù)時(shí)，就可等效電路計(jì)算出電動(dòng)機(jī)的性能。 圖 7.24 是根據(jù)上述五個(gè)基本方程畫(huà)出的異步電動(dòng)機(jī)時(shí)空相矢量圖。 三想異步電動(dòng)機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系見(jiàn)圖 7.25 。圖圖 7.24 7.24 三相異步電三相異步電動(dòng)機(jī)時(shí)空相矢量圖動(dòng)機(jī)時(shí)空相矢量圖圖圖 7.25 7.25 三相異步電動(dòng)機(jī)電磁關(guān)系示意圖三相異步電動(dòng)機(jī)電磁關(guān)系示意圖 7.4.6 鼠籠轉(zhuǎn)

23、子鼠籠轉(zhuǎn)子 鼠籠轉(zhuǎn)子上的繞組就是鼠籠條。若一對(duì)磁極范圍內(nèi)有 根鼠籠條，轉(zhuǎn)子就感應(yīng) 對(duì)稱(chēng)的電流，形成與定子相同極數(shù)的旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)，這與前述的道理一樣。因此鼠籠三相異步電動(dòng)機(jī)磁通勢(shì)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(dòng)機(jī)的電磁關(guān)系、折合算法、等效電路及時(shí)空相矢量圖也與線(xiàn)繞式異步電動(dòng)機(jī)類(lèi)同。 7.5 7.5 三相異步電動(dòng)機(jī)的功率與轉(zhuǎn)矩三相異步電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)以轉(zhuǎn)速 穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，從電源輸入的功率為 ,定子銅秏為 。正常運(yùn)行時(shí)由于轉(zhuǎn)子頻率很低，其鐵耗略而不計(jì)，則電機(jī)鐵耗為 。 由圖 7.2

24、3 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(jī)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(shí)際輸出功率為 （7-11）可見(jiàn)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，從電源輸入功率 到轉(zhuǎn)軸上的輸出功率 的全過(guò)程為其功率流程如圖 7.26 所示。圖圖7.26 7.26 異步電動(dòng)機(jī)功率流程圖異步電動(dòng)機(jī)功率流程圖 從上所述，異步電機(jī)運(yùn)行的電磁功率、轉(zhuǎn)子銅秏和機(jī)械功率之 間存在如下關(guān)系 （7-12）上式說(shuō)明，電機(jī)運(yùn)行時(shí)，若 大，效率一定不高。 7.5.2 轉(zhuǎn)矩關(guān)系轉(zhuǎn)矩關(guān)系

25、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(jī)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(dá)式電磁轉(zhuǎn)矩的物理表達(dá)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(dāng)磁通單位為 ，電流單位為A時(shí)，上式轉(zhuǎn)矩單位為 。 上式說(shuō)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(dòng)機(jī)的機(jī)械特性三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 7.6.1 機(jī)械特性的參數(shù)表達(dá)式機(jī)械特性的參數(shù)表達(dá)式 電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子電流的關(guān)系為忽略勵(lì)磁電流（即勵(lì)磁支路開(kāi)路），則轉(zhuǎn)子電流為 ，將此式代入上式得（7-14）前式為機(jī)械特性的參

26、數(shù)表達(dá)式。固定 ， 及阻抗參數(shù)，所畫(huà)成的 曲線(xiàn)稱(chēng)為 。 7.6.2 固有機(jī)械特性固有機(jī)械特性 1. 固有機(jī)械特性曲線(xiàn) 三相異步電動(dòng)機(jī)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(shí)的機(jī)械特性稱(chēng)為固有機(jī)械特性。如圖 7.27 所示。圖中1為正相序機(jī)械特性曲線(xiàn)，2為負(fù)相序機(jī)械特性曲線(xiàn)。圖圖 7.27 7.27 固有機(jī)械特新固有機(jī)械特新由圖可知，異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性有如下特點(diǎn)：（1）在 即 的范圍內(nèi)，特性在第象限，T與n同方向，電機(jī)工作在電動(dòng)狀態(tài)。（2）在 s1 范圍內(nèi)，n0 ，也是一種制動(dòng)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(diǎn)；A為理想空載運(yùn)行點(diǎn)；01s1

27、0nn1nnC為電磁轉(zhuǎn)矩最大點(diǎn)；D為啟動(dòng)點(diǎn)。 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(dòng)機(jī)制動(dòng)電磁轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)制動(dòng)電磁轉(zhuǎn)矩（7-15）最大轉(zhuǎn)矩對(duì)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(jī)狀態(tài)和電動(dòng)機(jī)狀態(tài)的最大電磁轉(zhuǎn)矩絕對(duì)值近似相等，臨界轉(zhuǎn)差率也近似相等，機(jī)械特性具有對(duì)稱(chēng)性。 最大電磁轉(zhuǎn)矩與額定電磁轉(zhuǎn)矩的比值稱(chēng)為過(guò)載倍數(shù)，用 表示為 3. 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，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(chēng)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)，用 表示。即 4

28、. 穩(wěn)定性問(wèn)題 在機(jī)械特性 的范圍，無(wú)論恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載還是泵類(lèi)載，電機(jī)都能長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。 在 的范圍，只有泵類(lèi)負(fù)載滿(mǎn)足 處， 的條件時(shí)能穩(wěn)定運(yùn)行，0mSS1mSS 7.6.3 人為機(jī)械特性人為機(jī)械特性 1. 降低定子端電壓的人為機(jī)械特性 由于異步電動(dòng)機(jī)在額定電壓下已接近飽和，故只討論電壓下降時(shí)的人為機(jī)械特性。其特性特點(diǎn)如下：（1）同步轉(zhuǎn)速與電壓無(wú)關(guān)，因此不同電壓的機(jī)械特性有共同的理想空載運(yùn)行點(diǎn)。（2）據(jù)式（7-14）各點(diǎn)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(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)差率 與電壓無(wú)關(guān)。 降低電壓的人為機(jī)械特性見(jiàn)圖 7-29 。注意，在額定負(fù)載時(shí)將低電壓會(huì)使電流、銅秏增大

29、，可能燒毀電機(jī)；而在輕載時(shí)降低電壓運(yùn)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(jī)械特性改變定子電壓的人為機(jī)械特性圖圖 7.30 7.30 定子串三相對(duì)定子串三相對(duì)稱(chēng)電阻的人為機(jī)械特性稱(chēng)電阻的人為機(jī)械特性 2.定子回路串接三相對(duì)稱(chēng)電阻的人為機(jī)械特性定子回路串接三相對(duì)稱(chēng)電阻的人為機(jī)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(jī)械特性如圖 7.30所示。 3. 定子回路串三相對(duì)稱(chēng)電抗的人為機(jī)械特性定子回路串三相對(duì)稱(chēng)電抗的人為機(jī)械特性 與串三相對(duì)稱(chēng)電阻的特性相似，其 不變， ， 及 均減小

30、，且不消耗有功功率。 4. 轉(zhuǎn)子回路串入三相對(duì)稱(chēng)電阻的人為機(jī)械特性轉(zhuǎn)子回路串入三相對(duì)稱(chēng)電阻的人為機(jī)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(jī)械特性如圖 7.31所示。由圖可知轉(zhuǎn)子串電阻適當(dāng)，可使 即 ，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩等于最大轉(zhuǎn)矩。式中 。 若串入電阻過(guò)大，反使得啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩下降。圖圖 7.31 7.31 轉(zhuǎn)子回路穿對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)子回路穿對(duì)稱(chēng)三相電阻的人為機(jī)械特性三相電阻的人為機(jī)械特性 7.6.4 機(jī)械特性的實(shí)用公式機(jī)械特性的實(shí)用公式 1. 實(shí)用公式 因異步機(jī)參數(shù)不易得到，式（7-14）使用不便，可根據(jù)名牌數(shù)

31、據(jù)推導(dǎo)出實(shí)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(shí)用公式 當(dāng)已知銘牌數(shù)據(jù)時(shí)，可通過(guò)額定功率和額定轉(zhuǎn)速算出額定轉(zhuǎn)矩 ，近似認(rèn)為 ，再?gòu)漠a(chǎn)品目錄中查得 得 。將額定點(diǎn)的 和 等代入式（7-18）得解上式得至此就可運(yùn)用實(shí)用公式了。 當(dāng)不知道銘牌額定點(diǎn)數(shù)據(jù)時(shí)，可將人為機(jī)械上任一已知點(diǎn)的T和 s 代入式（7-18）,求出 ，過(guò)程如下：代入后得 變換成解上式得 考慮到額定負(fù)載運(yùn)行時(shí) ，忽略 則式（7-18）變?yōu)?，這是一線(xiàn)性了的實(shí)用公式，應(yīng)用在 范圍內(nèi)。將額定轉(zhuǎn)差率代入上式，得對(duì)應(yīng)的最

32、大轉(zhuǎn)差為： 。 7.7 三相異步電動(dòng)機(jī)的工作特性及測(cè)試方法三相異步電動(dòng)機(jī)的工作特性及測(cè)試方法 工作特性是指：在額定電壓下和額定頻率下，電機(jī)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(dòng)機(jī)的工作特性電動(dòng)機(jī)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(shí)，轉(zhuǎn)速接近同步速，隨負(fù)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(lái)平衡負(fù)載轉(zhuǎn)矩。 2. 定子電流定子電流 空載時(shí)定子電流為勵(lì)磁電流，隨負(fù)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(shí)功率因數(shù)不超過(guò) 0.2 ，隨負(fù)載增大，有功電流增加，功率因數(shù)變大，在額定負(fù)載附近達(dá)到最大，負(fù)載進(jìn)一步增大，轉(zhuǎn)差率變大又使功率因數(shù)開(kāi)始減小。 4. 電磁轉(zhuǎn)矩特性電磁轉(zhuǎn)矩特性 異步電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的轉(zhuǎn)矩方程為 ，考慮到輸出功率為 ，則有 ，由于 變化不大，電磁轉(zhuǎn)矩隨輸出功率的變化近似一直線(xiàn)。 5. 效率特性效率特性 根據(jù) ，電機(jī)空載時(shí)， ，隨負(fù)載增加效率也在變大，當(dāng)不