電機學課件 第5章感應電機

電機學

ElectricMachinery2015.05第5章感應電機

第5章感應電機

本章主要內容三相感應電機的結構與運行狀態(tài)三相感應電動機的磁動勢和磁場（難點）三相感應電動機的電壓方程和等效電路（重點）感應電動機的功率方程和轉矩方程（重點）籠型轉子的極數(shù)、相數(shù)和參數(shù)歸算*感應電動機參數(shù)的測定感應電動機的轉矩-轉差率曲線（重點）感應電動機的工作特性感應電動機的起動、調速

本章分析思路起動調速基本結構電磁關系頻率歸算基本方程等效電路工作特性功率轉矩繞組歸算第5章感應電機

本節(jié)內容5.1感應電機的結構和運行狀態(tài)感應電機的作用與結構感應電機的運行狀態(tài)（重點）感應電機的額定值5.1感應電機的結構和運行狀態(tài)異步電機外形圖異步電機結構圖一、感應電機的基本結構轉子

定子

風扇

冷空氣流

罩

殼（非驅動端）

端蓋（驅動端）5.1感應電機的結構和運行狀態(tài)三相異步電機的基本結構(1)定子1）定子鐵心2）定子繞組3）機座(2)轉子1）轉子鐵心2）轉子繞組（籠型繞組、繞線型繞組）(3)氣隙(4)裝配5.1感應電機的結構和運行狀態(tài)定子定子鐵心：電機主磁路的組成部分，并嵌放定子繞組。由厚度為0.5mm的硅鋼片疊裝而成。為了嵌放定子繞組，在定子沖片內圓周上均勻地沖制若干個形狀相同的槽。5.1感應電機的結構和運行狀態(tài)①半閉口槽適用于小型異步電機，其繞組是用圓導線繞成②半開口槽適用于低壓中型異步電機，其繞組是成型線圈③開口槽適用于高壓大中型異步電機，其繞組是用絕緣帶包扎并浸漆處理過的成型線圈。5.1感應電機的結構和運行狀態(tài)

定子繞組：構成電路部分。其作用是感應電動勢、流過電流、實現(xiàn)機電能量轉換。

機座：固定和支撐定子鐵心。因此要求有足夠的機械強度。5.1感應電機的結構和運行狀態(tài)2.轉子

轉子鐵心：電機主磁路的組成部分，并放置轉子繞組。由厚度為0.5mm的硅鋼片疊裝而成，在轉子外圓周上沖制均勻分布的形狀相同的槽。轉子繞組：構成電路部分。有兩種結構型式：籠型繞組和繞線型繞組。轉軸：支撐轉子鐵心和輸出、輸入機械轉矩。5.1感應電機的結構和運行狀態(tài)

籠型繞組：在轉子鐵心均勻分布的每個槽內各放置一根導體，在鐵心兩端放置兩個端環(huán)，分別把所有的導體伸出槽外部分與端環(huán)聯(lián)接起來。這種籠型繞組一般為鋁澆鑄的，對中大型電機為減小損耗、提高效率，往往采用銅條焊接而成。5.1感應電機的結構和運行狀態(tài)

繞線型繞組：與定子繞組相似、極數(shù)相同的三相對稱繞組。一般接成星形。將三相繞組的三個引出線分別接到轉軸上三個滑環(huán)上，再通過電刷與外電路接通。繞線型轉子的特點是可以通過滑環(huán)電刷在轉子回路中接入附加電阻，以改善電動機的起動性能、調節(jié)其轉速。

5.1感應電機的結構和運行狀態(tài)3.氣隙

(1)定、轉子之間的間隙，也是電機主磁路的組成部分。(2)氣隙大小對異步電機的性能影響很大。(3)為了減小電機主磁路的磁阻，降低電機的勵磁電流，提高電機的功率因數(shù)，氣隙應盡可能小。異步電機氣隙長度應為定、轉子在運行中不發(fā)生機械摩擦所允許的最小值。(4)中、小型異步電機中，氣隙長度一般為0.2～1.5mm。5.1感應電機的結構和運行狀態(tài)二、感應電機的運行狀態(tài)同步轉速nS----定子繞組中流過頻率為fs的三相對稱電流，在氣隙中產(chǎn)生的基波旋轉磁場相對于定子繞組的轉速為ns。轉子轉速n----轉子的機械轉速。

特點：機械轉速n≠同步轉速ns名稱：也叫異步電機

例題轉差率：5.1感應電機的結構和運行狀態(tài)轉差率的大小可以反映感應電機的運行狀態(tài)。5.1感應電機的結構和運行狀態(tài)0<n<ns

1>s>0：電動機狀態(tài)

轉子側：Tem與n同轉向，Tem為驅動轉矩，TemΩ>0，發(fā)出機械功率定子側：E1與I1的有功電流I1a反方向，E1·I1a<0，吸收電功率此時，吸收電功率?發(fā)出機械功率5.1感應電機的結構和運行狀態(tài)2.n>ns

s<0：發(fā)電機狀態(tài)

轉子側：Tem與n反轉向，Tem為制動轉矩，TemΩ<0，吸收機械功率定子側：E1與I1的有功電流I1a同方向，E1·I1a>0，發(fā)出電功率此時，吸收機械功率?發(fā)出電功率5.1感應電機的結構和運行狀態(tài)3.n<0s>1：電磁制動狀態(tài)

轉子側：Tem與n反轉向，Tem為制動轉矩，TemΩ<0，吸收機械功率定子側：E1與I1的有功電流I1a反方向，E1·I1a<0，吸收電功率此時，吸收電功率＋吸收機械功率?轉子電阻熱損耗5.1感應電機的結構和運行狀態(tài)5.1感應電機的結構和運行狀態(tài)電磁制動狀態(tài)電動機狀態(tài)發(fā)電機狀態(tài)s>11>s>0s<0n<00<n<ns

n>ns

由上分析可見，異步電機只有定子側是外加電源的，轉子側的電動勢和電流，均是由氣隙旋轉磁場感應產(chǎn)生的，因此稱作為“感應電機”，而這一感應作用，只有在轉子與氣隙旋轉磁場不同步，即“異步”－轉差率s不等于0的情況下，才可以產(chǎn)生，因此“感應電機”又稱作“異步電機”。5.1感應電機的結構和運行狀態(tài)三、額定值（以電動機為例）額定功率PN

(kW)

：額定運行時軸端輸出的機械功率；額定電壓UN

(V)

：額定運行時定子繞組的線電壓；額定電流IN

(A)：額定電壓下運行，輸出功率為額定值時，定子繞組的線電流；額定頻率fN

(Hz)：定子的電源頻率；5.1感應電機的結構和運行狀態(tài)Y132S1-2三相異步電動機機座中心高機座號長短代號鐵心長短代號極數(shù)感應電機的型號【例】Y180M－2型三相異步電動機，PN=22kW，UN=380V，三角形聯(lián)結，IN=42.2A，fN=50Hz，nN=2940r/min,

cosΦN=0.89。求額定運行時的：(1)轉差率；(2)定子繞組的相電流；(3)輸入有功功率；(4)效率。

解：(1)

由型號知2p=2，即p=1，因此n0=3000r/min，故

sN=n0－nNn0=3000－29403000

=0.02(2)由于定子三相繞組為三角形聯(lián)結，故相電流為I1p=IN

3

42.23

=A=24.4A(3)輸入有功功率=1.732×380×42.2×0.89W=24719.2W=24.72kW(4)效率N=×100%PN

P1N

=×100%=89%2224.72

P1N=3

UNIN

cosΦN5.2三相感應電動機的磁動勢和磁場本節(jié)內容空載磁動勢和磁場主磁通和激磁阻抗漏磁通和漏磁電抗負載磁動勢和磁場轉子磁動勢磁動勢平衡方程式（轉子反應）5.2三相感應電動機的磁動勢和磁場先對照變壓器的電磁關系及研究方法再得出異步電機的電磁關系及研究方法先分析空載時的電磁關系再分析負載時的電磁關系分析方法5.2三相感應電動機的磁動勢和磁場一、空載運行時的磁動勢和磁場空載磁動勢：由定子三相對稱繞組通入三相對稱電流建立（忽略轉子電流）。空載磁場：由旋轉的空載磁動勢建立。主磁通：由基波圓形旋轉磁動勢產(chǎn)生，通過氣隙，同時交鏈定、轉子繞組，實現(xiàn)機電能量轉換。定子漏磁通：只與定子繞組自身交鏈，包括槽漏磁通、端部漏磁通和諧波漏磁通等，產(chǎn)生漏抗壓降。5.2三相感應電動機的磁動勢和磁場一、空載運行時的磁動勢和磁場

1.空載運行時的磁動勢空載運行時的磁動勢情況（回憶變壓器的電磁關系）5.2三相感應電動機的磁動勢和磁場

空載運行時，定子磁動勢基本上就是產(chǎn)生氣隙主磁場的激磁磁動勢，定子電流就近似等于激磁電流。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5-2所示。結論：5.2三相感應電動機的磁動勢和磁場2.主磁通和漏磁通主磁通··槽漏磁通5.2三相感應電動機的磁動勢和磁場

3.主磁通和激磁阻抗5.2三相感應電動機的磁動勢和磁場3.漏磁通和漏抗5.2三相感應電動機的磁動勢和磁場4.空載時定子的電壓方程定子漏阻抗與變壓器類似，空載時的電壓方程如下：5.2三相感應電動機的磁動勢和磁場二、負載運行時的磁動勢和磁場

1.轉子的磁動勢

1）大小:轉子感應電流在三相對稱轉子繞組中產(chǎn)生旋轉磁動勢，幅值為：5.2三相感應電動機的磁動勢和磁場2）轉速定子轉速：0（靜止不動）定子磁動勢轉速：同步速度ns轉子機械轉速：n（與ns方向一致）定子磁動勢相對于轉子的轉速：Δn＝ns－n＝s×ns轉子頻率：f2＝pΔn/60＝s×f1轉子磁動勢相對于轉子的轉速：n2＝60f2/p＝Δn轉子磁動勢相對于定子的轉速：Δn＋n＝ns前提：定轉子極對數(shù)相同。結論：無論轉子的機械轉速為多少，定轉子磁動勢F1與F2的轉速相等、轉向相同，在空間始終保持相對靜止。相對靜止Δnnns例題5.2三相感應電動機的磁動勢和磁場2）轉速當電動機帶上負載時，定子旋轉磁場切割轉子的速度為：

此時，轉子感應電動勢和電流的頻率f2應為

轉子電流產(chǎn)生的旋轉磁動勢F2相對于轉子的轉速為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：無論轉子實際轉速為多少，轉子磁動勢和定子磁動勢在空間始終保持相對靜止。定子和轉子磁動勢之間的速度關系，如圖5-5所示。例題5.2三相感應電動機的磁動勢和磁場3）轉子磁動勢F2的空間相位：（1）不考慮轉子漏抗（即）時：

與同相；超前時間向量圖空間矢量圖5.2三相感應電動機的磁動勢和磁場（2）考慮轉子漏抗（即）時：

超前時間向量圖空間矢量圖5.2三相感應電動機的磁動勢和磁場

時間向量圖與空間矢量圖的統(tǒng)一性：由與之間的時間相位關系，可推導出與之間的空間相位關系。5.2三相感應電動機的磁動勢和磁場2.轉子反應定義：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。作用：使氣隙磁場的大小和空間相位發(fā)生變化，從而引起定子感應電動勢和定子電流發(fā)生變化。它與主磁場相互作用，產(chǎn)生所需要的電磁轉矩，以帶動軸上的機械負載。5.2三相感應電動機的磁動勢和磁場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5-6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?！鷮l端環(huán)籠型繞組返回返回風葉鐵心繞組滑環(huán)軸承返回感應電動機的空載磁動勢和磁場返回ACBXYZ返回感應電機中主磁通所經(jīng)過的磁路返回端部漏磁槽漏磁返回定轉子磁動勢之間的速度關系[例5—1]

有一臺50Hz的感應電動機，其額定轉速nN＝730r／min，試求該機的額定轉差率

解：

s=(ns-nN)/ns

=

750-730/750=0.02667

[例5-2]

有一臺50HZ、三相、四極的感應電動機轉子的轉差率s=5%，試求：（1）轉子電流的頻率；（2）轉子磁動勢相對于轉子的轉速；（3）轉子磁動勢在空間的轉速。

解

(1)轉子電流的頻率

f2=sf1=0.05×50=2.5Hz(2)轉子磁動勢相對于轉子的轉速

n2=60f2/p=(60×2.5)/2=75r/min

(3)轉子磁動勢在空間的轉速

n2+n=n2+ns(1-s)=1500r/min定子轉子圖5-6表示電壓方程相應的定、轉子的耦合電路圖定子繞組內轉子繞組內返回5.3三相感應電動機的電壓方程和等效電路電壓方程（1）定子電壓方程（2）轉子電壓方程等效電路（1）頻率折算（2）繞組折算（3）等效電路負載運行時的電磁物理過程5.3三相感應電動機的電壓方程和等效電路一、電壓方程

1.定子電壓方程5.3三相感應電動機的電壓方程和等效電路以其中一相為例：R1為定子每相電阻；為定子每相漏抗。

2.轉子電壓方程5.3三相感應電動機的電壓方程和等效電路以其中一相為例：旋轉的轉子感應電勢和電流的頻率為轉差頻率：則旋轉的轉子每相感應電勢為：轉子靜止時感應電勢為：故有：5.3三相感應電動機的電壓方程和等效電路旋轉的轉子每相漏抗為：故旋轉的轉子每相感應電動勢為：5.3三相感應電動機的電壓方程和等效電路旋轉的轉子相電流為：旋轉的轉子電流相角為：5.3三相感應電動機的電壓方程和等效電路轉子旋轉時的等效電路為：二、等效電路

1.轉子頻率歸算5.3三相感應電動機的電壓方程和等效電路轉子系統(tǒng)的頻率f2s

＝sf1與定子系統(tǒng)的頻率f1不相同，導致二者的基本方程式和等效電路均無法實現(xiàn)直接連通，得到統(tǒng)一的等效電路。因此，需將轉子系統(tǒng)的頻率f2s折算為定子系統(tǒng)的頻率f1。5.3三相感應電動機的電壓方程和等效電路假設：用靜止的轉子代替實際轉動的轉子。靜止的轉子和旋轉的轉子運行分析比較靜止轉子旋轉轉子頻率工頻轉差頻率功率無機械功率傳遞有機械功率傳遞結論：在靜止的轉子用電路模型模擬機械功率輸出。5.3三相感應電動機的電壓方程和等效電路轉子旋轉時，電勢和電流的頻率為，和轉子不轉時相比，其大小的數(shù)值為：5.3三相感應電動機的電壓方程和等效電路頻率折算方法：把一個旋轉轉子看成靜止的轉子，并在不轉動的轉子中接入等效電阻：兩者旋轉磁通勢相對靜止的性質并不改變；轉子靜止時電流在大小和相位上正好和轉子旋轉時的數(shù)值一致。從定子的角度看：兩者沒有區(qū)別。5.3三相感應電動機的電壓方程和等效電路頻率折算：轉子轉動轉子不轉動5.3三相感應電動機的電壓方程和等效電路說明：（1）頻率歸算前，轉子磁動勢在空間轉速為同步轉速

ns;頻率歸算后，轉子電流頻率為f1,故靜止轉子磁動勢空間轉速仍然為同步轉速。（2）由于轉子電流有效值在頻率歸算前后保持不變

且

故轉子磁動勢在空間的幅值和相位都不變。5.3三相感應電動機的電壓方程和等效電路（3）因即——模擬機械功率輸出的等效電阻則5.3三相感應電動機的電壓方程和等效電路頻率折算后的等效電路

2.繞組歸算5.3三相感應電動機的電壓方程和等效電路5.3三相感應電動機的電壓方程和等效電路5.3三相感應電動機的電壓方程和等效電路結論（繞組折算時）：

-轉子繞組的電壓、感應電動勢乘以ke。轉子繞組電流除以ki。轉子繞組阻抗乘以keki。5.3三相感應電動機的電壓方程和等效電路繞組折算后的方程式組5.3三相感應電動機的電壓方程和等效電路頻率折算和繞組折算后的等效電路5.3三相感應電動機的電壓方程和等效電路3.等效電路等效電路的得出過程①轉子旋轉時定轉子磁耦合電路5.3三相感應電動機的電壓方程和等效電路②頻率折算后時定轉子等效電路5.3三相感應電動機的電壓方程和等效電路③頻率折算和繞組折算后的等效電路5.3三相感應電動機的電壓方程和等效電路④T型等效電路5.3三相感應電動機的電壓方程和等效電路T型等效電路5.3三相感應電動機的電壓方程和等效電路5.3三相感應電動機的電壓方程和等效電路4.等效電路分析和相量圖（1）異步電動機的空載運行

n接近n0，s≈0代表機械負載的附加電阻轉子電路相當于開路定子電路中的電流滯后于外加電壓近90°，功率因數(shù)滯后，且很低5.3三相感應電動機的電壓方程和等效電路（2）異步電動機的額定負載運行sN≈5%，代表機械負載的附加電阻轉子電路基本上為阻性，故轉子電路功率因數(shù)較高定子電流分為勵磁電流和負載分量，定子電路功率因數(shù)取決于這兩部分電流的滯后程度，由于比大的多，故阻性起主要，5.3三相感應電動機的電壓方程和等效電路（3）異步電動機短路運行無論起動還是堵轉，n=0，則s=1代表機械負載的附加電阻電路成短路狀態(tài)起動電流很大，功率因數(shù)也較低5.3三相感應電動機的電壓方程和等效電路（3）異步電動機短路運行無論起動還是堵轉，n=0，則s=1代表機械負載的附加電阻電路成短路狀態(tài)起動電流很大，功率因數(shù)也較低5.3三相感應電動機的電壓方程和等效電路相量圖5.3三相感應電動機的電壓方程和等效電路5.近似等效電路一、功率方程，電磁功率和轉換功率

2.電磁轉矩5.4感應電動機的功率方程和轉矩方程2.電磁功率3.轉換功率二、轉矩方程和電磁轉矩

1.轉矩方程

1.功率方程一、功率方程，電磁功率和轉換功率

1.功率方程5.4感應電動機的功率方程和轉矩方程

異步電機的功率和損耗在T型等效電路中的反映

（1）功率關系示意圖5.4感應電動機的功率方程和轉矩方程

（2）各功率含義5.4感應電動機的功率方程和轉矩方程①

輸入功率

P1

②

定子銅損耗

pCu1

pCu1=m1R1I12③

鐵損耗

pFe（轉子鐵損耗忽略不計）

pFe=m1RmIm2相電壓相電流5.4感應電動機的功率方程和轉矩方程R2'

s

=m1I2'2④

電磁功率

Pe

Pe=P1－pCu1－pFePe=m2E2I2cos2=m1E2'

I2'cos’2

⑤轉子銅損耗

pCu2

pCu2=m2R2I22=m1R2'

I2'

2=s

Pe

=m1R2'I2'

2+m1R2'I2'

2

1－ss5.4感應電動機的功率方程和轉矩方程⑧輸出功率

P2

⑦空載損耗

p0

⑥總機械功率

機械損耗附加損耗名稱符號計算公式輸入電功率

P1

P1=m1U1I1cosφ1

定子繞組銅耗

pCu1

pCu1=m1I12R1

鐵耗

pFe

pFe=m1Im2Rm，在正常運行時，異步電動機的轉速接近同步轉速，轉子電流頻率很低(0.5～2)Hz，轉子鐵耗可以忽略，因此異步電動機的鐵耗可近似認為等于定子鐵耗。電磁功率

Pe

Pe=

P1-pCu1-pFe=pCu2+PM=m2I22R2／s借助于氣隙中旋轉磁場由定子傳遞給轉子的功率轉子繞組銅耗pCu2

pCu2=m2I22R2

名稱符號計算公式總機械功率

機械損耗

包括軸承摩擦損耗和通風損耗，主要與轉速有關附加損耗

pΔ

難以準確計算，通常估算約為電機額定功率的0.5%～1%。輸出機械功率P2

轉子軸上輸出的機械功率

5.4感應電動機的功率方程和轉矩方程

（3）功率平衡方程5.4感應電動機的功率方程和轉矩方程

（4）幾個功率量間的關系電磁功率、轉子繞組回路銅耗、總機械功率三者之間的關系為：5.4感應電動機的功率方程和轉矩方程

2、電磁功率

3、轉換功率（總機械功率）結論：轉換功率不等于電磁功率，電磁功率中，（1-s）部分轉換成總機械功率,即轉換功率；s部分轉變成轉子銅損，故稱sPe為轉差功率。二、轉矩方程和電磁轉矩

1.轉矩方程5.4感應電動機的功率方程和轉矩方程

由功率方程

得轉矩方程電磁轉矩輸出轉矩空載轉矩功率平衡方程與轉矩平衡方程是否矛盾？由于5.4感應電動機的功率方程和轉矩方程所以上式說明，電磁轉矩等于電磁功率除以同步機械角速度，也等于總機械功率除以轉子機械角速度。

2.電磁轉矩5.4感應電動機的功率方程和轉矩方程CT為感應電機轉矩常數(shù)，且電磁轉矩的另外表現(xiàn)形式：【例1】

一臺三相異步電動機，UN=380V，定子Y形聯(lián)結。在拖動TL=140N·m的負載運行時，定子電流I1=42A，轉速n

=1440r/min。鐵損耗PFe=800W，銅損耗PCu=1200W，空載損耗p0=750W。求：(1)轉矩T2、T0

和

；

(2)功率P2、Pem、

和P1

；

(3)效率

和功率因數(shù)cosφ

。解：(1)求轉矩

T2=TL=140N·mT0

=60p02

n

=N·m=5N·m60750

21440

Te=T0＋T2=145N·m

p0

Ω

=(2)求功率由n

=1440r/min可知n0

=1500r/min因此s

=

n0－nn0=

1500－14401500

=0.04P2

=T2n

2

60

=×140×1440kW=21.1kW

2

60Pe

=Te

n02

60

=×145×1500kW=22.77kW

2

60=(1－s)Pe=(1－0.04

)×22.77kW=21.85kW

P1

=P2＋pFe＋pCu＋p0

=(21.1＋0.8＋1.2＋0.75)kW=23.85kW(3)求效率和功率因數(shù)

=×100%P2P1=×100%=88.47%21.1

23.85cos1=P13U1I1==0.8623.851.732×380×42【例2】

一臺三相異步電動機，PN=7500W，

UN=380V,定子三角接，頻率為50Hz。額定負載運行時，定子銅耗為474W，鐵耗231W,機械損耗45W,附加損耗37.5W。已知nN=960r/min，cosφN=0.824

。求：(1)轉子電流頻率；

(2)轉子銅耗；

(3)定子電流；

(4)電機效率。解：(1)求轉子電流頻率轉子電流頻率轉差率(2)轉子銅耗全機械功率電磁功率轉子銅耗

(3)定子電流定子線電流定子輸入功率(4)電動機效率一、空載試驗

2.試驗方法5.5感應電動機參數(shù)的測定2.試驗方法3.空載試驗曲線二、堵轉試驗

1.試驗目的

1.試驗目的4.參數(shù)計算

3.堵轉曲線

4.參數(shù)計算三相異步電機參數(shù)測定電路空載狀態(tài)勵磁參數(shù)Zm,Rm,Xm空載堵轉狀態(tài)漏阻抗Z1、r1、x1，Z’2、r’2、x’2

堵轉（短路）一、空載試驗

1.目的5.5感應電動機參數(shù)的測定確定感應電動機的勵磁阻抗參數(shù)以及鐵耗、機械損耗。5.5感應電動機參數(shù)的測定（1）試驗時電機軸上不帶負載，用三相調壓器對電機供電，使定子端電壓從(1.1～1.3)UN開始，逐漸降低電壓，空載電流逐漸減少，直到電動機轉速發(fā)生明顯下降，空載電流明顯回升為止。（2）在此過程中，記錄電動機的端電壓U1、空載電流I10、空載損耗p0、轉速n。繪制空載特性曲線。

2.試驗方法5.5感應電動機參數(shù)的測定注意：試驗在接線邊做；電壓由高調節(jié)到低時，測量電壓、電流和功率損耗的相應數(shù)據(jù)；一定要測量出額定電壓時的相對應數(shù)據(jù)

3.空載試驗曲線5.5感應電動機參數(shù)的測定

4.參數(shù)計算5.5感應電動機參數(shù)的測定（1）試驗數(shù)據(jù)分析由于異步電動機空載運行時轉子電流小，轉子銅耗可以忽略不計。在這種情況下，定子輸入功率消耗在定子銅耗m1I102R1、鐵耗pFe、機械損耗

，空載附加損耗pΔ0上損耗分離在p10的三項損耗中，機械損耗

與電壓U1無關，在電動機轉速變化不大時，可以認為是常數(shù)。pFe+pΔ可近似認為與磁密的平方成正比，因而可近似認為與電壓的平方成正比。故P10與U12的關系曲線近似為一直線，其延長線與縱軸交點即為機械損耗

。（2）機械損耗求法即：空載附加損耗pΔ相對較小，可忽略，或用其它試驗將之與鐵耗分離，也可根據(jù)統(tǒng)計值估計，從而得到鐵耗pFe。5.5感應電動機參數(shù)的測定（3）勵磁參數(shù)計算式中，定子漏電抗X1將由短路試驗測出。

二、短路試驗

1.目的5.5感應電動機參數(shù)的測定確定感應電動機的漏阻抗參數(shù)。5.5感應電動機參數(shù)的測定（1）將轉子堵住，在定子端施加電壓，從0.4UN開始逐漸降低，記錄定子繞組端電壓Uk、定子電流I1k、定子端輸入功率P1k，作出短路特性（2）根據(jù)短路特性曲線，取額定電流點的Uk(相電壓)、I1k(相電流)、P1k(三相短路損耗)。

2.試驗方法5.5感應電動機參數(shù)的測定注意：試驗在接線邊做；電壓由高調節(jié)到低時，測量電壓、電流和功率損耗的相應數(shù)據(jù)；一般要求測量出：

a、額定電流時（）的相對應數(shù)據(jù)；

b、額定電壓時（）的相對應數(shù)據(jù)；

c、（2~3）倍額定電流時（）的相對應數(shù)據(jù)；

3.堵轉試驗曲線5.5感應電動機參數(shù)的測定

4.參數(shù)計算5.5感應電動機參數(shù)的測定堵轉(ｓ＝1)時的等效電路如圖所示5.5感應電動機參數(shù)的測定大中型異步電機小型異步電機其中一、轉矩-轉差率特性5.6感應電動機的轉矩與轉差率的關系2.最大轉矩3.啟動轉矩二、歸一化轉矩-轉差率表達式

1.表達式4.機械特性一、轉矩-轉差率特性5.6感應電動機的轉矩與轉差率的關系

1.表達式5.6感應電動機的轉矩與轉差率的關系由近似等效電路知：代入電磁轉矩方程中，得：在電壓U1、頻率f1為常數(shù)時，電機的參數(shù)可以認為是常數(shù)，Te僅與s有關.Te-s曲線

5.6感應電動機的轉矩與轉差率的關系2.最大轉矩令臨界轉差率最大轉矩“+”：電動狀態(tài)；“-”：發(fā)電狀態(tài)5.6感應電動機的轉矩與轉差率的關系近似公式（且

）5.6感應電動機的轉矩與轉差率的關系結論：（1）當電源頻率與電機參數(shù)不變時，電機的最大轉矩與電源電壓的平方成正比。（2）當電源電壓和頻率一定時，最大轉矩近似與定、轉子漏抗之和成反比。（3）最大轉矩的大小與轉子電阻大小無關；但臨界轉差率與轉子電阻成正比。5.6感應電動機的轉矩與轉差率的關系3.啟動轉矩將S=1代入轉矩-轉差率公式中，得：5.6感應電動機的轉矩與轉差率的關系4.機械特性nsns0sm10TTmaxTLs<sm：直線部分——工作部分——穩(wěn)定運行s>sm：曲線部分——非工作部分——不能穩(wěn)定運行針對恒轉矩、恒功負載5.6感應電動機的轉矩與轉差率的關系二、歸一化的轉矩-轉差率特性又5.6感應電動機的轉矩與轉差率的關系電磁轉矩表達式總結：物理表達式:參數(shù)表達式:實用表達式:一、工作特性5.7感應電動機的工作特性2.定子電流特性3.功率因素特性二、用直接負載法求取工作特性

1.轉速特性4.轉矩特性5.效率特性5.7感應電動機的工作特性異步電動機的工作特性是指在額定電壓、額定頻率下異步電動機的轉速n、定子電流I1、電磁轉矩Tem、功率因數(shù)cosφ1、效率η等與輸出功率P2的關系曲線，即

異步電動機的工作特性可以用計算方法獲得在已知等效電路各參數(shù)、機械損耗、附加損耗的情況下，給定一系列的轉差s，可以由計算得到工作特性。對于已制成的異步電動機，其工作特性也可以通過試驗求得。一、工作特性5.7感應電動機的工作特性

1.轉速特性空載時，轉子轉速接近于同步轉速；隨著負載的增加，輸出功率P2增加，轉子轉速n略有下降，即是一條稍微向下傾斜的直線。5.7感應電動機的工作特性

轉速特性曲線5.7感應電動機的工作特性

2.定子電流特性空載時，定子電流接近于勵磁電流；隨著負載的增加，輸出功率P2增加，轉子電流I2增加，定子電流I1增加。5.7感應電動機的工作特性定子電流特性曲線5.7感應電動機的工作特性

3.功率因素特性空載時，定子電流接近于勵磁電流，基本用于產(chǎn)生主磁通，有功功率很小，故功率因素很低，01~0.2。隨著負載的增加，輸入電流中的有功分量增加，功率因素逐漸升高。在額定功率附近，功率因素達到最大值。若負載繼續(xù)增加，則導致轉子漏電抗增大，從而引起功率因素降低。5.7感應電動機的工作特性功率因素特性曲線5.7感應電動機的工作特性為什么異步電動機的功率因素總是滯后的？首先，異步電動機的輸出功率是機械功率，屬于有功功率，相當于純電阻負載；其次，異步電動機需要感性的無功功率激磁，有感性無功分量電流；因此，異步電動機的功率因素總是滯后的。5.7感應電動機的工作特性4、轉矩特性空載時，電磁轉矩等于空載轉矩；隨著負載的增大，因為轉速n的變化很小，故近似認為Te的變化成直線。5.7感應電動機的工作特性轉矩特性5.7感應電動機的工作特性5、效率特性空載時，效率等于零；η=P2/(P2+pCu1+pFe+pCu2+pm+pΔ)

其中銅耗隨著負載的變化而變化（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，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)生約在0.8倍額定效率處。負載時：5.7感應電動機的工作特性效率特性5.7感應電動機的工作特性5.7感應電動機的工作特性二、負載法求取工作特性先用空載實驗測出電動機的鐵耗pFe、機械損耗和定子電阻R1。負載實驗是在額定電壓、額定頻率下進行。改變電動機的負載，測定子輸入功率P1、定子電流和轉速。5.7感應電動機的工作特性相關計算公式5.8感應電動機的起動一、起動要求（1）能產(chǎn)生足夠大的起動轉矩Tst，使電動機順利地轉動起來。（2）起動電流Ist不要太大，避免起動時大電流在電網(wǎng)上產(chǎn)生較大的壓降而影響電網(wǎng)上的其它電氣設備和電動機的正常運行。（3）起動的經(jīng)濟性：包括設備簡單和低起動損耗等。

5.8感應電動機的起動

(1)在起動瞬間，，轉子電抗較大，即功率因素很低，從公式知，雖然較大，但功率因素確很低，故仍然不大。實際的異步電動機Tst不大，而Ist較大的原因5.8感應電動機的起動

(2)在起動瞬間，，旋轉磁場以較大的速率切割轉子導體，很小，轉子電流則較大，據(jù)磁動勢平衡，定子繞組中也將流過較大的電流，故較大。注：起動時很低，便很??；

轉子電阻很小，較大。

5.8感應電動機的起動二、決定感應電機起動方法的原則

（1）原則具體情況具體分析：供電變壓器與電機容量及具體應用場合。電動機容量相對于電網(wǎng)容量很小時，可以直接起動；電動機容量/供電變壓器容量<20%時，允許直接起動；5.8感應電動機的起動（2）起動方法籠形異步電動機的直接起動、籠形異步電動機的降壓起動（即采用自耦變壓器，星角變換，串電抗器起動）；繞線式異步電動機轉子繞組回路外串電阻起動等。5.8感應電動機的起動三、籠型感應電動機的起動

（1）直接起動利用閘刀或接觸器把電動機直接接到額定電壓的電源上。

頻繁啟動電動機：電動機容量/供電變壓器容量<20%時，允許直接啟動；不頻繁啟動電動機：電動機容量/供電變壓器容量<30%允許直接啟動；如果沒有獨立的供電變壓器時，則限制電網(wǎng)電壓降不能超過5%。KM3圖三相異步電動機直接啟動若供電電源的變壓器的容量不夠大時，就采取降壓啟動。由于轉矩是按照電壓平方的規(guī)律而下降的，所以這種方法適合于對轉矩要求不高的場合。

5.8感應電動機的起動（2）降壓起動降壓起動——利用某些設備或采用定子繞組換接方法，使電動機起動時定子電壓低于額定電壓。目的：問題：5.8感應電動機的起動常見的降壓起動方法：（1）電抗器起動（定子回路串電抗器）；（2）自耦變壓器起動（用自耦變壓器降壓）；（3）星—三角（）起動；（4）軟起動（采用電力電子裝置控制起動電流）。5.8感應電動機的起動（1）星—三角起動

正常運行時接成Δ形的鼠籠感應電動機，在起動時接成Y形，起動完畢后再接成Δ形，稱為星—三角起動。

設：定子每相阻抗為Z√3U1p△I1l

△

=│Z││Z│I1lY

=U1pY│Z│UN√3=│Z│UN√3=▲

Y型起動的起動轉矩：▲

Y型的定子線電流：

T∝Up21√3Up?U1pY=I1L△I1LY=13

Y起動△起動Y起動與△全壓起動時起動電流和起動轉矩比較UVWUNI1lYUVWUNI1l

△13TS

△TsY=適用星——三角起動的條件：1.只適用于空載或輕載起動。2.只限于正常運行時定子繞組為三角形接線的電機。3.限于在500V以下的低壓電機(因高壓電機定子出6個端頭有困難)。星——三角起動的優(yōu)點：不需要專用設備，價格便宜，故在輕載起動時應優(yōu)先采用。星——三角起動的缺點：應用時要受一定條件的限制。13TS△TsY=IS△IsY=135.8感應電動機的起動（2）自耦降壓起動優(yōu)