工學(xué)第五章-異步電機(jī)二課件

重慶大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院電機(jī)學(xué)及拖動(dòng)基礎(chǔ)1第五章異步電機(jī)（二）三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理2

主要內(nèi)容第一節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的電磁過程第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的等效電路及相量圖第三節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩第四節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的工作特性及其測(cè)取方法第五節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)參數(shù)的測(cè)定第六節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率的關(guān)系第七節(jié)單相異步電動(dòng)機(jī)3第一節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的電磁過程定子繞組接到對(duì)稱三相電源U1，產(chǎn)生對(duì)稱三相電流I1；形成按正弦分布、以轉(zhuǎn)速ns旋轉(zhuǎn)的定子合成磁動(dòng)勢(shì)F1；建立旋轉(zhuǎn)的氣隙主磁場(chǎng)Bm；氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割定、轉(zhuǎn)子繞組，產(chǎn)生對(duì)稱三相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E1、E2s；轉(zhuǎn)子回路中通過對(duì)稱三相電流I2；在氣隙磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子電流相互作用下，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子隨著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)。一異步電動(dòng)機(jī)負(fù)載時(shí)的物理情況4空載運(yùn)行時(shí)：n≈ns，Δn≈0，E2s≈0，I2≈0 ——建立Bm的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)Fm0就是定子繞組產(chǎn)生的三相基波合成磁動(dòng)勢(shì)F10，即Fm0=F10異步電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系負(fù)載運(yùn)行時(shí)：n<ns，Δn增大，E2s增大，I2增大

——轉(zhuǎn)子電流I2也將形成轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)F2F2的性質(zhì)？與F1的關(guān)系？對(duì)氣隙主磁場(chǎng)的影響？5繞線型：轉(zhuǎn)子繞組為對(duì)稱三相繞組，轉(zhuǎn)子電流是對(duì)稱三相電流，形成的磁動(dòng)勢(shì)無疑是旋轉(zhuǎn)的。鼠籠型：導(dǎo)條形成一種對(duì)稱的多相繞組（一般每對(duì)極下的導(dǎo)條數(shù)就是相數(shù)），轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)為對(duì)稱多相電動(dòng)勢(shì)，轉(zhuǎn)子電流為對(duì)稱多相電流，形成的合成磁動(dòng)勢(shì)？

——用矩形磁動(dòng)勢(shì)波疊加法分析，也是旋轉(zhuǎn)的。（一）轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)的分析轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)是一種旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，且近似按正弦規(guī)律分布籠型轉(zhuǎn)子的磁動(dòng)勢(shì)61、F2的旋轉(zhuǎn)方向若定子電流相序A-B-C，產(chǎn)生逆時(shí)針方向的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)由于n<ns，因此旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相序?yàn)閍-b-c，則轉(zhuǎn)子電流相序也為a-b-c由轉(zhuǎn)子電流形成的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)F2的方向也是按a-b-c的相序轉(zhuǎn)子繞組的相序轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)F2與定子磁動(dòng)勢(shì)F1的旋轉(zhuǎn)方向相同。72、F2的轉(zhuǎn)速大小旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以Δn=ns-n的相對(duì)轉(zhuǎn)速切割轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)的多相電動(dòng)勢(shì)和電流的頻率為：轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)F2相對(duì)于轉(zhuǎn)子本身的轉(zhuǎn)速為：轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)F2相對(duì)于靜止的定子的轉(zhuǎn)速為：轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)F2與定子磁動(dòng)勢(shì)F1的轉(zhuǎn)速是相同的，均為ns——即，F(xiàn)2與F1在空間上保持相對(duì)靜止。8F2與F1相對(duì)靜止，因此氣隙內(nèi)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是定、轉(zhuǎn)子的合成磁動(dòng)勢(shì)建立的：F1+F2

負(fù)載時(shí)——

空載時(shí)——由變壓器知識(shí)，一次繞組感應(yīng)電勢(shì)與電源電壓只差一個(gè)漏阻抗壓降。而異步電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)電源電壓為U1N，故可認(rèn)為電動(dòng)機(jī)從空載到負(fù)載的過程中，定子繞組內(nèi)的感應(yīng)電勢(shì)E1近似不變，由此可認(rèn)為：（二）磁動(dòng)勢(shì)平衡9于是，磁動(dòng)勢(shì)平衡關(guān)系： 或者：表明：負(fù)載時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的定子磁動(dòng)勢(shì)F1包含兩個(gè)分量，一個(gè)是產(chǎn)生氣隙內(nèi)主磁通的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)Fm，另一個(gè)是抵消轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)作用的（-F2）異步電動(dòng)機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)磁動(dòng)勢(shì)的平衡關(guān)系10磁動(dòng)勢(shì)和電流的關(guān)系——相矢圖（時(shí)空矢量圖） 旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)及磁場(chǎng)可用一種以同步角速度ωs旋轉(zhuǎn)的矢量表示； 對(duì)應(yīng)的電流可用數(shù)值上等于同步角速度ωs的角速度ω旋轉(zhuǎn)的相量表示； 由于旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)與對(duì)應(yīng)電流有一定的時(shí)空關(guān)系

——當(dāng)某相電流達(dá)到最大值時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)幅值正好位于該相繞組的軸線上

如果把時(shí)間參考軸放在A相繞組的軸線上，則F與I1A始終是重合的因此可將矢量和相量混合在一起，用相矢圖分析F2與F1的相互關(guān)系？它們與對(duì)應(yīng)電流的關(guān)系？11負(fù)載時(shí)定子、轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)和電流的相矢圖：考察Bm位于A相軸線的瞬間Bm的空間位移與Φm的時(shí)間位移一致由于磁滯和渦流損耗的存在，Bm滯后Fm一個(gè)鐵耗角αFe根據(jù)電磁感應(yīng)定律，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)滯后于繞組磁鏈90o電角度F2在空間上滯后于Bm的電角度為在相矢圖中，磁動(dòng)勢(shì)矢量的方向與對(duì)應(yīng)電流相量方向一致Fm與-F2相加，得到F112勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)Fm建立氣隙內(nèi)主磁場(chǎng)Bm，其主磁通為主磁通分別在定、轉(zhuǎn)子繞組中，感應(yīng)出對(duì)稱的定子電動(dòng)勢(shì)

和轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)：

——有效值分別為：

——相位上均滯后90o電角度

——與的相量表達(dá)式分別為：（三）電磁關(guān)系13此外，定、轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的漏磁通在各自繞組內(nèi)感應(yīng)出漏電動(dòng)勢(shì)和：另外，定、轉(zhuǎn)子繞組中還有因電阻存在而產(chǎn)生的電壓降和。異步電動(dòng)機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系14二基本方程式由磁動(dòng)勢(shì)與相電流的關(guān)系：（一）磁動(dòng)勢(shì)平衡方程式m1——定子繞組的相數(shù)m2——轉(zhuǎn)子繞組的相數(shù)Im——對(duì)應(yīng)于勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)的勵(lì)磁電流15在時(shí)空矢量圖中，磁動(dòng)勢(shì)矢量的方向與電流相量方向一致，磁動(dòng)勢(shì)平衡方程式也可以寫成： 令，并使： 則：ki——異步電動(dòng)機(jī)的電流比

變換的前提——變換前后轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)保持不變，即：16負(fù)載時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的定子電流可以看成由兩部分組成：一部分為勵(lì)磁電流分量，其作用是產(chǎn)生氣隙主磁通；另一部分為負(fù)載電流分量，其作用是抵消轉(zhuǎn)子電流所產(chǎn)生的磁效應(yīng)。從而將磁動(dòng)勢(shì)的矢量關(guān)系變換為對(duì)應(yīng)電流的相量關(guān)系，得到用電流相量表達(dá)的磁動(dòng)勢(shì)平衡方程式：17由負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系，可列出異步電動(dòng)機(jī)定、轉(zhuǎn)子繞組的電動(dòng)勢(shì)平衡方程式：（二）電動(dòng)勢(shì)平衡方程式RΩ——轉(zhuǎn)子繞組的外加電阻對(duì)于籠型轉(zhuǎn)子，則RΩ=018Zm——表征鐵心磁化特性和鐵耗的一個(gè)綜合參數(shù)，稱為勵(lì)磁阻抗Xm——反映氣隙主磁通的勵(lì)磁電抗Rm——反映鐵耗的勵(lì)磁電阻X1——表征定子繞組漏磁通磁路特性的一個(gè)參數(shù)，稱為定子漏電抗X2s——表征轉(zhuǎn)子繞組漏磁通磁路特性的一個(gè)參數(shù)，稱為轉(zhuǎn)子漏電抗和變壓器一樣，把感應(yīng)電勢(shì)和漏電動(dòng)勢(shì)、作為電壓降來處理，即：19轉(zhuǎn)子漏電勢(shì)的有效值為：

轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)，n=0、s=1，這時(shí)f2=f1，用E2σ表示轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子漏電勢(shì)的有效值：

轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子漏電勢(shì)有效值：轉(zhuǎn)子繞組漏電抗也有這種關(guān)系：同理，轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)的有效值：20定、轉(zhuǎn)子繞組的電動(dòng)勢(shì)平衡方程式可改寫成：如外加電阻RΩ=0，旋轉(zhuǎn)時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的電路為：

注意：定、轉(zhuǎn)子繞組的相數(shù)、有效匝數(shù)、電動(dòng)勢(shì)和電流的頻率均不相同——定、轉(zhuǎn)子電路還不能連接起來。21異步電動(dòng)機(jī)負(fù)載時(shí)的基本方程式：其中，ke——電動(dòng)勢(shì)比22第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的等效電路及相量圖直接求解5個(gè)基本方程式，不僅計(jì)算十分復(fù)雜，而且由于轉(zhuǎn)子電路的頻率f2與定子電路的頻率f1不同，直接聯(lián)立求解這些頻率不同的電路相量方程式是沒有物理意義的。

——因此，需要將耦合電路中的一個(gè)電路歸算到另一個(gè)電路，導(dǎo)出所謂等效電路的方法。23一異步電動(dòng)機(jī)的等效電路在不改變定子繞組中的物理量（定子電動(dòng)勢(shì)、電流及功率因數(shù)等）和異步電動(dòng)機(jī)的電磁性能的前提下，將轉(zhuǎn)子繞組進(jìn)行“歸算”，然后將歸算后的轉(zhuǎn)子繞組與定子繞組直接聯(lián)系起來，即可得到異步電動(dòng)機(jī)的等效電路：

1）頻率歸算——和變壓器不同；

2）繞組歸算——和變壓器一樣。24所謂“頻率歸算”——保持整個(gè)電磁系統(tǒng)的電磁性能不變，把一種頻率的參數(shù)和物理量換算成另一種頻率的參數(shù)和物理量。在異步電動(dòng)機(jī)中，就是用一個(gè)具有定子頻率而等效于轉(zhuǎn)子的電路去代換實(shí)際轉(zhuǎn)子電路。所謂“等效”是指——

1）等效后轉(zhuǎn)子電路對(duì)定子電路的電磁效應(yīng)不變，即保持F2不變（同轉(zhuǎn)速、幅值、空間位移角）；

2）等效后轉(zhuǎn)子電路的電磁性能（有功功率、無功功率、銅耗等）必須和實(shí)際轉(zhuǎn)子電路一樣。（一）頻率歸算25由f2=sf1，得出當(dāng)s=1時(shí)，f2=f1，這一關(guān)系說明：轉(zhuǎn)子頻率和定子頻率相等時(shí)，轉(zhuǎn)子是靜止的。

——因此，轉(zhuǎn)子頻率的歸算，需用一個(gè)靜止的轉(zhuǎn)子電路去代替實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子電路。能否等效？從轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)的轉(zhuǎn)速看，頻率為f2的實(shí)際轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)的絕對(duì)轉(zhuǎn)速是同步轉(zhuǎn)速，頻率為f1的靜止轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)的絕對(duì)轉(zhuǎn)速仍然是同步轉(zhuǎn)速?gòu)霓D(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)的幅值與空間位移角看，轉(zhuǎn)子電流的相量不變，則F2矢量的大小和空間位移角不變26

——可以看出，除改變與頻率有關(guān)的參數(shù)和電動(dòng)勢(shì)以外，用R2/s去代替R2，即可保持、F2不變。若RΩ=0，則：靜止轉(zhuǎn)子電路中的電流：有效值和相位角：27從功率看，作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，0＜s＜1，轉(zhuǎn)子電阻由R2變?yōu)镽2/s，相當(dāng)于轉(zhuǎn)子電路中串入一個(gè)附加電阻： 靜止轉(zhuǎn)子電路中在附加電阻上產(chǎn)生的這部分虛擬的功耗，實(shí)質(zhì)上表征了異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率。因此，用靜止的轉(zhuǎn)子去代替實(shí)際轉(zhuǎn)子，在功率和損耗方面也是等效的。頻率歸算——相當(dāng)于轉(zhuǎn)子電路中串加一個(gè)附加電阻(1-s)R2/s，把實(shí)際轉(zhuǎn)子等效為一個(gè)靜止轉(zhuǎn)子。28頻率歸算后，定、轉(zhuǎn)子電路的電動(dòng)勢(shì)還不相等，即：——定、轉(zhuǎn)子電路仍不能連接起來。和變壓器繞組歸算一樣，異步電動(dòng)機(jī)的繞組歸算：就是人為地用一個(gè)相數(shù)、每相串聯(lián)匝數(shù)以及繞組因數(shù)和定子繞組一樣的繞組，去代替相數(shù)為m2、每相串聯(lián)匝數(shù)為N2以及繞組因數(shù)為kw2并經(jīng)過頻率歸算后的轉(zhuǎn)子繞組。歸算原則：歸算前后，轉(zhuǎn)子對(duì)定子的電磁效應(yīng)不變，即轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)、轉(zhuǎn)子總的視在功率、轉(zhuǎn)子銅耗以及轉(zhuǎn)子漏磁場(chǎng)儲(chǔ)能均保持不變。（二）繞組歸算29電流歸算原則——轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)不變 歸算后的轉(zhuǎn)子電流有效值為：ki——電流比電動(dòng)勢(shì)歸算原則——轉(zhuǎn)子總的視在功率不變ke——電勢(shì)比30阻抗歸算——由轉(zhuǎn)子銅耗和漏磁場(chǎng)儲(chǔ)能不變頻率和繞組歸算后的異步定、轉(zhuǎn)子電路圖：31異步電動(dòng)機(jī)歸算后的基本方程式：歸算后的定、轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)方程式：磁動(dòng)勢(shì)方程式：勵(lì)磁支路的電動(dòng)勢(shì)方程式：32由歸算后的基本方程式，可導(dǎo)出：相應(yīng)的電路——異步電動(dòng)機(jī)的T形等效電路R1、X1：定子繞組的電阻和漏電抗R2’、X2’：歸算后轉(zhuǎn)子繞組的電阻和漏電抗Rm：與定子鐵心損耗對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁電阻Xm：與主磁通對(duì)應(yīng)的鐵心磁路勵(lì)磁電抗（三）異步電動(dòng)機(jī)的等效電路等效電路以電路形式綜合了異步電機(jī)的電磁過程，因此它必然反映異步電機(jī)的各種運(yùn)行情況。33幾種異步電機(jī)的典型運(yùn)行情況1、空載運(yùn)行：n≈ns，s≈0，轉(zhuǎn)子相當(dāng)于開路，定子中的電流滯后于外加電壓接近90o電角度，功率因數(shù)是滯后的，且很低2、額定負(fù)載運(yùn)行：sN≈5%歸算后的轉(zhuǎn)子電路基本上是電阻性的，功率因數(shù)較高；定子電流中負(fù)載分量起主要作用，定子功率因數(shù)能達(dá)到0.8～0.85；定子漏阻抗壓降影響不大，和相應(yīng)的主磁通只比空載時(shí)略小。34

3、起動(dòng)時(shí)的情況：轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時(shí)，n=0，s=1，相當(dāng)于電路短路狀態(tài)，所以起動(dòng)電流（即堵轉(zhuǎn)電流）很大，功率因數(shù)也較低。4、異步發(fā)電機(jī)運(yùn)行：ns<n<∞，-∞<s<0，相應(yīng)的機(jī)械功率為負(fù)值，表示從轉(zhuǎn)子軸上輸入機(jī)械功率。每相輸入功率分配如下： 轉(zhuǎn)子機(jī)械功率=轉(zhuǎn)子銅耗+傳給定子的功率355、電磁制動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行：轉(zhuǎn)子反旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向旋轉(zhuǎn)，s>1，產(chǎn)生的機(jī)械功率也為負(fù)值，表示從轉(zhuǎn)子軸上輸入機(jī)械功率。這時(shí)由定子傳到轉(zhuǎn)子的電磁功率以及軸上吸收的機(jī)械功率，都供給了轉(zhuǎn)子的銅耗。（四）等效電路的簡(jiǎn)化因?yàn)閯?lì)磁電流占總負(fù)載電流的比例并不很小，故勵(lì)磁支路只能前移，不能略去——異步電動(dòng)機(jī)的近似等效電路36二異步電動(dòng)機(jī)的相量圖異步電動(dòng)機(jī)T形等效電路的相量圖為參考相量和均滯后于90o電角度則超前于一個(gè)αFe電角度由和決定由和相加得出由和得到37注意一點(diǎn)：定子電流永遠(yuǎn)滯后于電源電壓，即異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)始終是滯后的。異步電動(dòng)機(jī)近似等效電路的相量圖38[例5-1]一臺(tái)2p=4的三相異步電動(dòng)機(jī)，數(shù)據(jù)如下：定子繞組為三角形聯(lián)結(jié)，試求額定負(fù)載時(shí)的定子電流、轉(zhuǎn)子電流、勵(lì)磁電流、功率因數(shù)、輸入功率和效率。解39（1）用T形等效電路計(jì)算：①、設(shè)，定子電流為：定子線電流有效值為：40②、定子功率因數(shù)：③、定子輸入功率：④、轉(zhuǎn)子電流和勵(lì)磁電流：⑤、效率：41（2）用近似等效電路計(jì)算負(fù)載支路阻抗：勵(lì)磁支路阻抗：①、轉(zhuǎn)子電流（即負(fù)載電流）：②、勵(lì)磁電流：42③、定子電流：定子線電流有效值：④、定子功率因數(shù)：⑤、定子輸入功率：⑥、效率：兩種方法比較：用近似等效電路算出的定、轉(zhuǎn)子電流將比用T形等效電路算出的稍大，且電動(dòng)機(jī)功率越小相對(duì)偏差越大43第三節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩直流電動(dòng)機(jī)： 磁場(chǎng)由定、轉(zhuǎn)子繞組雙邊的電流共同激勵(lì)； 氣隙磁場(chǎng)隨著負(fù)載變化，產(chǎn)生電樞反應(yīng)。異步電動(dòng)機(jī)： 磁場(chǎng)僅由定子繞組一邊的電流來建立； 氣隙磁場(chǎng)基本上與負(fù)載大小無關(guān)，無電樞反應(yīng)。異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換過程和直流電動(dòng)機(jī)相似：輸入電功率電磁感應(yīng)輸出機(jī)械功率機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵在于：作為耦合介質(zhì)的磁場(chǎng)對(duì)電氣系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)的作用和反作用。44一功率轉(zhuǎn)換過程功率轉(zhuǎn)換過程：

輸入——從定子繞組輸入電功率P1

定子——定子銅耗pCu1+定子鐵耗pFe+電磁功率Pe

轉(zhuǎn)子——轉(zhuǎn)子銅耗pCu2+轉(zhuǎn)子鐵耗pFe+總機(jī)械功率Pmech

輸出——總機(jī)械功率Pmech-機(jī)械損耗pmech-附加損耗pΔ

=凈機(jī)械功率P2通常，轉(zhuǎn)差率很小，轉(zhuǎn)子鐵心中磁通變化頻率很低，轉(zhuǎn)子鐵耗可忽略不計(jì)如果轉(zhuǎn)差率較大，則f2較大，就應(yīng)該考慮轉(zhuǎn)子鐵耗45異步電動(dòng)機(jī)的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系直流電動(dòng)機(jī)的功率圖pCuapmech異步電動(dòng)機(jī)的功率圖hpmechpmech46二功率方程式U1——定子相電壓I1——定子相電流

——定子功率因數(shù)角

——轉(zhuǎn)子功率因數(shù)角sPe——轉(zhuǎn)差功率轉(zhuǎn)速n越低，轉(zhuǎn)差率s越大，即轉(zhuǎn)差功率越大，則轉(zhuǎn)子銅耗就越大式中，47三轉(zhuǎn)矩方程式由機(jī)械功率方程式： 除以轉(zhuǎn)子的機(jī)械角速度Ω，得到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩方程式：電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)矩平衡規(guī)律——電磁轉(zhuǎn)矩與總的機(jī)械轉(zhuǎn)矩相平衡。Te——電磁轉(zhuǎn)矩T2——輸出機(jī)械轉(zhuǎn)矩，或負(fù)載制動(dòng)轉(zhuǎn)矩T0——空載轉(zhuǎn)矩，電磁轉(zhuǎn)矩Te既可用轉(zhuǎn)子的總機(jī)械功率除以轉(zhuǎn)子機(jī)械角速度來計(jì)算，也可用電磁功率除以同步角速度來計(jì)算：48四電磁轉(zhuǎn)矩公式代入歸算過的轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)，得到異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩公式： 式中，——轉(zhuǎn)矩常數(shù)

——可見，異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩Te的大?。号c每極磁通Φm、歸算后轉(zhuǎn)子電流的有功分量成正比。49第四節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的

工作特性及其測(cè)取方法異步電動(dòng)機(jī)的工作特性——U1=U1N、f=fN時(shí)，n=f(P2)、I1=f(P2)、=f(P2)、Te=f(P2)、η=f(P2)。直流電動(dòng)機(jī)工的作特性——U=UN，RΩ=0、If=IfN時(shí)，n=f(P2)

、Te=f(P2)、η=f(P2)或n=f(Ia)、Te=f(Ia)、η=f(Ia)。50一、工作特性的分析1、轉(zhuǎn)速特性空載時(shí)：

P2≈0→I2≈0

→s

≈0→n≈ns

負(fù)載增加時(shí)：

P2↑→n↓→E2s↑→I2↑→Te↑→s↑對(duì)異步電動(dòng)機(jī)：額定負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)差率為1.5%~5%，n=(1-sN)ns=(0.985~0.95)

ns512、定子電流特性電流平衡方程式空載時(shí)：

P2≈0→I2≈0

→I1≈Im

負(fù)載增加時(shí)：

P2↑→n↓→E2s↑→I2↑→F1↑→I1↑∝P23、功率因數(shù)特性對(duì)電源來說，異步電動(dòng)機(jī)相當(dāng)于一個(gè)感性阻抗空載時(shí)：I1≈Im

，功率因數(shù)約為0.1~0.2負(fù)載增加時(shí)：I2有功分量↑→I1有功分量↑→功率因數(shù)↑額定負(fù)載時(shí)最大超過額定負(fù)載后：s↑→φ2↑→I2無功分量↑→功率因數(shù)↓524、電磁轉(zhuǎn)矩特性5、效率特性可變損耗小于不變損耗時(shí)，效率隨負(fù)載的增加而增加；可變損耗等于不變損耗時(shí)，效率最大；可變損耗大于不變損耗時(shí)，效率隨負(fù)載的增加而減小。負(fù)載不超過額定值時(shí)，轉(zhuǎn)速變化很小，T0可以認(rèn)為基本不變。53第五節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)參數(shù)的測(cè)定空載狀態(tài)的勵(lì)磁參數(shù)：勵(lì)磁阻抗Zm、Rm、Xm

決定于電動(dòng)機(jī)主磁路的飽和程度，是一種非線性參數(shù)。堵轉(zhuǎn)電流時(shí)的參數(shù)：對(duì)應(yīng)堵轉(zhuǎn)電流的漏阻抗Z1、

R1、X1、、、

與電動(dòng)機(jī)的飽和程度無關(guān)，是一種線性參數(shù)分別通過空載試驗(yàn)和堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)測(cè)定。54一、空載試驗(yàn)與勵(lì)磁參數(shù)的確定1、空載試驗(yàn)異步電動(dòng)機(jī)在額定電壓、額定頻率下，軸上不帶任何負(fù)載運(yùn)行。調(diào)節(jié)電源電壓從（1.1～1.3）ＵＮ開始，下降到轉(zhuǎn)速發(fā)生明顯變化時(shí)，測(cè)量７～９點(diǎn)，記錄端電壓、空載電流、空載功率和轉(zhuǎn)速。空載特性曲線552、勵(lì)磁參數(shù)與鐵耗及機(jī)械損耗的確定(1)機(jī)械損耗和鐵耗的分離鐵耗與端電壓平方成正比機(jī)械損耗僅與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān)空載狀態(tài)下，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n≈ns空載時(shí)，s≈0，I2≈056(2)勵(lì)磁參數(shù)的確定空載時(shí)，s≈0，等效電路中的附加電阻無窮大，電路呈開路狀態(tài)。57二、堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)及堵轉(zhuǎn)時(shí)參數(shù)的確定堵轉(zhuǎn)時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的等效電路堵轉(zhuǎn)時(shí)，s=1，n=0，即附加電阻為零。從U1≈0.4U1N開始往下測(cè)量5~7個(gè)點(diǎn)，記錄端電壓、堵轉(zhuǎn)電流和功率，并測(cè)量定子繞組的電阻。

根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)繪制電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)特性I1k=f(U1)，p1k=f(U1)。58Zm>>勵(lì)磁支路相當(dāng)于開路，鐵耗忽略不計(jì)。輸出功率和機(jī)械損耗為零，全部輸入功率都變成定子銅耗轉(zhuǎn)子銅耗。Im≈0，故≈I1=I1K，則對(duì)于大中型異步電動(dòng)機(jī)對(duì)于100KW以下的小型異步電動(dòng)機(jī)(2、4、6

極)，，(8、10極)。59第六節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率的關(guān)系三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率為輸出機(jī)械轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的乘積；輸出轉(zhuǎn)矩是輸出機(jī)械功率的主要成分；轉(zhuǎn)速的派生量為轉(zhuǎn)差率，是異步電動(dòng)機(jī)的基本變量之一;研究Te與s的關(guān)系還可以借以闡明其他如單相異步電動(dòng)機(jī)、伺服電動(dòng)機(jī)等電動(dòng)機(jī)的工作原理。60已知由近似等效電路可得則61臨界轉(zhuǎn)差率sm最大轉(zhuǎn)矩令dTe/ds=0，即可求得最大轉(zhuǎn)矩Tmax，以及所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)差率——臨界轉(zhuǎn)差率sm正號(hào)對(duì)應(yīng)于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，負(fù)號(hào)對(duì)應(yīng)于發(fā)電機(jī)狀態(tài)通常故62有sm和Tmax公式可知:電動(dòng)機(jī)各參數(shù)及電源頻率不變時(shí)，與成正比，sm不變電源頻率與電壓不變時(shí)，sm與近似地與成正比與之值無關(guān)，sm則與成正比對(duì)于繞線式異步電動(dòng)機(jī)，當(dāng)轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)某一電阻RΩ時(shí)，可使

sm=1（相當(dāng)于n=0），即起動(dòng)是有最大轉(zhuǎn)矩Tmax。此時(shí)轉(zhuǎn)子電路的總電阻為由此可求得63第七節(jié)單相異步電動(dòng)機(jī)由單相電源供電基本原理建立在三相異步電動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上結(jié)構(gòu)和特性方面與三相異步電動(dòng)機(jī)不同64一、單相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理單相供電一相斷開由單相交流電所建立的磁動(dòng)勢(shì)是一種脈振磁動(dòng)勢(shì)，僅考慮基波分量：一個(gè)脈振磁動(dòng)勢(shì)可分解為兩個(gè)幅值相等(為脈振磁動(dòng)勢(shì)幅值一半)，轉(zhuǎn)速相同但方向相反的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。用空間矢量表示：F+稱為正轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)；F-稱為反轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。1.單相交流電建立的磁動(dòng)勢(shì)65F+和F-分別建立正轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和反轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，磁通分別為Φ+和Φ-兩個(gè)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子繞組，產(chǎn)生正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩Te+和Te-。正轉(zhuǎn)磁場(chǎng)反轉(zhuǎn)磁場(chǎng)單相異步電動(dòng)機(jī)特性：電動(dòng)機(jī)靜止時(shí)，合成轉(zhuǎn)矩為零，電動(dòng)機(jī)無起動(dòng)轉(zhuǎn)矩；若外力拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)正向或反向轉(zhuǎn)動(dòng)，撤去外力后，電動(dòng)機(jī)將繼續(xù)加速到接近同步轉(zhuǎn)速。Te-s曲線單相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的關(guān)鍵——脈振磁動(dòng)勢(shì)變成旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)66從電磁效應(yīng)考慮，可用定子磁動(dòng)勢(shì)軸線及其垂直軸線（分別為d軸和q軸）上各有兩根導(dǎo)條的轉(zhuǎn)子代替n根導(dǎo)條均勻分布的實(shí)際籠型轉(zhuǎn)子。電機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí)，脈振磁場(chǎng)僅僅在線圈

1-1′內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流。線圈1-1′兩根導(dǎo)體邊所受電磁力互相抵消，不能形成電磁轉(zhuǎn)矩。用外力拖動(dòng)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，線圈2-2′切割脈振磁場(chǎng)，感應(yīng)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)及電流；線圈1-1′不切割磁場(chǎng)，無電動(dòng)勢(shì)和電流。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)后，電動(dòng)機(jī)內(nèi)的電磁情況發(fā)生了什么變化？67設(shè)，則每極脈振磁通為：Φ分別在線圈1-1′和線圈2-2′中感應(yīng)出變壓器電動(dòng)勢(shì)ed和速度電動(dòng)勢(shì)eqq軸線圈可以認(rèn)為是一種電抗器，其阻抗是一種純電感，滯后于90o電角度。與同相位，因此，及其建立的脈振磁動(dòng)勢(shì)Fq在時(shí)間上滯后于和建立的定子脈振磁動(dòng)勢(shì)Fd

90o電角度。68單相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，存在空間和時(shí)間上均相差90o電角度兩種脈振磁動(dòng)勢(shì)：合成磁動(dòng)勢(shì)為：若Fd=Fq=F1，則——正轉(zhuǎn)圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)69如Fd≠Fq=F1，若Fd＞Fq，則F+=(Fd+Fq)/2＞(Fd-Fq)/2，即正轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)幅值大于反轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)幅值。用矢量描述合成磁動(dòng)勢(shì)F+為正轉(zhuǎn)（逆時(shí)針）磁動(dòng)勢(shì)矢量，F(xiàn)-為反轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)矢量；ωt=0時(shí)，F(xiàn)+與F-重合；ωt=π/3，2π/3時(shí)，π

等幾個(gè)瞬間，F(xiàn)+與F-合成，結(jié)果為正弦分布、幅值變動(dòng)、非恒速旋轉(zhuǎn)的磁動(dòng)勢(shì)，其矢量端的軌跡為一橢圓。合成磁動(dòng)勢(shì)的幅值（橢圓長(zhǎng)軸）為正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)幅值之和，最小幅值（橢圓短軸）為正