电机学第五章(感应电机)
电机学第五版第5章 感应电机
其中
2.负载运行时的磁动势和磁场
图5-13
2.负载运行时的磁动势和磁场
图5-14 三相感应电动机负载时的磁场分布(2p=6)
5.3 三相感应电动机的电压方程和等效电路
1.电压方程 2.等效电路
1.电压方程
定子电压方程
转子电压方程 转子感应电势 转差率S=1时 因此 转子漏抗 转子电压方程 或
2.负载运行时的磁动势和磁场
图5-12表示三相绕线型转子的转子磁动势的空间相位
图5-12 a) =0 c) ≠0
b) d)
=0 ≠0
2.负载运行时的磁动势和磁场
转子反应 负载时转子磁动势的基波对气隙磁场的影响，称为转子反应。转子 反应有两个作用： （1）使气隙磁场的大小和空间相位发生变化，从而引起定子感应电 动势和定子电流发生变化。
电机学
第五章 感应电机
主编
第5章 感应电机
5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 三相感应电机的结构和运行状态 三相感应电动机的磁动势和磁场 三相感应电动机的电压方程和等效电路 感应电动机的功率方程和转矩方程 笼型转子的极数、相数和参数的归算 感应电动机参数的测定 感应电动机的转矩-转差率曲线 感应电动机的工作特性 感应电动机的起动，深槽和双笼电动机
消耗于定子绕组的电阻而变成铜耗：
消耗于定子铁心变为铁耗：
从定子通过气隙传送到转子的电磁功率：
1.功率方程，电磁功率和转换功率
图5-22 由T形等效电路导出感应电动机的功率方程
1.功率方程，电磁功率和转换功率
功率方程为：
转差功率
其中
2.转矩方程和电磁转矩
转矩方程
电磁转矩
2.转矩方程和电磁转矩
感应电机工作原理
感应电机工作原理
感应电机工作原理是基于法拉第电磁感应定律和摩擦力等原理。
当感应电机通电时，电流通过定子绕组，形成磁场。
定子磁场的存在会导致转子中的铝或铜条产生感应电流，并且在转子产生的感应电流与定子磁场之间会产生摩擦力。
根据法拉第电磁感应定律，感应电动机的定子和转子之间产生的感应电流所产生的磁场与定子磁场相互作用，产生摩擦力。
这种摩擦力会导致转子开始旋转。
转子的旋转使得铝或铜条相对于定子磁场产生运动，进而产生感应电流，形成闭合电路。
通过不断施加电流，感应电机的定子磁场会保持稳定，并且转子会随着摩擦力的作用而旋转。
这种旋转运动可用于驱动机械装置或产生电力。
根据感应电动机的工作原理，可以调节定子的电流大小和方向来控制转子的转速和方向。
此外，转子的设计和材料也会影响到感应电机的工作效果。
总的来说，感应电机的工作原理是通过电磁感应和摩擦力相互作用，实现定子与转子之间的能量转换和机械运动。
第5章_感应电机
电机学第五章感应电机2§5-1．感应电机的结构和运行原理§5-2．感应电机的方程式、等效电路和相量图§5-3．感应电机的功率方程和转矩方程§5-4．感应电机的参数测试§5-5．感应电机的转矩-转差率曲线§5-6．感应电机的工作特性§5-7．感应电机的起动要求和特殊结构§5-8．单相感应电机3第一节感应电机的结构和运行原理一、感应电机的基本结构•按转子的结构，分成绕线型和笼型•主要结构部件：定子、转子、气隙4一、感应电机的基本结构1 、笼型感应电机结构¾定子–三相对称交流绕组，下在定子铁芯中–铁芯：用硅钢片叠成；特点：“内圈开槽”56一、感应电机的基本结构¾转子-转子铁芯特点：“外圈开槽”，槽中下多相对称绕组-笼型：槽中用铜条，两头用端环焊接；现多用“铝浇铸”方法-注意：转子绕组是短路的¾气隙-和其它电机相比较小，一般在零点几毫米一、感应电机的基本结构2 、绕线型感应电机结构•和笼型感应电机，只是转子不同，其他基本相同•星形三相绕组，外接滑环，电阻器，铜排•正常工作时要短路，起动、调速时用电阻器短路铜排电阻器78二、感应电机的工作原理•定子：三相对称绕组，通三相对称电流-旋转磁场（同步转速）NSsn ABC9二、感应电机的工作原理•转子上用永磁体形成恒定磁场-转子必然随旋转磁场转动而且转速相同-永磁同步电动机NSsn ABC10二、感应电机的工作原理•转子绕组通直流电-形成恒定磁场，同样旋转-电励磁同步电动机NSsn ABC二、感应电机的工作原理•转子绕组直接短路-导体切割旋转磁场-电势（右手定则）-电流-导体受力（左手定则）-形成转矩-转子旋转-感应电动机NSsnAB C1112二、感应电机的工作原理•特点-转速n 必须小于n s ，否则无法切割磁力线-转子上是无源的，全靠感应才有能量交换！NSsn ABC13三、感应电机的工作状态•对比理解的方法•直流电机有什么工作状态？根据什么判断？-电动机、发电机、电磁制动，感应电机与之相似-判断标准？•感应电机的特点：转子必须与旋转磁场保持一定的速度差，才可能切割磁力线，则定义：s sn ns n −=转差率：14-电磁转矩T 是主动力矩，-，--转子上T ,n 同向，输出机械功率三、感应电机的工作状态根据s 判断电机的工作状态和各物理量的方向1、电动机状态s n n <10s >>20P >sn nT15三、感应电机的工作状态2、发电机状态-转子被拖得转得更快-，-定子绕组e ,i 同向-输出电功率-转子上T ,n 反向，电磁转矩起制动作用s n n >0s <10P >sn nT16三、感应电机的工作状态3、电磁制动状态-外界因素使得转子转速同电动机时相反，和电动机时相似-，-电磁转矩T 也起制动作用1s >0n <sn nT三、感应电机的工作状态17四、感应电机的铭牌值•就是额定值•铭牌：在电机外壳上18四、感应电机的铭牌值1、额定电压UN，加在定子绕组上的线电压，V, kV2、额定电流IN，额定状态时，定子绕组的线电流, A3、额定功率PN，额定运行时，输出的机械功率, kW4、额定转速nN ，加额定负载时转子的转速, r/min•最主要的：1920四、感应电机的铭牌值1、输入电功率•注意以下问题：13cos N N NP U I ϕ=13cos N N N N N N P P U I ηηϕ==额定输入功率额定输出功率21四、感应电机的铭牌值2、感应电机的转速一般多大？-，,与极对数有关………720左右7504950左右100031450左右150022800左右30001n n s p -特点：不能连续变化，没有2000 r/min 的感应电机s n n <60/s n f p =p22四、感应电机的铭牌值3、如何判断感应电机的极对数和同步转速？-一般额定点都在-可以根据上页的表格，根据倒推60603000N s Nf fn n p p p n <==<0.03~0.05N s =N n23[例5-1]有一台50Hz 的感应电动机，其额定转速n N =730r/min ，试求该机的额定转差率[ 解]（1）根据n N ＝730 r/min ，可以得到同步转速n s =750 r/min （2）s = (n s -n N ) /n s=750-730/750=0.02667≈0.027第二节感应电机的方程式、等效电路和相量图一、感应电机的通电过程1、电磁过程-定子绕组通电-形成基波旋转磁场-同时切割定、转子绕组-产生定、转子电势-产生定、转子电流、磁势-合成磁场-完成能量转换NSsnAB C24一、感应电机的通电过程•结果-产生了相对独立的一个定子电流系统，一个转子电流系统-二个电流系统通过气隙关联的ABCN定子电流系统转子电流系统2526一、感应电机的通电过程2、转子参数的变化•关键-转子转速：n-定子磁场转速：n s-相对转速：Δn = n s -n = sn s¾转子电势的频率•转子是多相对称系统→产生多相对称电势•频率：21()6060s s s s n n pn pf n n sf s n −=−=⋅=∝“转差频率”sn nΔn27一、感应电机的通电过程¾转子中的电势222212224.44 4.44s w w E f N k s f N k sE φφ===•注意：-E 2：转子中电流频率是f 1时的电势（s =1，转子不转）-E 2与s 成正比28一、感应电机的通电过程¾转子绕组的电阻和漏抗•电阻：忽略集肤效应，认为电阻r 2不变•电抗：22212222s x f L sf L sx ππ===•注意：-x 2：转子中电流频率是f 1时的电抗（转子不转）-x 2与s 成正比，即：转子n ↑，则漏抗↓29一、感应电机的通电过程¾转子绕组的电流•正常运行时，转子端电压U 2=0•结论：-转子越慢，s ↑，则I 2↑-何时最慢？s =1, 启动瞬间，相当于变压器负载短路！2222222222s s E E s E I r r jx r jsx jxs===+++ii ii30一、感应电机的通电过程¾转子绕组的功率因数•结论：-转子越慢，s ↑，cos 2↓-何时功率因数最小？s 最大的时候，起动！222222cos ()r r sx ϕ=+ϕ31一、感应电机的通电过程¾定转子磁势的相对位置•转子磁势相对于转子：•转子相对于定子：•转子磁势相对于大地：•结论：-不管转子转多快，转不转，转子磁势都和定子旋转磁势转速相同，相对静止，同步旋转21216060f sf n sn p p⋅===(1)sn s n =−221(1)s s sn n n sn s n n =+=+−≡[例5-2]有一台50Hz、三相、四极的感应电动机，若转子的转差率s=0.05，试求：（1）转子电流的频率；(2)转子磁动势相对于转子的转速[ 解](1)转子电流的频率f 2=sf1=0.05×50=2.5 Hz(2)转子磁动势相对于转子的转速n 2=60 f2/p=(60×2.5)/2=75 r/min（同步转速：ns =60 f1/p=1500 r/min）3233二、感应电机的磁势平衡方程式•特点：定子、转子是各自独立的多相对称系统•空间上相对静止111110.92m N k F I piiω=222220.92m N k F I piiω=1112221212111122220.90.9220.9()2m m N k m N k F F F I I p p m N k I m N k I piiii ii i ωωωω=+=+=+•注意：-定转子极对数一定相同的，因为转子磁势就相当于定子磁势的“影子”三、转子绕组的归算•为了计算和分析的方便进行归算，基本思路和变压器相同；•定转子m, Nkw 不同；“在转子上用一个与定子相同m，相同Nkw的等效绕组去归算”；•归折算的原则：电磁本质不变3435三、转子绕组的归算定义电流变比：1、转子电流的归算'22F F ii='222111220.90.922m N k m N k I I p p i i ωω=2111'2222I m N k m N k I iiωω='221iI I k i i=111222i m N k k m N k ωω=•基本原则：磁势不变36三、转子绕组的归算定义电势变比：2、转子电势的归算1122e N k k N k ωω=•基本原则：磁通不变'211222e E N k k E N k ωω=='22e E k E =•注意：感应电机中k e ≠k i ，原因：k i 中有相数的折算37'22e i r k k r =三、转子绕组的归算3、转子电阻和电抗的归算•基本原则：有功功率和无功功率不变2'2'222122cu P m I r m I r =='22e i x k k x ='222222'22121i e ir m I m k k k r m I m ==⋅=三、转子绕组的归算4、归算公式•归算前后：电势、电压×ke电流×1/ki阻抗×ke ki38392221r sr r s s−=+四、归算以后的方程式组11111''''2222'12'121()0()()()m m m m U E I r jx r E I jx s E E I I I E I r jx i i i i i i i i i i i i σσ⎧⎪⎪=−++⎪⎪⎪⎪⎪=−+⎪⎪⎪⎪⎪⎪=⎨⎪⎪⎪⎪=+−⎪⎪⎪⎪⎪−=+⎪⎪⎪⎪⎩11111'''''22222'12'121'''222()()()()1m m m m U E I r jx U E I r jx E E I I I E I r jx s U I r s i i i i i i i i i i i i i i i σσ⎧⎪⎪=−++⎪⎪⎪⎪⎪=−+⎪⎪⎪⎪⎪=⎪⎪⎨⎪⎪=+−⎪⎪⎪⎪⎪−=+⎪⎪⎪−⎪⎪=⎪⎪⎩•结论：感应电动机相当于一台电阻性负载的变压器！！40五、感应电机的等效电路和相量图1、T 型等效电路-就是纯电阻负载的变压器-特点：工作过程中n 变化，s 变化；负载是可变的1U i1I imx 1E i'2E i'2I imI i'2x σ1x σmr '21s r s−'2r 1r41五、感应电机的等效电路和相量图2、T型等效电路对应的相量图2E ′ '22jx I σ′ 2I ′ '22r I s′mφ mI 2I ′− 1I 1E −11jx I σ 1U 11r I -对应纯电阻负载-负载电压与电流同相-注意画的顺序42五、感应电机的等效电路和相量图3、简化Γ型等值电路-一般不能直接把激磁回路移出去，引入修正系数=1+Z 1/Z m-较准确等效电路，取=1+x 1/x m ，一般在1.03~1.081U i1I imc Z i'2IimI i'21s c r si−'2c r i1r '2c x iσ1x σc ic i43五、感应电机的等效电路和相量图4、最简化等值电路-忽略激磁回路，取c =1-一般用于大中型感应电机的计算1U i1I i'2I i1r 1x σ'2x σ'2r'21s r s−44第三节感应电机的功率方程和转矩方程一、功率的传输过程•以T型为例1U i1I imx 1E i'2Ei'2I imI i'2x σ1x σmr '21s r s−'2r 1r 1P 1Cu P 2Cu P FeP emP MP45一、功率的传输过程•能量图1Cu P FeP 2Cu P 0P 1P emP MP 2P46二、功率方程•各功率的表达式-输入功率：11111cos P m U I ϕ=-定子铜损：21111Cu P m I r=-定子铁损：210Fe mP m I r=-电磁功率：''221112em Cu Fe rP P p p m Is=−−=47二、功率方程•各功率的表达式-转子铜损：2'2'2222122Cu p m I r m I r ==-机械功率：2'2'22212211M s s P m I r m I r s s−−==-输出功率：20mec mec ad mec P P p p P p =−−=−-电磁功率：''221112em Cu Fe rP P p p m Is=−−=-空载损耗：0mec adp p p =+48二、功率方程•相互关系11Cu Fe emP P P P =++2em Cu MP P P =+2M mec adP P P P =++(1)M emP s P =−2Cu emP sP =结论：-s 值↑则P Cu2↑，极限：s =1，转子不转或者堵转，全发热了！-s 值↓则P Cu2↓，极限：s ≈0，转子空载，不发热！49三、转矩方程•根据功率方程推导出来2M mec adP P P P =++02mec P p P =−ΩΩΩ02T T T =+•注意对应关系，即0P T =Ω22P T =ΩMP T =Ω空载转矩负载转矩电磁转矩50三、转矩方程•注意转速和角速度的对应关系-机械转速n 对应：-同步转速n s 对应：260nπΩ=12260s s n f p ππΩ==-由于(1)ss Ω=−Ω(1)(1)em em Mss s P P P T s −===Ω−ΩΩ(1)sn s n =−。
《感应电机》课件
03
感应电机的控制与调速
感应电机的控制方式
直接转矩控制（DTC）
恒压频比控制（V/F）
通过直接控制电机的转矩和磁通来调 节电机的转速和转矩。
通过控制电机的输入电压和频率来调 节电机的转速。
矢量控制（VC）
通过控制电机的励磁和转矩电流来调 节电机的转矩和转速。
感应电机的调速原理
调速原理
通过改变电机的输入电压、电流 或频率，从而改变电机的转速和 转矩，实现调速。
02
感应电机的结构与工作原 理
感应电机的结构组成
01
02
03
转子
感应电机的主要旋转部分 ，由导条和转子铁芯组成 。
定子
固定部分，由定子铁芯和 缠绕在铁芯上的三相绕组 组成。
机座和端盖
支撑和保护电机的主要部 件。
感应电机的工作原理
当三相交流电流通过 定子绕组时，产生旋 转磁场。
感应电流与旋转磁场 相互作用产生电磁转 矩，驱动转子旋转。
案例三
总结词：创新设计
详细描述：介绍某电动汽车中感应电机控制系统的创新设计，包括控制策略、软硬件实现等方面的内容，以及该设计在实际 应用中的效果和优势。
旋转磁场与转子导条 相互作用，产生感应 电动势和电流。
感应电机的性能参数
额定功率
电机在额定工作条件下输出的 功率。
效率
电机输出功率与输入功率的比 值，表示电机的能量转换效率 。
温升
电机运行过程中产生的热量导 致电机温度升高，温升与电机 性能和使用寿命有关。
启动电流
电机启动时输入的电流值，启 动电流过大可能导致电网电压
05
案例分析
案例一：某工厂的感应电机应用案例
总结词：实际应用
第5章 电机学
P2 P 1
3U N I N cos
鼠笼电机 =72－93％
P 1
UN和IN为额定线电压和线电流
7. 功率因数(cos1)： 额定负载时一般为0.7 ~ 0.9 ， 空载时功率因数很 低约为0.2 ~ 0.3。额定负载时，功率因数最大。
cos 1
P2
PN
注意：实用中应选择合适容量的电机，防止“大马” 拉“小车”的现象。 此外还有绝缘等级等参数，不一 一介绍。
感应电机分类
单相感应电动机
按定子绕组供电电源相数 三相感应电动机
异步电机
结构简单，坚固， 两相感应电动机 成本低，运行性能 不如绕线式 鼠笼式异步电动机 按转子绕组的结构 绕线式异步电动机
通过外串电阻改善电机 的起动，调速等性能
感应电机的结构
定子铁心
定子
定子绕组
机座
感应电机
转子铁心
绕线型，结构 笼型，结构
•电流频率，绕阻匝数，漏磁路的磁阻是决定漏磁 通大小的主要因素。
• 比如，槽口宽，在槽口漏磁通小；端部长，则 端部漏磁通大。
二、负载运行时的转子磁动势和磁动势方程
转子磁动势 转子切割磁场的速度为 转子感应电动势和电流的频率f2应为
转子电流产生的旋转磁动势F2相对于转子的转速 为
二、负载运行时的转子磁动势和磁动势方程
5.1 感应电机的 结构和运行状态 5.2 三相感应 电动机的磁场 5.3 转子静 止时的异步 电机
5.4 转子旋转时 的异步电机及等 效电路
第五章 感应电机的稳态Байду номын сангаас析
5.5 感应电动机参数的测定
5.7 笼型转子 的参数计算
5.8 异步电动 机功率、转矩 平衡方程式
第五章 感应电机
第1节 三相感应电机的基本工作原理和结构
5.1.1 三相感应电机的运行状态 感应电机是通过定子绕组的三相电流产生旋转磁场，再利 用电磁感应原理，在转子绕组内感生电流，由气隙磁场与 转子感应电流相互作用产生电磁转矩，以进行能量转换。 感应电动机的转速恒小于或高于旋转磁场转速ns ，即n≠ns 是感应电动机工作的必要条件，因此感应电机又称为异步 电机。
规格代号是用中心高、铁芯外径、机座号、机座长度、铁 芯长度、功率、转速或极数表示。
例如，Y112M-2的“Y”为产品代号，代表感应电机；“112” 代表机座中心高为112mm；“M”为机座长度代号(S、M、L分 别表示短、中、长机座)；“2”代表磁极数为2，即两个磁
第1节 三相感应电机的基本工作原理和结构
第1节 三相感应电机的基本工作原理和结构
5.1.2 三相感应电机的基本结构 2）转子部分 ①笼型转子 在转子铁芯的每一个槽中，插入一根裸导条， 在铁芯两端分别用两个短路环把导条连接成一个整体，形 成一个自身闭合的多相对称短路绕组。 大型电机则采用铜导条; 中、小型电机的笼型转子一般都采用铸铝的。
a)铜条转子结构
第1节 三相感应电机的基本工作原理和结构
5.1.2 三相感应电机的基本结构 基本结构均由定子和转子两大部分组成，转子装在定子腔 内，定、转子之间有一缝隙，称为气隙。 1）定子部分 定子部分主要由定子铁芯、定子绕组、机座等部分组成。
（1）定子铁芯 定子铁芯是电机磁路的一部 分，为减少铁芯损耗，一般 由0.5mm厚的导磁性能较好的 硅钢片叠压而成，安放在机 座内。在定子铁芯冲有嵌放 绕组的槽，故又称为冲片。
PN 3U N I N cos N
(5-3)
第1节 三相感应电机的基本工作原理和结构
电机学第五版课件汤蕴璆编著 第5章1感应电机的结构与运行状态
额定效率ηN
例5-1
19
电机学
感应电机的型号
Y132S1-2
三相异步电动机 机座中心高 机座号长短代号 极数 铁心长短代号
20
绕线转子异步电机剖面图 1—转子绕组 2—段盖 3—轴承 4—定子绕组 6—定子 7—集电环 8—出线盒
5—转子
6
电机学
7
电机学
8
电机学
1、定子
异步动机的定子由定子铁心、定子绕组和基座三部分组成。
9
电机学
定子冲片
定子线圈
10
电机学
铁心和机座
2、转子 异步动机的转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成。 1）笼型绕组
2
电机学
本章分析思路
基 本 结 构 电 磁 关 系 基 本 方 程
频 率 归 算
绕 组 归 算
等 效 电 路
功 率 转 矩
工 作 特 性
起 动 调 速3来自电机学本节内容
感应电机的作用与结构
感应电机的运行状态（重点） 感应电机的额定值
4
电机学
感应电机的作用与结构
作用
结构
5
电机学
结构
电机学 第5章
Induction Machines
感应电机
电机学
本章内容
1.
2. 3.
4.
5. 6.
7.
8. 9.
三相感应电机的结构与运行状态 三相感应电动机的磁动势和磁场（难点） 三相感应电动机的电压方程和等效电路（重点） 感应电动机的功率方程和转矩方程（重点） 笼型转子的极数、相数和参数归算* 感应电动机参数的测定 感应电动机的转矩-转差率曲线（重点） 感应电动机的工作特性 感应电动机的起动、调速
电机学第五章
第五章：感应电机的稳态分析主要内容：三相感应电机的结构原理，及磁势，磁场。
感应电机的基本方程式，等效电路。
工作特性，及启动调速问题，最后介绍单相感应电机。
5-1 感应电动机的结构，原理和运行状态为了更好的理解感应电动机的工作原理，首先介绍结构。
一、感应电动机的结构主要由静止的定子和转动的转子两大部分组成，定、转子之间有一很小的气隙。
1、定子：由定子铁心，定子绕组和机座三部分组成定子铁心：是主磁路的一部分，为了减少磁滞损耗和涡流损耗，铁芯由0.5mm的硅钢片叠成。
在定子铁心内圆上均匀的冲有一定槽形的槽，用来嵌放定子绕组槽形分：半闭口，半开口，开口从提高效率和功率因数来看，半闭口槽最好，因为它可以减少气隙磁阻，使产生一定数量的旋转磁场所需的励磁电流最少。
但绕组的绝缘和嵌线工艺比较复杂，因此只用于低压中小型异步电动机中。
对于中型异步电动机通常采用半开口槽。
（500伏以下）对于高压中型和大型异步机，一般采用开口槽，以便于嵌线。
定子绕组：定子铁心槽内对称的放置三相绕组，当三相绕组中通入对称三相交流电流时产生旋转磁场。
机座：用来支撑整个电机。
2、转子：由转子铁心，转子绕组，和转轴组成。
转子铁心：也是主磁路的一部分，由厚0.5mm的硅钢片叠成，在铁心外缘冲有一圈开口槽，外表面成圆柱形。
转子绕组：分笼型：一般采用铸铝，结构简单，制造方便。
应用广泛。
绕线形：转子槽内嵌有三相绕组，通过集电环和电刷与外电路接通。
这样可以在转子绕组中接入外加电阻，改善启动和调速性能。
此种结构较笼型复杂，只用于启动性能要求较高和需调速的场合。
3、 气隙：在定、转子之间有一气隙，气隙大小对异步机的性能有很大的影响。
气隙大磁阻大，要产生同样大小的旋转磁场就需较大的励磁电流，由于激磁电流基本上是无功电流，所以为了降低电机的空载电流，提高功率因数，气隙应尽量减少。
一般气隙长度应为机械条件所容许达到的最小值。
中小型电机气隙一般为0.2-0.7二、异步电动机的工作原理。
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将在定子 气隙中的主磁场以同步转速旋转时，主磁通 m 每相绕组中感生电动势 E 1
若主磁路的磁化曲线用一条线性化的磁化曲 线来代替，则主磁通将与激磁电流成正比；
与 于是可认为 I E m 1
之间具有下列关系：
3. 定子漏磁通和漏抗 定子漏磁通又可分为槽漏磁、端部漏磁和谐波 漏磁等三部分，槽漏磁和端部漏磁如图5-8a和b 所示。
5.5
感应电动机参数的测定
参数计算
激磁电阻 空载电抗 激磁电抗
二、堵转试验
1.试验目的：确定感应电动机的漏阻抗。 I1k , P1k
短路特性
U1
等效电路
2. 参数计算
返回
5.6
感应电动机的转矩—转差率曲线
一、转矩—转差率特性
转矩—转差率特性曲线 如图5－25 所示。
二、最大转矩和起动转矩
1. 最大转矩
三、机械特性 (转矩-转速特性)
工程中将感应电动机的转速随电磁转矩的变
当前无法显示此图像。
化曲线成为机械特性。 电动机机械特性与负载机械特性的交点称为 电动机的运行点。 两者之间的关系如图5-27所示。
例题
返回
5.7
感应电动机的工作特性
一、工作特性
在额定电压和额定频率下，电动机的转速、电磁转矩、定子 电流、功率因数、效率与输出功率的关系曲线称为感应电动 机的工作特性。 图5-28表示一台10kW的三相感应电动机的转速特性和定子电 流特性。电磁转矩、功率因数和效率特性如图5-29所示。 由于感应电动机的效率和功率因数都在额定负载附近达到最 大值，因此选用电动机时应使电动机的容量与负载相匹配， 以使电动机经济、合理和安全地使用。
解：
起动时s=1，起动电流和起动转矩分别为：
A
n
C Y
感应电动机的空载磁动势和磁场
返回
感应电机中主磁通所经过的磁路
返回
槽漏磁
端部漏磁
返回
定转子磁动势之间的速度关系
返回
转子磁动势波F2 气隙磁场Bm 转子
e2 i2
n Te
转子磁动势与气隙磁场在空间的相对位置
转子磁动势波F2 气隙磁场Bm 转子
e2 i2
n Te
返回
F1
) Bm ( m
定子功率因数为：
（2）转子电流和激磁电流
（3）定，转子损耗
（4）输出功率和效率
（5）额定负载时的转速
（6）电磁转矩和输出转矩
[例5·4] 一台四极、 380V 、三角形联结的感应电动机，其 参数为 Ｒ 1=4.47Ω ， Ｒ ´2 = 3.18Ω ， X1σ= 6.7Ω ， X´2σ= 9.85Ω，Xｍ= 188Ω, Ｒm忽略不计。试求该电 动机的最大转矩Ｔmax及临界转差ｓｍ，起动电流Ist 及起动转矩Ｔst。
定子和转子磁动势之间的速度关系，如图5-9所示。
当前无法显示此图像。
图5-10表示三相绕线型转子的转子磁动势的空间相 位。
例题
2. 转子反应 负载时转子磁动势的基波对气隙磁场的影响，称 为转子反应。转子反应有两个作用： 使气隙磁场的大小和空间相位发生变化，从而引 起定子感应电动势和定子电流发生变化。 它与主磁场相互作用，产生所需要的电磁转矩， 以带动轴上的机械负载。
150 100
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
50 0 1.0
4 3 2 1 R2 R2 R2 R2
0.8
0.6
0.4
0.2
0
转子电阻变化时的Te-s曲线
返回
n
ns
A
Te
T2 T0
0
感应电动机的转矩-转速特性
Te
返回
24
12
1.00
n
20 10 0.95 16 8 0.90
根据上式即可画出感应电动机的T形等效电路，如图 5-15 所示。图5-16表示与基本方程相对应的相量图 。
4. 近似等效电路
由此即可画出Γ形近似等效电路，如图5-17所示。
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5.4
感应电动机的功率方程和转矩方程
一、功率方程，电磁功率和转换功率
感应电动机从电源输入的电功率： 消耗于定子绕组的电阻而变成铜耗： 消耗于定子铁心变为铁耗： 从定子通过气隙传送到转子的电磁功率：
功率方程为：
其中
图5-18表示相应的功率图。
二、转矩方程和电磁转矩 转矩方程
电磁转矩
例题
返回
5.5 感应电动机参数的测定
一、空载试验 1. 试验目的: 确定电动机的激磁参数、铁耗和机械损耗。
空载特性曲线
2. 铁耗和机械损耗分离
P10 3 I R1
2 10
pFe
pΩ
O
U
2 1
返回
TN
返回
[例5—1]
有一台50Hz的感应电动机，其额定转速nN＝ 730r／min，试求该机的额定转差率
解：
s = (ns-nN) /ns = 750-730/750=0.02667
[例5-2]
有一台50HZ、三相、四极的感应电动机转子的转 差率s=5%，试求： （1）转子电流的频率； （2）转子磁动势相对于转子的转速； （3）转子磁动势在空间的转速。
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5.2 三相感应电动机的磁动势和磁场
一、空载运行时的磁动势和磁场
1.空载运行时的磁动势 空载运行时， 定子磁动势基本上就是产生气隙主磁 场的激磁磁动势，定子电流就近似等于激磁电流。 计及铁心损耗时，磁场在空间滞后于磁动势以铁心 损耗角，如图5-6所示。
2. 主磁通和激磁阻抗
主磁通是通过气隙并同时与定、转子绕组相交链的磁通， 它经过的磁路(称为主磁路)包括气隙、定子齿、定子轭、 转子齿、转子轭等五部分．如图5-7所示。
2. 起动转矩
3. 讨论
感应电机的最大转矩与电源电压的平方成正比，与定、转 子漏抗之和近似成反比； 最大转矩的大小与转子电阻值无关，临界转差率则与转子 电阻成正比：转子电阻增大时，临界转差率增大，但最大 转矩保持不变，此时Ｔｅ－ｓ曲线的最大值将向左偏移,如 图5-26所示； 起动转矩随转子电阻值的增加而增加，直到达到最大转矩 为止。
m1 , N 1kw1
频率和绕组归算后感应电动机的定、转子电路图
返回
R1
I 1
U 1
X 1
X2
R2
Rm
' I 2 E ' E 1 2
I m
1 s R2 s
Xm
感应电动机的T形等效电路
返回
异 步 电 动 机 相 量 图
返回
I 1
R1
X 1
' 2 cX
例题
三、额定值
额定功率PN (kW) ：额定运行时轴端输出的机械功率； 额定电压UN (V) ：额定运行时定子绕组的线电压； 额定电流IN (A)：额定电压下运行，输出功率为额定值 时，定子绕组的线电流；
额定频率fN (Hz) ：定子的电源频率； 额定转速nN (r/min) ：额定运行时转子的转速。
n0
X 2σ
R2
U 1
I 1
E 2
I 2 1 s R2 s
m1 , N 1kw1 f1
m2 , N 2 kw2 f1
频率归算后感应电动机的定、转子电路图
返回
R1
X 1
n0
X2
R2
U 1
I 1
' E E 2 1
' I 2 1 s R2 s
m1 , N 1kw1
5.1 感应电机的结构和运行状态
一、感应电机的结构 定子铁心
定子 定子绕组
机座
感应电机
转子铁心
绕线型 结构 笼 型 结构
转子 转子绕组
转轴
二、感应电机的运行状态
旋转磁场的转速ns与转子转速n之差称为转差．转 差Δn与同步转速ns的比值称为转差率，用s表示， 即：
ns n s ns
转差率是表征感应电机运行状态的一个基本变量。 按照转差率的正负和大小，感应电机有电动机、发 电机和电磁制动三种运行状态，如图5-5所示
解 (1)转子电流的频率
f2 = sf1 =0.05×50=2.5Hz
(2)转子磁动势相对于转子的转速
n2=60f2/p=(60×2.5)/2=75r/min
(3) 转子磁动势在空间的转速
n2 + n = n2+ns(1-s)=1500r/min
例[5—3]
已知一台三相四极的笼型感应电动机，额定功率 PN＝l0kW，额定电压UN＝380V(三角形联结)，定 子每相电阻R1=1.33Ω,漏抗X1σ＝2.43Ω，转子电阻的 归算值R´2=1.12Ω，漏抗归算值X´2σ=4.4Ω，激磁阻 抗Rm＝712Ω，Xm＝900Ω，电动机的机械损耗 pΩ=100W，额定负载时的杂散损耗 pΔ=100W。试 求额定负载时电动机的转速，电磁转矩，输出转矩， 定子和转子相电流，定子功率因数和电动机的效率。
3.负载时的磁动势方程 转子反应的两个作用合在一起，体现了通过电磁感 应作用，实现机电能量转换的机理。由此可以进一 步导出负载时的磁动势方程：
当前无法显示此图像。
→
图5-11示出了负载时定、转子磁动势间的关系，以 及定子电流与激磁电流和转子电流的关系。
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5.3 三相感应电动机的电压方程和等效电路
二、工作特性的求取
1. 直接负载法
先用空载试验测出电动机的铁耗、机械损耗和定子电阻， 再进行负载试验求取工作特性。
2.由参数算出电动机的主要运行数据
在参数已知的情况下，给定转差率，利用等效电路求出 工作特性。