异步电动机机的稳态模型

空载运行时，激磁磁势全部由定子磁势 F1=Fm
提供，即：

负载运行时，转子绕组中有电流I2 流过，产生一个同 步旋转磁势F2，为了保持Fm不变，定子磁势F1除了提 供激磁磁势Fm外，还必须抵消转子磁势F2的影响，即：

异步电动机的磁势平衡方程：
F1 F1 F Fm ( F2 ) Fm

n2+n=sn1+(1-s)n1=n1 结论：转子绕组的磁势与定子绕组的磁势转速相同， 在空间相对静止。
（3）磁势平衡方程式 激磁电流 和激磁磁势

产生主磁通 所需要的电流称为激磁电流 对应的磁势称为激磁磁势：
；

激磁磁势近似不变



由电势方程式： ；电源电压不变，阻抗压降很小，电势近似不变； 由公式： ， 近似不变； 可见，激磁磁势和激磁电流几乎不变。
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符号表
转子侧折算到定子侧
I'2 Ψ'2 E'2 Ф'2σ Ψ'2σ E'2σ Rm Lm1 Lm Xm Im Fm


（一） 异步电动机的工作原理 （二） 异步电动机的等效电路 （三） 异步电动机的功率平衡和转矩平衡关系 （四） 异步电动机的电磁转矩和机械特性 （五） 异步电动机工作特性分析(略)

转子绕组中感应电势的频率：


转子感应电势的有效值



注意转子不动时（s=1)时的感应电势与转子旋转时感应电势的关系。

转子绕组的阻抗


由于转子绕组是闭合的，所以有转子电流流过。同样 会产生漏磁电抗压降。 漏抗公式： 漏抗也与转差率正比。转速越高，漏抗越小。

考虑到转子绕组的相电阻后： 转子绕组中的电流
2、转差，转差率 （为什么叫异步电动机？）



切割磁力线是产生转子感应电流和电磁转矩的必 要条件。 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。 旋转磁场的转速用n1表示，称为同步转速；转子 的实际转速用n表示，转差Δn=n1-n。

转差率：
s
n1 n n1

转差率是异步电动机的一个基本变量，在分 析异步电动机运行时有着重要的地位。 起动瞬间，n = 0, s=1 理想空载运行时：n=n1, s=0 作为电动机运行时，s的范围在0---1之间。 转差率一般很小，如s = 0.03。 制动运行时，电磁转矩方向与转速方向相 反，即n1与n反向，s>1 发电运行时，n高于同步转速n1,s<0.

（三）异步机的功率平衡和转矩平衡关系

功率变换和传递是电动机的主要功用。
1、功率平衡方程式，电机效率 2、转矩平衡方程
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1、功率平衡方程式，电机效率

结合等效电路分析异步电动机功率流向.
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定子铜耗pcu1
转差功率Ps
（转子铜耗）
pec
转子机械功率 Pmec 电源 输入 功率 铁耗pFe 电磁功率PM
P1

异步电动机从电源获取电功率，即输入功率： 此一功率首先通过定子绕组，产生定子铜耗： 由此功率产生的旋转磁场掠过定转子铁心， 产生铁耗：



定子铁心与旋转磁场相对转速为n1较大，故铁耗 主要为定子铁耗： 转子铁心与旋转磁场相对转速为sn1较小，故转子 铁耗可以忽略不计。


剩余功率将通过气隙磁场感应到转子绕组， 此一功率称为电磁功率：
1、频率折算（用静止转子代替旋转转子）

转差率为s的异步机转子电路频率：f2= s f1 转子静止时s=1；则转子频率等于定子频率。 频率折算后，希望磁势平衡不变，即转子电流不变:

可以理解为：转子不动，转子电阻为
的异步电动机的转子电流，此电流和转子以转差率s旋转 的，转子电阻为R2的异步电动机转子电流相等。

结论：空载运行时，转子电流为0，定子电流等于激磁 电流；负载时，定子电流随负载增大而增大。
（二）异步电动机的等效电路

pec
等效电路法是分析异步电动机的重要手段。在 异步电动机中，作等效电路遇到的两大障碍是

(1)定转子电路的频率不相同； (2)定转子边的相数，匝数，绕组系数等不相等。

所以,首先研究异步电动机的频率折算和绕组折 算的问题。 一、频率折算(用静止的转子代替旋转的转子) 二、绕组折算 三、等效电路 四、相量图
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符号表
m2 R2 Lr1 Lr L2σ X2σ
转子侧
f2 n2 n Ω I2 F2 Ψ2 E2 Ф2σ Ψ2σ E2σ
ki ke kz R'2 L'r1 L'r L'2σ X'2σ
电流折算因子 电势折算因子 阻抗折算因子 转子每相绕组电阻（折算后） 转子每相绕组自感（折算后） 转子绕组等效自感（折算后） 转子每相绕组漏电感（折算后） 转子每相绕组漏电抗（折算后） 转子每相绕组电流（折算后） 链过转子每相绕组的主磁链（折算后） 转子每相绕组感应电势（折算后） 转子每相绕组漏磁通（折算后） 转子每相绕组漏磁链（折算后） 转子每相绕组漏磁电势（折算后） 等效励磁回路电阻 单相互感（单相励磁电感） 等效励磁回路电感 等效励磁回路感抗 励磁电流 励磁磁势（合成磁势）

异步电动机调节转子电阻时机械特性的变化。 （动画T-s.swf）
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过载能力：最大转矩与额定转矩之比：
(一般在1.6--2.2之间，起重，冶金电动机2-3)
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4、异步电动机的起动转矩，起动转矩倍数

作出起动时（s=1)的等效电路，可以直 接求得起动电流和起动转矩。 起动电流指起动瞬间电机从电网吸收的电流,

由以上原理可以得出频率折算的方法：给转子 绕组电阻中，计入一个附加电阻， 1 s R s 即可以把原来旋转的转子看成静止的转子。
2

进一步讨论：




不论静止或者旋转的转子，其转子磁势总以同 步转速旋转，即转子磁势的转速不变，大小相 位又没有变，故电机的磁势平衡依然维持。 静止的转子不再输出机械功率，即电机的功率 平衡中少了一大块机械功率。 静止的转子中多了一个附加电阻，而电流有没 有变，所以多了一个电阻功率。 分析证明：附加电阻上消耗的电功率等于电机 输出的机械功率。
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pec
（一） 异步电动机的工作原理
作为电动机是异步电机最主要的运行方式。 一、异步电动机是如何转动起来的 二、转差，转差率 （为什么叫异步电动机？） 三、电势平衡方程式 四、异步电动机的磁势平衡
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1、异步电动机是如何转动起来的





异步电动机定子上有三相对称的交流绕组； 三相对称交流绕组通入三相对称交流电流时，将 在电机气隙空间产生旋转磁场； 转子绕组的导体处于旋转磁场中； 转子导体切割磁力线，并产生感应电势，判断感 应电势方向。 转子导体通过端环自成闭路，并通过感应电流。 感应电流与旋转磁场相互作用产生电磁力，判断 电磁力的方向。 电磁力作用在转子上将产生电磁转矩，并驱动转 子旋转。 根据以上电磁感应原理，异步电动机也叫感应电 动机。

漏磁电势（漏抗压降）

定子漏磁通：仅与定子绕组相匝链。
Ls
L1
3

漏抗压降：
2 Ls Lm
L s1 , L m
3 2
Lm1

电阻压降：
X 1 2 f 1 L1

定子电势平衡方程式：
（2）转子绕组的电势及电流

转子绕组的感应电势

转子绕组切割主磁通的转速

主磁通以同步速度旋转, 转子以转速n旋转 转子绕组导体切割主磁通的相对转速为(n1-n)=sn1 公式： 结论：由于s很小，转子感应电势频率很低。0.5-3Hz 公式： 感应电势与转差率正比。 绕线式异步电机转子绕组每相串联匝数，相数计算方法同定子绕组的 计算。 笼型转子，由于每个导条中电流相位均不一样，所以，每个导条即为 一相，可见相数等于导条数即转子槽数；每相串联匝数为半匝即1/2。

根据转差率可以区分异步电动机运行状态：
3、电势平衡方程式
（1）定子绕组电势平衡方程式

定子绕组接AC电源，与电源电压平衡的电势(压降)有：

主电势（感应电势）：

定子绕组通入三相对称交流电流时，将会产生旋转的主磁通，同时 被定子绕组和转子绕组切割，并在其中产生感应电势。

定子绕组感应电势的有效值：

电磁功率首先提供转子铜耗：

剩余的电磁功率全部转化为机械功率：
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机械功率一部分克服机械损耗和附加损耗：

其余功率为输出的机械功率：

异步电动机的功率平衡方程式：
异步机的功率流程图
pcus pFe
pcur
pmec+ps
P2
P1
PM
Pmec

几个重要的关系：
p Cu 2 m I r sP M
3
N2
Kw2
转子线圈绕线匝数 转子线圈绕组系数 转子线圈绕组相数 转子每相绕组电阻 转子每相绕组自电感 转子绕组等效自电感 转子绕组等效漏电感 转子绕组等效漏电抗 转子每相绕组感应电势频率 转子旋转磁势的转速（相对于转子） 转子实际机械转速 转子实际机械角速度 转子每相绕组电流 转子绕组磁势 链过转子每相绕组的主磁链 转子每相绕组感应电势 转子每相绕组漏磁通 转子每相绕组漏磁链 转子每相绕组漏磁电势
X1σ
定子绕组等效漏电抗
定子供电电源频率 同步机械转速 同步机械角速度来自定子侧f1 n1 Ω1