三相异步电机的等效电路
异步电机等效电路的简化(精)
2 Xm 2 Rk R1 R2 (Xm X2 ) 2 R2
X k X 1
X m R X X 2 X m 2 2 2 (Xm X2 ) 2 R2
2 2
（ 1 ）对于一般电机， X1＝X 2
利用空载 X 0 X m X 1 试验 X m X 0 X 1
P 1 P 2 pcu1 pFe pcu 2 pmec pad 0 P2 p
cu1
p p
pFe pcu2 pmec pad 0
第五章 异步电机 23
《电机学》
※ 功率流程图
P1
Pem pCu2 pad pmec
P2
pCu1
pFe1
※异步电动机的功率平衡方程：
2 P0 pCu1 P0 m1I 0 R1 pFe
《电机学》
第五章 异步电机
12
4、参数计算
Z0
U 0 I 0
空载时的额定相 电压及相电流
p0 R0 m1 I 02
X 0 Z 02 R02
电动机空载，转子支路近似开路
X 0 X m X 1 X m X 0 X 1
pm1 N1k N 1 cos 2 CM m I 2 cos 2 Tem m I2 2
异步电机
转矩系数：
(电机结构参数所决定的常数)
《电机学》
第五章 异步电机
33
pm1 N1k N 1 cos 2 CM m I 2 cos 2 Tem m I2 2
pCu 2 sPem
or
Pmec Pem
1 s R2 s 1 s R2 s
三相异步电机的等效电路
结论： 无论转子旋转与否，转子磁动势 F 2 相对于定子
磁动势 F 1 总是静止的，也就是说转子磁动势 F 2 转速 总是为 n 1 。
正方向的规定
规定定、转子各相电气物理量的正方向； 规定磁动势、磁通的正方向； 确定定转子绕组空间坐标。
正方向的规定（下页图）
X1
气隙磁密 旋转方向
B1 B2
Z1 Z2
n X2
T
A1 TL
A2
A2
2
A1
C2
Y2
1
n1
0
Y1
C1
0
A 1
U1
I1
E1
X1
B1
C1
A2
0
U2
I 2 E2
C2
B2
Es2s ( f2 )
E s2 I2 sR 2 s jI2 sX 2 s
说明：
1）转子回路的频率为： f2 sf1 ； 2）转子电阻：R2s R2；转子漏电抗和频率成正比，因
此有： X 2 s 2f2 L s 2 2 s f 1 L s 2 s X 2；转子电动势大小和
频率成正比，因此有： E 2 s 4 .4 4 s f1 N 2 k d p 2 m s E 2
R1
jX 1
R
' 2
jX
' 2
U1
I0
I 1 E1 E2'
Rm
jX m
I
电气自动化技术《任务3.2三相异步电动机的等效电路7》
任务3.2三相异步电动机的等效电路一、学习目的与要求1．分析三相异步电动机空载运行特征、空载运行参数和空载等效电路。
2.三相异步电动机负载运行参数、负载运行T型等效电路和平衡方程式。
二、学习方法1．学习本课程，首先要精读教材和讲义，了解三相异步电动机空载和负载运行的特征。
2. 充分利用学习资源，对三相异步电动机空载和负载的电路进行分析，进而掌握两个运行方式的特征。
三、授课内容1、三相异步电动机空载运行三相异步电动机的定子和转子之间只有磁的耦合，没有电的直接联系，它是靠电磁感应作用，将能量从定子传递到转子。
这一点和变压器完全相似。
三相异步电动机的定子绕组相当于变压器的一次绕组，转子绕组那么相当于变压器的二次绕组。
因此，分析变压器内部电磁关系的根本方法也同样适用于异步电动机。
三相异步电动机定子绕组接在对称的三相电源上，转子轴上不带机械负载的运行称空载运行。
空载运行的特点：异步电动机空载运行时，由于轴上不带机械负载，其转速很高，接近同步转速，即n≈n1，s很小。
此时定子旋转磁场与转子之间的相对切割速度几乎为0，于是转子的感应电动势E2≈0，转子的电流I2≈0，转子磁动势F2≈0。
〔1〕主漏磁通的分布当三相异步电动机定子绕组通入三相对称交流电时，将产生旋转磁动势，该磁动势产生的磁通绝大局部穿过气隙，并同时交链于定转子绕组，这局部磁通称为主磁通。
主磁通的路径为：定子铁心→气隙→转子铁心→气隙→定子铁心，构成闭合回路。
主磁通同时交链定转子绕组并在其中分别产生感应电动势。
由于异步电动机的转子绕组为三相或多相短路绕组，在转子的感应电动势的作用下，转子绕组中有电流产生，转子电流与定子磁场相互作用产生电磁转矩，实现异步电动机的机电能量转换。
除主磁通外的磁通称为漏磁通，包括定子绕组的槽部漏磁通和端部漏磁通等，漏磁通沿磁阻很大的空气隙形成闭合回路，因此它比主磁通小很多。
漏磁通仅在定子绕组中产生漏磁感应电动势，不起能量转换的媒介作用，只起电抗压降的作用。
chap5 第5章 三相异步电动机原理2-1
第一节 三相异步电动机运行时的电磁过程 当三相异步电动机的定子绕组接到对 称三相电源时，定子绕组中就通过三相 交流电流。若不计谐波和齿槽影响，这 个对称三相交流电流将在气隙内形成按 正弦规律分布、并且以同步转速ns旋转 的旋转磁动势F1，由旋转磁动势F1建立 旋转的气隙主磁场Bm。 这个旋转磁场切割定子、转子绕组， 分别在定子、转子绕组内感应出定子电 动势和转子电动势。在转子电动势作用 下转子回路中有对称三相电流流过。于 是，在气隙磁场和转子电流的相互作用 下，产生了电磁转矩，转子就顺着旋转 磁场的方向转动。
异步电动机 的电流比
励磁电流
m1 N1kW 1 m2 N 2 kW 2 F2 0.9 I 2 0.9 I2 2 p 2 p
（二）电动势平衡方程式
U1 ( E1 ) ( E1 ) I1r1 E2 s ( E2 s ) I 2 (r2 R )
异步电动机带有负载后，转子转速降低，设转子以 转速 旋转，此时显然，旋转磁场的同步转速和转 子转速之间有一个同方向的相对运动，即旋转磁场 以转速差 n n 在切割转子绕组，电磁关系也将发 s 生变化。
n
I2 负载时，不再认为 E 2s 0 ， 0 ，且 I 2 也形成 了磁动势 F 2 ，要弄清异步电机负载的物理情况，首 先要分析转子磁动势的性质。
m1 N1kW 1 m2 N 2 kW 2 m1 N1kW 1 0.9 I1 0.9 I 2 0.9 Im 2 p 2 p 2 p
ki
令 I 1 I 则 2 2
I1 I m ( I 2 )
负载电流
m1 N1kW 1 ki m2 N 2 kW 2
电气自动化技术《任务3.2三相交流异步电动机的等效电路 》
?电机设备运行与控制?课程教案NO. 3-02授课班级周次日期任课教师复习提问三相异步电动机的种类有哪些？铭牌参数的种类及意义是什么？学习模块模块三三相异步电动机的检修学习任务任务3.2 三相异步电动机的等效电路授课内容三相异步电动机的工作原理及参数分析课时 4教学载体教学目标知识目标：1.了解旋转磁场的特点；2.掌握三相异步电动机的运转原理；3.掌握三相异步电动机的等效电路组成。
能力目标：1.通过观看教学使学生掌握三相异步电动机的运转原理掌握；2.增强学生对理论知识的掌握能力3.培养学生自主学习能力。
素质目标：1.培养学生实事求是的科学态度、严谨的工作作风和勇于进取的精神。
重点难点本课题重点是三相异步电动机的运转原理；通过课程动画及多媒体课件进行讲解；本课题的难点是三相异步电动机的等效电路分析；利用电路根本知识尽量让学生掌握其电路结构。
授课过程步骤内容方法、资源运用1 旋转磁场产生及特点启发式、多媒体课件2 异步电动机的运转原理启发式、多媒体课件3 异步电动机的等效电路启发式、多媒体课件授课方式学做一体的教学方式教学地点电工技能实训室教学资源投影系统，课程动画资源资料：?电机设备运行与控制?教材、PPT电子课件教学时间教学内容注释5分钟回忆上节课内容，进行复习提问。
5分钟一、任务描述掌握三相异步电动机的运转条件及等效电路，了解生产设备中三相电机的运转情况及原理。
明确学习任务，结合分析说明，让学生明确学习的主要内容。
10 分钟二、任务分析假设要顺利完本钱次课的教学内容，首先应准备甚础知识：电路根本知识，电磁场的根底知识；其次结合电机结构分析出磁场产生的条件及特点，进而分析其工作原理。
教具数量由任课教师根据学生数量和分组情况自行确定100 分钟三、相关知识1、磁场的产生〔1〕2极旋转磁场如图3-1-2-1〔a〕所示为最简单的三相异步电动机的定子绕组，每相绕组只有一个线圈，三个相同的绕组U1-U2、V1-V2、W1-W2在空间的位置彼此互差120°，分别放在定子铁心槽中。
第5章异步电动机二
以变压器的运行理论为基础，分析异步电动 机运行时的电磁物理过程，导出电动势和磁动势 的平衡方程式，画出相量图，求出真等效电路。 最后分析它的电磁转矩和运行性能。
§5-1 三相异步电动机运行时的电磁过程
一、异步电动机空载运行时的物理情况
N1 N2 为定子、转子绕组一相串联的匝数
f1
是定子通电频率。
Kw 是绕组因数。
在这种运行状态下，转子绕组中呈有感应电动势，
但由于开路转子电流的为？不会产生电磁转矩，转子 呈禁止不动的（ ）n。 0同此转子绕组切割磁场的速 度和定子绕组相同。
由于定子电流除了产生磁通 m 之外，还产生定 子漏磁通 1 ，它必然在定子绕组中产生漏电动势和 变压器一样用漏抗压降来表示：
U1
I0 F10
I2 F2 0
1 E1 Fm0 m
E1 E 20
二、异步电动机负载运行时的物理情况
特点 转子绕组中出线电流,这一电流也要形成磁动
势和磁场。 （一） 转子磁动势的分析
转子磁动势 F2也是一个旋转磁动势，并在空间 按正弦规律分布，以绕线式异步电动机为例。
（二）绕组归算
用一个相数、每相串联的匝数以及绕组因数 和定子绕组一样的绕组代替经过频率归算后的转 子绕组。
归算后转子各量的归算值用加“ ′”表示。
1、转子电流的归算
根据转子磁动势不变，可得
0.9
m1 2
N1Kw1 p
I2
0.9
m2 2
N2Kw2 p
I2
I I I m2N2Kw2
F1 F2 Fm Bm (m )
或
F1 Fm (F2 )
异步电机的等效电路
二、磁势平衡式
z 转子绕组是一对称多相绕组，与定子绕 组有相同极数。
z 绕线式转子有明显的相数和极对数，设 计转子绕组时，必须使转子极数等于定 子极数。否则，没有平均电磁转矩。
z 鼠笼转子的转子有鼠笼加端环组成。所 有导条在两头被端环短路，整个结构是 对称的，实质上是一个对称的多相绕组。 鼠笼转子的极数恒等于定子绕组的极数
抗，随的、铁芯的饱和不同而变化。 异步电机中，磁通由三相联合产生； 变压器中，磁通由一相绕组产生
z 产x1σ生—的—漏定磁子通漏，抗在，定由子定每子一三相相上电引流起联的合
电抗。
第三节 转子旋转时的电磁关系
一、问题的提出
当转子旋转起来后（ n < n1），转子中仍会感应
另那由电外么于流，I&I&1I&2那→→2 ，么产FF&&21F&相相生1与对对转F&定定子2 子还子磁的会的动转保转势速持速F&2为静为。？止n1吗；？ 结论：
有时为了工程计算的方便，常把“T”型等效电路 简化，得到如下图所示的简化等效电路。
I&0'
=
U&1 Z1 + Zm
− I&2''
=
− I&2' c&1
c&1
=
1+
Z1 Zm
I&1
R1 jX1
R2'
jX
' 2
R1
U&1 jX1
三相异步电动机等效电路分析
二、电压平衡式（转子静止时的异步电机）
以下标1和2区别定子和转子电路的各物理量，各种 数量均取每相值。
从电路分析角度来看，转子不动时的异步电机的电 路方程与次级侧短路时的变压器的电路方程相似。
U1 E1 I1r1 jx1 0 E2 I2 r2 jx2
三、磁势平衡式
转子绕组是对称多相绕组，与定子绕组有相同 极数。
F1 Fm F1L
第一项用以产生基波磁通；第二项为负载分量， 用以抵消转子磁势去磁作用，它与转子磁势大小 相等方向相反。
设定子绕组有m1相，磁势的振幅
F1
m1 2
* 0.9*
N 1k N 1 p
I1
转子绕组有m2相，磁势振幅
F2
m2 2
* 0.9*
N 2kN 2 p
I2
激磁磁势
Fm
m1 2
E 2
E 1
I2
R2 s
jX 2
;
I1 I2 Im ;
E 1 Im ( Rm jX m ) Im Z m
五、等效电路
single-phase equivalent circuit
六、参数的物理意义
rm——铁耗等效电阻core-less resistance xm——magnetizing reactance定子每相绕
转子旋转磁势对定子旋转磁势产生去磁作用，二 者共同作用在主磁路中产生主磁通，决定于定子 电势El
E1 4.44 f1 N1kN 1m
E1受到定子电压平衡支配，决定了基波磁通φm， 从而决定了激磁电流Im。
当转子有电流时，定子电流应包含两个分量
I1 Im I1L
由定子电流所产生的磁势也包含两个分量
转子电势和电流的频率（转子频率，与转差率 成正比，又称为转差频率）为
4.5 三相异步电动机的折算、等效电路和相量图
=
E&2 s R2 + jX 2s
=
sE&2 R2 + jsX 2
=
R2 +
E&2
jX
2
+
1
s
s
R2
可见
,用一
个不转的转子并
且在转子
回路中串联一个电
阻
1
s
s
R2
,
就可以将转子频率折算为定子频率,同时保持转子磁动势F2不变.
第4章 三相异步电动机
实际电机旋转时，转子轴上有机械损耗和机械功率输出。
（1）电阻的折算：
电动势变比 阻抗变比
折算前后转子铜损耗不变。
m1I22 R2
m2
I
2 2
R2
R2 kike R2
kike
（2）电抗的折算：
（3）阻抗的折算：
X 2 kike X 2
Z2 kikeZ2
第4章 三相异步电动机
结论： 转子侧各电磁量折算到定子侧时：
（1）电动势、电压乘以电动势变比 ke
（1）运行时的异步电动机与副边接有纯电阻负载的 变压器相似。
当S=1时，相当于副边短路的变压器。
当S=0时，相当于副边开路时的变压器。
（2）异步电动机可看作是一台广义的变压器，不仅 可以变换电压、电流和相位，而且可以变换频率和相 数，更重要的是可以进行机电能量转换。
等值电路中，
1s是s 模R2' 拟总机械功率的不等能值用电电感阻和电
第4章 三相异步电动机
4.5 三相异步电动机的折算、等效电路和相量图
教学内容：
4.5.1 折算 4.5.2 等效电路 4.5.3 相量图 4.5.4 笼型转子的极数、相数、匝数和绕组因数
三相异步电动机等效电路及解析
7.2 三相异步电动机的空载运行三相异步电动机的定子与转子之间是通过电磁感应联系的。
定子相当于变压器的一次绕组,转子相当于二次绕组，可仿照分析变压器的方式进行分析。
7.2.1 空载运行的电磁关系当三相异步电动机的定子绕组接到对称三相电源时，定子绕组中就通过对称三相交流电流，三相交流电流将在气隙内形成按正弦规律分布，并以同步转速n 1弦转的磁动势F 1。
由旋转磁动势建立气隙主磁场。
这个旋转磁场切割定、转子绕组，分别在定、转子绕组内感应出对称定子电动势，转子绕组电动势和转子绕组电流。
空载时，轴上没有任何机械负载，异步电动机所产生的电磁转矩仅克服了摩擦、风阻的阻转矩，所以是很小的.电机所受阻转矩很小，则其转速接近同步转速，n ≈n 1，转子与旋转磁场的相对转速就接近零，即n 1—n ≈0。
在这样的情况下可以认为旋转磁场不切割转子绕组，则E 2s ≈0（“s"下标表示转子电动势的频率与定子电动势的频率不同），I 2s ≈0.由此可见，异步电动机空载运行时定子上的合成磁动势F 1即是空载磁动势F 10，则建立气隙磁场B m 的励磁磁动势F m 0就是F 10，即F m 0=F 10，产生的磁通为Φm 0.励磁磁动势产生的磁通绝大部分同时与定转子绕组交链，这部分称为主磁通，用φm 表示,主磁通参与能量转换，在电动机中产生有用的电磁转矩。
主磁通的磁路由定转子铁心和气隙组成，它受饱和的影响，为非线性磁路.此外有一小部分磁通仅与定子绕组相交链，称为定子漏磁通φ1σ.漏磁通不参与能量转换并且主要通过空气闭合，受磁路饱和的影响较小，在一定条件下漏磁通的磁路可以看做是线性磁路。
为了方便分析定子、转子的各个物理量,其下标为“1”者是定子方，“2”者为转子方。
异步电动机在正常工作时的一些电磁关系在转子不转时就存在，利用转子不动时分析有助于理解其电磁过程。
一、转子不转时(转子绕组开路）异步电动机内的电磁过程转子绕组开路时,转子电流为零，定子电势和转子电势的大小、频率1E •、2E •和1f ;1）转子绕组开路，定子绕组接三相交流电源， 定子绕组中产生三相对称正弦电流（空载电流），形成幅值固定的气隙旋转磁场，旋转速度为1160f n p =; 2）由于转子不动,旋转磁场在定子绕组、转子绕组中感生频率均为1f 的正弦电动势； 11111222224.444.44{N N E j f k N E j f k N =-Φ=-Φ （7.2)式中k N1、 N 1 ——定子 每相有效串联匝数。
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R1
jX 1
R2'
jX
' 2
U&1
I&1
I&0
Rm
I&2'
I&2' R2'
I&2'
2
F&0
I&0
B&
E&1 E&2'
jX m
F&2
jI&2' X
' 2
E&1 E&2'
U&1 E&1 I&1(R1 jX1)
E&1 I&0 (Rm jX m )
E&1 E&2'
E&2'
I&2' (R2'
1）转子绕组频率折合的思路
转子旋转与否影响了转子绕组的频率，但是对 转子磁动势相对定子的转速（即同步速 n1 ）不会 产生影响。现在寻求一个所谓的“等效”静止转子， 它产生的磁动势肯定和转子旋转时候的磁动势相比 是不变的，只是转子绕组的频率就由 f2 改变为 f1 而已。这就是转子绕组频率折合的思路。
第三节 三相异步电机的等效电路
0-1 概述
要求：掌握异步电机稳态分析的基本方 法---等效电路法
异步电动机分析中，主要涉及四个量----（输入能量的）电端口：电压与电流； （输出能量的）机械端口：功率和转速 （或转矩与转速）。
实际中要解决的问题：
主要是已知异步电动机电压与输出功率求 解电流、转速的问题；或已知电压和转速 求电流和功率等问题。
I1
、F&2 和
.
I2 、F&0 和
.
I0 都相互重合的
关系。这样就有：
.
F1
m1
4
2
2 2
N1Kdp1 p
.
I1
.
F2
m2
4.
2
2 2
N2 Kdp 2 p
.
I2
.
F0
m1
4.
2
2 2
N1Kdp1 p
.
I0
根据 F&1 F&2 F&0 ，就可得：
m1 4
2
2 2
N1Kdp1 p
.
I1
m2 2
1 I&1
B&
7、鼠笼转子的问题
本章前面是以绕线型电机为例来分析的，
这种电机转子在设计制造时就确定了极对数、
相数、有效匝数等数据。
对于鼠笼转子绕组由于转子导条在转子铁
心表面均匀布置，那么得到如下关系：
1）转子极对数自动恒等于定子极对数；
2）转子相数等于 m2 通常就认为等于总的转子
导条数；
3）转子的有效匝数：N2kdp2
n1
结论：F&1 与 F&2 在定子内圆空间同转速、同转向，即
相对静止。
根据全电流定律知道，产生气隙磁密 B& 的磁动势 F&0 是作用在磁路上的所有磁动势的总和。即认为合成磁
动势产生气隙磁密：
F&1 F&2 F&0
3、电流形式的磁动势平衡方程
转子角折合以后，在时空相矢图中肯定
有 F&1 和
.
I&2'
1
s
s
R2'
2）简化等效电路
有时为了工程计算的方便，常把“T”型等效电路 简化，得到如下图所示的简化等效电路。
I&0'
U&1 Z1 Zm
I&2''
I&2' c&1
c&1
1
Z1 Zm
I&1
R1 jX1
R2'
jX
' 2
R1
U&1 jX1
I&0'
Rm
jX m
I&2''
1 s
s
R2'
六、基本方程和相量图
jX
' 2
)
I&1 I&2' I&0
R1
jX1
R2'
jX
' 2
U&1
I&1
I&0
Rm
I&2'
E&1 E&2'
jX m
A2 A1
j2 j1
1
U&1
jI&1 X1
.
.
I&1R1
E&1
I&2'
F
2
I&1
F1
I&2' R2'
1
I&0
F&0
B&
F&2
I&2'
2
jI&2' X
' 2
E&1 E&2'
为解决上述问题仍用等效电路法， 要设法找出与变压器相似的等效电路。 本章要求掌握等效电路方面的要点：
1）如何得到等效电路？掌握绕组归算、 转子位置归算与频率归算等；
2）等效电路各元件各代表什么？等效 哪些实际的物理量？
仿照变压器的思路得到等效电路
为了得到等效电路的过程，主要解决以下三个问题：
1）设法用静止转子等效旋转的转子，以便借用变压器 的分析方法；
三 转子转动后的异步电机
1、问题的提出
当转子旋转起来后（n n1），转子中仍会感应
电流 由于
I&1I&→2 ，产F&1 生相转对子定磁子动的势转速F&2为。n1
；
那么 I&2→ F&2 相对定子的转速为？
另外，那么 F&1 与 F&2 还会保持静止吗？
结论： 无论转子旋转与否，转子磁动势 F&2 相对于定子
U&1 E&1 I&1 (R1 jX1 )
E&1 I&0 (Rm jX m )
E&1 E&2'
E&2' I&2' (R2' s
jX
' 2
)
I&1 I&2' I&0
U&1
jI&1 X1
E&1 I&1R1 I&2'
1
I&2'
R2' s
2
I&0
I&2'
jI&2' X
' 2
E&1 E&2'
转子回路开路，转子回路电动势平衡方程：
U&20 E&2
5、时空相矢图和等效电路：
A2 A1 j1, j2
R1
0
I 0&a
I&0
F&0
I&0
U&1
I&0r 0&1
B&
&2
0
E&2
E&1
jX 1
E&1 Rm
jX m
R1
jX 1
U&1
I&0
Rm
E&1
jX m
二 转子不动（堵转）时异步电机
类比变压器的空载运行，说说它们的异同。
2、励磁磁动势及励磁电流
由于转子开路，因此定子三相电流 I&0 产 生合成基波旋转磁动势 F&0 用于建立主磁 场 m ，因此这个磁动势亦称为励磁磁动势。
励磁电流 I&0 可看成由两部分组成：I&0a 提供铁耗，是有功分量；I&0r 建立磁动势产生 主磁场 m ，是无功分量，即：I&0 I&0a I&0r
磁动势 F&1总是静止的，也就是说转子磁动势 F&2 转速 总是为 n1 。
下面我们首先具体分析转子旋转时磁动势 F&2。
2、转子回路的电流和磁动势分析
1）转子电流的频率 f2 ：
其频率取决于气隙旋转磁场切割转子绕组
的相对转速：n' n1 n sn1 ，
即：
f2
p n' 60
p sn1 60
六、基本方程、等效电路和相量图
U&1 E&1 I&1(R1 jX1) E&1 I&0 (Rm jX m )
A2 A1
j1, j2
1
U&1
E&1 E&2'
jI&1 X1 .
E&2'
I&2' (R2'
jX
' 2
)
I&1 I&2' I&0
.
F1
E&1I&1RI&12'
1
F2
I&1
一 转子开路的异步电机
主磁通 m
和变压器一样起到传递能量的媒介作用；
定子漏磁通
不起传递能s1量的媒介作用，只起电抗压降的
作用； 包括：槽部漏磁通、端部漏磁通和谐波磁通
1、基本电磁关系示意图
s1
E&s1
U&1 E&1 E&s1 I&0R1