74三相异步电动机转子旋转时的电磁关系

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三相异步电动机的运行原理要点

n
p
n1 60
sf1
转子转动后的基本方程式
E2s 4.44 f2 N2kdp2m 4.44sf1N2kdp2m sE2
X 2s 2 f2L 2 2 sf1L 2 sX 2
转子感应电势以及转子漏电抗均与转差率成正比。
二、定、转子磁动势关系
1、定子磁动势 F1
2、转子旋转磁动势 F2
五．等效电路
T形等效电路
等效机械负载的附加电阻
各参数的物理意义：
定子铁耗的等效电阻
定子绕组的电阻r1、漏抗x1
对应主磁通的励磁电抗
转子绕组归算后的电阻r’2、漏抗x’2
R '2 s
6. 磁动势，磁通正方向：由定子指向转子；
7. 假设转子位置超前定子位置任意电角度 0（0 0 3600）。
二、转子绕组开路时的基本电磁关系
定子绕组接三相对称电源上，转子绕组开路，相当于变压器空载运行。
说明：上图中 Es1 为定子绕组感应的漏电动势，X1 为定子绕组漏电抗，其物理意义和分析方法类同于变压器中对漏电动势和漏电抗。
幅值：
F2
3 2
4
2 2
N2kdp2 p
I2s
转向：由电流相序决定，为逆时针旋转；
转速：
n2
60 f2 p
60sf1 p
sn1
瞬间位置：
当转子绕组哪相电流达最大值，转子磁动势正好位于该相绕组轴线上。
3、励磁磁动势幅值
转向：二者相对于定子都为逆时针旋转；转速：
转子转动后，由转子电流所产生的转子基波旋转磁势相对
（3）E2的大小和相位：
e2
d2 dt
1N2kdp2m sin

三相绕线式异步电动机各种运行状态下的机械特性

三相绕线式异步电动机各种运行状态下的机械特性原理简述机械特性是指其转速与转矩间的关系，一般表示为。

由于三相异步电动机的机械特性呈非线性关系，所以函数表达式以转速为自变量，转矩为因变量，写为更为方便。

又因转差率s也可以用来表征转速，而且用s表示的机械特性表达式更为简洁，所以对三相异步电动机一般用来表示机械特性，同时将作为横坐标，这样和原的图形是一致的。

一、三相异步电动机机械特性的表达式三相异步电动机机械特性的表达式一般有三种：1．物理表达式其中为异步电机的转矩常数；为每极磁通；为转子电流的折算值；为转子回路的功率因数。

2．参数表达式其中。

3．实用表达式其中为最大转矩，为发生最大转矩时的转差率。

三种表达式其应用场合各有不同，一般物理表达式适用于定性分析与及间的关系，参数表达式可以分析各参数变化对电动机运行性能的影响，而实用表达式最适合用于进行机械特性的工程计算。

二、三相异步电动机的机械特性1．固有机械特性固有机械特性是指异步电动机在额定电压、额定频率下，电动机按规定方法接线，定子及转子回路中不外接电阻（电抗或电容）时所获得的机械特性，如图15-1所示。

图15-1 三相异步电动机的固有机械特性下面对机械特性上反映其特点的几个特殊点进行分析：（1）起动点：其特点是：，，起动电流；（2）额定运行点：其特点是：，，；（3）同步速点：其特点是：，，，，点是电动状态与回馈制动的转折点；（4）最大转矩点：电动状态最大转矩点，其特点是：，；回馈制动最大转矩点，其特点是：，；由公式可以看出，。

2．人为机械特性由三相异步电动机机械特性的参数表达式可见，异步电动机的电磁转矩在某一转速下的数值，是由电源电压、频率、极对数及定转子电路的电阻、电抗、、、决定的。

因此人为的改变这些参数，就可得到不同的人为机械特性。

现介绍改变某些参数时人为机械特性的变化：（1）降低电压不变，不变，因为，，，所以降低电压时，、、均减小，其人为机械特性见图15-2。

三相异步电动机运行时的电磁关系要点

当电动机带上负载时，转子感应电动势和电流的频率 f2 应为
p(n1 n) pn1 n1 n f2 sf1 60 60 n1
问题：转子磁动势是怎样的一个磁动势？（分析见课件P17-23）结论：转子磁动势是旋转磁动势，与定子磁动势保持相对静止。
异步电动机负载运行时，定子磁动势与转子磁动势共同建立气
静止参数静止参数
等效静止时转子电流频率为 f 1
※第10章第1节
E 2
1 s r2 s
三相异步电动机运行时的电磁关系 ※
r1 jx1
r2 jx2
U 1
I 1
定子侧
E 1
E 2
I 2
转子侧
附加电阻：消耗
(1 s)r2 s
的功率等效于实际电机转子产生
※第10章第1节
三相异步电动机运行时的电磁关系 ※
不变 1、频率折算：I 2
旋转时转子电流频率为 f 2 s f1
E 2s I 2s r2 jx2s
sE 2 r2 jsx2
I 2 E 2 r2 jx2 s r2 jx2
旋转参数
旋转参数
f1
f 2 f1
的总机械功率。
2、绕组折算
转子绕组相数m2 匝数N2 绕组系数kN2
※第10章第1节
功率守恒磁势守恒
定子绕组相数m1 匝数N1 绕组系数kN1
三相异步电动机运行时的电磁关系 ※
绕组折算关系：（1）转子电流的折算——折算前后转子磁动势不变
I2 m2 k N 2 N 2 I2 I2 m1k N 1 N1 ki
三相异步电动机运行时的电磁关系 ※

异步电动机原理

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7.2.2 磁通及磁动势
当三相异步电动机的定子绕组接到三相对称的电源上时，定子绕组里就会有三相对称电流流过，三相电流的有效值分别用I0A、IOB、IOC 表示。
由于对称，只考虑A相的电流即可。为了简单起见，A相电流下标中的A也不标出，用I0表示，并画在图7-10(a)的时间参考轴上。
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异步电机
交流电机主要包括异步电机和同步电机两大类；两类电机在结构上既具有共同之处，又各有其自身特点。共同之处在于定子铁心和绕组，不同之处在于转子结构和绕组。本篇主要介绍异步电机的结构、异步电动机的运行分析、异步电动机的机械特性、异步电机的起动、制动和调速。
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7.1 异步电动机结构、额定数据与工作原理

7.1.3.1 异步电动机的型号
电机产品的型号一般采用大写印刷体的汉语拼音字母和阿拉伯数字组成。其中汉语拼音字母是根据电机的全名称选择有代表意义的汉字，再用该汉字的第一个拼音字母组成。例如Y系列三相异步电动机表示如下：
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Y 100 L 1 —2
异步电动机
极数铁心长度代号
根据以上电磁感应原理，异步电动机也叫感应电动机。
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7.2 三相异步电动机转子不转、转子绕组开路时的电磁关系
7.2.1 7.2.2 7.2.3 7.2.4 7.2.5 7.2.6
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正方向的规定磁通及磁动势感应电动势励磁电流电压方程式等值电路
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7.2 三相异步电动机转子不转、转
主要内容：
7.1.1 7.1.2 7.1.3 7.1.4
退出

第二节三相异步电动机的电磁转矩和机械特性

第二节三相异步电动机的电磁转矩和机械特性三相异步电动机转轴上产生的电磁转矩是决定电动机输出的机械功率大小的一个重要因素，也是电动机的一个重要的性能指标。

一、三相异步电动机的转矩特性1、电磁转矩的物理表达式三相异步电动机的工作原理告诉我们，电磁转矩是旋转磁场与转子绕组中感应电流相互作用产生的，设旋转磁场每极的磁通量用Φ表示，它等于气隙中磁感应强度平均值与每极面积的乘积。

Φ表示了旋转磁场的强度。

设转子电流用I2表示。

根据电磁力定律，电磁转矩T em应与Φ成正比、与I2也成正比，即T em∝Φ·I2。

此外转子绕组是一个感性电路，转子电流I2滞后于感应电动势E2，它们之间的相位差角是。

考虑到电动机的电磁转矩对外做机械功，与有功功率相对应。

因此电磁转矩T em还与转子电路的功率因数cos有关，即与转子电流的有功分量I2cos(与E2同相位的电流分量)成正比。

总结以上分析，可列出异步电动机的电磁转矩方程式中KT是一个与电动机本身结构有关的系数。

该公式是分析异步电动机转矩特性的重要依据。

2、转矩特性电磁转矩与转差率之间的关系T em＝(S)称为电动机的转矩特性。

可以推得式中KT’、转子电阻R2、转子不动时的感抗X20都是常数，且X20远大于R2。

由于上式用电机定、转子绕组中的电阻、电抗等参数反映电磁转矩T em和转差率S之间的关系，所以上式又称之为电磁转矩的参数表达式。

由转矩的表达式(4-5)可知，转差率一定时，电磁转矩与外加电压的平方成正比，即T em∝U12。

因此，电源电压有效值的微小变动，将会引起转矩的很大变化。

当电源电压U1为定值时，电磁转矩T em是转差率S的单值函数。

图4-13画出了异步电动机的转矩特性曲线。

二、三相异步电动机的机械特性当电源电压U1和转子电路参数为定值时，转速n和电磁转矩T的关系n=f（T）称为三相异步电动机的机械特性。

机械特性曲线可直接从转矩特性曲线变换获得。

将图4-15中的转矩特性曲线顺时针转动90°，并将s换成n就可以得到三相异步电动机的机械特性曲线，如图4-16所示。

三相异步电动机械特性及各种运行状态

n
n0
a1
O
T
－n0
机械功率Pm
第十章异步电动机的电力拖动
(2) 转子反向的反接制动 ——下放重物
① 制动原理
n
定子相序不变，转子电路串联对称电阻 Rb。低速提 a 点惯性 b 点(Tb＜TL)，升重物
n↓ c 点 ( n = 0，Tc＜TL )
n0
a
b
e TL
Oc
1 T
在TL 作用下 M 反向起动
由参数表达式可知，改变定子电压U1、定子频率f1、极对数p、定子回路电阻 r1和电抗x1、转子回路电阻r2ˊ和电抗 x2ˊ，都可得到不同的人为机械特性。
（1）降低定子电压的人为机械特性
在参数表达式中，保持其它参数不变，只改变定子电压U1的大小，可得改变定子电压的人为机械特性。
讨论电压在额定值以下范围调节的人为特性（为什么？）
Pe = m1—I2'—2 R定2'子＋s 发Rb出'＜电0功率，向电源回馈电能。
Pm=
(1－s ) ——
轴Pe上＜输0入机械功率(位能负载的位能)。
PCu2 = Pe－Pm
|Pe | = |Pm|－PCu2
—— 机械能转换成电能(减去转子铜损耗等)。
第十章异步电动机的电力拖动
制动效果 Rb →下放速度。
第十章异步电动机的电力拖动
(3) 能耗制动过程 —— 迅速停车 2
① 制动原理
b
n
a1
制动前：特性 1。
制动时：特性 2。
a 点惯性 b 点 (T＜0，制动开始)
O TL
T
n↓ 原点 O (n = 0，T = 0)，制动过程结束。

三相异步电动机的工作原理

三相异步电动机的工作原理文章目录旋转磁场产生原理旋转磁场的方向旋转磁场的转速三相异步电动机的工作原理是根据电磁感应原理而工作的，当定子绕组通过三相对称交流电，则在定子与转子间产生旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，在转子回路中产生感应电动势和电流，转子导体的电流在旋转磁场的作用下，受到力的作用而使转子旋转。

下面，我们分析旋转磁场的产生，电动机的旋转、转差率及转向。

旋转磁场产生原理三相异步电动机的定子铁芯中放置三相结构完全相同的绕组U、V、W，各相绕组在空间上互差120°电角度，如下图所示，向这三相绕组通入对称的三相交流电，如图（b）（c）所示。

下面我们以两极电动机为例说明电流在不同时刻时，磁场在空间的位置。

下图（b）所示，假设电流的瞬时值为正时是从各绕组的首端流入（用〇中间加个×表示），末端流出（用“⊙”表示），当电流为负值时，与此相反。

（a）简化的三相绕组分布图（b）按星形连接的三相绕组接通三相电源（c）三相对称电流波形图（d）两极绕组的旋转磁场在ωt=0的瞬间，iu=0，iv为负值，iw为正值，如图（c）所示，则V相电流从V2流进，V1流出，而W 相电流从W1流进，W2流出。

利用安培右手定则可以确定ωt=0瞬间由三相电流所产生的合成磁场方向，如图d①所示。

可见这时的合成磁场是一对磁极，磁场方向与纵轴线方向为一致，上方北极，下方是南极。

在ωt=π/2时，经过了四分之一周期，iu由零变为最大值，电流由首端U1流入，末端U2流出；iv仍为负值，U相电流方向与（1）时一样；iw也变为负值，W相电流由W1流出，W2流入，其合成磁场方向如图d②所示，可见磁场方向已经较ωt=0时按顺时针方向转过90°。

应用同样的分析方法可画出ωt=π,ωt=2/3*π,ωt=2π时的合成磁场，分别如图d③，④，⑤所示，由图中可明显地看出磁场的方向逐步按顺时针方向旋转，共计转过360°，即旋转了一周。

三相异步电动机转子旋转时的电磁关系

，

即为电流关系了。
例题7-6
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7.4.5 基本方程式、等值电路和时空向量图

与异步电动机转子绕组短路并把转子堵住不转时相比较，在基本方程式中，只有转子绕组回路的电压方程式有所差别,在转子回路里增加了一项电阻，其值为：

于是得到异步电动机转子旋转时的基本方程式：
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证明了两个电流角完全相等。
和
的有效值以及初相
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分析一下这两个有效值相等的电流它们的频率如何
和
图7-22
转子绕组频率的折合
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两个电流的频率虽然不同，由于有效值和相位相等，在产生转子旋转磁通势的幅值和相位上又都是一样的。

转子电路虽然经过这种变换，但是从定子边看转子旋转磁通势并没有发现任何不同。这就是转子电路的频率折合，即把转子旋转时实际频率为的电路，变成了转子不转，频率为的电路。

定、转子磁动势及磁动势关系
1．定子磁动势当异步电机旋转起来后，定子绕组里流过的电流为，产生旋转磁通势。 2．转子旋转磁动势

（1）幅值:当异步电动机以转速旋转时，由转子电流产生的三相合成旋转磁动势的幅值为
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（2）转向转子已经旋转起来，有一定的转速，由于是电动机状态，转子旋转的方向与气隙旋转磁密

是转子转速为
时，转于绕组的相电动势；
是上述情况下转子的相电流；

是转子转速为时，转子绕组一相的漏电
抗。
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（1）幅值:当异步电动机以转速旋转时，由转子
电流产生的三相合成旋转磁动势的幅值为
F2
34
2
2 2
N2kdp2 p
I2s
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（2）转向
n 转子已经旋转起来，有一定的转速，由于是
电动机状态，转子旋转的方向与气隙旋转磁密
B 同方向，仅仅是转子的转速小于气隙旋转
磁密的转速。
站在转子上看气隙旋转磁密。它相对于转子的转
方向旋转。
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（3）转速
定子旋转磁动势 F1 相对于定子绕组的转速为 n 1
转子旋转磁动势
速为 n 2
F2
相对于转子绕组的逆时针转
转子本身相对于定子绕组有一逆时针转速n
于是，转子旋转磁动势 F2 相对于定子绕组的转
速为
n2ns1 nnn1n1 nn1nn1
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I2
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再考虑转子绕组的相数、匝数折合，F2 为
I2 s
和
I2
图7-22 转子绕组频率的折合
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两个电流的频率虽然不同，由于有效值和相位相等，在产生转子旋转磁通势的幅值和相位上又都是一样的。
转子电路虽然经过这种变换，但是从定子边看转子旋转磁通势并没有发现任何不同。这就是转子电路的频率折合，即把转子旋
转时实际频率为 f 2 的电路，变成了转子不转，频率为 f 1 的电路。
转子旋转时转子绕组中感应电动势为
E2s4.4f42N2kd2 p144s14 fN2kd2 p1sE 2
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E 2 是转子不转时转子绕组中感应电动势。
电动势 E 2 并不是异步电机堵转时真正的电动势,
因为电机堵转时，气隙主磁通Φ1的大小要发生变化。
转子漏抗 X 2 s 是对应转子频率 f 2 时的漏电抗。
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在频率变换的过程中，除了电流有效值保持不变外，转子电路的功率因数角也没有发生任何变化。即
2arX c R 2 2st garsc R 2X 2 t garR cX 22 tsg
I 证明了两个电流 I2 s 和角完全相等。
的有效值以及初相
2
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分析一下这两个有效值相等的电流它们的频率如何
74三相异步电动机转子旋转时的电磁关系
7.4.1 转差率 7.4.2 转子电动势 7.4.3 定、转子磁动势及磁动势的关系 7.4.4 转子绕组频率的折合 7.4.5 基本方程式、等值电路和时间空间
空间相量图 7.4.6 鼠笼转子
退出
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74三相异步电动机转子旋转时的电磁关系
7.4.1 转差率
n 产生的三相合成旋转磁动势 F2 ，它相对于转子
绕组的转速用 2 表示为
n2
60f2 p
60s1f p
sn1
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（4）瞬间位置当转子绕组哪相电流达正最大值时，正好位于该
相绕组的轴线上。 3．合成磁动势（1）幅值定、转子磁势的幅值仍为前面分析的结果。（2）转向定、转子磁势二者的转向相对于定子都为逆时针
例7-4、7-5
通过磁通势相联系，只要
保持转子旋转磁通势的大小不变，即每极安匝不
变就行，至于电流的频率是多少无所谓.
变换I2s
E2s R2jX2s
sE2 （频率为 R2jsX 2
f2）
R2 s
E2 jX2
I2
（频率为 f 1 ）
它与转子不转时转子漏电抗 X 2 (对应于频率
50Hz)的关系为
X
X 2s = s 2
X X 正常运行的异步电动机， 2s
2。
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7.4.3 定、转子磁动势及磁动势关系
1．定子磁动势 F1
当异步电机旋转起来后，定子绕组里流过的电流
为 2．转I1子旋，转产磁生动旋势转磁F通2 势 F1 。
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以上这种把图7-22 ( a )折合成 ( b ) 电路，即所
谓频率折合。
把转子绕组的相数、匝数以及绕组系数都折合到定子边，转子回路的电压方程式则变为
E2 I2(Rs2 jX2)
当异步电动机转子电路进行了频率折合后，转子
旋转磁通势的幅值可写成
F2
m2 2
4
2 2
N2kdp2 p
把定子旋转磁动势与转子旋转磁动势按向量的办
法加起来，得到一个合成的总磁动势，仍用 F0
来表示。即 F 1F 2F 0
异步电动机运行时的励磁磁动势,对应的电流是
励磁电流。对于一般的异步电动机， I 0 的大小
约为（20～50）% I N 。
可见，定子旋转磁动势与转子旋转磁动势，它们相对定子来说，都是同转向，以相同的转速一前一后旋转着，称为同步旋转。
s n1 n n1
s是一个没有量纲的数，它的大小也能反映电动机转子的转速。
正常运行的异步电动机，转子转速接近于同步转
速，转差率很小，一般 s0.0~ 10.0。5
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7.4.2 转子电动势
当异步电动机转子以转速恒速运转时，转子回路的电压方程式为
E 2 sI2 s(R 2jX 2 s)
速为 (n1 n) ，转向为逆时针方向。这样，由气
隙旋转磁密在转子每相绕组感应电动势，产生电流的相序，仍为
A2 B2 C2
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由转子电流产生的三相合成旋转磁动势的转向，相对于转子绕组而言，仍为逆时针方向旋转。
（3）转速
转子电流 I2s 的频率为 f 2 ，显然由转子电流的
转子绕组与气隙旋转磁密之间有相对运动，才能在转子绕组里感应电动势、电流，产生电磁转矩。可见，异步电动机转子转速总是小于同步转速的。
当异步电动机转子的转速为某一确定值时，这时产生的电磁转矩恰好等于作用在电机转轴上的负载转矩，转子的转速便会稳定运行恒定的转速下。
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把同步转速和电动机转子转速二者之差与同步转速的比值叫做转差率（也叫转差或者滑差），用 s表示。
E 2 s 是转子转速为 n时，转于绕组的相电动势；
是上述情况下转子的相电流；
I2 s 是转子转速为时，转子绕组一相的漏电
抗X。2 s
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转子以转速恒速旋转时，转子绕组的感应电动势、电流和漏电抗的频率（下面简称转子频率）用
f 2 表示.
在电动机转子上的频率为
f2p 62n 0 p(n 6 1n 0 )p 61n 0 n 1 n 1nf1s