第五章 异步电机(总结)
8第五章(异步电机基本知识)
i A 2 I cos t
iB 2 I cos(t 120 )
0
iC 2I cos(t 240 )
0
规定电流为正时，由绕组的末端流进，首端流出。
3 F ph 2
Y A Z B C Y C X A Y C X
30
X
3 F ph 2
0
A
Z
B
Z
B
t 0
iA I m 1 iB I m 2 1 iC I m 2
5、异步电动机的基本结构 6、异步电动机的额定值主要有功率、电压、电流、 转速等。
PN 3U N I N cos NN
异步电机能不能工作在s=0的状态？什么是 异步电动机工作的必要条件？ 异步电动机的转向主要取决于什么？如何使 一台异步电动机反向旋转？ 一转子绕组开路绕线式异步电动机，定子绕 组通入三相交流电流，旋转磁场正转，此时 电机会（ ） A正转 B反转 C不会旋转
PN 3U N I N cos NN
4、额定频率fN。我国工业频率为50Hz
5、额定转速。指电动机在额定运行状态时，电动机轴转 速。单位r/min
二、技术数据
1、额定温升0 。指电机在额定状态下运行时，绕组、铁心 等部分允许的温度升高。 2、额定效率N、额定功率因数cosN。效率和功率因数是衡 量电机质量的技术指标，涉及电机制造成本和运行费用，国家 对其有严格的规定。 3 、起动电流倍数Ist/IN和起动转矩倍数Tst/TN。这两个指标 是衡量电机起动性能好坏的标准，国家对其也有明确的规定。 一般中小型电机Ist /I N=5~7,Tst/TN=0.7~2.2
B
同步发电机
异步电动机
1、电动势频率
一 对 极 时
第五章 异步电机(总结)
第六章 同步电机
一、同步电机的定义。 二、了解同步电机的基本结构、冷却方式以及励磁方
式。 三、同步电机的额定值。 四、同步发电机的空载运行特性，空载电动势（励磁
电动势）。
五、同步电机电枢反应 （1）时空矢量图。 （2）电枢反应的定义，电枢反应的性质与
负载的关系。 （3）双反应理论。
六、隐极以及凸极同步发电机的电动势平衡方程式、 等值电路以及相量图（不考虑饱和程度影响），利 用相量图进行空载电动势以及相关的计算；电枢反 应电抗以及同步电抗的物理意义，电压变化率的定 义以及利用相量图进行电压变化率的计算。
Pem : Pmec : pcu2 1:1 s : s
八、电磁转矩的三种表达式。 物理表达式p240页式（5.81）。 参数表达式P241页式（5.83）、（5.84）。 实用表达式p244页 (5.93)。
TN
9.55 PN nN
Tem max
kmTN sN
n1 nN n1
sm sN (km
七、同步发电机的运行特性的定义，运行特性曲线 的形状以及成形原因；运行特性在参数计算中的应 用；短路比的定义以及短路比的实际意义。
八、投入并联的条件以及方法（准确同步法和自同 步法的定义以及特点）；如何用相灯法判断并网条 件。
九、同步发电机的功率和转矩平衡方程式。 （1）功率和转矩平衡方程式； （2）充分理解隐极以及凸极同步电机的功角特 性p329页式（6.72）和式（6.73）。要求记忆 并能进行电磁功率以及功角、过载倍数等的计 算； （3）内功率因数角Ψ、功率因数角、功率角（ 功角）θ的定义。功率角在时间上的意义以及在 空间的意义。 （4）有功功率的调节方法； （5）静态稳定的定义，比整步功率的定义以及 比整步功率与静态稳定的关系，过载倍数的定 义以及计算；
第五章-异步电机教学提纲
转子旋转时的感应电动势和漏抗分别为：
E 2 s 4 .4f2 4 N 2 kN 2 M s2 E
X2s2f2L2sX 2
二、定、转子磁动势仍然相对静止
定子电流的频率为 f1 ，定子磁动势的转速为
n1
F m m
.
E2
.
.
2
E 2
R2 jX2
4、电动势R2
.
I1
.
U1
f1
.
n0
I2
.
E1
.
E2
f1
m1N 1k N 1
m2 N 2kN 2
转子不动时的定、转子电路图
.
.
.
.
.
.
U 1 E1 E1 I 1 R1 E1 I 1 Z1
.
.
.
E 2 I 2 (R2 jX 2 ) I 2 Z2
总结：
E2'keE2
.
.
I 2 '
I2 ki
R
' 2
kekiR2
X
' 2
keki
X2
7、折算后的基本方程式
.
..
.
..
U 1 E 1 E 1 I1R 1 E 1 I1Z 1
.
.
E
' 2
I
' 2
(
R
' 2
jX
' 2
)
.
.
.
I0
I1
I
' 2
.
.
E1
E
第五章异步电机
原因：起动时 n=0 ，转子导条切割磁力线速度很大。
转子感应电势
转子电流
定子电流
影响： 频繁起动时造成热量积累 大电流使电网电压降低
电机过热
影响其他负载工作
二、三相异步机的起动方法：
（1） 直接起动。二三十千瓦以下的异步电动机一般 采用直接起动。
（2） 降压起动。 Y－ 起动
自耦降压起动 （3）转子串电阻起动。
T U2
单位 （N .m）
5.3.2 机械特性
T
K
sR2 U12 R22 (sX 2s )2
在U1 及R 2 一定时， T 仅随 S 变化
将 s n1 n 代入上式 n1
得特性曲线：
得特性曲线：
T T f (S)
n n f (T )
n
s1
0
1
T
最大转速n=n1时
启动时n=0
三个重要转矩
启动前的漏磁感抗
5 转子功率因数
cos2
R2
R22 X 22
R2 R22 (sX 2s )2
6 定子电流和定子功率因数
空载时，转子电流约为零，定子电流很小主要用来励磁。 当带上负载后，转子电流增加，定子电流随之增加，这 一点与变压器类似。
电动机的功率因数即为定子功率因数，功率因数角即为 U1 与 I1 的夹角。
Tst
K
R2U
2 1
R22
X
2 20
R2 Tst
第五章 异步电机
5.1 三相异步电动机的结构与工作原理 5.2 三相异步电动机的电磁转矩与机械特性 5.3 三相异步电动机的启动、调速和制动
5.1 三相异步电动机的结构及工作原理
电动机的分类 交流电动机
异步电机学习总结
异步电机学习总结异步电机的工作原理：定子绕组产生旋转磁场以及转子绕组形成闭合回路,这是异步电动机运行的必要条件。
定子绕组通入三相交流电产生旋转磁场（转速为同步转速）,旋转磁场与定子绕组存在转速差，转子绕组切割磁感线产生感应电势.感应电势在闭合的转子绕中产生感应电流,通电导线在磁场中受安培力产生转矩。
问题（1）：笼型转子中由于各导条之间短路，那么笼型转子等效电路图应该怎么画，电流方向怎么判断？？？异步电机的三种工作转态：电动机运行发电机运行制动转态运行。
电动机运行和制动转态都很好理解，这两种转态下电机转子感应出的电流和产生的转矩都一致，只是电动机运行时是由于转矩产生的转速，而制动状态下是强制电机转子反转这时候的转矩就相当于制动转矩了。
问题（2）：异步发电运行时由于定子仍然接着电网，电网给定子供电产生旋转磁场，电机又通过发电给电网供电，那么电机和电网之间的电流方向是什么样呢？？？异步电动机的电势平衡：在定子绕组产生的旋转磁场同时切割定子和转子绕组。
定子的电势平衡：外加电压=主磁通感应电势+漏磁通感应电势转子的电势平衡：主磁场感应电势=阻抗上的压降异步电机的磁势平衡：转子磁势的转速，首先由转速与频率关系得出旋转磁场相对于转子的转速，由于旋转磁场的转速转向是由超前电流的相转到落后电流的相且转子电势是定子基波旋转磁通切割转子绕组产生的，因而转子磁势转向与主磁通方向相同，加上转子自身也在旋转所以两个转速叠加可得转子磁势在空间的转速相同磁势平衡主要是电机定子产生的主磁通始终不变，当电机带负载运行时，由于转子中有感应电流在空间中产生和定子磁势同转速旋转的磁势，在转子磁势的影响下主磁通由于电压平衡方程可知主磁通是基本不变的，所以此时的定子电流应该改变，从而保持主磁通不变，定子磁势包含两个分量：一个抵消转子磁势，与转子磁势大小相等方向相反，一个产生主磁通用来感应电势与电源电压平衡。
功率平衡：输入功率=定子铜损+定子铁损+电磁功率（转子铜损+机械功率（输出功率+机械损耗））异步电动机的转差率S等于转子铜损与电磁功率之比，转子电阻越大转子铜损越大，异步电机的转转差率也就越大转矩平衡:输出转矩=电磁转矩-机械损耗阻力矩-附加损耗阻力矩。
第五章 异步电机
1. ★绕线型异步电机转子绕组的相数、极对数总是设计得与定子 相同，鼠笼型异步电机的转子相数、极对数又是如何确定的呢? 与鼠笼条的数量有关吗？
答：鼠笼型异步电机转子相数就是鼠笼转子上的导条数；转子极对 数是靠定子绕组磁动势感应而得的，因此它始终与定子绕组的极对数相 等，与鼠笼转子的导条数无关．
2. 三相异步电动机的堵转电流与外加电压、电机所带负载是否有 关?关系如何？是否堵转电流越大堵转转矩也越大?负载转矩的 大小会对起动过程产生什么影响？
额定转速时的电磁转矩 最大转矩为
起动电流为
起动线电流 起动转矩
2. 一台、八极的三相感应电动机，额定转差率sN=0.043，问该机的 同步转速是多少？当该机运行在时，转差率是多少？当该机运 行在时，转差率是多少？当该机运行在起动时， 转差率是多 少？
解 同步转速 额定转速 当时，转差率 当时，转差率 当电动机起动时，，转差率
答：堵转电流与外加电压成正比关系，与负载大小无关。 若电机参数不变，则堵转电流越大，堵转转矩也越大。
负载转矩的大小会对起动时间的长或短产生影响。
五、计算
1. 一台三相感应电动机，额定功率，额定电压，型接法，额定转 速，定、转子的参数如下： ； 。
第五章 三相异步电动机
4.2 三相异步电动机的启动
所谓三相异步电动机的启动过程是指三相异步电动机从接入 电网开始转动时起，到达额定转速为止这一段过程。 根据上一节的分析知，三相异步电动机在启动时启动转矩 Tst 并 不大，但转子绕组中的电流 I很大，通常可达额定电流的 4～ 7倍， 从而使得定子绕组中的电流相应增大为额定电流的4～7倍。这么 大的启动电流将带来下述不良后果。 （1）启动电流过大使电压损失过大，启动转矩不够使电动机 根本无法启动。 （2）使电动机绕组发热，绝缘老化，从而缩短了电动机的使 用寿命。 （3）造成过流保护装置误动作、跳闸。 （4）使电网电压产生波动，进而形成影响连接在电网上的其 他设备的正常运行。 因此，电动机启动时，在保证一定大小的启动转矩的前提下， 还要求限制启动电流在允许的范围内。
（三）旋转磁场的转速
定子磁场的转速称为同步转速，大小为： f1 —电网频率； P —磁极对数
60 f1 n1 p
同步转速与极对数之间对应关系 (f1=50HZ)
极对数 p 同步转速 n1（r/min）
1 3000
2 1500
3 1000
4 750
5 600
6 500
二、三相异步电动机的转动原理
7、转速
8、绝缘等级
A
E
120
B 130
极限温度（0C） 105
9. 工作制
铭牌上的“工作制”又称“定额”，按规定分为“连续” （代号为S1）、“短时”（代号为S2）和“断续”（代 号为S3）等。连续工作制的含义为该电动机可以按铭牌上 标定的功率长时间连续运转，而温升不会超过允许值。
10. 防护等级
二、三相电动机的铭牌数据
要正确使用电动机，必须要看懂铭牌。今以 Y132M-4型电动机为例，来说明铭牌上各个数 据的意义。
第5章 三相异步电动机的基本原理(电机及拖动基础)
第五章三相异步电动机的基本原理主要讲授内容：三相异步电动机的工作原理、结构、运行特性、等效电路、参数测量、转矩转差的关系等，是必须掌握的内容，使本课程的重点。
是在现代工业中正被大量应用的机电能量转换装置，是后续课程《电力拖动》课程的基础。
讨论：三相异步电动机What？三相异步电动机的用途、结构？How？三相异步电动机的工作原理？第一节三相异步电动机的结构及额定参数一、异步电动机的主要用途和分类用途：异步电机主要用作电动机，拖动各种生产机械。
异步电动机的优点：结构简单、容易制造、价格低廉、运行可靠、坚固耐用、运行效率较高和具有适用的工作特性。
采用现代电力电子功率器件和计算机技术可得到良好的调速性能。
已经取代直流电动机，成为应用广泛的调速系统。
异步电动机的缺点：功率体积比较小。
功率因数较差。
直接接电网运行时，必须从电网里吸收滞后的励磁电流，使它的功率因数总是小于１。
通过控制器可以使这一缺点得到改善。
异步电动机运行时，定子绕组接到交流电源上，转子绕组自身短路，由于电磁感应的关系，在转子绕组中产生电动势、电流，从而产生电磁转矩。
所以，异步电机又叫感应电机。
二、异步电动机的分类从不同角度看，有不同的分类法：（1）按定子相数分有①单相；②三相异步电动机。
（2）按转子结构分有①绕线式；②鼠笼式。
后者又包括单鼠笼、双鼠笼和深槽式异步电动机。
此外，根据电机定子绕组上所加电压的大小，又有高压、低压异步电动机之分。
从其它角度看，还有高起动转矩、高转差率、高转速异步电机等等。
异步电机也可作为异步发电机使用。
单机使用时，常用于电网尚未到达的地区，又没有同步发电机的情况，或用于风力发电等特殊场合上。
在异步电动机的电力拖动中，异步电机回馈制动时，即运行在异步发电机状态。
风叶铁心绕组轴承滑环绕线电动机转子笼型绕组导条端环1、异步电动机的定子：异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定子绕组三个部分组成的。
（1）定子铁心：是电动机磁路的一部分，装在机座里。
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一、了解异步电机的基本结构。
二、理解异步电机的基本工作原理，转差率的概念以及
转差率与异步电机运行状态之间的关系。
三、了解异步电机的额定值。
四、转子静止时的异步电机的电磁物理过程、电动势平衡
方程式、磁动势平衡方程式、绕组归算的定义、原则以及
方法。
五、转子旋转时的异步电机。
1、转子旋转时转子绕组的感应电动势、电抗的大小
十二、同步发电机的不对称运行 （1）正、负、零序阻抗以及特效电路，特别
是隐极以及凸极同步电机的负序电抗的特效电路。 （2）单相对中点短路、两线短路时的短路电
流，p349式（3.110）和p351式（6.117），三相 对称短路单相对中点短路、两线短路时的短路电流 的比较。
（3）同步电机不对称运行时对发电机、负载 以及通讯设备（高频干扰）的影响，不对称运行的 不利影响的原因――负序电流。减小不对称运行的 影响的方法：加装阻尼绕组
k
2 m
1)
三种电磁转矩的表达式要求记忆并会应用。
4、固有机械特性和降压的人为机械特性、定子串电阻 的人为机械特性以及转子串电阻的机械特性之间的关 系（定子电压、定子漏阻抗、转子电阻对机械特性的 影响）
九、异步电动机的工作特性的定义以及各特性曲线的 形状。 十、三相异步电动机的起动。
十、无功功率的调节； （1）V（U）形曲线的定义以及成形原因，V形 曲线的物理意义； （2）同步电机无功功率的调节方法。
十一、同步电动机和调相机 （1）了解同步发电机到同步电动机的过渡。 （2）了解同步电动机的电压平衡方程式、相量图 、功角特性、有功功率的调节以及无功功率的调 节方法。 （3）同步电动机的起动方法。 （4）了解同步调相机的作用。
以及频率与转Biblioteka 率的关系。2、定、转子磁动势相对静止的概念，磁动势平衡
在异步电机机电能量转换中的实际意义。 3、频率折算的定义、原则以及方法，电阻
1
s
s
R2
的物理意义。
4、异步电机的基本方程式、T型等值电路、简化 等值电路以及相量图。 六、异步电机的激磁参数以及短路参数的测定，机械损 耗以及铁耗的分离。 七、异步电动机的功率、转矩平衡方程式，特别注意。
Pem : Pmec : pcu2 1:1 s : s
八、电磁转矩的三种表达式。 物理表达式p240页式（5.81）。 参数表达式P241页式（5.83）、（5.84）。 实用表达式p244页 (5.93)。
TN
9.55 PN nN
Tem max
kmTN sN
n1 nN n1
sm sN (km
1、鼠笼式异步电动机的起动方法以及各起动方法 的特点，起动电流倍数以及起动转矩倍数的定义， 降压起动时起动电流以及起动转矩变化的规律。
2、高起动转矩异步电动机改善起动性能的原理。 3、绕线式异步电动机的起动的方法以及起动特点 。
十、异步电动机的调速、制动方法及其特点。
十一、单相异步电动机的机械特性的特点以及起动方 法。
第六章 同步电机
一、同步电机的定义。 二、了解同步电机的基本结构、冷却方式以及励磁方
式。 三、同步电机的额定值。 四、同步发电机的空载运行特性，空载电动势（励磁
电动势）。
五、同步电机电枢反应 （1）时空矢量图。 （2）电枢反应的定义，电枢反应的性质与
负载的关系。 （3）双反应理论。
六、隐极以及凸极同步发电机的电动势平衡方程式、 等值电路以及相量图（不考虑饱和程度影响），利 用相量图进行空载电动势以及相关的计算；电枢反 应电抗以及同步电抗的物理意义，电压变化率的定 义以及利用相量图进行电压变化率的计算。
七、同步发电机的运行特性的定义，运行特性曲线 的形状以及成形原因；运行特性在参数计算中的应 用；短路比的定义以及短路比的实际意义。
八、投入并联的条件以及方法（准确同步法和自同 步法的定义以及特点）；如何用相灯法判断并网条 件。
九、同步发电机的功率和转矩平衡方程式。 （1）功率和转矩平衡方程式； （2）充分理解隐极以及凸极同步电机的功角特 性p329页式（6.72）和式（6.73）。要求记忆 并能进行电磁功率以及功角、过载倍数等的计 算； （3）内功率因数角Ψ、功率因数角、功率角（ 功角）θ的定义。功率角在时间上的意义以及在 空间的意义。 （4）有功功率的调节方法； （5）静态稳定的定义，比整步功率的定义以及 比整步功率与静态稳定的关系，过载倍数的定 义以及计算；
十三、同步电机的突然短路 （1）掌握分析突然短路的方法：超导体回路的磁 链守恒原理。 （2） 三相突然短路时定、转子回路中的电流分 量以及对应关系，各自衰减的时间常数，短路电 流的表达式以及表达式中各分量的物理意义。 （3）同步电机的瞬态参数的物理意义以及各自的 等效电路，超瞬变电抗、瞬变电抗以及稳态电抗 的大小关系及其原因。 （4）了解突然短路的影响。