三相异步电动机转子堵转时的电磁关系
三相异步电机转子转动后的异步电动机的电磁关系
一、转子绕组的电动势和电流
转子以转速n 旋转时旋转磁场相对于转子的转速为：为： ，转子绕组中的感应电动势和电流的频率为：，转子绕组中的感应电动势和电流的频率为：
n n −111111260
60)(sf pn n n n n n p f =−=−=转子旋转时的感应电动势和漏抗分别为：
2
222244.4sE k N f E M N s =Φ=σ
σπ22222sX L f X s ==
二、二、定、转子磁动势仍然相对静止定、转子磁动势仍然相对静止定、转子磁动势仍然相对静止
定子电流的频率为 ，定子磁动势的转速为1f p
f n 1160=转子的转速为n ，转子电流的频率为 ，则转子磁动势的相对
于转子的转速为：于转子的转速为：
2f 12260sn p
f n ==转子相对于定子的转速为转子相对于定子的转速为
1)1(n s n −=则转子磁动势相对转速为：则转子磁动势相对转速为：
1
112)1(n n s sn n n =−+=+因此，当转子旋转时，当转子旋转时，定、转子磁动势仍然相对静止定、转子磁动势仍然相对静止定、转子磁动势仍然相对静止。
经过频率折算、绕组折算后，异步电机的基本方程式为：
)()()
(0.'
21.0
.
.'21..
'2'2.'2.'
2111.1.1m m jX R I E E I I I jX s R I E jX R I E U +−===++=++−=σσ
由此可得异步电机的由此可得异步电机的T T 型等效电路：型等效电路：。
都知道三相异步电动机在堵转时电流会变大，但很多人未必知道原因
都知道三相异步电动机在堵转时电流会变⼤，但很多⼈未必知道原因我们知道三相异步电动机在发⽣堵转时，电流会变的很⼤，如果不及时停机，就会导致电动机烧坏，但是为什么堵转时电流会增⼤？现象我们都是知道的，那么造成这种现象的原因是什么呢？还有，为什么叫异步电机？为什么极数多⼤，额定转速越慢？缺相时为什么会烧坏电机呢？带着这些疑问，本⽂试着来分析⼀下。
⾸先，了解⼀下三相异步电动机的⼯作原理。
三相异步电动机主要有定⼦和转⼦两⼤部分组成。
定⼦由定⼦铁⼼和定⼦绕组组成，定⼦绕组由三相对称分布、匝数相等、互差120°电⾓度的绕组组成。
当定⼦绕组接⼊三相对称电源时，绕组中就有三相对称的电流通过，并产⽣旋转磁场。
电流的磁效应:如果⼀条直的⾦属导线通过电流，那么在导线周围的空间将产⽣圆形磁场。
导线中流过的电流越⼤，产⽣的磁场越强。
磁场成圆形，围绕导线周围。
磁场的⽅向可以由安培定则(右⼿螺旋定则）确定。
右⼿螺旋定则:右⼿螺旋定则是确定导体周围磁感线⽅向的定则。
对通电直导线⽤右⼿握住直导线，拇指指向电流⽅向，四指就是磁感线⽅向，磁感线是圆形的环形电流⽤右⼿握住环形线圈，四指指向电流⽅向，拇指就是磁感线⽅向（N极）。
对于电机的这个旋转磁场，可以想象⼀下圆圈跑马灯，有的绕组电流超前，有的绕组电流滞后，就类似跑马灯不断变换亮灯的位置，从⽽旋转起来。
电机的转⼦由转⼦铁⼼、转⼦绕组和转轴组成。
转⼦绕组⼀般由埋在转⼦铁⼼槽内的导体和两端的端环组成，形成闭合线圈。
因为定⼦产⽣的是旋转磁场，转⼦绕组会切割磁场产⽣感应电动势，感应电动势的⽅向由右⼿定则确定，因为转⼦是闭合的，所以闭合回路的转⼦绕组中就会产⽣感应电流。
此时，转⼦绕组中的感应电流⼜与旋转磁场相互作⽤，在转⼦上产⽣电磁⼒，电磁⼒的⽅向可以由左⼿定则确定。
电磁⼒的⽅向与转⼦截⾯的切线⽅向⼀致，从⽽形成电磁转矩，带动转⼦沿旋转磁场的⽅向⾃动，电机就转动起来。
电磁感应:穿过闭合电路的磁通量发⽣变化，闭合电路中就有电流产⽣。
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 ※
电机学上复习资料2、三相异步电机在额定电压下堵转和空载运行时
电机学上复习资料2、三相异步电机在额定电压下堵转和空载运行时，分别主要有哪些损耗？哪些损耗通常可以忽略不计？答：三相异步电动机在额定电压下堵转运行时，主磁通Φm 约减至额定运行时的一半，因此铁耗PFe 约减至额定运行时的1/4；而定、转子电流分别约增大至额定时的5～7倍，定、转子铜耗增大至额定时的几十倍；机械损耗Pm=0W ，附加损耗pad 较小。
所以，此时的主要损耗是定、转子铜耗。
相对而言，其它损耗可以忽略不计。
三相异步电动机在额定电压下空载运行时，铁耗、机械损耗都与额定运行时基本一致；定子电流约为额定值的20%～50%，即定子铜耗p cu1一般在额定运行时的1/4以下；转子铜耗p cu2为零，附加损耗p ad 很小。
所以，此时主要损耗是铁耗、机械损耗和定子铜耗。
相对而言，p ad 和p cu2可以忽略不计。
4、异步电机的气隙比同容量同步电机的大还是小，为什么？（10分）答：异步电机的气隙比同容量同步电机的要小。
因为异步电机的励磁电流由三相交流电源提供，如果气隙大，则磁导小，产生一定的气隙磁通所需的励磁电流就大。
由于励磁电流基本是无功电流，因此励磁电流大就使电动机的功率因素降低，使电源或电网的无功功率负担增加。
而同步电机的励磁电流由独立的直流电源提供，可以通过调节励磁电流来改变其功率因数的大小和性质。
5、并联在电网上运行的同步电机，从发电机状态变为电动机状态时，其功角θ、电磁转矩T 、电枢电流I 及功率因数cos ψ各会发生怎样的变化？（10分） 答：功角θ和电磁转矩T 先都逐渐减少，减为零后，再随负载增加而反向逐渐增大。
随着θ减少，电枢电流I 和功率因数cos ψ的值也减少。
当θ减至零时，I 的值达到最小，cos ψ=0，即ψ=90。
之后，随着θ反向增大，I 和cos ψ的大小又都增大，但cos ψ符号与原来发电机的相反，即仍为发电机惯例时，有ψ>90，而向电网发出的无功功率的性质（电感性和电容性）未变。
电机与拖动基础答案(第四版)6-12章
ww 学 生 w. dx 必 sb 备 b.c 网 om
和
大
空间机械角，也就是相差 分别为两根导体的
位相差
相量图如图 所示。图中，
和
分别
为一个线圈两个边的感应电动势， 图 6.2 根据相量图， α 决定,为 可得
为线圈电动势。
短距系数 。相邻两个线圈的电动势相位差由槽距角 。三个相邻线圈电动势及合成电动势相量图如图 6.3 所示。 分布系数
ww 学 生 w. dx 必 sb 备 b.c 网 om
大
(5)
最大幅值为 F 的两极脉振磁通势，空间正弦分布，每秒钟脉振 50 次。可
以把该磁通势看成由两个旋转磁通势 和 的合成磁通势：旋转磁 通势幅值 和 的大小为，转向，转速为 极数为，每个瞬间 与 的位置相距脉振磁通势 F·的距离（电角度）. (6) 三相对称绕组通入电流为 ω ω ω 。合成磁通势的性质是, 转向是从 绕组轴线转向转向。若 f=ω π 电机是六极的，磁通势转速 为 。当 ω 瞬间，磁通势最大幅值在轴线处。 (7) 某交流电机电枢只有两相对称绕组，通入两相电流。若两相电流大小相等， 相位差 电机中产生的磁通势性质是。若两相电流大小相等，相位差 磁通势性质是。若两相电流大小不等，相位差 磁通势性质 为。在两相电流相位相同的条件下，不论各自电流大小如何，磁通势的性质为. (8) 某交流电机两相电枢绕组是对称的，极数为 2。通入的电流 领 ，合成磁通势的转向便是先经绕组轴线转 电角度后到绕 先 组轴线,转速表达式为 (9) 某三相交流电机电枢通上三相交流电后，磁通势顺时针旋转，对调其中的 两根引出线后，再接到电源上，磁通势为时针转向，转速变。 (10) 某两相绕组通入两相电流后磁通势顺时针旋转，对调其中一相的两引出线 再接电源，磁通势为时针旋转，转速变。 答 (1) 9.66; π 脉振； 两极，50 次； 12F，相反，3000, 2，相等； 旋转磁通势， 、C、 相绕组； 圆形旋转磁通势，椭圆形旋转磁通势，椭圆形旋转磁通势，脉振磁通势；
第八章三相异步电动机的运行原理
为电动势变比。
7
3.阻抗的折算 折算前后绕组的铜耗不变，有：
2 m2r2 I 22 m1r2I2
m2 m1 N1kw1 2 r2 ( ) r2 ke ki r2 m1 m2 N 2 kw2
根据折算前后功率因数不变的原则，有：
x2 x2 tg2 r2 r2
1 I I1 I m ( I 2 ) I m 1L ki
m1 N1kw1 m2 N 2 kw2 ，称为异步电机的电流变比； 1 I1L I 2 ki ，为定子绕组电流的负载分量。 ki
6
四、转子绕组的折算 1.电流的折算
Nk m 保持折算前后磁动势 m1 0.9 N1kw1 I 2 2 0.9 2 w 2 I 2 2 P 2 P
9
五、等效电路
10
第二节 转子旋转时的异步电动机
当转子以转速 n 旋转后，电机主磁通仍以同步转速切割 定子绕组，产生感应电动势，所以定子回路电动势平衡方程不 变。而转子绕组以相对速度 n2 n1 n 切割主磁通，所以转子 中感应电动势的频率、大小及漏抗都将发生变化。 一、转子感应电动势 转子绕组感应电动势的频率为：
11
二、转子电动势平衡方程 因为转子回路不变，所以电动势方程形式不变，为：
I (r jx ) E 2 2 2 2
此时，转子漏抗为：
x2 2 f 2 L2 2 sf1L2 sx20
三、磁动势平衡方程 转子旋转时，磁动势平衡方程仍为：
F ( F ) F 1 m 2
F ( F ) F 1 m 2
Nk N1k w1 m2 N 2 kw2 m1 m1 0.9 1 w1 I 0.9 I 0.9 I2 m 1 2 P 2 P 2 P
第19章 三相异步电动机的运行原理
C相
• 利用统一时间相量的概念，将时间相量和空间 相量联系在一起， 画在同一张矢量图上，即为 交流电机理论中的时－空相量图。
§19-1 三相异步电动机转子不转、
转子绕组开路时的电磁关系
4. 感应电动势: 旋转磁场同时切割定转子绕组,在定转子绕组内 将会产生感应电动势E1、E2，根据我们前面所学的 知识可知: E 4.44 f N k
§19-1 三相异步电动机转子不转、
转子绕组开路时的电磁关系
由于三相是完全对称的，所以在分析时仅以A 相为例。下面分析由电流产生的合成旋转磁动势 （基波）的特点： 1）幅值：
F0 1.35
N1k dp1 p
I0
2）转向：逆时针转向，A1—B1—C1 3）转速：相对于定子绕组以角频率 1 2pn1 / 60 旋转，n1为磁动势的同步转速。
§19-2 三相异步电动机转子堵转时 的电磁关系
60 f 2 60 f1 n1 3）转速：相对于转子绕组为 n2 p p 注意：现在定转子被同一个磁通所铰链，所以产生 的电流的角频率是相等的。
4）瞬间位置：
• 同样，把转子电流理解为转子边A2相绕组里的电 流，当A2相电流达到正的最大值时，与它相对应 的磁动势也达到正最大。
§19-2 三相异步电动机转子堵转时 的电磁关系
• 但是关键的一点是：要保证转子侧在折算前后对
整个磁场的影响不能发生改变，即折算前后转子
磁动势没有改变，不影响定子边。 • 根据定、转子磁动势的关系：
F1 F2 F0
可以写成
§19-2 三相异步电动机转子堵转时 的电磁关系
3 4 2 N1k dp1 m2 4 2 N 2 k dp 2 3 4 2 N1k dp1 I1 I2 I0 2 2 p 2 2 p 2 2 p
第20讲 三相异步电动机的电磁关系分解
Es1 jI0 X1
因此按照第一节规定的正方向，定子一相回路的电压方程 式为：
+j A1 , A2 +j
ω
F0
U1 E1 I 0 R1 Es1 E1 I 0 R1 jI 0 X 1 E1 I 0 ( R1 jX 1 ) E1 I 0 Z1
Bδ (n1 )
E1
I1
பைடு நூலகம்
X1
X2 C2 C1 0
2 1
Y2 Y1
（3）转速：相对定子绕组的角频率：
1 2 pn1 / 60rad/s
（4）瞬间位置：定子A1相电流 I0 再过90°时间电角度就转到+J轴上，三 相合成磁通势 F0 就相应经过90°空间电角度到达+A1轴上。 由于转子绕组开路，没有电流，因此磁路中只有定子绕组产生的定子 磁通势 F0 ，因此称为励磁磁通势,电流 I0 称为励磁电流。
60 f 2 60 f1 n1 p p
第19讲 三相异步电动机的电 磁关系
（1）转子不转，转子绕组开路时的电磁关系
（2）转子堵转子时的电磁关系
第二节 转子不转、转子绕组开路时的电磁关系
主要方法：
（1）相（矢）量图
（2）电压方程式
（3）等效电路
一、规定正方向
一台绕线式三相异步电动机，定转子都是Y接，转子绕组开路。 规定正方向如图：
磁密、磁通和磁通势都是从定子出来进入转子为正方向； 而且把定、转子空间坐标轴的纵轴选在A相绕组的轴线处。 A1和A2是定、转子空间坐标轴，可以重叠在一起。
I 0a
U1
jI 0 X1
I0
I 0r B
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转于绕组短路的三相异步电机，作用在磁 路上的磁动势有两个：一为定子旋转磁动 势；一为转子旋转磁动势。由于它们的旋 转方向相同，转速又相等，只是一前一后 地旋转着，称它们为同步旋转。 把它们按向量的关系加起来，得到合成的 磁动势仍用 表示。即
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图7.16 转子堵 转时的相量图
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U1
jI1X1
I1R1 -E1 1
-I'2 I1
图7-19 转子不转、 转子绕组短路时 的向量图
I'2R'2
I0 E1
I'2
jI'2X'2
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异步电动机定、转子的漏阻抗标么值都是比较小 的，如果在它的定子绕组加上额定电压，这时定、 转子的电流都很大，大约是额定电流的 4 ～ 7 倍。
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7.3.2
定、转子回路方程
当转子绕组里有电流时，在转子绕组每相电阻上 的压降为 ，
在每相漏电抗上的压降为
。
根据给定的正方向，得转子绕组一相的回路电压 方程式
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转子相电流为
式中 是转子绕组回路的功率因数角 、 、 定子同频率。 等的频率都是 ，即与
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7.3 三相异步电动机转子堵转时的电 磁关系 7.3.1 7.3.2 7.3.3 7.3.4 磁动势与磁通 定、转子回路方程 转子绕组的折合 基本方程式、等效电路和 相量图
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7.3 三相异步电动机转子堵转时的 电磁关系
7.3.1 磁通势与磁通
1．磁通势
定子接额定电压，转子堵住不转，各量的正方 向标在图7.15中。
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这个合成的旋转磁动势 ，才是产生气隙每极 主磁通 的磁动势。主磁通 在定、转子相 绕组里感应电动势 和 。
2.漏磁通
定子电流产生的漏磁通，表现的漏电抗仍 为 ，由于漏磁路是线性的， 为常数。 转子绕组中有电流时,也要产生漏磁通，表现 的电抗为 。
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图7.17 漏磁通
假设气隙旋转磁密逆时针方向旋转，在转子绕组 里 感 应 电 动 势 及 产 生 电 流 的 相 序 为 ，则磁动势也是逆时针方向旋 转的，即从十 转到十 ，再转到十 。
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（3）转速：相对于转子绕组的转速为
转子电流的频率 （4）瞬间位置
。用角频率表示时，为
同样把转子电流 理解为转子边 相绕组里的电 流。当 达正最大值时，即在十j轴上，那时转 子旋转磁动势 应转到 相绕组的轴线处，即 十 轴上。可见，画时空向量图时，应该使磁动 势与 重合 上一页 下一页
在新换的转子中，每相的感应电动势为 电流为 ，转子漏阻抗为
、
虽然换成了新转子，但转子旋转磁动势并没有 改变，所以对定子边的影响不变，这就是进行 折合的依据 。
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根据定、转子磁通势的关系 可以写成
令
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可得
简化为 可以得到
式中 称为电流变比
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如果使电动机长期工作在这种状态，则有可能将 电机烧坏。
有时为了测量异步电动机的参数，采用转子绕组 短路并堵转实验。为了不使电动机定转子过电流， 必须把加在定子绕组上的电压降低，以限制定、 转子绕组中的电流。
例题 返回
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一般情况下，转子漏电抗也是一个常数。只有当 定、转子电流非常大时，例如直接起动异步电动 机，由于起动电流很大（约为额定电流的4～7 倍；），这时定、转子的漏磁路也会出现饱和现 象，使定、转子漏电抗数值变小。
变压器中的主磁通是脉振磁通，Φ 1是它的最大 振幅。
在异步电动机中，气隙里主磁通的却是旋转磁通。
例题7-2
7.3.3
转子绕组的折合
从定子边看转子只有转子旋转磁动势与定子旋 转磁通势起作用，只要维持转子旋转磁动势的 大小、相位不变，至于转子边的电动势、电流 以及每相串联有效匝数是多少都无关紧要。
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设想把实际电动机的转子抽出，换上一个新转 子，它的相数、每相串联匝数以及绕组系数都 分别和定子的一样（也是三相、 、 ）
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根据定、转子磁动势合成关系，有 改写成
这就可以认为定子旋转磁动势里包含着两个分量： 一个分量是大小等于 ，而方向与 相反， 用 表示。它的作用是抵消转子旋转磁动势 对主磁通的影响；另一个分量就是励磁磁动 势 。它是用来产生气隙旋转磁密 的。
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定子回路的电压方程式为
转子回路的电压方程式变为
与
的关系为
折合后转子漏阻抗与折合前转子漏阻抗的关系为
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阻抗角
折合前后的功率、无功功率关系不变
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7.3.4 基本方程式、等值电路和相量图
异步电动机进行折合后，转子不转而转子短路 时的五个基本方程式列写如下：绕组短路时的等值电路
既然转子绕组自己短路，它的线电压为零，由 于对称，相电压也为零。转子绕组感应电动势 并不为零，于是在转子三相绕组里产生三相对 称电流，每相电流的有效值用 表示。这 种情况与变压器副边短路情况相类似。
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在三相对称的转子绕组里流过三相对称电流时， 产生的转子空间旋转磁动势的特点： （l）幅值 （2）转向