《电机及拖动基础》
讲 义主讲 张友斌参考教材：《电机及拖动基础》（第 3版）
顾绳谷 主编 机械工业出版社第五章 三相异步电动机的运行原理及单相异步电动机
§ 5－ 1 三相异步电动机运行时的电磁过程
一、异步电动机负载时的物理过程
1、空载时：
2、负载时,则
00 220 IEnn s
即空载时建立气隙磁场的励磁电动势 就是定子上的三相瘠薄合成磁动势,即
0mF
10F 100 FF m?
0nn 22,IE s 22 FI 形成磁动势?
3、转子磁动势 的分析
1)转子磁动势 也是一个旋转磁动势
2） 转子磁动势 的旋转方向与定子磁动势 的旋转方向相同
3）转子磁动势 转速与定子磁动势 的转速相等，即 与空间上保持相对静止。
4、磁动势平衡
5、电磁关系
2F?
2F?
2F? 1F?
2F? 1F?
021 mm FFFF
2F? 1F?
)( 201 FFF m
或
mwkNfjE 1111 44.4? mws kNfjE 2222 44.4?
12 sff?且 12 sEE s?则
11111 44.4 wkNfjE? sws kNfjE 22222 44.4
二、基本方程式
1、磁动势平衡方程式其中
mm IIIFFF 2121
22
1 I
k
I
i
222
111
w
w
i kNm
kNmk? 异步电动机的电流比
)( 2121 IIIIII mm
其物理意义：定子电流一部分为励磁电流，另一部分为负载电流，负载电流的作用是抵消转子电流所产生的磁场效应。
二、基本方程式
2、电动势平衡方程式
m
mmmmm
ss
III
ZIjxrIE
xIjRrIEsE
ZIExIjrIEU
21
1
222222
111111111
)(
)(
子感应电动势转子不转时（堵转）转2E
转子外接电阻:?R 定子漏电抗:1x
定子绕组电阻:1r
转子绕组电阻:2r
转子漏电抗:2 sx
励磁电阻:mr
sxx s 22?
子漏电抗转子不转时（堵转）转 2x
旋转时异步电动机的电路
1r
1x 2r2sx
1E? 2Es
1U?
1I? 2I?
1r
1x 2r2sx
1E? 2Es
1U?
1I? 2I?
1f 2
f
§ 5－ 2三相异步电动机的等效电路及相量图
一、异步电动机的等效电路
1、频率归算
1r
1x 2r2x
1E? 2Es
1U?
1I? 2I?
1f 1f
频率归算时要求不改变转子磁动势以及功率关系。
频率归算后，就将旋转的电机等效为转子静止时的状态。
2
1 r
s
s?
绕组归算令：
22
11
w
w
e kN
kNk? 异步电动机的电势比
122 EEkE e
类似于变压器，则有：
22
1 I
k
I
i
222
111
w
w
i kNm
kNmk? 异步电动机的电流比
22 rkkr ie 22 xkkx ie
异步电动机的等效电路
1x1
r 2r?
1E?
2Es?
1U?
1I? 2I
2
1 r
s
s
mI? mx
mr
2x?
异步电动机的等效电路
2r?
2Es?
1U?
2I
2
1 r
s
s
2x?
异步电动机的近似等效电路
1E?
mI? mx
mr
1x1r
1I?
异步电动机的相量图
m
1E
1U?
11rI?11xIj?
22xIj
12 EE
1?
2?
滞后 的角度为
)(
m
m
Fe r
xar c t g
1EmI
mm ZIE 1
2Is
rI 2
2
2I
mI?
1I?
Fe?
§ 5-3三相异步电动机的功率和转矩
一、功率转换过程净机械功率
2P
pp m ec2Cup
eFp
1Cup
emP
1P
电功率电磁功率 mecP
总机械功率
二、功率方程式
emFeCu PppP 11 11111 c o s?IUmP?
12111 rImP Cu?
mmFe rImp
2
1?
srImIEmP em /c o s 22212221
emme cCuem PsPpP )1(2
2)( PppP m e cm e c
22222 rImP Cu
emCu sPp?2
三、转矩方程式
四、电磁转矩公式
022
2
2
TTTTTT
ppPP
ppPP
m e cem
m e cm e c
m e cm e c
})1({
00
ememm e c
eme m c
em PPsP
PPT
其中
0
2221
0
c o s
IEmPT emem
)2(c o s 1112221 mwmTem kNfEICT
§ 5－ 4 三相异步电动机的工作特性及其测取方法
一、工作特性
1、转速特性 { } )(,
211 PfnffUU NN 时，
2222
2
2
222
0
0
c o s?IEm
rIm
P
p
n
nns
em
cu
2P
n分析：负载增加时，即增加时,增大 2
P
s
2、定子电流特性
3、效率特性
2P
1I
2P
2P
emT
2P
1cos?
2P
4,转矩特性
5、功率因数特性二、工作特性的求取
1、负载实验,电机加负载到额定值的 5/4再减小到额定值的 1/4。读取和,再计算,则可绘制出工作特性
2、等效电路图进行计算认为励磁阻抗、漏电抗为常数，根据等效电路图给定的参数以及给定的机械损耗、附加损耗。在不同的转差率下求取 则可绘制出工作特性时，NN ffUU 11,
11 IP、
n,、
emT1c o s
,、,emTI 11 c o s
§ 5－ 5三相异步电动机参数的测定
三相异步电动机的参数有：
1、对应于空载状态的励磁参数
2、对应于堵转状态的参数：
求取电动机的参数就是通过空载试验与堵转试验测定
mmm xrZ,、
222111 xrZxrZ,、、、、
§ 5－ 6三相异步电动机的转矩于转差率的关系
1、
2、由近似等效电路图可知：
0
2
2
21
0
/
srImPT emem
2
21
2
21
1
2
)()/( xxsrr
UI
2
21
2
21
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1
1
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emT
s
emMT
emMT
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0
发电机状态电动机状态电磁制动状态
ms?
ms
2
21
2
1
2
)(
,0
xxr
rs
ds
dT
m
em
令
1）起动时，因为频率很高,r1<x1,r2<x2,则 Tem
与 r2成正比。故在起动时转子串接电阻会增加
Tem,且电流降低。
2）额定运行时,s很小，则 f2小,x2小于 r2
§ 5－ 7单相异步电动机
一、单相异步电动机的工作原理
定子单相绕组中通以单相电流，则在绕组中产生脉振磁动势，将此脉振磁场看成是由两个旋转方向相反、大小相等的旋转磁场合成，
则在转子静止时，这两个旋转磁场与转子的转差率大小相等，因而产生的转矩也相等，
转子不转。但若能使转子朝某个方向转动后，
则两个转差率不相等了，则产生的转矩也就不相等了，转子则转动起来。
脉动磁场分解为两个旋转磁场的示意图
当转子由外力或其他方法顺时针转动时，
1
0
0?
顺顺顺
－＝
n
nns
1
0
0
0
0
0
0?
顺顺顺顺逆逆逆
＋＝－－＝
n
nn
n
nn
n
nns
则：
逆顺 emem TT?
参见图 5－ 24
转子则顺时针继续转动单相异步电动机本身没有起动转矩，因此必须附加一些设备来起动单相异步电动机
二、单相异步电动机的起动方法
1、分相式（电阻分相、电容分相）
2、罩极式
§ 5－ 8 直线异步电动机
一、工作原理三相定子在直线槽内分布通以三相电流后，在直线上先后出现合成磁场，即磁场不再是旋转的，而是按照 A,B,C
相序呈现直线移动的行波磁场。转子也可以制成直线状的，或管形的。
小结
1、三相异步电动机
a） 工作原理
b） 定子绕组展开图
c） 等效电路图、相量、方程式
d） 功率与转矩
2、单相异步电动机
a） 工作原理 b） 起动方法
3、直线异步电动机
a） 工作原理 b） 结构
讲 义主讲 张友斌参考教材：《电机及拖动基础》（第 3版）
顾绳谷 主编 机械工业出版社第五章 三相异步电动机的运行原理及单相异步电动机
§ 5－ 1 三相异步电动机运行时的电磁过程
一、异步电动机负载时的物理过程
1、空载时：
2、负载时,则
00 220 IEnn s
即空载时建立气隙磁场的励磁电动势 就是定子上的三相瘠薄合成磁动势,即
0mF
10F 100 FF m?
0nn 22,IE s 22 FI 形成磁动势?
3、转子磁动势 的分析
1)转子磁动势 也是一个旋转磁动势
2） 转子磁动势 的旋转方向与定子磁动势 的旋转方向相同
3）转子磁动势 转速与定子磁动势 的转速相等，即 与空间上保持相对静止。
4、磁动势平衡
5、电磁关系
2F?
2F?
2F? 1F?
2F? 1F?
021 mm FFFF
2F? 1F?
)( 201 FFF m
或
mwkNfjE 1111 44.4? mws kNfjE 2222 44.4?
12 sff?且 12 sEE s?则
11111 44.4 wkNfjE? sws kNfjE 22222 44.4
二、基本方程式
1、磁动势平衡方程式其中
mm IIIFFF 2121
22
1 I
k
I
i
222
111
w
w
i kNm
kNmk? 异步电动机的电流比
)( 2121 IIIIII mm
其物理意义：定子电流一部分为励磁电流，另一部分为负载电流，负载电流的作用是抵消转子电流所产生的磁场效应。
二、基本方程式
2、电动势平衡方程式
m
mmmmm
ss
III
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ZIExIjrIEU
21
1
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子感应电动势转子不转时（堵转）转2E
转子外接电阻:?R 定子漏电抗:1x
定子绕组电阻:1r
转子绕组电阻:2r
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子漏电抗转子不转时（堵转）转 2x
旋转时异步电动机的电路
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f
§ 5－ 2三相异步电动机的等效电路及相量图
一、异步电动机的等效电路
1、频率归算
1r
1x 2r2x
1E? 2Es
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1I? 2I?
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频率归算时要求不改变转子磁动势以及功率关系。
频率归算后，就将旋转的电机等效为转子静止时的状态。
2
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绕组归算令：
22
11
w
w
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kNk? 异步电动机的电势比
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类似于变压器，则有：
22
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kNmk? 异步电动机的电流比
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异步电动机的等效电路
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§ 5-3三相异步电动机的功率和转矩
一、功率转换过程净机械功率
2P
pp m ec2Cup
eFp
1Cup
emP
1P
电功率电磁功率 mecP
总机械功率
二、功率方程式
emFeCu PppP 11 11111 c o s?IUmP?
12111 rImP Cu?
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2
1?
srImIEmP em /c o s 22212221
emme cCuem PsPpP )1(2
2)( PppP m e cm e c
22222 rImP Cu
emCu sPp?2
三、转矩方程式
四、电磁转矩公式
022
2
2
TTTTTT
ppPP
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})1({
00
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IEmPT emem
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§ 5－ 4 三相异步电动机的工作特性及其测取方法
一、工作特性
1、转速特性 { } )(,
211 PfnffUU NN 时，
2222
2
2
222
0
0
c o s?IEm
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P
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n分析：负载增加时，即增加时,增大 2
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2、定子电流特性
3、效率特性
2P
1I
2P
2P
emT
2P
1cos?
2P
4,转矩特性
5、功率因数特性二、工作特性的求取
1、负载实验,电机加负载到额定值的 5/4再减小到额定值的 1/4。读取和,再计算,则可绘制出工作特性
2、等效电路图进行计算认为励磁阻抗、漏电抗为常数，根据等效电路图给定的参数以及给定的机械损耗、附加损耗。在不同的转差率下求取 则可绘制出工作特性时，NN ffUU 11,
11 IP、
n,、
emT1c o s
,、,emTI 11 c o s
§ 5－ 5三相异步电动机参数的测定
三相异步电动机的参数有：
1、对应于空载状态的励磁参数
2、对应于堵转状态的参数：
求取电动机的参数就是通过空载试验与堵转试验测定
mmm xrZ,、
222111 xrZxrZ,、、、、
§ 5－ 6三相异步电动机的转矩于转差率的关系
1、
2、由近似等效电路图可知：
0
2
2
21
0
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srImPT emem
2
21
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0
发电机状态电动机状态电磁制动状态
ms?
ms
2
21
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1
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)(
,0
xxr
rs
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m
em
令
1）起动时，因为频率很高,r1<x1,r2<x2,则 Tem
与 r2成正比。故在起动时转子串接电阻会增加
Tem,且电流降低。
2）额定运行时,s很小，则 f2小,x2小于 r2
§ 5－ 7单相异步电动机
一、单相异步电动机的工作原理
定子单相绕组中通以单相电流，则在绕组中产生脉振磁动势，将此脉振磁场看成是由两个旋转方向相反、大小相等的旋转磁场合成，
则在转子静止时，这两个旋转磁场与转子的转差率大小相等，因而产生的转矩也相等，
转子不转。但若能使转子朝某个方向转动后，
则两个转差率不相等了，则产生的转矩也就不相等了，转子则转动起来。
脉动磁场分解为两个旋转磁场的示意图
当转子由外力或其他方法顺时针转动时，
1
0
0?
顺顺顺
－＝
n
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1
0
0
0
0
0
0?
顺顺顺顺逆逆逆
＋＝－－＝
n
nn
n
nn
n
nns
则：
逆顺 emem TT?
参见图 5－ 24
转子则顺时针继续转动单相异步电动机本身没有起动转矩，因此必须附加一些设备来起动单相异步电动机
二、单相异步电动机的起动方法
1、分相式（电阻分相、电容分相）
2、罩极式
§ 5－ 8 直线异步电动机
一、工作原理三相定子在直线槽内分布通以三相电流后，在直线上先后出现合成磁场，即磁场不再是旋转的，而是按照 A,B,C
相序呈现直线移动的行波磁场。转子也可以制成直线状的，或管形的。
小结
1、三相异步电动机
a） 工作原理
b） 定子绕组展开图
c） 等效电路图、相量、方程式
d） 功率与转矩
2、单相异步电动机
a） 工作原理 b） 起动方法
3、直线异步电动机
a） 工作原理 b） 结构
