第五章 异步电机（二）
—— 三相异步电动机运行原理及单相异步电动机第一节 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情况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 n0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。
2
空载的情况下,n≈ns,I2≈0
当电机带有机械负载后,n<ns,
I2增大。
不论转子是绕线型还是笼型，
转子磁动势 F2都是一种旋转磁动势。
笼型转子的磁动势
（一） 转子磁动势分析
3
2,F2转速的大小如果相序为 A-B-C的异步电动机定子电流所产生的旋转磁场按逆时针方向旋转，
因为 n<n0，则转子电流相序为 a-b-c。则转子磁动势 F2的旋转方向也按照相序 a-b-c，
即：按逆时针方向。
1、转子磁动势 F2的旋转方向转子绕组内感应电动势和电流的频率为
21
()
60 60
s s s
s
p n n pn n nf sf
n
f2为转差频率，转子电流形成的 转子磁动势 F2的旋转方向与 F1的旋转方向相同，
它相对于转子的转速为 Δn，而相对于定子的转速为 Δn+n=ns
4
（二） 磁动势平衡转子磁动势 F2与定子磁动势 F1相对静止，得到合成磁动势 F1+F2
负载时 )(
21 mmm BFFF
空载时
)( 00010 mmm BFF
电动机从空载到负载，定子绕组的感应电动势的变化很小，差不多和电源电压相平衡。所以，可以近似认为
0mm
于是
mmm FFFF 021
)( 21 FFF m
5
两极异步电动机的定子、转子绕组示意图 负载时定子、转子磁动势和电流的相矢图
6
（三） 电磁关系有效值
mWkNfE?1111 44.4?
mWs kNfE?2222 44.4?
异步电动机的负载运行时的电磁关系相量表达式
mWkNfE 1111 44.4j
skNfkNfE mWmWs 2212222 44.4j44.4j
定、转子的漏磁通在各自绕组中感应产生漏电动势
11111 44.4j WkNfE
skNfkNfE sWsWs 222122222 44.4j44.4j
7
二、基本方程式
（一） 磁动势平衡方程式
mFFF 21
2
222
2
111
1
111
1
2
9.0
2
9.0
2
9.0
I
p
kNm
F
I
p
kNm
F
I
p
kNm
F
W
m
W
m
W
式中 m1,m2为定子、转子的相数； Im为对应于励磁磁动势的励磁电流。
m
WWW I
p
kNmI
p
kNmI
p
kNm 111
2
222
1
111
29.029.029.0
2
222
2
111
2 29.029.0 Ip
kNmI
p
kNmF WW )( 21 III m
励磁电流 负载电流令
22
1 I
kI i
则
mIII 21
222
111
W
W
i kNm
kNmk?
异步电动机的电流比
8
（二） 电动势平衡方程式
1 1 1 1 1
2 2 2 2
( ) ( )
( ) ( )ss
U E E I R
E E I R R?
RΩ为转子电阻的外加电阻
1 ( j X )m m m m mE I Z I R
Zm为表征铁心磁化特性和铁耗的一个综合参数，称为励磁阻抗；
Xm称为励磁电抗； Rm为反映铁耗的励磁电阻。
1 1 1jE I X
定子漏电抗
2 2 2jssE I X
转子漏电抗
skNfkNfE sWsWs 222122222 44.444.4
因此
sEE s 22? 22sX X s? sEE s 22?
9
旋转时异步电动机的电路异步电动机负载时的基本方程式列出如下
1 1 1 1 1 1 1 1 1jU E I R I X E I Z
2 2 2 2 2 2( ) jsE E s I R R I X s
1 ( j X )m m m m mE I R I Z
m
i
IIkI 21 1
10
第二节 三相异步电动机的等效电路及相量图
11
11
22
11
22
1112212
144.4j44.4j E
kEkN
kN
kN
kNkNfkNfE
eW
W
W
W
mWmW
22
11
W
W
e kN
kNk? 为电动势比一,异步电动机的等效电路
（一） 频率归算频率归算 —— 保持整个电磁系统的电磁性能不变，把一种频率的参数和物理量换算成另一种频率的参数和物理量。在这里，就是用一个具有定子频率而等效于转子的电路去代换实际转子电路。
所谓“等效”是指：
1）进行代换后，转子电路对定子电路的电磁效应不变。
2）等效的转子电路的电磁性能（有功功率、无功功率、铜耗等）
必须和实际转子电路一样。
11
若 RΩ=0 2
2
22jX
EsI
Rs
2
2
22/ j X
EI
Rs
而静止转子电路中电流
22
222 2 2 2
2 2 2 2( / ) ( )
E E sII
R s X R X s
频率归算后的定、转子电路
22
2
22
a r c t g a r c t g/X X sR s R
在附加电阻 上产生的功耗，实质上表征了异步电动机的机械功率 21 s Rs?
（二） 绕组归算绕组归算后的定、转子电路
222
111
W
W
i kNm
kNmk?
22222111 29.029.0 Ip
kNmI
p
kNm WW
由转子磁动势不变
22
1 I
kI i
12
由转子总的视在功率不变
222221 IEmIEm 122 EEkE e
22
11
W
W
e kN
kNk?式中由转子铜耗和漏磁通储能不变
221 2 2 2 2 2m I R m I R
22eiR k k R
2
2
222
2
21 2
1
2
1 LImLIm 22 LkkL ie 22eiX k k X
13
（三） 异步电动机的等效电路经过归算后，定子、转子的电动势方程式
1 1 1 1 1 1 1 1( j X )U E I R E I Z
2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
11 ( j X )ssE I R I R I R I Z
ss
21 EE
磁动势方程式
mIII 21
励磁支路的电动势方程式
mm ZIE1
14
几种异步电动机的典型运行情况
1、空载运行 0?s
2
1 s R
s
2、额度负载下运行
05.0?Ns
转子电路基本上是电阻性的，功率因数较高。
3、起动时的情况
0?n 1?s
2
1 0s R
s
附加电阻为零，起动电流很大，功率因数较低。
4、异步发电运行
snn 0 s
转差率为负，附加电阻也为负值。表示从转子轴上输入（而不是输出）机械功率。
15
5、电磁制动状态运行
1?s,附加电阻为负值，表示从转子轴上输入（而不是输出）机械功率。
异步电机近似等效电路二、异步电动机的相量图异步电动机的相量图
16
异步电动机近似等效电路的相量图
[例 5-1]一台 2对极的三相异步电动机，有关数据如下：
kW10N?P V380N?U m in/r1 4 5 2N?n
1 1,3 3 Ω /R? 相 1 2,4 3 Ω /X? 相 2 1.12 Ω /R 相
2 4,4 Ω /X 相 7 Ω /mR? 相 90 Ω /mX? 相定子绕组为三角形接法，试求额定负载时的定子电流、转子电流、励磁电流、功率因数、输入功率和效率。
解
N
150 0 145 2
1500
s
s
nns
n
2 1,1 2 Ω 35 Ω
0,0 3 2
R
s
17
（ 1）用 T形等效电路计算
2
2j X ( 3 5 j 4,4 ) Ω 3 5,4 7,1 5 Ω
R
s
jX ( 7 j 9 0 ) Ω 9 0,4 8 5,5 4 Ωm m mZR
22
22
( / j X ) 3 5,4 7,1 5 9 0,4 8 5,5 4 ( 2 7,6 j1 3,8 9 )
( / j X ) 3 5,4 7,1 5 9 0,4 8 5,5 4
m
m
R s Z
R s Z
22
1
22
( / j X ) 33,23 29,43 Ω
( / j X )
m
m
R s ZZ
R s Z
① 设,定子电流V0380
1U
1
1
22
1
22
3 8 0 0 A 1 1,4 2 2 9,4 3 A
( / j X ) 3 3,2 3 2 9,4 3
( / j X )
m
m
UI
R s ZZ
R s Z
定子线电流有效值
A8.19A42.113
18
② 定子功率因数 )(87.043.29c o sc o s
1 滞后
③ 定子输入功率
W11326W87.042.113803c os3 1111IUP
21
22
9 0,41 1,4 2 A 9,9 7 A
( / ) 1 0 3,5
m
m
ZII
R s j X Z
④ 转子电流 和励磁电流
2I mI?
22
1
22
/ 3 5,41 1,4 2 A 3,9 1 A
( / ) 1 0 3,5m m
R s j XII
R s j X Z
⑤ 效率
%26.88%1001133010000
1
2
P
P?
19
（ 2）用近似等效电路计算负载支路阻抗
1 2 2/ j X ( 1,3 3 j 2,4 3 3 5,1 j 4,4 ) Ω
( 3 6,4 3 j 6,8 3 ) Ω 3 7,1 1 0,6 Ω
Z R s
励磁支路阻抗
j X ( 7 j 90) Ω 90.4 85.54 Ωm m mZR
① 转子电流（即负载电流）
1
2
1 2 2
3 8 0 0 A 1 0,2 4 1 0,6 A
/ j X 3 7,1 1 0,6
UI
Z R s
② 励磁电流
A54.852.4A54.854.90 03801
m
m Z
UI
20
③ 定子电流
A1.2945.12A)065.6j396.10(21 III m
定子线电流有效值
A6.21A45.123
④ 定子功率因数
)(8 7 4.01.29c o sc o s 1 滞后
⑤ 定子输入功率
W1 2 4 0 5W874.045.123803c os3 1111IUP
⑥ 效率
%6.80%1 0 01 2 4 0 01 0 0 0 0
1
2
P
P?
21
能量转换关系功率关系第三节 三相异步电动机的功率和转矩一、功率转换过程二、功率方程式
1 Cu1 F e eP p p P
11111 c o s?IUmP? 2C u 1 1 1 1p m I R? 2F e 1 m mp m I R?
2e 1 2 2 2 1 2 2c os /P m E I m I R s
式中,U1—— 定子相电压； I1 —— 定子相电流；
—— 定子功率因数角； —— 转子功率因数角；1? 2
22
e Cu 2 m e c hP p P
2Δm e cm e c )( PppP
22212Cu rImp emC u 2 sPp?
总机械功率
222
m e c h e C u2 1 2 1 2 2
2 2
1 2 e( 1 ) ( 1 )
R
P P p m I m I R
s
R
s m I s P
s
三、转矩方程式
e 2 m e c h Δ 20T T T T T T
m e c h e
e
n
PPT
旋转磁场对转子做功的物理情况式中 —— 电动机输出的机械转矩； —— 机械损耗转矩；
—— 附加损耗转矩； —— 空载转矩；
—— 电磁转矩。
2T mechT
ΔT 0T
eT
23
四、电磁转矩公式
2e 2
e 1 2 1 2 2 2
1
1 c os
2 πss
P R pT m I m E I
sf
1 1 1
e 2 2 1 2 2c o s c o s2
W
m T m
p m N kT I C I
2
111
T1
WkNpmC?
—— 转矩常数
[例 5-2] 根据 [例 5-1]中的数据，还知道电动机的机械损耗
，额定负载时的附加损耗,试计算各种功率和转矩。
m e c h 100 Wp?
W50Δ?p
22Fe 3 3 3,91 7 W 32 1 Wmmp I R
22C u2 2 23 3 9.98 1.12 W 335 Wp I R
22C u1 1 13 3 11.42 1.33W 520 Wp I R
解 定子和转子的铜耗、及定子铁耗
24
15002 π 2 π r a d / s 1 5 7 r a d / s
6 0 6 0
s
s
n
r a d / s152r a d / s601452π260π2 n?
同步角速度转子机械角速度总机械功率
m e c h 2 m e c h Δ ( 1 0 0 0 0 1 0 0 5 0 ) W 1 0 1 5 0 WP P p p
电磁功率
e m e c h C u 2 ( 1 0 1 5 0 3 3 5 ) W 1 0 4 8 5 WP P p
负载制动功率
mN79.65mN1 521 00 0022PT
空载制动功率
m e c h Δ0 150 N m 0,9 9 N m
152
ppT
电磁转矩
e 2 0 ( 6 5,7 9 0,9 9 ) N m 6 6,7 8 N mT T T
或者
e
e
10485 N m 6 6,7 8 N m
157n
PT
m e c he 10150 N m 6 6,7 8 N m152PT
25
第四节 三相异步电动机的工作特性及其测取方法一、工作特性的分析
1、转速特性
)( 2Pfn?
2、定子电流特性
)( 21 PfI?
3、功率因数特性
)(c o s 21 Pf
4、电磁转矩特性
e2()T f P?
e 0 2 /T T P
5、效率特性 )(
2Pf 2
2 Cu 1 F e Cu 2 m e c h Δ
P
P p p p p p
26
二、工作特性的求取工作特性的求取 —— 可以用直接负载法，通过做实验求取；也可以利用等效电路进行计算。
第五节 三相异步电动机参数的测定一、空载试验与励磁参数的确定
1、空载试验异步电动机在额定电压、额定频率下，轴上不带任何负载运行。
空载特性曲线
27
2、励磁参数与铁耗及机械损耗的确定
2F e m e c h 1()p p f U 曲线空载时异步电动机的等效电路
28
二、堵转试验及堵转时参数的确定堵转时异步电动机的等效电路异步电动机的堵转特性
29
第五节 三相异步电动机的转矩与转差率的关系
2
1 1 2
e 2 2
1 2 1 2
( / )
/ ( )s
m U R sT
R R s X X
临界转差率 sm
2
22
1 1 2()
m
Rs
R X X
2
11
eM 22
1 1 1 22 ( )s
mUT
R R X X
最大转矩
30
第六节 单相异步电动机单相供电一相断开一、由单相电源供电的异步电动机的运行 —— 单相异步电动机的工作原理
fftxF
txFtxFf
π
c o s
2
1
π
c o s
2
1
c o s
π
c o s
1
111
单相异步电动机特性：
1）电动机静止时，合成转矩为零，
电动机无起动转矩；
2）若外力拖动电动机正向或反向转动，撤去外力后，电动机将继续加速到接近同步转速。
31
椭圆形旋转磁场的矢量表示则每极脉振磁通为
xtBB m πs inc o s?
设脉振磁场按正弦发布
tlB m c o sπ2
式中,τ为极距； l为定子铁心长度。
tlBNtNe mddd s i nπ2dd
tlvBNB l vNe mqqq?co s22
txFf dd c o sπc o s
txFf qq s inπs in
txFtxFfff qd πco sπco s
2
qd FFF
2
qd FFF
32
二、单相异步电动机的主要类型和起动方法分相式电动机的接线图 分相式电动机的定子示意图分相式电动机的主绕组和辅助绕组空间上相差 90° 电角度,接在同一单相电源上。
在辅助绕组中串入适当的电容、电阻或电感，使两个绕组电流的相位不同。这样就可以在电动机内形成一种旋转磁场，从而产生起动转矩。
1、分相式电动机
1）电阻分相电动机辅助绕组用细铜丝绕制。起动转矩较小，起动电流较大。
33
2）电容分相电动机如果电容选择恰当，电动机辅助绕组中的电流相位超前主绕组电流相位 90°,从而起动转矩较大，起动电流较小。
三相异步电动机作单相运行的接线图罩极式电动机的磁通相量图罩极式电动机的结构示意图
2、罩极式电动机
k
穿过短路铜环的总磁通是由两部分磁通合成的，
与未穿过铜环部分的磁通形成一定的相位差。
0
34
三、单相异步电动机的用途日常生活、家用电器、医疗器械以及某些工业装置。
第七节 直线异步电动机一、工作原理扁平形直线异步电动机
35
二、结构形式及其特点
1、结构形式
（ 1）扁平形
（ 2）管形
（ 3）圆盘形
36
2、结构特点长次级、短初级的形式第五章 结束
—— 三相异步电动机运行原理及单相异步电动机第一节 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情况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 n0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。
2
空载的情况下,n≈ns,I2≈0
当电机带有机械负载后,n<ns,
I2增大。
不论转子是绕线型还是笼型，
转子磁动势 F2都是一种旋转磁动势。
笼型转子的磁动势
（一） 转子磁动势分析
3
2,F2转速的大小如果相序为 A-B-C的异步电动机定子电流所产生的旋转磁场按逆时针方向旋转，
因为 n<n0，则转子电流相序为 a-b-c。则转子磁动势 F2的旋转方向也按照相序 a-b-c，
即：按逆时针方向。
1、转子磁动势 F2的旋转方向转子绕组内感应电动势和电流的频率为
21
()
60 60
s s s
s
p n n pn n nf sf
n
f2为转差频率，转子电流形成的 转子磁动势 F2的旋转方向与 F1的旋转方向相同，
它相对于转子的转速为 Δn，而相对于定子的转速为 Δn+n=ns
4
（二） 磁动势平衡转子磁动势 F2与定子磁动势 F1相对静止，得到合成磁动势 F1+F2
负载时 )(
21 mmm BFFF
空载时
)( 00010 mmm BFF
电动机从空载到负载，定子绕组的感应电动势的变化很小，差不多和电源电压相平衡。所以，可以近似认为
0mm
于是
mmm FFFF 021
)( 21 FFF m
5
两极异步电动机的定子、转子绕组示意图 负载时定子、转子磁动势和电流的相矢图
6
（三） 电磁关系有效值
mWkNfE?1111 44.4?
mWs kNfE?2222 44.4?
异步电动机的负载运行时的电磁关系相量表达式
mWkNfE 1111 44.4j
skNfkNfE mWmWs 2212222 44.4j44.4j
定、转子的漏磁通在各自绕组中感应产生漏电动势
11111 44.4j WkNfE
skNfkNfE sWsWs 222122222 44.4j44.4j
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二、基本方程式
（一） 磁动势平衡方程式
mFFF 21
2
222
2
111
1
111
1
2
9.0
2
9.0
2
9.0
I
p
kNm
F
I
p
kNm
F
I
p
kNm
F
W
m
W
m
W
式中 m1,m2为定子、转子的相数； Im为对应于励磁磁动势的励磁电流。
m
WWW I
p
kNmI
p
kNmI
p
kNm 111
2
222
1
111
29.029.029.0
2
222
2
111
2 29.029.0 Ip
kNmI
p
kNmF WW )( 21 III m
励磁电流 负载电流令
22
1 I
kI i
则
mIII 21
222
111
W
W
i kNm
kNmk?
异步电动机的电流比
8
（二） 电动势平衡方程式
1 1 1 1 1
2 2 2 2
( ) ( )
( ) ( )ss
U E E I R
E E I R R?
RΩ为转子电阻的外加电阻
1 ( j X )m m m m mE I Z I R
Zm为表征铁心磁化特性和铁耗的一个综合参数，称为励磁阻抗；
Xm称为励磁电抗； Rm为反映铁耗的励磁电阻。
1 1 1jE I X
定子漏电抗
2 2 2jssE I X
转子漏电抗
skNfkNfE sWsWs 222122222 44.444.4
因此
sEE s 22? 22sX X s? sEE s 22?
9
旋转时异步电动机的电路异步电动机负载时的基本方程式列出如下
1 1 1 1 1 1 1 1 1jU E I R I X E I Z
2 2 2 2 2 2( ) jsE E s I R R I X s
1 ( j X )m m m m mE I R I Z
m
i
IIkI 21 1
10
第二节 三相异步电动机的等效电路及相量图
11
11
22
11
22
1112212
144.4j44.4j E
kEkN
kN
kN
kNkNfkNfE
eW
W
W
W
mWmW
22
11
W
W
e kN
kNk? 为电动势比一,异步电动机的等效电路
（一） 频率归算频率归算 —— 保持整个电磁系统的电磁性能不变，把一种频率的参数和物理量换算成另一种频率的参数和物理量。在这里，就是用一个具有定子频率而等效于转子的电路去代换实际转子电路。
所谓“等效”是指：
1）进行代换后，转子电路对定子电路的电磁效应不变。
2）等效的转子电路的电磁性能（有功功率、无功功率、铜耗等）
必须和实际转子电路一样。
11
若 RΩ=0 2
2
22jX
EsI
Rs
2
2
22/ j X
EI
Rs
而静止转子电路中电流
22
222 2 2 2
2 2 2 2( / ) ( )
E E sII
R s X R X s
频率归算后的定、转子电路
22
2
22
a r c t g a r c t g/X X sR s R
在附加电阻 上产生的功耗，实质上表征了异步电动机的机械功率 21 s Rs?
（二） 绕组归算绕组归算后的定、转子电路
222
111
W
W
i kNm
kNmk?
22222111 29.029.0 Ip
kNmI
p
kNm WW
由转子磁动势不变
22
1 I
kI i
12
由转子总的视在功率不变
222221 IEmIEm 122 EEkE e
22
11
W
W
e kN
kNk?式中由转子铜耗和漏磁通储能不变
221 2 2 2 2 2m I R m I R
22eiR k k R
2
2
222
2
21 2
1
2
1 LImLIm 22 LkkL ie 22eiX k k X
13
（三） 异步电动机的等效电路经过归算后，定子、转子的电动势方程式
1 1 1 1 1 1 1 1( j X )U E I R E I Z
2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
11 ( j X )ssE I R I R I R I Z
ss
21 EE
磁动势方程式
mIII 21
励磁支路的电动势方程式
mm ZIE1
14
几种异步电动机的典型运行情况
1、空载运行 0?s
2
1 s R
s
2、额度负载下运行
05.0?Ns
转子电路基本上是电阻性的，功率因数较高。
3、起动时的情况
0?n 1?s
2
1 0s R
s
附加电阻为零，起动电流很大，功率因数较低。
4、异步发电运行
snn 0 s
转差率为负，附加电阻也为负值。表示从转子轴上输入（而不是输出）机械功率。
15
5、电磁制动状态运行
1?s,附加电阻为负值，表示从转子轴上输入（而不是输出）机械功率。
异步电机近似等效电路二、异步电动机的相量图异步电动机的相量图
16
异步电动机近似等效电路的相量图
[例 5-1]一台 2对极的三相异步电动机，有关数据如下：
kW10N?P V380N?U m in/r1 4 5 2N?n
1 1,3 3 Ω /R? 相 1 2,4 3 Ω /X? 相 2 1.12 Ω /R 相
2 4,4 Ω /X 相 7 Ω /mR? 相 90 Ω /mX? 相定子绕组为三角形接法，试求额定负载时的定子电流、转子电流、励磁电流、功率因数、输入功率和效率。
解
N
150 0 145 2
1500
s
s
nns
n
2 1,1 2 Ω 35 Ω
0,0 3 2
R
s
17
（ 1）用 T形等效电路计算
2
2j X ( 3 5 j 4,4 ) Ω 3 5,4 7,1 5 Ω
R
s
jX ( 7 j 9 0 ) Ω 9 0,4 8 5,5 4 Ωm m mZR
22
22
( / j X ) 3 5,4 7,1 5 9 0,4 8 5,5 4 ( 2 7,6 j1 3,8 9 )
( / j X ) 3 5,4 7,1 5 9 0,4 8 5,5 4
m
m
R s Z
R s Z
22
1
22
( / j X ) 33,23 29,43 Ω
( / j X )
m
m
R s ZZ
R s Z
① 设,定子电流V0380
1U
1
1
22
1
22
3 8 0 0 A 1 1,4 2 2 9,4 3 A
( / j X ) 3 3,2 3 2 9,4 3
( / j X )
m
m
UI
R s ZZ
R s Z
定子线电流有效值
A8.19A42.113
18
② 定子功率因数 )(87.043.29c o sc o s
1 滞后
③ 定子输入功率
W11326W87.042.113803c os3 1111IUP
21
22
9 0,41 1,4 2 A 9,9 7 A
( / ) 1 0 3,5
m
m
ZII
R s j X Z
④ 转子电流 和励磁电流
2I mI?
22
1
22
/ 3 5,41 1,4 2 A 3,9 1 A
( / ) 1 0 3,5m m
R s j XII
R s j X Z
⑤ 效率
%26.88%1001133010000
1
2
P
P?
19
（ 2）用近似等效电路计算负载支路阻抗
1 2 2/ j X ( 1,3 3 j 2,4 3 3 5,1 j 4,4 ) Ω
( 3 6,4 3 j 6,8 3 ) Ω 3 7,1 1 0,6 Ω
Z R s
励磁支路阻抗
j X ( 7 j 90) Ω 90.4 85.54 Ωm m mZR
① 转子电流（即负载电流）
1
2
1 2 2
3 8 0 0 A 1 0,2 4 1 0,6 A
/ j X 3 7,1 1 0,6
UI
Z R s
② 励磁电流
A54.852.4A54.854.90 03801
m
m Z
UI
20
③ 定子电流
A1.2945.12A)065.6j396.10(21 III m
定子线电流有效值
A6.21A45.123
④ 定子功率因数
)(8 7 4.01.29c o sc o s 1 滞后
⑤ 定子输入功率
W1 2 4 0 5W874.045.123803c os3 1111IUP
⑥ 效率
%6.80%1 0 01 2 4 0 01 0 0 0 0
1
2
P
P?
21
能量转换关系功率关系第三节 三相异步电动机的功率和转矩一、功率转换过程二、功率方程式
1 Cu1 F e eP p p P
11111 c o s?IUmP? 2C u 1 1 1 1p m I R? 2F e 1 m mp m I R?
2e 1 2 2 2 1 2 2c os /P m E I m I R s
式中,U1—— 定子相电压； I1 —— 定子相电流；
—— 定子功率因数角； —— 转子功率因数角；1? 2
22
e Cu 2 m e c hP p P
2Δm e cm e c )( PppP
22212Cu rImp emC u 2 sPp?
总机械功率
222
m e c h e C u2 1 2 1 2 2
2 2
1 2 e( 1 ) ( 1 )
R
P P p m I m I R
s
R
s m I s P
s
三、转矩方程式
e 2 m e c h Δ 20T T T T T T
m e c h e
e
n
PPT
旋转磁场对转子做功的物理情况式中 —— 电动机输出的机械转矩； —— 机械损耗转矩；
—— 附加损耗转矩； —— 空载转矩；
—— 电磁转矩。
2T mechT
ΔT 0T
eT
23
四、电磁转矩公式
2e 2
e 1 2 1 2 2 2
1
1 c os
2 πss
P R pT m I m E I
sf
1 1 1
e 2 2 1 2 2c o s c o s2
W
m T m
p m N kT I C I
2
111
T1
WkNpmC?
—— 转矩常数
[例 5-2] 根据 [例 5-1]中的数据，还知道电动机的机械损耗
，额定负载时的附加损耗,试计算各种功率和转矩。
m e c h 100 Wp?
W50Δ?p
22Fe 3 3 3,91 7 W 32 1 Wmmp I R
22C u2 2 23 3 9.98 1.12 W 335 Wp I R
22C u1 1 13 3 11.42 1.33W 520 Wp I R
解 定子和转子的铜耗、及定子铁耗
24
15002 π 2 π r a d / s 1 5 7 r a d / s
6 0 6 0
s
s
n
r a d / s152r a d / s601452π260π2 n?
同步角速度转子机械角速度总机械功率
m e c h 2 m e c h Δ ( 1 0 0 0 0 1 0 0 5 0 ) W 1 0 1 5 0 WP P p p
电磁功率
e m e c h C u 2 ( 1 0 1 5 0 3 3 5 ) W 1 0 4 8 5 WP P p
负载制动功率
mN79.65mN1 521 00 0022PT
空载制动功率
m e c h Δ0 150 N m 0,9 9 N m
152
ppT
电磁转矩
e 2 0 ( 6 5,7 9 0,9 9 ) N m 6 6,7 8 N mT T T
或者
e
e
10485 N m 6 6,7 8 N m
157n
PT
m e c he 10150 N m 6 6,7 8 N m152PT
25
第四节 三相异步电动机的工作特性及其测取方法一、工作特性的分析
1、转速特性
)( 2Pfn?
2、定子电流特性
)( 21 PfI?
3、功率因数特性
)(c o s 21 Pf
4、电磁转矩特性
e2()T f P?
e 0 2 /T T P
5、效率特性 )(
2Pf 2
2 Cu 1 F e Cu 2 m e c h Δ
P
P p p p p p
26
二、工作特性的求取工作特性的求取 —— 可以用直接负载法，通过做实验求取；也可以利用等效电路进行计算。
第五节 三相异步电动机参数的测定一、空载试验与励磁参数的确定
1、空载试验异步电动机在额定电压、额定频率下，轴上不带任何负载运行。
空载特性曲线
27
2、励磁参数与铁耗及机械损耗的确定
2F e m e c h 1()p p f U 曲线空载时异步电动机的等效电路
28
二、堵转试验及堵转时参数的确定堵转时异步电动机的等效电路异步电动机的堵转特性
29
第五节 三相异步电动机的转矩与转差率的关系
2
1 1 2
e 2 2
1 2 1 2
( / )
/ ( )s
m U R sT
R R s X X
临界转差率 sm
2
22
1 1 2()
m
Rs
R X X
2
11
eM 22
1 1 1 22 ( )s
mUT
R R X X
最大转矩
30
第六节 单相异步电动机单相供电一相断开一、由单相电源供电的异步电动机的运行 —— 单相异步电动机的工作原理
fftxF
txFtxFf
π
c o s
2
1
π
c o s
2
1
c o s
π
c o s
1
111
单相异步电动机特性：
1）电动机静止时，合成转矩为零，
电动机无起动转矩；
2）若外力拖动电动机正向或反向转动，撤去外力后，电动机将继续加速到接近同步转速。
31
椭圆形旋转磁场的矢量表示则每极脉振磁通为
xtBB m πs inc o s?
设脉振磁场按正弦发布
tlB m c o sπ2
式中,τ为极距； l为定子铁心长度。
tlBNtNe mddd s i nπ2dd
tlvBNB l vNe mqqq?co s22
txFf dd c o sπc o s
txFf qq s inπs in
txFtxFfff qd πco sπco s
2
qd FFF
2
qd FFF
32
二、单相异步电动机的主要类型和起动方法分相式电动机的接线图 分相式电动机的定子示意图分相式电动机的主绕组和辅助绕组空间上相差 90° 电角度,接在同一单相电源上。
在辅助绕组中串入适当的电容、电阻或电感，使两个绕组电流的相位不同。这样就可以在电动机内形成一种旋转磁场，从而产生起动转矩。
1、分相式电动机
1）电阻分相电动机辅助绕组用细铜丝绕制。起动转矩较小，起动电流较大。
33
2）电容分相电动机如果电容选择恰当，电动机辅助绕组中的电流相位超前主绕组电流相位 90°,从而起动转矩较大，起动电流较小。
三相异步电动机作单相运行的接线图罩极式电动机的磁通相量图罩极式电动机的结构示意图
2、罩极式电动机
k
穿过短路铜环的总磁通是由两部分磁通合成的，
与未穿过铜环部分的磁通形成一定的相位差。
0
34
三、单相异步电动机的用途日常生活、家用电器、医疗器械以及某些工业装置。
第七节 直线异步电动机一、工作原理扁平形直线异步电动机
35
二、结构形式及其特点
1、结构形式
（ 1）扁平形
（ 2）管形
（ 3）圆盘形
36
2、结构特点长次级、短初级的形式第五章 结束
