第四章三相異步電動機(jī)TheThree-phaseInductionMachinesDrives第一節(jié)三相異步電動機(jī)的工作原理第二節(jié)三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和銘牌第三節(jié)三相異步電動機(jī)的定子繞組和感應(yīng)電動勢第四節(jié)三相異步電動機(jī)的空載運(yùn)行第五節(jié)三相異步電動機(jī)的負(fù)載運(yùn)行第六節(jié)三相異步電動機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩第七節(jié)三相異步電動機(jī)的工作特性第八節(jié)三相異步電動機(jī)參數(shù)的測定交流電機(jī)有兩大類：異步電機(jī)和同步電機(jī)。同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速與交流電源頻率之間存在嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系。異步電機(jī)那么不然。異步電動機(jī)定子接上交流電源后，形成旋轉(zhuǎn)磁場，依靠電磁感應(yīng)作用，使轉(zhuǎn)子繞組感生電流，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。同步電機(jī)主要做發(fā)電機(jī)，感應(yīng)電機(jī)主要做電動機(jī)，三相異步電機(jī)主要用作電動機(jī)，拖動各種生產(chǎn)機(jī)械。4.1三相異步電動機(jī)的根本工作原理4.1.1三相定子繞組的旋轉(zhuǎn)磁場和旋轉(zhuǎn)磁動勢1.旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生在三相異步電動機(jī)中實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的前提是必須產(chǎn)生一種旋轉(zhuǎn)磁場。所謂旋轉(zhuǎn)磁場,就是一種極性不變且以一定速度旋轉(zhuǎn)的磁場。根據(jù)理論分析和實(shí)踐證明,在多相對稱繞組中流過多相對稱電流時(shí),會產(chǎn)生一種大小恒定的旋轉(zhuǎn)磁場即圓形旋轉(zhuǎn)磁場〔磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量頂點(diǎn)的軌跡為一圓〕。我們先考察三相對稱繞組每相僅由一個(gè)線圈組成的情況,如圖4-1所示,U1—U2、V1—V2、W1—W2三個(gè)完全相同的線圈空間彼此互隔120°分布在定子鐵心內(nèi)圓的圓周上,構(gòu)成了三相對稱繞組。這個(gè)三相對稱繞組在空間的位置是沿著逆時(shí)針方向,V相從U相后移120°,W相從V相后移120°。下面請同學(xué)們觀看當(dāng)三相對稱繞組接上三相對稱電源時(shí),在繞組中將流過三相對稱電流。假設(shè)各相電流的瞬時(shí)表達(dá)式為那么各相電流隨時(shí)間變化的曲線為由于三相電流隨時(shí)間的變化是連續(xù)的,且極為迅速,因此為了便于考察三相電流產(chǎn)生的合成磁效應(yīng),我們可以通過幾個(gè)特定的瞬間,以窺其全貌。為此,選擇ωt=0°、ωt=120°、ωt=240°、ωt=360°四個(gè)特定瞬間,并規(guī)定：電流為正值時(shí),電流從每相繞組的首端〔U1、V1、W1〕流進(jìn),末端〔U2、V2、W2〕流出；電流為負(fù)值時(shí),電流從每相繞組的末端流進(jìn),首端流出。在表示線圈導(dǎo)線的“○〞內(nèi),用“×〞號表示電流流入,用“·〞號表示電流流出。首先看這個(gè)瞬間,從電流變化曲線可得出,將各相電流方向表示在各相線圈剖面圖上,如圖4-1(a)所示。從圖可看出,V2、U1、W2三個(gè)線圈邊中的電流都是從紙面流進(jìn),且V2、W2中的電流數(shù)值相等,根據(jù)右手螺旋定那么可知這三個(gè)線圈邊中的電流產(chǎn)生的合成磁場分布必以U相線圈邊為中心,兩邊反向?qū)ΨQ,磁場通過轉(zhuǎn)子時(shí),其方向?yàn)閺纳舷蛳?。同理可確定V1、U2、W1三個(gè)線圈邊中的電流產(chǎn)生的合成磁場分布。因此,整個(gè)磁場的分布左右對稱,與一對磁極產(chǎn)生的磁場一樣。用同樣的方法可畫出ωt=120°、240°、360°三個(gè)瞬間的電流方向與磁場分布情況,分別如圖4-1(b)、(c)、(d)所示。流進(jìn)依次觀察圖4-1(a)、(b)、(c)、(d),便會看出三相對稱電流通過三相對稱繞組建立的合成磁場并不是靜止不動的,也不是方向交變的,而是猶如一對磁極旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的磁場,且磁場大小不變。從ωt=0°的瞬間到120°、240°、360°的瞬間,隨著三相電流的變化,合成磁場在空間相應(yīng)地轉(zhuǎn)過了120°、240°、360°。由此可證明,當(dāng)三相對稱電流通過三相對稱繞組時(shí),必然產(chǎn)生一個(gè)大小不變,轉(zhuǎn)速一定的旋轉(zhuǎn)磁場即圓形旋轉(zhuǎn)磁場。U1U2V2

W1V1W2U1U2

V2W1V1W2U2W2U1V2W1AU2V2W1V1W2U1SSV1NN磁鐵閉合線圈e方向用右手定那么確定f方向用左手定那么確定磁場旋轉(zhuǎn)1.線圈跟著磁鐵轉(zhuǎn)→兩者轉(zhuǎn)動方向一致2.線圈比磁場轉(zhuǎn)得慢異步2.旋轉(zhuǎn)磁動勢的產(chǎn)生

單相交流電通過單相繞組時(shí)所產(chǎn)生的磁動勢在空間按正弦規(guī)律分布,其幅值將與電流的瞬時(shí)值成正比，即磁動勢隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化,該磁動勢的軸線位置始終在該相繞組的軸線上,這種磁動勢稱為脈振磁動勢。三相異步電動機(jī)的U、V、W相定子繞組分別產(chǎn)生的磁動勢FU、FV、FW都是一個(gè)脈振磁動勢,而三個(gè)脈振磁動勢合成后就是三相定子繞組產(chǎn)生的合成磁動勢F。但合成磁動勢與脈振磁動勢相比,不僅大小發(fā)生了變化,而且性質(zhì)也發(fā)生了變化。分析如下：首先規(guī)定繞組軸線的正方向符合右手螺旋定那么,即四指從每相繞組的首端進(jìn)、末端出,大拇指所指的方向就代表繞組軸線〔即相軸〕的正方向。在ωt=0°瞬間，且每相脈振磁動勢的大小與該相電流的瞬時(shí)值成正比,所以各相脈振磁動勢的幅值分別為FU=Fm、FV=FＷ=-Fm/2,而且FU、FV、FW的位置分別在U、V、W相的相軸上,三個(gè)脈振磁動勢疊加后可得三相合成磁動勢F的幅值F=3Fm/2,F的位置在U相的相軸上,且與該相軸正方向一致。用同樣的方法可畫出240°、360°三個(gè)瞬間的三相合成磁動勢F的大小、位置和方向,由此可證明,當(dāng)三相對稱電流流入三相對稱繞組時(shí),將會產(chǎn)生一個(gè)幅值恒定不變的旋轉(zhuǎn)磁動勢，其幅值等于3Fm/2;而且當(dāng)某相電流到達(dá)最大值時(shí),合成磁動勢的矢量也正好轉(zhuǎn)到該相的相軸上,并與該相軸的正方向一致。3.旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向由圖4-2可知,流入三相定子繞組的電流是按U→V→W的相序到達(dá)最大值的；旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向也是從U相繞組軸線轉(zhuǎn)向V相繞組軸線,再轉(zhuǎn)向W相繞組軸線的,即按U→V→W的順序旋轉(zhuǎn)〔圖中為逆時(shí)針方向〕,而且當(dāng)某相電流到達(dá)最大值時(shí),合成磁場的矢量也正好轉(zhuǎn)到該相繞組的軸線上。因此,在在三相定子繞組空間排序不變的條件下,旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向取決于三相電流的相序,即從電流超前相轉(zhuǎn)向電流滯后相,假設(shè)要改變旋轉(zhuǎn)磁場的方向，只需將三相電源進(jìn)線中的任意兩相對調(diào)即可。旋轉(zhuǎn)方向：取決于三相電流的相序。改變電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向：換接其中兩相。4.旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速通過以上分析具有一對磁極的旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)情況與三相電流的變化情況，當(dāng)三相電流隨時(shí)間變化一個(gè)周期時(shí),旋轉(zhuǎn)磁場在空間相應(yīng)地轉(zhuǎn)過360°,即電流變化一次,旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)過一轉(zhuǎn),因此,電流每秒鐘變化〔即頻率〕f1次,那么旋轉(zhuǎn)磁場每秒鐘轉(zhuǎn)過f1轉(zhuǎn)。由此可知,在旋轉(zhuǎn)磁場為一對磁極即p=1的情況下,其磁場轉(zhuǎn)速為如果把三相對稱繞組按每相繞組分別由兩個(gè)線圈串聯(lián)組成,每個(gè)線圈的跨距為1/4圓周,用同樣的方法可確定該三相繞組流入三相對稱電流時(shí)所建立的合成磁場,仍然是一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場,不過磁場的極數(shù)變?yōu)?個(gè),即具有p=2對磁極。這種具有p=2對磁極結(jié)構(gòu)的磁場，當(dāng)電流變化一次,旋轉(zhuǎn)磁場僅轉(zhuǎn)過1/2轉(zhuǎn)。如果將繞組按一定規(guī)那么排列,那么可得到3對磁極結(jié)構(gòu)，當(dāng)電流變化一次時(shí),旋轉(zhuǎn)磁場僅轉(zhuǎn)過1/3轉(zhuǎn)。對于具有4對對磁極結(jié)構(gòu)的磁場其旋轉(zhuǎn)磁場僅轉(zhuǎn)過1/4轉(zhuǎn)。由此可以推論：對于具有p對磁極的旋轉(zhuǎn)磁場,當(dāng)電流變化一次時(shí),磁場就轉(zhuǎn)過1/p轉(zhuǎn)。由于交流電流每秒鐘變化f1次，因此具有p對磁極的旋轉(zhuǎn)磁場，其轉(zhuǎn)速n1為〔4-1〕式中：f1——定子交流電流的頻率,單位為Hz；p——旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù)；——旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速,亦稱同步轉(zhuǎn)速,其單位常采用r/min。國產(chǎn)的異步電動機(jī),定子繞組所接交流電源的頻率為50Hz,所以不同極對數(shù)的異步電動機(jī)對應(yīng)的同步轉(zhuǎn)速也就不同,如表4-1所示。三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速極對數(shù)每個(gè)電流周期磁場轉(zhuǎn)過的空間角度同步轉(zhuǎn)速極對數(shù)〔P〕的概念U1U2V1V2W1W2此種接法下，合成磁場只有一對磁極，則極對數(shù)為1。即：U1U2V2W1V1W2極對數(shù)〔P〕的改變W1'V2'U1'U2'V1'W2'將每相繞組分成兩段，按右以下圖放入定子槽內(nèi)。形成的磁場那么是兩對磁極。U1U2V1V2W1W2U1U2V1V2W1W2極對數(shù)極對數(shù)4.1.2三相異步電動機(jī)的根本工作原理〔1〕電生磁：三相異步電動機(jī)的定子鐵心上嵌有三相對稱繞組,在圓柱體的轉(zhuǎn)子鐵心上嵌有均勻分布的導(dǎo)條,當(dāng)三相對稱繞組接到三相對稱電源以后,就會在定、轉(zhuǎn)子之間的氣隙內(nèi)建立一個(gè)以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場?！?〕磁生電：旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子上的導(dǎo)條被旋轉(zhuǎn)磁場切割,根據(jù)電磁感應(yīng)定律,轉(zhuǎn)子導(dǎo)條內(nèi)就會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流假設(shè)旋轉(zhuǎn)磁場按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn),根據(jù)右手定那么,轉(zhuǎn)子上半部導(dǎo)條中電動勢的方向都是出來的,1、根本工作原理而下半部導(dǎo)條中電動勢的方向都是進(jìn)去的。如果不考慮導(dǎo)體中電流與電動勢的相位差,那么電動勢的瞬時(shí)方向就是電流的瞬時(shí)方向。〔3〕電磁力：轉(zhuǎn)子導(dǎo)條處在旋轉(zhuǎn)磁場中,并載有感應(yīng)電流,根據(jù)安培定律,磁場又對導(dǎo)條產(chǎn)生電磁力,電磁力的方向可用左手定那么判斷左手定那么決定導(dǎo)條受力方向右手定那么決定電流方向轉(zhuǎn)子上所有導(dǎo)條受到的電磁力形成一個(gè)順時(shí)針方向的電磁轉(zhuǎn)矩T,于是轉(zhuǎn)子就沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動,其轉(zhuǎn)速為,轉(zhuǎn)向與旋轉(zhuǎn)磁場方向相同。如果轉(zhuǎn)子與生產(chǎn)機(jī)械連接,那么轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩將克服負(fù)載轉(zhuǎn)矩而做功,從而實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。這就是三相異步電動機(jī)的根本工作原理。2、轉(zhuǎn)差率異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速不能到達(dá)旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速,總是略小于異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子之所以受到電磁轉(zhuǎn)矩作用而轉(zhuǎn)動,關(guān)鍵在于轉(zhuǎn)子導(dǎo)條與旋轉(zhuǎn)磁場之間存在一種相對運(yùn)動,才會產(chǎn)生電磁感應(yīng)作用。如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速到達(dá)同步轉(zhuǎn)速,那么轉(zhuǎn)子導(dǎo)條與旋轉(zhuǎn)磁場之間就不再有相對運(yùn)動,轉(zhuǎn)子導(dǎo)條內(nèi)就不可能產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,也就不會產(chǎn)生電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩。所以,異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速總是低于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速,這就是異步電動機(jī)“異步〞的含義。與之差稱為“轉(zhuǎn)差〞,轉(zhuǎn)差的存在是異步電動機(jī)運(yùn)行的必要條件。同步轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之差與同步轉(zhuǎn)速的比值稱為轉(zhuǎn)差率，用s表示，即：轉(zhuǎn)差率是異步電機(jī)的一個(gè)根本物理量，它反映電機(jī)的各種運(yùn)行情況。轉(zhuǎn)子未轉(zhuǎn)動時(shí)，電機(jī)理想空載時(shí)，作為電動機(jī)，轉(zhuǎn)速在范圍內(nèi)變化，轉(zhuǎn)差率在0~1范圍內(nèi)變。負(fù)載越大，轉(zhuǎn)速越低，轉(zhuǎn)差率越大；反之，轉(zhuǎn)差率越小。轉(zhuǎn)差率的大小能夠反映電機(jī)的轉(zhuǎn)速大小或負(fù)載大小。電機(jī)的轉(zhuǎn)速為：額定運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)差率一般在0.02～0.06之間，即電機(jī)轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速。例4.1某臺50Hz的三相異步電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速=730r/min,空載轉(zhuǎn)差率s0=0.267%。試求該電機(jī)的極對數(shù)、同步轉(zhuǎn)速、空載轉(zhuǎn)速和額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)差率。解

因?yàn)殡娫搭l率為50Hz,同步轉(zhuǎn)速由于額定轉(zhuǎn)速略低于同步轉(zhuǎn)速，因此該電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速必定為750r/min,相應(yīng)的極對數(shù)為p=4。空載轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)差率為4.2三相異步電動機(jī)的根本結(jié)構(gòu)和銘牌4.2.1三相異步電動機(jī)的根本結(jié)構(gòu)三相異步電動機(jī)的種類很多,從不同的角度看,有不同的分類方法。假設(shè)按轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)分類,有籠型異步電動機(jī)和繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)；假設(shè)按機(jī)殼的防護(hù)形式分類,有防護(hù)式、封閉式、開啟式。還可按電動機(jī)容量的大小、冷卻方式等分類。按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分：繞線型感應(yīng)電動機(jī)籠型感應(yīng)電動機(jī)下面是它主要部件的拆分圖。

右圖是一臺三相籠型感應(yīng)電動機(jī)的外形圖。1、定子三相異步電動機(jī)的定子主要由定子鐵心、定子繞組和機(jī)座等組成。1)定子鐵心定子鐵心是電動機(jī)主磁路的一局部,并要放置定子繞組。為了導(dǎo)磁性能良好和減少交變磁場在鐵心中的鐵心損耗,定子鐵心采用兩面涂有絕緣漆的0.5mm厚的硅鋼沖片疊壓而成。為了放置定子繞組,在定子鐵心內(nèi)圓開有槽,槽的形狀有半閉口槽、半開口槽和開口槽,它們分別對應(yīng)放置小型、中型、大中型三相異步電動機(jī)的定子繞組。定子沖片2)定子繞組定子繞組是電動機(jī)的定子電路局部,它將通過三相電流建立旋轉(zhuǎn)磁場,并感應(yīng)電動勢以實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。三相定子繞組的每一相由許多線圈按一定規(guī)律嵌放在定子鐵心槽內(nèi)。小容量異步電機(jī)常采用單層繞組;容量較大的異步電機(jī)常采用雙層繞組,繞組的線圈邊與鐵心槽之間必須要有槽絕緣,假設(shè)是雙層繞組,層間還需用層間絕緣。槽口的繞組線圈邊還需用槽楔固定之。不同相的繞組線圈邊之間還需用相間絕緣。繞組線圈通常采用高強(qiáng)度漆包銅線或鋁線繞制而成,槽絕緣、層間絕緣及相間絕緣常采用聚酯薄膜青殼紙、聚酯薄膜玻璃漆布復(fù)合箔等絕緣材料制作，槽楔常用竹、膠布板或環(huán)氧玻璃布板等非磁性材料制作。定子線圈三相定子繞組的六個(gè)出線端都引至接線盒上,首端分別為U1、V1、W1,末端分別為U2、V2、W2。為了接線方便,這六個(gè)出線端在接線板上的排列如圖4–8所示,根據(jù)需要可接成星形或三角形。

3)機(jī)座機(jī)座是電動機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的組成局部,主要作用是固定和支撐定子鐵心以及固定端蓋。在中小型電動機(jī)中,端蓋兼有軸承座的作用,因此機(jī)座還要支撐電動機(jī)的轉(zhuǎn)子局部,故機(jī)座要有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和剛度。2.轉(zhuǎn)子

三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)子繞組等組成。三相繞線型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖1)轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子鐵心也是電動機(jī)主磁路的一局部,并要放置轉(zhuǎn)子繞組。它也采用0.5mm厚的沖有轉(zhuǎn)子槽型的硅鋼沖片疊壓而成。中小型異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵心一般都直接固定在轉(zhuǎn)軸上,而大型異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵心那么套在轉(zhuǎn)子支架上,然后把支架固定在轉(zhuǎn)軸上。2)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸是支撐轉(zhuǎn)子鐵心和輸出轉(zhuǎn)矩的部件,它必須具有足夠的剛度和強(qiáng)度。轉(zhuǎn)軸一般用中碳鋼車削加工而成,軸伸端銑有鍵槽,用來固定帶輪或聯(lián)軸器。3)轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組是轉(zhuǎn)子的電路局部,它的作用是切割旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流,從而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子繞組按結(jié)構(gòu)形式的不同可分為籠型轉(zhuǎn)子繞組和繞線轉(zhuǎn)子繞組兩種。(1)籠型轉(zhuǎn)子繞組：是一個(gè)多相對稱繞組,各相繞組均由單根導(dǎo)條組成。在轉(zhuǎn)子鐵心的每個(gè)槽內(nèi)插入一根導(dǎo)條,在伸出鐵心的兩端分別用兩個(gè)導(dǎo)電端環(huán)把所有的導(dǎo)條連接起來,形成一個(gè)自行閉合的短路繞組。如果去掉鐵心,剩下來的繞組形狀就像一個(gè)關(guān)松鼠的籠子,故稱之為籠型繞組,如圖4-9所示。籠型轉(zhuǎn)子(2)繞線轉(zhuǎn)子繞組:與定子繞組一樣也是一個(gè)三相對稱繞組。這個(gè)三相對稱繞組連接成星形后,其三根引出線分別接到轉(zhuǎn)軸上的三個(gè)集電環(huán),再經(jīng)電刷引出而與外部電路接通,如圖4-10(a)所示。3、氣隙三相異步電動機(jī)定、轉(zhuǎn)子之間的氣隙比同容量的直流電動機(jī)的氣隙要小得多,中小型電機(jī)一般僅為0.2～1.5mm。氣隙的大小對三相異步電動機(jī)的性能影響極大。氣隙大,那么磁阻大，由電網(wǎng)提供的勵(lì)磁電流〔滯后的無功電流〕大,使電動機(jī)的功率因數(shù)降低。然而,磁阻大,可減少氣隙磁場中的諧波含量,從而減小附加損耗,改善啟動性能。氣隙過小,將使裝配困難和運(yùn)轉(zhuǎn)不平安。如何決定氣隙大小,應(yīng)權(quán)衡利弊,全面考慮。4.2.2三相異步電動機(jī)的銘牌每一臺三相異步電動機(jī),在其機(jī)座上都有一塊銘牌,銘牌上標(biāo)注有型號、額定值等,如圖4-11所示。型號

2.額定值異步電動機(jī)型號的表示方法與其他電動機(jī)一樣,一般由大寫字母和數(shù)字組成,可以表示電動機(jī)的種類、規(guī)格和用途等。

額定值規(guī)定了電動機(jī)正常運(yùn)行的狀態(tài)和條件,它是選用、安裝和維修電動機(jī)的依據(jù)。異步電動機(jī)銘牌上標(biāo)注的額定值主要有：(1)額定功率PN:指電動機(jī)額定運(yùn)行時(shí)軸上輸出的機(jī)械功率,單位為kW。

(2)額定電壓UN:指電動機(jī)額定運(yùn)行時(shí)加在定子繞組出線端的線電壓,單位為V。(3)額定電流IN:指電動機(jī)在額定電壓下使用,軸上輸出額定功率時(shí),定子繞組中的線電流,單位為A。對三相異步電動機(jī),額定功率與其他額定數(shù)據(jù)之間有如下關(guān)系：式中：——額定功率因數(shù)；——額定效率。(4)額定頻率:指電動機(jī)所接的交流電源的頻率,我國電網(wǎng)的頻率〔即工頻〕規(guī)定為50Hz。(5)額定轉(zhuǎn)速:指電動機(jī)在額定電壓、額定頻率及額定功率下轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速,單位為r/min。此外，銘牌上還標(biāo)明繞組的相數(shù)與接法〔星形還是三角形〕、絕緣等級及允許溫升等。對繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)，還標(biāo)明轉(zhuǎn)子的額定電動勢及額定電流例4.2

一臺Y160M2—2三相異步電動機(jī)的額定數(shù)據(jù)如下：PN=15kW,UN=380V，=0.88,=88.2%,定子繞組為△連接。試求該電動機(jī)的額定電流和對應(yīng)的相電流。解

該電動機(jī)的額定電流為相電流為從此題看,在數(shù)值上有IN≈2PN,這也是額定電壓為380V的三相異步電動機(jī)的一般規(guī)律。在實(shí)際中,可以根據(jù)此規(guī)律對額定電流進(jìn)行估算,即每千瓦按2A電流估算。4.2.3三相異步電動機(jī)的主要系列簡介(略〕4.3三相異步電動機(jī)的定子繞組和感應(yīng)電動勢在三相異步電動機(jī)中，定子三相繞組是建立旋轉(zhuǎn)磁場,進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的重要部件。1、對三相交流繞組的根本要求〔1〕每相繞組的阻抗要求相等，即每相繞組的匝數(shù)、形狀都是相同的?！?〕在一定的導(dǎo)體數(shù)下，有合理的最大繞組合成電動勢和磁動勢?！?〕各相的相電動勢和相磁動勢波形力求接近正弦波，即要求盡量減少它們的高次諧波分量?！?〕對基波而言，三相電動勢和磁動勢必須對稱?！?〕繞組用銅量少，性能可靠，制造和檢修要方便。2、三相交流繞組的分類按槽內(nèi)元件邊的層數(shù)，分為單層和雙層繞組。單層繞組又可分為等元件、鏈?zhǔn)?、交叉式和同心式繞組；雙層繞組那么分為雙層疊繞組和波繞組。單層繞組與雙層繞組比較，電氣性能稍差，但槽利用率高，制造工時(shí)少，因此,小容量的電動機(jī)中〔PN≤10kW〕，一般都采用單層繞組。4.3.1交流繞組的根本知識1.電角度與機(jī)械角度從機(jī)械觀點(diǎn)看，電機(jī)圓周在幾何上度量為360°,這個(gè)角度稱為機(jī)械角度。從電磁觀點(diǎn)看，假設(shè)磁場在空間按正弦規(guī)律分布,那么經(jīng)過N、S一對磁極恰好相當(dāng)于正弦曲線的一個(gè)周期。假設(shè)有導(dǎo)體去切割這種磁場,那么經(jīng)過N、S一對磁極,導(dǎo)體中所感應(yīng)的正弦電動勢亦變化一個(gè)周期,變化一個(gè)周期即經(jīng)過360°電角度,因而一對磁極占有的空間是360°電角度。當(dāng)電機(jī)有p對磁極,電機(jī)圓周按電角度計(jì)算就為p×360°電角度,而其機(jī)械角度總是360°時(shí)：電角度=p×機(jī)械角度

2.線圈線圈由一匝或多匝串聯(lián)而成,是組成交流繞組的根本單元。每個(gè)線圈放在鐵心槽內(nèi)的局部稱為有效邊,槽外的局部稱為端部3.極距τ

每個(gè)磁極沿定子鐵心內(nèi)圓所占的范圍稱為極距。極距可用磁極所占范圍的長度或定子槽數(shù)或電角度表示：或或式中：D——定子鐵心內(nèi)徑;Z1——定子鐵心槽數(shù)。4.節(jié)距y一個(gè)線圈的兩個(gè)有效邊所跨定子內(nèi)圓上的距離稱為節(jié)距,一般節(jié)距用槽數(shù)計(jì)算。節(jié)距應(yīng)接近極距。=的繞組稱為整距繞組;＜的繞組稱為短距繞組;＞的繞組稱為長距繞組。常用的是整距和短距繞組。5.槽距角α相鄰兩槽之間的電角度稱為槽距角,槽距角α可表示為6.每極每相槽數(shù)q

每個(gè)極下每相繞組所占有的槽數(shù)稱為每極每相槽數(shù),每極每相槽數(shù)q可表示為式中：—定子繞組的相數(shù)。對三相定子繞組,=3。7.相帶

每個(gè)極距內(nèi)屬于同一相的槽所連續(xù)占有的區(qū)域稱為相帶。因?yàn)橐粋€(gè)極距為180°電角度,而三相繞組在每個(gè)極距內(nèi)均分,占有等分相同的區(qū)域,所以在每個(gè)極距內(nèi)每相繞組占有的區(qū)域都是60°電角度,即每個(gè)相帶為60°電角度,這樣排列的三相對稱繞組稱為60°相帶繞組。三相異步電動機(jī)一般都采用60°相帶繞組。如圖4-13所示,其中圖(a)和圖(b)分別對應(yīng)兩極和四極的60°相帶。由于U、V、W三相對稱繞組的軸線在空間互隔120°電角度,因此一對磁極范圍內(nèi)相帶的排列順序?yàn)閁1、W2、V1、U2、W1、V2。

4.3.2交流繞組的排列和連接三相對稱繞組由三個(gè)在空間互差120°電角度的獨(dú)立繞組所組成,所以只要以給定的槽數(shù)和極數(shù)為依據(jù),按照所建立的旋轉(zhuǎn)磁場要求,確定一相繞組在定子槽內(nèi)的排列及線圈間的連接,其余兩相繞組按空間彼此互差120°電角度的原那么,再進(jìn)行相似的排列和連接,就可構(gòu)成整個(gè)三相對稱繞組。下面以三相單層繞組為例進(jìn)行分析。單層繞組的每一個(gè)槽內(nèi)只放一個(gè)線圈邊,整個(gè)繞組的線圈數(shù)〔電機(jī)的線圈總數(shù)〕等于槽數(shù)的一半。小型三相異步電動機(jī)常采用單層繞組,因?yàn)檫@種繞組嵌線比較方便,槽內(nèi)沒有層間絕緣,槽的利用率高,但它的磁動勢和電動勢波形比雙層繞組稍差,一般只能用于小型異步電動機(jī)中。下面以4極24槽電機(jī)為例說明三相單層繞組的排列和連接規(guī)律。1.計(jì)算繞組數(shù)據(jù)極距2.劃分相帶在平面上畫24根垂直線表示定子的24個(gè)槽和槽中的線圈邊,并且按1、2、3……順序編號；據(jù)每極每相槽數(shù)q=2來劃分相帶,即相鄰兩個(gè)槽組成一個(gè)相帶,兩對極共有12個(gè)相帶。每對極按U1、W2、V1、U2、W1、V2的順序給相帶命名,如表4-3所示。由表可知,劃分相帶實(shí)際上是給定子每個(gè)槽劃分相屬,如屬于U相繞組的槽號有1、2、7、8、13、14、19、20這8個(gè)槽。每極每相槽數(shù)3.畫定子繞組展開圖先畫U相繞組。如圖4-14(a)所示,從同屬于U相的1號槽開始,根據(jù),把1號槽的線圈邊和7號槽的線圈邊組成一個(gè)線圈,把2號槽的線圈邊和8號槽的線圈邊組成一個(gè)線圈,把同一極下相鄰的的這兩個(gè)線圈串聯(lián)成一個(gè)線圈組〔又稱極相組〕。同理,把13與19、14與20槽中的線圈邊分別組成線圈后再串聯(lián)成另一個(gè)線圈組?？梢?此例的U相繞組有等于極對數(shù)的兩個(gè)線圈組,而且這兩個(gè)線圈組所處的磁極位置完全相同,它們既可以串聯(lián)也可以并聯(lián),從而組成相繞組。圖4-14(a)所示的是個(gè)線圈組串聯(lián)的情況,即每相繞組并聯(lián)支路數(shù)由此可推知：單層繞組每相共有p個(gè)線圈組,而且這p個(gè)線圈組所處的磁極位置完全相同,它們既可以串聯(lián)也可以并聯(lián)組成相繞組?？梢?單層繞組的每相并聯(lián)支路數(shù)。一定要注意：線圈之間的串聯(lián)，線圈組之間串并聯(lián)的原那么是,同一相的相鄰極下的線圈邊電流方向應(yīng)相反,以形成符合要求的磁場極數(shù)。4.單層繞組的改進(jìn)圖4-14(a)所示的繞組是一整距等元件繞組,稱之為單層整距疊繞組。為了縮短端部連線，節(jié)省用銅量和便于嵌線、散熱,在實(shí)際應(yīng)用中,單層繞組常采用以下幾種改進(jìn)的形式。1)鏈?zhǔn)嚼@組以上例U相繞組為例,保持圖4-14(a)中U相繞組的各線圈邊槽號及其電流方向不變,如圖4-14(b)所示,僅將各線圈邊按照y=τ-1的規(guī)律連接起來組成線圈,而各線圈之間仍按照同一相的相鄰極下的線圈邊電流方向應(yīng)相反的原那么,連成一路串聯(lián)(a=1〕,其連接規(guī)律是：線圈之間尾尾相連,首首相連。視一相繞組的形狀,我們稱之為鏈?zhǔn)嚼@組。比較圖4-14(a)和圖4-14(b)所示的U相繞組,顯然,由于屬于U相的線圈邊槽號未變,因此U相繞組所產(chǎn)生的磁場和感應(yīng)電動勢均未變,從電磁觀點(diǎn)看,圖4-14(b)所示的鏈?zhǔn)嚼@組與圖4-14(a)所示的整距疊繞組是等效的。但鏈?zhǔn)嚼@組不僅為等元件繞組,而且線圈跨距小,端部短,可節(jié)省用銅量,還有q=2的兩個(gè)相鄰的線圈各朝兩邊翻,散熱好。因此,q=2的單層繞組常采用鏈?zhǔn)嚼@組由于定子三相繞組依次相差120°電角度,因此仿照U相繞組,可分別畫出滯后于U相120°電角度的V相繞組〔從6號槽開始〕、滯后于V相120°電角度的W相繞組〔從10號槽開始〕,從而得到三相對稱繞組U1U2、V1V2、W1W2的展開圖,如圖4-15所示。應(yīng)該注意在實(shí)際嵌線中,三相繞組并不是一相相分開嵌線,而圖4-15三相單層鏈?zhǔn)嚼@組展開圖2)交叉式繞組以4極36槽電機(jī)為例分析,其極距τ=9,每極每相槽數(shù)q=3,因此相鄰3個(gè)槽組成一個(gè)相帶,共有12個(gè)相帶,利用上面的分析方法可畫出其單層整距疊繞組U相繞組展開圖,如圖4-16(a)所示。保持圖4-16(b)中U相繞組的各線圈邊槽號及其電流方向不變,如圖4-16(b)所示,僅將q=3的三個(gè)線圈分成的兩個(gè)大線圈和的一個(gè)小線圈各朝兩邊翻,而各線圈之間仍按照同上的原那么,連成一路串聯(lián)(=1〕,其連接規(guī)律是：大線圈之間,尾首相是三相連續(xù)輪換地嵌線,從而構(gòu)成三相對稱繞組。圖4.16三相單層q=3U相繞組展開3)同心式繞組以2極24槽電機(jī)為例分析,其極距=12,每極每相槽數(shù)q=4,因此相鄰4個(gè)槽組成一個(gè)相帶,共有6個(gè)相帶,利用上面的分析方法可畫出其單層整距疊繞組U相繞組展開圖,如圖4-17(a)所示。保持圖4-17(a)中U相繞組的各線圈邊槽號及其電流方向不變,如圖4-17(b)所示,僅將q=4的四個(gè)線圈分成兩組和連；大線圈與小線圈之間,尾尾相連,首首相連。由于一相繞組始終按“兩大一小〞的順序交錯(cuò)排列,故稱之為交叉叉式繞組。同理,從電磁觀點(diǎn)看,交叉式繞組與整距疊繞組是等效的。同心式繞組。從電磁觀點(diǎn)看,同心式繞組與整距疊繞組仍是等效的。同心式繞組的優(yōu)點(diǎn)是端接局部互相錯(cuò)開,重疊層數(shù)較少,便于布置,散熱較好；缺點(diǎn)是線圈大小不等,繞線不便。因此,q=4的單層繞組常采用同心式繞組。的兩個(gè)軸線重合的線圈,而各線圈之間仍按照同上的原那么,連成一路串聯(lián)(=1〕,其連接規(guī)律是：同心式線圈組內(nèi)部尾首相連,線圈組之間尾尾相連,首首相連。由于每組的兩個(gè)線圈同心,故稱之為圖4-17三相單層(q=4〕U相繞組展開圖(a)整距疊繞組；(b)同心式繞組一根導(dǎo)體的電動勢整距繞組的電動勢

每個(gè)整距繞組由Nc個(gè)相同和線匝組成，每個(gè)整距線圈的電動勢:電動勢頻率:電動勢大小:電動勢波形:隨時(shí)間變化的波形取決于氣隙磁密在空間的分布波形4.3.3異步電動機(jī)的感應(yīng)電動勢短距線圈的電動勢每個(gè)短距線圈的電動勢:稱為短距因數(shù)：線圈短距時(shí)電動勢比整距時(shí)打的一個(gè)折扣．異步電動機(jī)氣隙中的磁場旋轉(zhuǎn)時(shí),定子繞組切割旋轉(zhuǎn)磁場將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,經(jīng)推導(dǎo)可得每相定子繞組的基波感應(yīng)電動勢為

式中：——定子繞組的電流頻率,即電源頻率(Hz)——每極基波磁通(Wb)；——每相定子繞組的串聯(lián)匝數(shù)；——定子繞組的基波繞組因數(shù),它反映了集中、整距繞組〔如變壓器繞組〕變?yōu)榉植?、短距繞組后,基波電動勢應(yīng)打的折扣,一般0.9＜＜1。對單層繞組而言，每個(gè)相繞組有p個(gè)線圈組，并聯(lián)支路數(shù)為a，每個(gè)線圈的匝數(shù)為Ny，那么每個(gè)相繞組串聯(lián)匝數(shù)為

對雙層繞組而言，每個(gè)相繞組有2p個(gè)線圈組，每個(gè)相繞組串聯(lián)匝數(shù)為式〔4-4〕不但是異步電動機(jī)每相定子繞組電動勢有效值的計(jì)算公式,也是交流繞組感應(yīng)電動勢有效值的普遍公式。該公式與變壓器一次繞組的感應(yīng)電動勢公式在形式上相似,只多了一個(gè)繞組因數(shù),假設(shè),兩個(gè)公式就一致了。這說明變壓器的繞組是集中整距繞組,其；異步電動機(jī)的繞組是分布短距繞組,其＜1。故也可以理解為每相定子繞組基波電動勢的有效串聯(lián)匝數(shù)。雖然異步電動機(jī)的繞組采用分布、短距后,基波電動勢略有減小,但是可以證明,由磁場的非正弦引起的高次諧波電動勢將大大削弱,使電動勢波形接近正弦波,這將有利于電動機(jī)的正常運(yùn)行。因?yàn)楦叽沃C波電動勢會產(chǎn)生高次諧波電流,增加雜散損耗,對電動機(jī)的效率、溫升以至啟動性能都會產(chǎn)生不良影響；高次諧波還會增大電動機(jī)的電磁噪聲和振動。同理可得轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時(shí)每相轉(zhuǎn)子繞組的基波感應(yīng)電動勢為

式中：——轉(zhuǎn)子繞組的轉(zhuǎn)子電流頻率(Hz)；——每相轉(zhuǎn)子繞組的串聯(lián)匝數(shù)；

——轉(zhuǎn)子繞組的基波繞組因數(shù)。4.4三相異步電動機(jī)的空載運(yùn)行4.4.1空載運(yùn)行時(shí)的物理情況三相異步電動機(jī)的空載運(yùn)行是指電動機(jī)的定子繞組接三相交流電源,軸上不帶機(jī)械負(fù)載時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)空載運(yùn)行時(shí)定子繞組中的三相空載電流I0將在氣隙內(nèi)形成一個(gè)以轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的磁動勢即空載磁動勢F0由F0在氣隙中建立旋轉(zhuǎn)磁場F0產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的每極磁通分為兩局部:大局部磁通經(jīng)過氣隙與定、轉(zhuǎn)子繞組同時(shí)交鏈,這局部磁通稱為主磁通,用Φ1表示,另一小局部磁通僅與定子繞組交鏈,這局部磁通稱為漏磁通,Φ1σ用表示。主磁通分別在定、轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)出定子電動勢和轉(zhuǎn)子電動勢；漏磁通只在定子繞組中感應(yīng)出漏電動勢。由于轉(zhuǎn)子繞組閉合,因此轉(zhuǎn)子電動勢將在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流,于是轉(zhuǎn)子電流和氣隙磁場相互作用產(chǎn)生了電磁轉(zhuǎn)矩,使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。由于空載運(yùn)行時(shí),電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩僅需克服機(jī)械摩擦、風(fēng)阻引起的空載阻轉(zhuǎn)矩T0〔很小〕,因此轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n接近同步轉(zhuǎn)速n1,轉(zhuǎn)差率s很小，即轉(zhuǎn)子和旋轉(zhuǎn)磁場之間的相對轉(zhuǎn)速很小,使轉(zhuǎn)子電動勢很小,轉(zhuǎn)子電流也很小,轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電流≈0。所以可近似認(rèn)為,電動機(jī)空載運(yùn)行時(shí),氣隙中建立旋另外,定子繞組還有電阻r1存在,空載電流通過電阻又會產(chǎn)生電壓降。上述電磁關(guān)系可歸納為圖4-18所示〔應(yīng)注意圖中電的量為每相的量,而磁的量為三相合成的量〕。轉(zhuǎn)磁場的勵(lì)磁磁動勢就是由三相空載電流所形成的空載磁動勢F0。

與變壓器一樣,主磁通和漏磁通分別在定子繞組中感應(yīng)的電動勢為

式中：X1——每相定子繞組的漏電抗。(4–6)·····

與變壓器一樣,主磁通和漏磁通分別在定子繞組中感應(yīng)的電動勢為

式中：X1——每相定子繞組的漏電抗。(4–6)·····4.4.2電動勢平衡方程式和等效電路

與變壓器一樣，根據(jù)基爾霍夫電壓定律，可列出空載時(shí)定子每相電壓方程式：〔4–8〕式中：Z1—每相定子繞組的漏阻抗,Z1=r1+jX1。由于I0相對額定電流很小,I0|Z1|《E1

,因此在上式中將忽略,得或上式說明,當(dāng)電源頻率一定時(shí),電動機(jī)的主磁通僅與外施電壓U1成正比。一般情況下,由于電壓U1為額定值,因此主磁通根本恒定,當(dāng)負(fù)載變化時(shí),也根本不變。另外,與變壓器一樣,的電磁表達(dá)式也可通過引入勵(lì)磁參數(shù)而轉(zhuǎn)化為阻抗壓降的形式,即(4–10)式中：rm—勵(lì)磁電阻,是反映鐵心損耗的等效電阻；

Xm—勵(lì)磁電抗,是反映鐵心磁化性能的一個(gè)綜合參數(shù),它對應(yīng)氣隙主磁通；Zm——勵(lì)磁阻抗,。與變壓器一樣,勵(lì)磁電阻rm隨電源頻率和鐵心飽和程度的增大而增大,Xm隨鐵心飽和程度的增加急劇減小,因此勵(lì)磁阻抗Zm也不是一個(gè)常量。但是,電動機(jī)在實(shí)際運(yùn)行時(shí),電源電壓波動不大,所以鐵心主磁通的變化也不大,Zm可根本認(rèn)為是常量。根據(jù)電動勢平衡方程式,可作出與變壓器相似的等效電路,如圖4-19所示。盡管異步電動機(jī)的電磁關(guān)系與變壓器相似，但它們之間還是有差異的：1〕主磁場性質(zhì)不同：異步電動機(jī)為旋轉(zhuǎn)磁場，變壓器為脈動磁場。5)異步電動機(jī)通常采用短距和分布繞組,計(jì)算時(shí)需考慮繞組系數(shù),變壓器那么為整距集中繞組,可認(rèn)為繞組系數(shù)為1。4〕由于存在氣隙,異步電動機(jī)漏抗較變壓器的大。4.5三相異步電動機(jī)的負(fù)載運(yùn)行4.5.1負(fù)載運(yùn)行時(shí)的物理情況當(dāng)異步電動機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí),由于軸上帶上了機(jī)械負(fù)載,原空載時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩缺乏以平衡軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩,電動機(jī)轉(zhuǎn)速n開始降低,其轉(zhuǎn)向仍與n1的方向相同，旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子之間的相對運(yùn)動速度增加,于是轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)的電動勢及增大了,轉(zhuǎn)子電流也從近似于0增大到一定值。此時(shí)定子三相電流在氣隙中建立起一個(gè)轉(zhuǎn)速為n1的旋轉(zhuǎn)磁動勢F1,轉(zhuǎn)子電流也在氣隙中建立起一個(gè)轉(zhuǎn)子磁動勢F2總的磁動勢由它們合成，因此必須對轉(zhuǎn)子磁動勢要有所了解。1.轉(zhuǎn)子磁動勢的分析無論是籠型電機(jī)還是繞線型轉(zhuǎn)子電機(jī)，其轉(zhuǎn)子繞組都是一個(gè)對稱的多相系統(tǒng)。轉(zhuǎn)子中的電流也一定是一個(gè)對稱的多相電流。轉(zhuǎn)子繞組流過三相或多相對稱電流時(shí)產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁動勢。由多相對稱電流形成的轉(zhuǎn)子磁動勢也是一種旋轉(zhuǎn)磁動勢。1)F2的旋轉(zhuǎn)方向假設(shè)定子電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn),因n＜n1,所以定子旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子繞組的順序?yàn)閡→v→w,產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子電動勢和轉(zhuǎn)子電流的相序也是u→v→w。旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向決定于三相電流的相序,因此轉(zhuǎn)子電流形成的轉(zhuǎn)子磁動勢F2相對于轉(zhuǎn)子本身的轉(zhuǎn)向是按u→v→w的相序,從圖中可看出是逆時(shí)針方向,而轉(zhuǎn)子本身在空間的旋轉(zhuǎn)方向也是逆時(shí)針,所以F2在空間的轉(zhuǎn)向也是逆時(shí)針,與定子磁動勢F1在空間的旋轉(zhuǎn)方向相同。2)F2的轉(zhuǎn)速大小異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為n,旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為n1,兩者旋轉(zhuǎn)方向相同，因此，氣隙旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子的速度之差為n1-n，為此，我們把n1-n稱為旋轉(zhuǎn)磁場對轉(zhuǎn)子的相對轉(zhuǎn)速。當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場以n1-n的相對轉(zhuǎn)速切割轉(zhuǎn)子繞組時(shí)，設(shè)電動機(jī)的極對數(shù)為p〔任何類型電動機(jī)的定、轉(zhuǎn)子極對數(shù)必須相同〕,那么在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)的電動勢和電流的頻率為,感應(yīng)電動勢的頻率正比于導(dǎo)體與磁場的相對切割速度S=n1-n/n1為轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時(shí),理想空載時(shí),無轉(zhuǎn)距轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場間沒有相對運(yùn)動無轉(zhuǎn)子電動勢（轉(zhuǎn)子導(dǎo)體不切割磁力線）無轉(zhuǎn)子電流提示：如果轉(zhuǎn)子磁動勢F2相對于轉(zhuǎn)子本身的轉(zhuǎn)速為因?yàn)檗D(zhuǎn)子本身以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn),而且轉(zhuǎn)子相對于定子磁動勢F1的轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)子磁動勢F2相對于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向一致,所以F2相對于定子磁動勢F1的轉(zhuǎn)速應(yīng)為上式說明轉(zhuǎn)子磁動勢F2和定子磁動勢F1在空間的轉(zhuǎn)速相同,均為n1。結(jié)論：F2與F1在空間保持相對靜止。可見,無論轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速怎樣變化,定、轉(zhuǎn)子磁動勢總是以同速、同向在空間旋轉(zhuǎn)，兩者在空間上總是保持相對靜止。2．電磁關(guān)系由于轉(zhuǎn)子磁動勢F2與定子磁動勢F1在空間相對靜止,因此可把F1與F2進(jìn)行疊加,于是負(fù)載運(yùn)行時(shí),產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的勵(lì)磁磁動勢就是定、轉(zhuǎn)子的合成磁動勢(F1+F2)。即氣隙內(nèi)的每極主磁通是由定、轉(zhuǎn)子的合成磁動勢(F1+F2)共同建立的。當(dāng)電動機(jī)從空載到負(fù)載運(yùn)行時(shí),由于電源的電壓和頻率都不變,且因此每極主磁通幾乎不變,這樣勵(lì)磁磁動勢也根本不變,負(fù)載時(shí)的勵(lì)磁磁動勢等于空載時(shí)的勵(lì)磁磁動勢,即F1+F2

=Fm=

F0

這就是三相異步電動機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)的磁動勢平衡方程式。對上述公式其物理意義如下：

在平衡方程式中，表現(xiàn)出：在轉(zhuǎn)子繞組中通過電流產(chǎn)生磁動勢F2的同時(shí)，定子繞組中必然要增加一個(gè)分量，使這一分量產(chǎn)生磁動勢-F2用以抵消轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的磁動勢F2，從而保持總磁勢Fm不變，顯然Fm等于空載時(shí)的定子磁動勢F0。電動機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系可歸納為圖4-21所示。與變壓器相似,主磁通在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)的電動勢為(4-13)轉(zhuǎn)子漏磁通在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)的漏電動勢為(4-14)式中：X2s——轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時(shí)每相轉(zhuǎn)子繞組的漏電抗,X2s=2πf2L2。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時(shí)的電動勢的有效值為轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的電動勢的有效值為〔轉(zhuǎn)子電動勢的頻率f2=sf1,當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止時(shí),s=1,f2=f1〕(4-15)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動與轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的電動勢有以下關(guān)系：(4-16)同理,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時(shí)的漏電抗X2s與轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的漏電抗X2也有以下關(guān)系：(4-17)與變壓器一樣,對于已制成的異步電動機(jī)而言,r1、Ｘ1、r2、X2都是常量,所以由上式可知,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時(shí)的漏電抗X2s與轉(zhuǎn)差率s成正比。電抗與頻率正比于,轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子漏電抗:轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子漏電抗:轉(zhuǎn)子繞組的漏阻抗:可見,異步電動機(jī)的電動勢比是定、轉(zhuǎn)子繞組的每相有效串聯(lián)匝數(shù)比,這與變壓器的電壓比是一、二次繞組的匝數(shù)之比有所不同。我們把E1與E2的比值稱為電動勢比,因此電動勢比ke為(4-18)4.5.2負(fù)載運(yùn)行時(shí)的根本方程式1．磁動勢平衡方程式F1+F2=F0(4-19)可以改寫為：寫成磁動勢幅值公式：把上式代入磁動勢平衡方程式，得式中:m1、m2——定、轉(zhuǎn)子繞組的相數(shù)等式兩邊同除以令那么(4-21)ki被稱為異步電動機(jī)的電流比上式就是用電流相量表達(dá)的磁動勢平衡方程式該式經(jīng)變換可得上式說明負(fù)載運(yùn)行時(shí),異步電動機(jī)的定子電流可看成由兩局部組成,一局部是勵(lì)磁電流,用以產(chǎn)生主磁通；另一局部是負(fù)載電流,用以抵消轉(zhuǎn)子電流所產(chǎn)生的磁效應(yīng)。2．電動勢平衡方程式三相異步電動機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)定、轉(zhuǎn)子繞組的電動勢平衡方程式分別為式中：Z2s——轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時(shí)每相轉(zhuǎn)子繞組的漏阻抗,Z2s=r2+jX2s；Rp——轉(zhuǎn)子電路的外串電阻,假設(shè)為籠型轉(zhuǎn)子,那么Rp=0。綜上所述,異步電動機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)的根本方程式列在一起如下:4.5.3負(fù)載運(yùn)行時(shí)的等效電路

根據(jù)可作出電動機(jī)的定子回路等效電路根據(jù)可作出電動機(jī)的轉(zhuǎn)子回路等效電路，以籠型三相異步電動機(jī)為例,外串電阻Rp=0，那么等效電路為當(dāng)異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，定、轉(zhuǎn)子電路的頻率相同，即，它與變壓器相似。而當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，異步電動機(jī)有一個(gè)靜止的定子電路和一個(gè)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子電路，兩電路的頻率不同，即。為了將兩個(gè)獨(dú)立電路聯(lián)系到一起，首先必須進(jìn)行頻率折算，即將旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子折算為靜止的轉(zhuǎn)子，就可像變壓器那樣進(jìn)行繞組折算，將定、轉(zhuǎn)子之間磁的耦合轉(zhuǎn)化為僅有電的聯(lián)系的等效電路。1．頻率歸算

頻率折算就是用一個(gè)等效不動的轉(zhuǎn)子來代替實(shí)際轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子，使其與定子具有相同的頻率。進(jìn)行這種折算純屬是為求解電路的需要,要求頻率折算前后應(yīng)滿足兩個(gè)條件：(1)代換以后,轉(zhuǎn)子電路對定子電路的電磁效應(yīng)不變,即轉(zhuǎn)子磁動勢必須保持不變〔同轉(zhuǎn)速、同幅值、同相位角〕。(2)等效轉(zhuǎn)子電路的各種功率必須和實(shí)際轉(zhuǎn)子電路一樣。

兩個(gè)條件歸納起來就是要求頻率折算前后大小和相位不變。轉(zhuǎn)子回路電流把，代入上式(4-23)把將上式的分子、分母都除以s,那么上式可表示為把上式得分母變形如下：將等效靜止的轉(zhuǎn)子電路的等效電阻r2/s分解為兩項(xiàng),即r2和(1-s)r2/s,那么可畫出經(jīng)過頻率歸算后的三相異步電動機(jī)的定、轉(zhuǎn)子電路,如圖4-23所示。圖中,r2為轉(zhuǎn)子的實(shí)際電阻,(1-s)r2/s相當(dāng)于轉(zhuǎn)子電路串入的一個(gè)附加電阻,它與轉(zhuǎn)差率s有關(guān)。(4-24)雖然式〔4-23〕與式〔4-24〕中轉(zhuǎn)子電流大小、相位均沒有變化，但它們代表的實(shí)際意義截然不同。式〔4-23〕對應(yīng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的情況，;式〔4-24〕對應(yīng)轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的情況,。可見，用等效的靜止轉(zhuǎn)子電路去代替實(shí)際轉(zhuǎn)子電路，除了改變與頻率有關(guān)的參數(shù)外，只需在轉(zhuǎn)子電路中串入一可變電阻，使轉(zhuǎn)子每相總電阻為，就可使轉(zhuǎn)子電流不變，從而保持轉(zhuǎn)子磁動勢不變。這里,可變電阻是模擬機(jī)械負(fù)載的等效電阻它隨機(jī)械負(fù)載的變化而變化實(shí)際上并不存在，這僅是分析問題的一種方法。轉(zhuǎn)子電路中可變電阻的物理意義因?yàn)檗D(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子軸上總的機(jī)械功率是動能，而現(xiàn)用靜止轉(zhuǎn)子代替實(shí)際轉(zhuǎn)子時(shí)，總的機(jī)械功率就可用上流過電流產(chǎn)生的損耗來代替，即。當(dāng)，，那么相當(dāng)于轉(zhuǎn)子開路，電機(jī)處于空載狀態(tài)，無機(jī)械功率輸出。假設(shè)當(dāng)n=0，s=1，(1-s)r2/s=0，相當(dāng)于轉(zhuǎn)子堵住〔短路〕，也無機(jī)械功率輸出。(1-s)r2/s表示轉(zhuǎn)子不同轉(zhuǎn)速n時(shí)產(chǎn)生總的機(jī)械功率的變化狀況。圖4-23異步電動機(jī)頻率折算后〔轉(zhuǎn)子靜止時(shí)〕電路圖2．繞組歸算異步電動機(jī)經(jīng)過頻率折算后，定、轉(zhuǎn)子頻率相同，就可像變壓器那樣進(jìn)行繞組折算。所謂繞組折算，就是用一個(gè)與定子相數(shù)、匝數(shù)、繞組系數(shù)的轉(zhuǎn)子來代替m2、N2、KW2。的實(shí)際轉(zhuǎn)子繞組，折算前后應(yīng)保持磁動勢、功率、損耗不變的原那么。折算后轉(zhuǎn)子各量均加“′〞表示。1)電流的歸算根據(jù)折算前后轉(zhuǎn)子磁動勢不變的原那么，即F2′=F2式中——三相異步電機(jī)電流變比2)電動勢的歸算根據(jù)折算前后磁動勢不變的原那么，那么不變。轉(zhuǎn)子總的視在功率保持不變,可得

由于把

代入上式3)阻抗的歸算根據(jù)轉(zhuǎn)子繞組銅損耗不變,可得根據(jù)轉(zhuǎn)子繞組的無功功率不變,同理可得所以應(yīng)該注意：歸算只改變轉(zhuǎn)子各物理量的大小,并不改變其相位。經(jīng)過頻率折算和繞組折算的異步電動機(jī)定、轉(zhuǎn)子原理如下圖3．T形等效電路經(jīng)過頻率歸算和繞組歸算后,異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的頻率、相數(shù)、每相串聯(lián)匝數(shù)以及繞組因數(shù)都和定子繞組一樣,三相異步電動機(jī)的根本方程式變?yōu)?4-31)三相異步電動機(jī)T型等效電路三相異步電動機(jī)的T形等效電路以電路形式綜合了電動機(jī)的電磁過程,因此它必然反映電動機(jī)的各種運(yùn)行情況。下面我們從T形等效電路去看幾種典型的運(yùn)行情況。1)異步電動機(jī)空載運(yùn)行時(shí)電動機(jī)空載運(yùn)行時(shí),轉(zhuǎn)差率s≈0,T形等效電路中代表機(jī)械負(fù)載的附加電阻/s→∞,轉(zhuǎn)子電路相當(dāng)于開路,這時(shí)轉(zhuǎn)子電流,,且主要用于產(chǎn)生主磁通,所以空載運(yùn)行時(shí),定子電流即空載電流很小,且功率因數(shù)很低。2)異步電動機(jī)額定運(yùn)行時(shí)

異步電動機(jī)帶有額定負(fù)載時(shí),轉(zhuǎn)差率sN≈0.02～0.06,這時(shí),轉(zhuǎn)子電路根本上是電阻性的,所以轉(zhuǎn)子的功率因數(shù)≈1,定子電流由勵(lì)磁分量和負(fù)載分量兩局部組成,且增加到額定值,定子的功率因數(shù)≈0.8～0.9。3)異步電動機(jī)啟動時(shí)異步電動機(jī)的“啟動〞即為轉(zhuǎn)子的“堵轉(zhuǎn)〞狀態(tài),此時(shí),s=1,代表機(jī)械負(fù)載的附加電阻,相當(dāng)于轉(zhuǎn)子電路處于短路狀態(tài),所以轉(zhuǎn)子電流很大,轉(zhuǎn)子功率因數(shù)很低,使定子電流即啟動電流也很大,定子功率因數(shù)也很低。

4)三相異步電動機(jī)的功率因數(shù)永遠(yuǎn)滯后；5)附加電阻不能用電感或電容來代替。6)在等效電路中負(fù)載的變化是用轉(zhuǎn)差率s來表達(dá)的4．近似等效電路

T形等效電路是一個(gè)混聯(lián)電路,計(jì)算和分析都比較復(fù)雜。因此在實(shí)際應(yīng)用時(shí),常把勵(lì)磁支路前移到輸入端,如圖4-25所示。這樣電路就簡化為單純的并聯(lián)電路,使計(jì)算簡單,這種等效電路稱為異步電動機(jī)的近似等效電路。但根據(jù)此電路算出的定、轉(zhuǎn)子電流比用T形等效電路算出的稍大,且電動機(jī)越小,相對偏差越大。必須注意：三相異步電動機(jī)的電動勢平衡方程式和等效電路都是針對每相繞組而言的。三相異步電動機(jī)簡化等效電路例4.3有一臺Y形連接的三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī),UN=380V,fN=50Hz,nN=1400r/min,其參數(shù)為r1==0.4Ω,Ｘ1==1Ω,Xm=40Ω,忽略rm,定、轉(zhuǎn)子有效匝數(shù)比為4。(1)求額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)差率sN和轉(zhuǎn)子電流頻率f2N;(2)根據(jù)近似等效電路求額定負(fù)載時(shí)的定子電流I1、轉(zhuǎn)子電流I2、勵(lì)磁電流I0和功率因數(shù)。

解(1)額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)差率額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)子電流頻率

(2)根據(jù)近似等效電路可知負(fù)載支路阻抗10.89

勵(lì)磁支路阻抗設(shè)以定子相電壓為參考相量,那么00V

轉(zhuǎn)子電流

勵(lì)磁電流

定子電流

由于定子繞組為Y形連接,相電流即是線電流,所以各線電流有效值為

因?yàn)槔@線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)的定、轉(zhuǎn)子相數(shù)相等,所以該電動機(jī)的ke=ki=4,轉(zhuǎn)子線電流有效值為

功率因數(shù)（滯后）4.6三相異步電動機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩三相異步電動機(jī)的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換過程和直流電動機(jī)的相似,不過異步電動機(jī)中的電磁功率卻在定子繞組中發(fā)生,然后經(jīng)由氣隙送給轉(zhuǎn)子,扣除一些損耗以后,從軸上輸出。異步電動機(jī)在能量轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生的一些損耗,其種類與性質(zhì)也和直流電動機(jī)的相似。下面根據(jù)異步電動機(jī)的T形等效電路說明其功率轉(zhuǎn)換過程,然后進(jìn)一步推導(dǎo)其功率平衡方程式和轉(zhuǎn)矩平衡方程式。4.6.1功率轉(zhuǎn)換過程異步電動機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí),由電源供給的從定子繞組輸入的電功率為P1,從T形等效電路可以看出,Ｐ1的一小局部消耗于定子電阻上的定子銅損耗pCu1,還有一小局部消耗于定子鐵心中的鐵損耗pFe,余氣隙旋轉(zhuǎn)磁場在傳遞電磁功率的過程中,與轉(zhuǎn)子鐵心存在著相對運(yùn)動,理應(yīng)在轉(zhuǎn)子鐵心中引起鐵損耗,但實(shí)際上由于電動機(jī)正常運(yùn)行時(shí),轉(zhuǎn)差率很小,以致轉(zhuǎn)子鐵心中磁通變化的頻率很低,通常僅為1～3Hz,所以轉(zhuǎn)子鐵損耗可以略去不計(jì)。這樣,從定子傳遞到轉(zhuǎn)子的電磁功率僅需扣除轉(zhuǎn)子銅損耗,便是使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的總機(jī)械功率PM。傳遞到轉(zhuǎn)子以后,必伴生轉(zhuǎn)子電流,電流在轉(zhuǎn)子繞組中流過,在轉(zhuǎn)子電阻上又產(chǎn)生了轉(zhuǎn)子銅損耗pCu2。下的大局部電功率借助于氣隙旋轉(zhuǎn)磁場由定子傳送到子,這局部功率就是異步電動機(jī)的電磁功率Pem除此之外，電動機(jī)運(yùn)行時(shí)還產(chǎn)生軸承摩擦和風(fēng)磨耗等機(jī)械損耗pm、高次諧波和轉(zhuǎn)子鐵心中的橫向電流引起的附加損耗pad,所以總機(jī)械功率在減去了機(jī)械損耗pm和附加損耗pad后,才是軸上輸出的凈機(jī)械功率P2。異步電動機(jī)功率和能量轉(zhuǎn)換的關(guān)系可形象地用功率流程圖來表示,如圖4-26所示。根據(jù)異步電動機(jī)功率流程示意圖，可從圖中得出功率平衡方程式為：

(4-32)(4-33)(4-34)4.6.2功率平衡方程式綜上可得三相異步電動機(jī)的效率為(4-35)(1)電動機(jī)輸入功率根據(jù)上述功率轉(zhuǎn)換過程及

T形等效電路(2)定子銅耗(3)定子鐵耗因正常運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子頻率很小，轉(zhuǎn)子鐵耗PFe很小，常忽略不計(jì)。(4)電磁功率(5)轉(zhuǎn)子銅耗(6)轉(zhuǎn)軸上的總機(jī)械功率

(7)電動機(jī)軸上輸出的機(jī)械功率(8)空載損耗式中U1——相電壓,V；

I1——相電流,A；

U1L——線電壓,V；

I1L——線電流,A;

——轉(zhuǎn)子折算后的相電動勢；——

與的相位差角；

cos定子的功率因數(shù),Pm——機(jī)械損耗，指電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)軸承的摩擦和空氣阻力產(chǎn)生的損耗；Pad——附加損耗。cos為轉(zhuǎn)子的功率因數(shù)。比較式和可得兩個(gè)重要關(guān)系式1、把Pem除以Pcu2得：2、把Pm除以Pem得：〔4-39〕〔4-40〕由式〔4-39〕可知轉(zhuǎn)子銅損耗是電磁功率的s倍,所以轉(zhuǎn)子銅損耗又稱轉(zhuǎn)差功率?？梢姡瑥臍庀秱鬟f到轉(zhuǎn)子的電磁功率Pem分為兩局部，一小局部變?yōu)檗D(zhuǎn)子銅損耗，絕大局部轉(zhuǎn)變?yōu)榭倷C(jī)械功率PM。轉(zhuǎn)差率越大，轉(zhuǎn)子銅損耗就越多，電機(jī)效率越低。因此正常運(yùn)行時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)差率均很小。把式變?yōu)?.6.3轉(zhuǎn)矩平衡方程式由于機(jī)械功率等于相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩與機(jī)械角速度的乘積,把異步電動機(jī)的功率平衡方程式Pm=P2+pm+ps

兩邊同除以轉(zhuǎn)子的機(jī)械角速度Ω,就可以得到相應(yīng)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)矩平衡方程式為即當(dāng)異步電動機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，電動機(jī)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩T起驅(qū)動作用，它與電動機(jī)的空載制動轉(zhuǎn)矩T0和負(fù)載的反作用轉(zhuǎn)矩T2相平衡式中：T——電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩,起拖動作用T2——電動機(jī)的輸出機(jī)械轉(zhuǎn)矩，它的大小與負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL相等(T2=TL)，但方向相反，TL起制動作用,T0——電動機(jī)的空載轉(zhuǎn)矩,起制動作用只有滿足轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系,電動機(jī)才能以一定的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行。穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí),電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩Ｔ2也等于負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL,TL和T0均為制動轉(zhuǎn)矩,它們與驅(qū)動性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩T方向相反。電動機(jī)在額定運(yùn)行時(shí),P2=PN,T2=TN,n=nN,那么上面我們已經(jīng)知道了電磁轉(zhuǎn)矩T=PM/Ω,這是從從轉(zhuǎn)子方面看電磁轉(zhuǎn)矩與機(jī)械角速度的關(guān)系，現(xiàn)在我們從定子方面看它們又是什么關(guān)系？由于PM=(1-s)Pem,轉(zhuǎn)子的機(jī)械角速度Ω與旋轉(zhuǎn)磁場的機(jī)械角速度Ω1又有關(guān)系,也即Ω=2πn/60=2πn1(1-s)/60=(1-s)Ω1,所以〔4-43〕電磁轉(zhuǎn)矩T從轉(zhuǎn)子方面看，它等于總機(jī)械功率除以轉(zhuǎn)子機(jī)械角速度；從定子方面看，它又等于電磁功率除以同步機(jī)械角速度。例4.4有一臺Y形連接的三相異步電動機(jī),PN=145kW,

UN=380V,fN=50Hz。額定運(yùn)行時(shí)pCu2=3000W,

pm+pad=2000W,pCu1+pFe=5000W,cos=0.8。試求：

(1)額定運(yùn)行時(shí)的電磁功率Pem、額定轉(zhuǎn)差率sN、額定效率ηN和額定電流IN。(2)額定運(yùn)行時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩T、額定轉(zhuǎn)矩TN和空載制動轉(zhuǎn)矩T0。解(1)額定運(yùn)行時(shí)的電磁功率由式〔4-39〕可知額定轉(zhuǎn)差率為額定運(yùn)行時(shí)的輸入功率為額定效率為額定電流為

(2)由于此電機(jī)是6極異步電動機(jī),因此其同步轉(zhuǎn)速

n1=1000r/min。額定轉(zhuǎn)速為

額定運(yùn)行時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩為空載轉(zhuǎn)矩為4.7三相異步電動機(jī)的工作特性異步電動機(jī)的工作特性是指在額定電壓和額定頻率時(shí),電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n、定子電流I1、功率因數(shù)、電磁轉(zhuǎn)矩T、效率η等參數(shù)與輸出功率P2的關(guān)系,即U1=UN,f1=fN時(shí),n、I1、、T、η=f(P2〕下面從物理概念上分析工作特性的形狀。1.轉(zhuǎn)速特性

n=f(P2)三相異步電動機(jī)空載時(shí)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n接近于同步轉(zhuǎn)速n1。隨著負(fù)載的增加，轉(zhuǎn)速n要略微降低，這時(shí)轉(zhuǎn)子電動勢E2s增大，轉(zhuǎn)子電流I2增大,以產(chǎn)生大的電磁轉(zhuǎn)矩來平衡負(fù)載轉(zhuǎn)矩。因此，隨著P2的增加，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n下降，轉(zhuǎn)差率s增大。所以轉(zhuǎn)速特性表現(xiàn)在曲線上是一條略為向下傾斜的曲線。曲線與并勵(lì)直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速特性極為相似,為硬特性。2.定子電流特性I1=f(P2)根據(jù)異步電動機(jī)的定子電流方程式可知,空載時(shí),P2=0,≈0,此時(shí)定子電流幾乎全部為勵(lì)磁電流,即I1≈I0；隨著負(fù)載P2增大，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降,轉(zhuǎn)子電流增大,定子電流I1及磁動勢幾乎隨之成正比地增大,來抵消轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的磁動勢,以保持磁動勢關(guān)系的平衡；當(dāng)P2增大到一定數(shù)值時(shí),由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降較多,轉(zhuǎn)差率較大,轉(zhuǎn)子功率因數(shù)較低,這時(shí)平衡較大的負(fù)載轉(zhuǎn)矩需要更大的轉(zhuǎn)子電流,I1的增長更快。所以三相異步電動機(jī)的定子電流特性幾乎是一條向上傾斜的直線,只是負(fù)載較大時(shí),曲線開始向上彎曲。定子電流特性I1=f(P2)曲線3.功率因數(shù)特性=f(P2)1〕異步電動機(jī)空載時(shí),P2=0,定子電流幾乎全部為勵(lì)磁電流,主要用于建立旋轉(zhuǎn)磁場,因此定子電流主要是感性無功分量,功率因數(shù)很低,一般為2〕當(dāng)負(fù)載增加,即P2增大時(shí),轉(zhuǎn)子電流的有功分量增大,定子電流的有功分量也隨之增大,使功率因數(shù)提高,在接近額定負(fù)載時(shí),功率因數(shù)到達(dá)最大值；由于在空載到額定負(fù)載范圍內(nèi),電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率很小,而且變化也很小,所以轉(zhuǎn)子功率因數(shù)角幾乎不變,但負(fù)載。3〕但負(fù)載超過額定值時(shí),轉(zhuǎn)差率s就會變得較大,使轉(zhuǎn)子的功率因數(shù)變大,轉(zhuǎn)子電流的無功分量增大,使定子電流的無功分量也隨著增大,從而使電動機(jī)的功率因數(shù)又重新下降。三相異步電動機(jī)的功率因數(shù)特性如下圖。功率因數(shù)的特性曲線4.電磁轉(zhuǎn)矩特性T=f(P2)根據(jù)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩平衡方程式T=T0+T2及公式T2=9.55P2/n可知,空載時(shí),P2=0,電磁轉(zhuǎn)矩約等于空載阻轉(zhuǎn)矩,即T≈Ｔ0；隨著輸出功率P2的增大,假設(shè)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n不變,那么T2隨P2成正比地增大,T2=f(P2)為過原點(diǎn)的直線。由于考慮到P2增大時(shí),轉(zhuǎn)速n略有降低,因此T2隨P2的增大概向上偏離直線。因?yàn)榭蛰d阻轉(zhuǎn)矩T0很小,而且在負(fù)載不超過額定值時(shí),T0可認(rèn)為根本不變,所以電磁轉(zhuǎn)矩特性T=f(P2)將比T2=f(P2)平行上移T0數(shù)值。5.效率特性η=f(P2)根據(jù)效率的定義,異步電動機(jī)的效率為空載時(shí)，P2=0，η=0，隨著輸出功率的增加，效率也在增加。在正常運(yùn)行范圍內(nèi)因主磁通變化很小，所以鐵損耗變化不大，機(jī)械損耗變化也很小，合起來叫不變損耗。定、轉(zhuǎn)子銅損耗與電流平方成正比，變化很大，叫可變損耗。當(dāng)不變損耗等于可變損耗時(shí)，電動機(jī)的效率達(dá)最大。對中、小型異步電動機(jī)，大約時(shí)，效率最高。如果負(fù)載繼續(xù)增大，效率反而要降低。一般來說，電動機(jī)的容量越大，效率越高。上述異步電動機(jī)的工作特性曲線可以通過直接給異步電動機(jī)帶負(fù)載測得,也可以利用等效電路經(jīng)計(jì)算得出。4.8三相異步電動機(jī)參數(shù)的測定我們利用異步電動機(jī)的等效電路進(jìn)行定量分析和計(jì)算時(shí),必須知道等效電路中的參數(shù)。與變壓器一樣,這些參數(shù)可通過空載試驗(yàn)和堵轉(zhuǎn)(短路)試驗(yàn)來測定。4.8.1空載試驗(yàn)一、空載試驗(yàn)的目的空載試驗(yàn)是通過測取異步電動機(jī)的空載電流I0及空載損耗p0分別與電動機(jī)空載電壓U0的關(guān)系曲線,來確定電動機(jī)的鐵損耗pFe和機(jī)械損耗pm,勵(lì)磁參數(shù)rm和Xm。二、試驗(yàn)內(nèi)容1.空載試驗(yàn)

異步電動機(jī)的空載運(yùn)行,是指在額定電壓和額定頻率下,軸上不帶任何機(jī)械負(fù)載的運(yùn)行。1〕在三相電動機(jī)的定子繞組上施加額定頻率的對稱三相電壓,將電動機(jī)啟動后,先在額定電壓下運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間,使其機(jī)械損耗到達(dá)穩(wěn)定值。2〕然后用調(diào)壓器調(diào)節(jié)電動機(jī)的電源電壓從約1.2UN開始,然后逐步降低電源電壓,當(dāng)電壓降到使電動機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生明顯變化時(shí),停止試驗(yàn)。試驗(yàn)步驟電壓U0〔相電壓〕、空載電流I0〔相電流〕、空載功率p0〔三相總功率〕和轉(zhuǎn)速。其中U0=U1N所對應(yīng)的I0，P0必須精確讀數(shù)。4〕試驗(yàn)中應(yīng)注意,記數(shù)開始后電壓要單方向下調(diào),并在額定點(diǎn)附近取點(diǎn)密一些,以保證試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。根據(jù)記錄數(shù)據(jù),畫出異步電動機(jī)的空載特性曲線I0=f(U0)、p0=f(U0),如圖4-29所示。3〕此過程應(yīng)記錄7～9組數(shù)據(jù),每次記錄空載空載試驗(yàn)接線圖2．鐵損耗和機(jī)械損耗的別離當(dāng)異步電動機(jī)空載時(shí),轉(zhuǎn)子電流I2≈0,轉(zhuǎn)子銅損耗可以忽略不計(jì),輸出功率為零,那么輸入功率與定子空載銅損耗、鐵損耗pFe和機(jī)械損耗pm相平衡,即與變壓器相比,異步電動機(jī)的空載電流較大,空載時(shí)的定子銅損耗不能忽略,同時(shí)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)有機(jī)械損耗,因此求勵(lì)磁電阻rm不像變壓器那么簡單,要先從空載損耗中別離出鐵損耗來，步驟如下：1〕首先從空載損耗中減去空載定子銅損耗,就可得鐵損耗和機(jī)械損耗之和2〕由于鐵損耗與磁通的平方成正比,即與電壓的平方成正比；而機(jī)械損耗的大小僅與轉(zhuǎn)速有關(guān),與端電壓的大小無關(guān)。因此,把不同電壓下的機(jī)械損耗和鐵損耗之和與端電壓的平方值的關(guān)系繪成曲線pFe+pm=f(),并把這一曲線延長到縱軸U0=0處,得交點(diǎn)a,過a點(diǎn)作與橫軸平行的虛錢,虛線以下局部就是與電源電壓大小無關(guān)的機(jī)械損耗,虛線以上局部就是與電壓平方成正比的鐵損耗。圖4-31三相異步電動機(jī)的空載等效電路3．勵(lì)磁參數(shù)確實(shí)定根據(jù)根據(jù)空載試驗(yàn)及三相異步電動機(jī)的空載等效電路，取時(shí)的和，以及從鐵損耗和機(jī)械損耗的別離曲線上查得額定電壓二次方對應(yīng)的鐵損耗pFeN，可求得以下勵(lì)磁參數(shù)：空載阻抗空載電阻勵(lì)磁電抗