第五章感应电机的稳态分析.ppt
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第五章 感应电机-4
0.6 T N
/%
60
40
0.4
0.2 0
cos 1
20
0 6 8 P2 / kW 10 12
2
4
感应电动机
Te , cos 1 , f P2
5、效率特性 输出功率变化时，电动机效率的变化曲线 f P2 称为效率特性。
p2 p1 1 p P2 p
第八节 感应电动机的工作特性
一、工作特性
在额定电压和额定频率下，电动机的 n、Te、I1、 1及效率η与输 cos 出功率P2的关系曲线 n, Te , I1 , cos 1, f P2 ，称为感应电动机的工作 特性。 1、转速特性
输出功率变化时，电动机转速变化的曲线 n f P2 称为转 速特性。
原则：电动机能否直接起动，受电网容量、电网允许干扰程度、 电动机容量和单位时间内起动次数等影响。
适用对象：适用于中、小型笼型异步电动机的起动。当电源容量相对 于电动机的功率足够大时，应尽量采用直接起动。
2、降压起动
起动原理：利用起动设备将电压降低后加到异步电动机的定子绕组 上，以限制起动电流。待起动过程结束后，再去掉起动 设备，恢复全压供电，使电动机进入正常运行。 同时，由于 Te U 2 ，故起动转矩也相应减小。
R1 X k X1
1
Rst
Xk
R2
2、转子串频敏变阻器起动 频敏变阻器实际上是一个特殊的三相铁心电感线圈， A 铁心由铸铁或厚钢板构成。由于铁心中的涡流损耗大， 故频敏变阻器的等效电阻比普通的电感线圈的电阻大得 多，且与电流频率的高低有关（频率愈高，铁心的涡流 损耗愈大，其等效电阻也愈大）。 频敏变阻器每相阻抗：
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cos 1
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0 6 8 P2 / kW 10 12
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感应电动机
Te , cos 1 , f P2
5、效率特性 输出功率变化时，电动机效率的变化曲线 f P2 称为效率特性。
p2 p1 1 p P2 p
第八节 感应电动机的工作特性
一、工作特性
在额定电压和额定频率下，电动机的 n、Te、I1、 1及效率η与输 cos 出功率P2的关系曲线 n, Te , I1 , cos 1, f P2 ，称为感应电动机的工作 特性。 1、转速特性
输出功率变化时，电动机转速变化的曲线 n f P2 称为转 速特性。
原则：电动机能否直接起动，受电网容量、电网允许干扰程度、 电动机容量和单位时间内起动次数等影响。
适用对象：适用于中、小型笼型异步电动机的起动。当电源容量相对 于电动机的功率足够大时，应尽量采用直接起动。
2、降压起动
起动原理：利用起动设备将电压降低后加到异步电动机的定子绕组 上，以限制起动电流。待起动过程结束后，再去掉起动 设备，恢复全压供电，使电动机进入正常运行。 同时，由于 Te U 2 ，故起动转矩也相应减小。
R1 X k X1
1
Rst
Xk
R2
2、转子串频敏变阻器起动 频敏变阻器实际上是一个特殊的三相铁心电感线圈， A 铁心由铸铁或厚钢板构成。由于铁心中的涡流损耗大， 故频敏变阻器的等效电阻比普通的电感线圈的电阻大得 多，且与电流频率的高低有关（频率愈高，铁心的涡流 损耗愈大，其等效电阻也愈大）。 频敏变阻器每相阻抗：
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马达教程- 第五章 感应电机的稳态分析.
第五章 感应电机的稳态分析前言：①定义：异步电机（也叫感应电机）是一种交流旋转电机，它的转速除与电网频率有关外，还随负载而变。
②应用：主要作电动机使用，如：机床；水泵；家用电器； ③它的功率因数永远是滞后的。
5.1异步电动机的结构和运行状态一、感应电机的结构1. 定子： 定子铁心：0.5mm 厚硅钢片叠压而成,磁路的一部分定子绕组：电磁线制而成,电路一部分机 座 ：铸铁或钢板焊接而成2. 转子： 转轴:支撑转子转子铁心：0.5mm 硅钢片叠压而成,磁路一部分 转子绕组： 笼型绕组 铸铝铜条绕线式绕组: 电线绕制而成,Y 接,滑环引出,外接电阻3. 气隙(gap)：磁路的一部分, δ↓→I m ↓→N ϕcos ↑但易发生扫膛现象δ↑→I m ↑→N ϕcos ↓二、感应电机的运行状态 (见P133图5-5) 1. 转差率定义：11n nn s -=式中n 1—旋转磁场的转速(同步转速) n —转子的转速当0<n<n 1时,即0<s<1时,电机为电动运行状态(电能→机械能) 当 n>n 1时,即 0>s 时,电机为发电运行状态(机械能→电能)当 n<0时,即 s >1 时,电机为电磁制动运行状态(机械能和电能→热能)2. 分析:(i 1a 的方向必与i 2a 的方向相反)(1)电机运行状态:n<n 1 ,e 1与e 2同方向 ,i 2a 与e 2同方向 ,i 2a →Te 与n 同方向(驱动性质),i 1a 与i 2a 反向→i 1a 与e 1反方向,因i 1a 由u 1产生,即i 1a 与u 1同方向,所以从电网吸收电能.(2)发电运行状态若原动机使n>n 1 →s 为负→e 2和i 2a 反向(与电机比) →T e 反向(T e 与n 反方向)(制动性质),又因i 2a 反向→i 1a 反向→i 1a 与e 1同方向(注e 1未变) →i 1a e 1为正→输出电能(3)电磁制动运行状态若T 1驱动转子以反方向旋转,则切割方向同电动运行状态→e 1,e 2,i 1a ,i 2a ,T e 同电机运行状态,因T e 与n 1同方向,但与n 反方向(制动性质),所以T1必须输入机械功率.又因e 1与i 1a 反向→i 1a e 1为负→从电网吸收电功率. 三、感应电动机的型号和额定值 1.型号例如：Y 112S-6极数6极 短机座规格代号：中心高112mm 产品代号：异步电动机 2.额定值①额定功率P N : 电动机在额定情况下运行，由轴端输出的机械功率，单位为W或kW 。
电机学：第五章 感应电机的稳态分析1
漏磁通：
定子三相电流除产生主磁通Φm 外，还产生仅与定子绕组交链不与转子绕组 交链的磁通，这部分磁通称为漏磁通 ，这部分磁通不能转换能量。
包括三部分：槽漏磁通，端漏磁通，谐波漏磁通。
主磁通
槽漏磁
端部漏磁
谐波漏磁通与前两种漏磁通不同，它实际上通过空气隙与转子绕组交链。 这些谐波漏磁通与基波一样在定、转子绕组中感应电势。
60 sf 1 p
sns
n
而转子本身有以n的速度旋转，所以转子磁动势相对于定子的转速为
n n ns n n ns
即无论转子的实际转速为多少，转子磁动势F2和定子磁动势F1在空间的转速
总是等于ns，它们之间没有相对运动。
由于F1与F2相对静止，就可以把F1和F2合成起来，所以感应电机负载时在气 隙内产生的旋转磁场是定、转子合成磁动势。即
当n=0 s=1 E2 4.44 f1N2KW 2 m
X 2S 2f 2 L2 2f1SL2 X 2 S
表示转子不动
E2S 4.44 f2 N2 KW 2 2 4.44 f1sN2 KW 2 2 E2 S
将 E1 , E2S 代入方程组得
U1 E1 I1R1 jX1
E2S I2S R2 JX 2S I2S R2 JSX2
图5-1
鼠笼型转子铁心
铸铝式鼠笼绕组
鼠笼转子
绕线式转子铁心
绕线式电机转子
轴
转子冲片
定、转子铁心及气隙
感应电机结构图
3、气隙
在定、转子之间有一气隙，气隙大小对感应电机的性能有很大的影 响。从电机性能考虑气隙越小越好。但受到机械加工的限制。中小 型电机气隙一般为0.2-2mm。
二、感应电动机的工作原理
当对称三相绕组中通入对称三相电流后，
定子三相电流除产生主磁通Φm 外，还产生仅与定子绕组交链不与转子绕组 交链的磁通，这部分磁通称为漏磁通 ，这部分磁通不能转换能量。
包括三部分：槽漏磁通，端漏磁通，谐波漏磁通。
主磁通
槽漏磁
端部漏磁
谐波漏磁通与前两种漏磁通不同，它实际上通过空气隙与转子绕组交链。 这些谐波漏磁通与基波一样在定、转子绕组中感应电势。
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n
而转子本身有以n的速度旋转，所以转子磁动势相对于定子的转速为
n n ns n n ns
即无论转子的实际转速为多少，转子磁动势F2和定子磁动势F1在空间的转速
总是等于ns，它们之间没有相对运动。
由于F1与F2相对静止，就可以把F1和F2合成起来，所以感应电机负载时在气 隙内产生的旋转磁场是定、转子合成磁动势。即
当n=0 s=1 E2 4.44 f1N2KW 2 m
X 2S 2f 2 L2 2f1SL2 X 2 S
表示转子不动
E2S 4.44 f2 N2 KW 2 2 4.44 f1sN2 KW 2 2 E2 S
将 E1 , E2S 代入方程组得
U1 E1 I1R1 jX1
E2S I2S R2 JX 2S I2S R2 JSX2
图5-1
鼠笼型转子铁心
铸铝式鼠笼绕组
鼠笼转子
绕线式转子铁心
绕线式电机转子
轴
转子冲片
定、转子铁心及气隙
感应电机结构图
3、气隙
在定、转子之间有一气隙，气隙大小对感应电机的性能有很大的影 响。从电机性能考虑气隙越小越好。但受到机械加工的限制。中小 型电机气隙一般为0.2-2mm。
二、感应电动机的工作原理
当对称三相绕组中通入对称三相电流后，
第五章 感应电机的稳态分析
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2、三相非同步電動機的工作原 理
當給定子繞組，接通三相對 稱電源後，在定子、轉子之 間的氣隙內產生了以同步轉 速ns旋轉的旋轉磁場（即定 子中產生的旋轉磁場）。
轉子導條被這種旋轉磁場切 割，在導條內產生感生電流， 該電流與旋轉的磁場相互作 用，使導條產生電磁力。於 是轉子就以n的轉速跟著旋轉 磁 場旋 轉 。
●機座---主要用來固定定子和轉子，由鑄鐵製成。
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2、轉子 ●轉子鐵芯---與定子鐵芯相同，區別僅在於槽開在外圓上，用來固定轉子繞組。
●轉子繞組--- 是進行能量轉換的主要部分，根據結構又分為籠型轉子和繞線 轉子。 ●轉軸---用來支撐轉子旋轉。
3、 氣 隙
感應電機的氣隙較小，中小型電機一般為0.2～2mm，氣隙越小，產生同 樣的主磁通所需要的勵磁電流就越小，功率因數就越高，但氣隙也不能太小， 否則容易掃堂。
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三相非同步電機的結 構
繞線轉子非同步電機剖面圖 1—轉子繞組 2—段蓋 3—軸承 4—定子繞組 5—轉子 6—定子 7—集電環 8—出線盒 河北科技大學電氣資訊學院
交流繞組
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交流繞組
雙層繞組
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定子繞組
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左手定則決 定導條受力 方向
右手定則決 定電流方向
河北科技大學電氣資訊學院
那麼，n的大小如何呢？ 1）若 n ns ，導體和旋轉磁場之間就沒有相對運
動，轉子不會受力，就不會旋轉。 2）若 n＞ns ，在轉子不受外力的情況下，不可能。 3）只能是 n＜ns ，那麼又小多少呢？引入轉差率 來衡量 ns n
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2、三相非同步電動機的工作原 理
當給定子繞組，接通三相對 稱電源後，在定子、轉子之 間的氣隙內產生了以同步轉 速ns旋轉的旋轉磁場（即定 子中產生的旋轉磁場）。
轉子導條被這種旋轉磁場切 割，在導條內產生感生電流， 該電流與旋轉的磁場相互作 用，使導條產生電磁力。於 是轉子就以n的轉速跟著旋轉 磁 場旋 轉 。
●機座---主要用來固定定子和轉子，由鑄鐵製成。
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2、轉子 ●轉子鐵芯---與定子鐵芯相同，區別僅在於槽開在外圓上，用來固定轉子繞組。
●轉子繞組--- 是進行能量轉換的主要部分，根據結構又分為籠型轉子和繞線 轉子。 ●轉軸---用來支撐轉子旋轉。
3、 氣 隙
感應電機的氣隙較小，中小型電機一般為0.2～2mm，氣隙越小，產生同 樣的主磁通所需要的勵磁電流就越小，功率因數就越高，但氣隙也不能太小， 否則容易掃堂。
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三相非同步電機的結 構
繞線轉子非同步電機剖面圖 1—轉子繞組 2—段蓋 3—軸承 4—定子繞組 5—轉子 6—定子 7—集電環 8—出線盒 河北科技大學電氣資訊學院
交流繞組
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交流繞組
雙層繞組
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定子繞組
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左手定則決 定導條受力 方向
右手定則決 定電流方向
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那麼，n的大小如何呢？ 1）若 n ns ，導體和旋轉磁場之間就沒有相對運
動，轉子不會受力，就不會旋轉。 2）若 n＞ns ，在轉子不受外力的情況下，不可能。 3）只能是 n＜ns ，那麼又小多少呢？引入轉差率 來衡量 ns n
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感应电机的稳态分析
三、感应电动机的额定值
1、额定功率：轴上输出的机械功率。千瓦。 2、额定电压：定子绕组的线电压，伏。 3、额定电流：电机在额定电压和功率下，定子绕 组中流过的线电流，安。 4、额定频率：50赫。 5、额定转速：电机在额定电压、频率和功率下的 转速，转/分。 还有绕组的相数与接法，绝缘等级及允许温升等； 对绕线式转子，还标明转子的额定电势及额定电流。
感应电动机的调速
单相感应电动机
第一节 感应电机的结构与运行状态
复习 三相感应电动机的工作原理
1、基本组成 定子：定子铁心和定子绕组——交流绕 转子：转子铁心和转子绕组（自成闭合回路） 2、工作原理 （1）对称定子绕组外加对称三相交流电压，定 子绕组内有对称三相交流电流，它们联合产生 旋转磁场
（2）转子导条切割定子旋 转磁场将感应电势，从 而在闭合的导条中产生 电流，则转子导条将受 到电磁力的作用，并且 形成电磁转矩，使转子 顺旋转磁场的方向旋转,若 转子轴上有负载，电动机将输出机械功率。 感应电机的转速永远小于同步转速。 故又称为异步机。
第五章
第一节
第二节 第三节
感应电机的稳态分析
感应电机的结构与运行状态
三相感应电动机的磁动势和磁场 三相感应电动机的电压方程和等效电路
第四节
第五节 第六节 第七节 第八节
感应电动机的功率方程和转矩方程
感应电动机的参数测定 感应电动机的转矩—转差率曲线 感应电动机的工作特性 感应电动机的启动
第九节
第十节
（2）谐波漏磁通的分析： 高次谐波磁场对转子的作用与基波不同 （因其与转子的相对运动与基波不同） 但高次谐波磁场在定子绕组中感应电势的 频率为： n p p n pn f f1 60 60 60
第五章 感应电机的稳态分析
频率为
p(ns n) pns ns n pn f2 sf1 60 60 60 ns
60 f 2 60 sf1 n2 sns n p p
ns n n ns n ns sns ns
I1 I m I1L
I1L所产生的磁动势F1L与F2应大小相等，方向相 反，以维持主磁通不变。即： F1L F2 由于I1L的出现，电动机将从电源吸取一定的 电功率。
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2）转子磁动势与主磁场相互作用产生电磁转矩，以带 动轴上的负载转动。 以上两个作用综合在一起， F 0.9 m1 N1kW 1 I 1 1 2 p 体现了机电能量转化的机理。 m1 N1kW 1 3）负载时磁动势方程 Im Fm 0.9 2 p F1 Fm F1L Fm ( F2 ) F 0.9 m2 N 2 kW 2 I 2 2 或 F1 F2 Fm 2 p 说明负载时定转子磁动势之和就是定子空载磁动势， 起作用是用来产生气隙主磁场。
1 1 1
X1 2 f1L1
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4、空载时电压方程 根据基尔霍夫第二定律
U1 I10 (R1 jX1 ) E1 I10 Z1 I10 Zm
二、负载运行时的磁动势和磁场
1、转子磁动势 当电动机带上负载时，空载转速n0下降到负 载转速n，s增大，转子电流增大，因此也就产 生了转子磁动势F2，由于转子的转向与旋转磁 场的转向相同，故F2和F1的方向相同，二者的相 对转速为：
第一项即为转子本身的电阻，第二项则是使转子 电流的有效值和相位保持不变而加入的附加电阻。 当电流I2通过时，在该电阻中会产生功率损耗，
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p(ns n) pns ns n pn f2 sf1 60 60 60 ns
60 f 2 60 sf1 n2 sns n p p
ns n n ns n ns sns ns
I1 I m I1L
I1L所产生的磁动势F1L与F2应大小相等，方向相 反，以维持主磁通不变。即： F1L F2 由于I1L的出现，电动机将从电源吸取一定的 电功率。
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2）转子磁动势与主磁场相互作用产生电磁转矩，以带 动轴上的负载转动。 以上两个作用综合在一起， F 0.9 m1 N1kW 1 I 1 1 2 p 体现了机电能量转化的机理。 m1 N1kW 1 3）负载时磁动势方程 Im Fm 0.9 2 p F1 Fm F1L Fm ( F2 ) F 0.9 m2 N 2 kW 2 I 2 2 或 F1 F2 Fm 2 p 说明负载时定转子磁动势之和就是定子空载磁动势， 起作用是用来产生气隙主磁场。
1 1 1
X1 2 f1L1
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4、空载时电压方程 根据基尔霍夫第二定律
U1 I10 (R1 jX1 ) E1 I10 Z1 I10 Zm
二、负载运行时的磁动势和磁场
1、转子磁动势 当电动机带上负载时，空载转速n0下降到负 载转速n，s增大，转子电流增大，因此也就产 生了转子磁动势F2，由于转子的转向与旋转磁 场的转向相同，故F2和F1的方向相同，二者的相 对转速为：
第一项即为转子本身的电阻，第二项则是使转子 电流的有效值和相位保持不变而加入的附加电阻。 当电流I2通过时，在该电阻中会产生功率损耗，
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《感应电机》课件
波动。
03
感应电机的控制与调速
感应电机的控制方式
直接转矩控制（DTC）
恒压频比控制（V/F）
通过直接控制电机的转矩和磁通来调 节电机的转速和转矩。
通过控制电机的输入电压和频率来调 节电机的转速。
矢量控制（VC）
通过控制电机的励磁和转矩电流来调 节电机的转矩和转速。
感应电机的调速原理
调速原理
通过改变电机的输入电压、电流 或频率，从而改变电机的转速和 转矩，实现调速。
02
感应电机的结构与工作原 理
感应电机的结构组成
01
02
03
转子
感应电机的主要旋转部分 ，由导条和转子铁芯组成 。
定子
固定部分，由定子铁芯和 缠绕在铁芯上的三相绕组 组成。
机座和端盖
支撑和保护电机的主要部 件。
感应电机的工作原理
当三相交流电流通过 定子绕组时，产生旋 转磁场。
感应电流与旋转磁场 相互作用产生电磁转 矩，驱动转子旋转。
案例三
总结词：创新设计
详细描述：介绍某电动汽车中感应电机控制系统的创新设计，包括控制策略、软硬件实现等方面的内容，以及该设计在实际 应用中的效果和优势。
旋转磁场与转子导条 相互作用，产生感应 电动势和电流。
感应电机的性能参数
额定功率
电机在额定工作条件下输出的 功率。
效率
电机输出功率与输入功率的比 值，表示电机的能量转换效率 。
温升
电机运行过程中产生的热量导 致电机温度升高，温升与电机 性能和使用寿命有关。
启动电流
电机启动时输入的电流值，启 动电流过大可能导致电网电压
05
案例分析
案例一：某工厂的感应电机应用案例
总结词：实际应用
03
感应电机的控制与调速
感应电机的控制方式
直接转矩控制（DTC）
恒压频比控制（V/F）
通过直接控制电机的转矩和磁通来调 节电机的转速和转矩。
通过控制电机的输入电压和频率来调 节电机的转速。
矢量控制（VC）
通过控制电机的励磁和转矩电流来调 节电机的转矩和转速。
感应电机的调速原理
调速原理
通过改变电机的输入电压、电流 或频率，从而改变电机的转速和 转矩，实现调速。
02
感应电机的结构与工作原 理
感应电机的结构组成
01
02
03
转子
感应电机的主要旋转部分 ，由导条和转子铁芯组成 。
定子
固定部分，由定子铁芯和 缠绕在铁芯上的三相绕组 组成。
机座和端盖
支撑和保护电机的主要部 件。
感应电机的工作原理
当三相交流电流通过 定子绕组时，产生旋 转磁场。
感应电流与旋转磁场 相互作用产生电磁转 矩，驱动转子旋转。
案例三
总结词：创新设计
详细描述：介绍某电动汽车中感应电机控制系统的创新设计，包括控制策略、软硬件实现等方面的内容，以及该设计在实际 应用中的效果和优势。
旋转磁场与转子导条 相互作用，产生感应 电动势和电流。
感应电机的性能参数
额定功率
电机在额定工作条件下输出的 功率。
效率
电机输出功率与输入功率的比 值，表示电机的能量转换效率 。
温升
电机运行过程中产生的热量导 致电机温度升高，温升与电机 性能和使用寿命有关。
启动电流
电机启动时输入的电流值，启 动电流过大可能导致电网电压
05
案例分析
案例一：某工厂的感应电机应用案例
总结词：实际应用
第五章 感应电机的稳态分析
第五章感应电机的稳态分析本章主要研究定、转子间靠电磁感应作用，在转子内感应电流以实现机电能量转换的感应电机。
感应电机一般都用作电动机，在农村及风力发电等场合，亦作为发电机用。
感应电机有三相和单相的，其中三相感应电动机在工业中应用最广。
单相感应电动机则多用于家用电器。
感应电机的结构简单，制造方便，价格便宜，运行可靠。
其主要缺点是：不能经济地在较宽的范围内实现平滑调速，以及必须从电网吸取滞后的无功电流以建立磁场，使电网的功率因数变坏。
本章先说明空载和负载时三相感应电动机内的磁动势和磁场，然后导出感应电动机的基本方程，接着分析它的转矩—转差率特性、工作特性和起动、调速问题，最后介绍单相感应电动机、感应发电机和直线感应电动机。
5.1 感应电机的结构和运行状态一、感应电机的结构感应电机的定子由定子铁心、定子绕组和机座三部分组成。
定子铁心是主磁路的一部分。
为了减少激磁电流和旋转磁场在铁心中产生的涡流和磁滞损耗，铁心由厚0.5mm的硅钢片叠成。
容量较大的电动机，硅钢片两面涂以绝缘漆作为片间绝缘。
小型定子铁心用硅钢片叠装、压紧成为一个整体后，固定在机座内；中型和大型的定子铁心由扇形冲片拼成。
在定子铁心内圆，均匀地冲有许多形状相同的槽，用以嵌放定子绕组。
小型感应电机通常采用半闭口槽和由高强度漆包线绕成的单层（散下式）绕组，线圈与铁心之间垫有槽绝缘。
半闭口槽可以减少主磁路的磁阻，使激磁电流减少，但嵌线较不方便。
中型感应电机通常采用半开口槽。
大型高压感应电机都用开口槽，以便于嵌线。
为了得到较好的电磁性能，中、大型感应电机都采用双层短距绕组。
转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成。
转子铁心也是主磁路的一部分，一般由厚0.5mm的硅钢片叠成，铁心固定在转轴或转子支架上。
整个转子的外表呈圆柱形。
转子绕组分为笼型和绕线型两类。
笼型转子：笼型绕组为自行闭合的对称多相绕组，它由插入每个转子槽中的导条和两端的环形端环构成，一根导条代表一相。
三相感应电机的动态分析与实验-PPT文档资料
或写成
L AB L BB L CB L aB L bB L cB
L AC L BC L CC L aC L bC L cC
L Aa L Ba L Ca L aa L ba L ca
L Ab L Bb L Cb L ab L bb L cb
L iA Ac i L Bc B C L Cc i （5） L aci a b L bc i L ic cc
A 0 iA i 0 B B C 0 iC p 0 ia a b 0 ib Rr ic c
（4 ）
或简写成
u Ri p ψ
第二节 三相感应电机的动态方程
建立三相感应电机动态数学模型时的假设：
忽略空间谐波，各绕组产生的磁动势在空间上正弦分布； 不考虑磁路饱和，并忽略铁耗，各绕组的自感和互感均与 绕组内的电流大小无关； 定、转子表面光滑，不计齿槽的影响； 不考虑频率和温度变化对绕组电阻的影响。
三相感应电机物理模型
（2）
三相转子绕组的电压方程为
d a dt d b u b ib R r dt d c u c ic R r dt u a ia 写成矩阵形式，并以微分算子p代替d /dt得
uA Rs u 0 B uC 0 ua 0 ub 0 0 uc 0 Rs 0 0 0 0 0 0 Rs 0 0 0 0 0 0 Rr 0 0 0 0 0 0 Rr 0
式中： Z2 R 2 jX2 s
为转子等效阻抗 为修正系数
Z X c 1 1 1 1 Z X m m
由此可导出近似等效电路
第一节 三相感应电动机的稳态分析
L AB L BB L CB L aB L bB L cB
L AC L BC L CC L aC L bC L cC
L Aa L Ba L Ca L aa L ba L ca
L Ab L Bb L Cb L ab L bb L cb
L iA Ac i L Bc B C L Cc i （5） L aci a b L bc i L ic cc
A 0 iA i 0 B B C 0 iC p 0 ia a b 0 ib Rr ic c
（4 ）
或简写成
u Ri p ψ
第二节 三相感应电机的动态方程
建立三相感应电机动态数学模型时的假设：
忽略空间谐波，各绕组产生的磁动势在空间上正弦分布； 不考虑磁路饱和，并忽略铁耗，各绕组的自感和互感均与 绕组内的电流大小无关； 定、转子表面光滑，不计齿槽的影响； 不考虑频率和温度变化对绕组电阻的影响。
三相感应电机物理模型
（2）
三相转子绕组的电压方程为
d a dt d b u b ib R r dt d c u c ic R r dt u a ia 写成矩阵形式，并以微分算子p代替d /dt得
uA Rs u 0 B uC 0 ua 0 ub 0 0 uc 0 Rs 0 0 0 0 0 0 Rs 0 0 0 0 0 0 Rr 0 0 0 0 0 0 Rr 0
式中： Z2 R 2 jX2 s
为转子等效阻抗 为修正系数
Z X c 1 1 1 1 Z X m m
由此可导出近似等效电路
第一节 三相感应电动机的稳态分析
第5章 三相感应电机 《电机学(第4版)》课件
图5-17 转子顺气隙磁场旋 转方向移动α角时
图5-18 频率和绕组归算后定、转子的耦合电路图
图5-19 感应电动机的T形等效电路
图5-20 感应电动机的相量图
图5-21 正常工作时感应电动机的近似等效电路
5.4 感应电动机的功率方程和转矩方程
1.功率方程，电磁功率和转换功率 2.转矩方程和电磁转矩 3.计算额定点运行数据的MATLAB源程序
(1)感应电机的最大转矩与电源电压的平方成正比，与定转子漏抗之和近 似成反比·。 (2)最·大·转·矩·的·大·小·与·转·子·电·阻·值·无·关·，临界转差率sm则与转 子电阻R2′成正比；R2′增大时，sm增大，但Tmax保持不变，此时Te-s曲线 的最大值将向左偏移，如图5-31所示。
图5-31
图5-5 三相绕线型感应电动机的结构
2.三相感应电机的运行状态
图5-6 感应电机的三种运行状态(图中N,S代表气隙旋转磁场，•和×表示 转子感应电动势和转子电流有功分量的方向)
解 已知额定转速为730r/min，因额定转速略低于同 步转速，故知该机的同步转速为750r/min，极数2p= 8。于是，额定转差率sN为
5.10 感应电动机的调速
1.变极调速 2.变频调速 3.改变转差来调速
1.变极调速
图5-43 2p=4时一相绕组的连接 a) 每相两组线圈的正向串联 b) 两组线圈的展开图
图5-44 2p=2时一相绕组的连接 a) 每相两组线圈的反向串联 b) 两组线圈的展开图
2.变频调速
图5-45 变频调速时感应电动机的机械特性
(1)转子电流的频率 (2)转子磁动势相对于转子的转速 (3)由于转子转速n=ns(1-s)=1500(1-0.05)r/min=1425r/min,所以转子磁动势在 空间的转速应为(1425+75)r/min=1500r/min，即为同步转速。
感应电机PPT课件
N2kw2 p
I2
Fm
0.9m1 2
N1kw1 p
Im
代入 F1F2 Fm
得： 0 .9 m 2 1N 1 p k w 1I1 0 .9 m 2 2N 2 p k w 2I2 0 .9 m 2 1N 1 p k w 1Im
现在我们将I2前面的系数加以变换(用定子绕组参数 取代转子绕组参数），使其与I1、Im前面的系数一样，并 令I2′=I2/ki,则磁动势的矢量关系就可变成对应电流的相量 关系。
当负载运行时n≤ns， E2 →I2→F2 , F2也为旋转磁势 。若定子旋转磁场顺时针旋转，则转子感应电流的相序也
为顺时针，产生的磁动势F2即为顺时针旋转， 即F2与F1 转向相同。如定子旋转磁场的转速为ns，转子转速为n， 此时定子旋转磁场以Δn=ns-n=sns的速度切割转子，所以 在转子中感应电动势的频率：
⑴定子铁心： 电动机磁路的一部分，装在机座里。为了降低定子铁
心损耗，定子铁心用0.5mm厚的硅钢片叠压而成的，在硅
钢片的两面还应涂上绝缘漆。下图为定子槽,其中(a)是开 口槽，用于大中型容量的高压感应电动机；(b)是半开口 槽，用于中型500V以下的感应电动机；(c)是半闭口槽，
用于低压小型感应电动机中，另外还有闭口槽。
除产生Φ 外，定子电流还产生仅与定子绕组交链的漏 m
磁通Φ 1σ，漏磁通将在定子绕组中感应漏电动势E1σ。
•
•
E1 jI1 X1
I1：定子电流
X1σ：定子漏电抗
漏磁通主要是， 通过空气而闭和，受磁路饱和的影响较
小，在电机分析时把两种磁通分开处理。
2、负载运行时的转子磁动势和磁动势方程 转子磁动势：
0 .9 m 2 1N 1 p k w 1I1 0 .9 m 2 2N 2 p k w 2I2 0 .9 m 2 1N 1 p k w 1Im
感应电机的结构和运行状态PPT69页
感应电机的结构和运行状态
11、获得的成功越大，就越令人高兴 。野心 是使人 勤奋的 原因， 节制使 人枯萎 。 12、不问收获，只问耕耘。如同种树 ，先有 根茎， 再有枝 叶，尔 后花实 ，好好 劳动， 不要想 太多， 那样只 会使人 胆孝懒 惰，因 为不实 践，甚 至不接 触社会 ，难道 你是野 人。(名 言网) 13、不怕，不悔(虽然只有四个字，但 常看常 新。 14、我在心里默默地为每一个人祝福 。我爱 自己， 我用清 洁与节 制来珍 惜我的 身体， 我用智 慧和知 识充实 我的头 脑。 15、这世上的一切都借希望而完成。 农夫不 会播下 一粒玉 米，如 果他不 曾希望 它长成 种籽； 单身汉 不会娶 妻，如 果他不 曾希望 有小孩 ；商人 或手艺 人不会 工作， 如果他 不曾希 望因此 而有收 益。-- 马钉路 德。
谢谢！
36、自己Байду номын сангаас鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
11、获得的成功越大，就越令人高兴 。野心 是使人 勤奋的 原因， 节制使 人枯萎 。 12、不问收获，只问耕耘。如同种树 ，先有 根茎， 再有枝 叶，尔 后花实 ，好好 劳动， 不要想 太多， 那样只 会使人 胆孝懒 惰，因 为不实 践，甚 至不接 触社会 ，难道 你是野 人。(名 言网) 13、不怕，不悔(虽然只有四个字，但 常看常 新。 14、我在心里默默地为每一个人祝福 。我爱 自己， 我用清 洁与节 制来珍 惜我的 身体， 我用智 慧和知 识充实 我的头 脑。 15、这世上的一切都借希望而完成。 农夫不 会播下 一粒玉 米，如 果他不 曾希望 它长成 种籽； 单身汉 不会娶 妻，如 果他不 曾希望 有小孩 ；商人 或手艺 人不会 工作， 如果他 不曾希 望因此 而有收 益。-- 马钉路 德。
谢谢！
36、自己Байду номын сангаас鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
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f2
pn 60
psns 60
sf1
则转子电流建立的旋转磁动势的转速为：
n2
60 f2 p
60 sf1 p
sns
n
相对于谁？旋转的转子？静止的定子？
2020-12-11
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18
转子磁动势相对于定子的转速为：
n n ns n n ns
结论：无论转子实际转速为多少，转子磁动 势和定子磁动势在空间始终保持相对静止。
E1 ImZm Im (Rm jX m )
2020-12-11
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14
物理意义： 激磁阻抗是表征铁心磁化特性和铁耗
的一个综合参数。
激磁电阻是表征铁心损耗的一个等效电阻；
激磁电抗是表征主磁路的等效电抗，且
X m f1N12 m
2020-12-11
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15
3、定子漏磁通和漏抗 （1）漏磁通的分类：槽漏磁通
（2）发电状态： （3）制动状态：
n
n
ns，
0，
S
1
S
0
2020-12-11
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8
三、感应电动机的额定值
1、额定功率：轴上输出的机械功率。千瓦。 2、额定电压：定子绕组的线电压，伏。 3、额定电流：电机在额定电压和功率下，定子绕
组中流过的线电流，安。 4、额定频率：50赫。 5、额定转速：电机在额定电压、频率和功率下的
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3
一、感应电机的结构： 定子 转子 气隙。
(一)定子：定子铁芯、定子绕组和机座。 1、定子铁芯：主磁路的一部分
由0.5mm厚的硅钢片迭压而成 2、定子绕组：交流绕组，定子电路
由许多线圈按一定规律连接而成 3、机座：固定和支撑定子铁芯。
2020-12-11
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4
(二)转子：转子铁芯、转子绕组和转轴 1、转子铁芯：主磁路的一部分
2020-12-11
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11
第二节 三相感应电机的磁动势和磁场
一、空载运行时的磁动势和磁场 1、空载运行时的磁动势 2、主磁通和激磁阻抗 3、定子漏磁通和漏抗 二、负载运行时的磁动势和磁场 1、转子磁动势 2、磁动势平衡
2020-12-11
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12
一、空载运行时的磁动势和磁场
1、空载运行时的磁动势
E1 jX 1 I1
且
X1 2f1N121
漏电抗的物理意义：
它是定子三相电流联合产生的漏磁场 在定子一相电路中引起的电抗。
2020-12-11
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17
二、负载运行时的磁动势和磁场 1、转子磁动势
设转子转速为n，则定子旋转磁场切割转
子的速度为：n ns n sns ；此时转子感 应电势和电流的频率为：
1、气隙大――磁阻大――产生同样大小磁场 需要较大的励磁电流――使电机的功率因 数降低。
2、气隙小――装配困难和运转不安全。
结论：应综合考虑。
2020-12-11
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6
二、感应电机的转差率与运行状态：
1、转差率：同步转速与转子转速n之差与同步
转速的比值，即 S ns n 100 % ns
转速，转/分。 还有绕组的相数与接法，绝缘等级及允许温升等； 对绕线式转子，还标明转子的额定电势及额定电流。
2020-12-11
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9
接线
2020-12-11
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10
四、鼠笼式转子绕组分析
1．相数：m2 = z2/p
2．绕组系数：N2 = 1/2 kw2 =1 3．极数：p2 =p
端部漏磁通 谐波漏磁通
（2）谐波漏磁通的分析：
高次谐波磁场对转子的作用与基波不同
（因其与转子的相对运动与基波不同）
但高次谐波磁场在定子绕组中感应电势的
频率为： f
p n 60
p
n
60
pn 60
f1
2020-12-11
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16
与漏磁通作用相同，因此将谐波磁场归为漏磁
（3）漏磁通与漏电抗
与变压器相同，漏磁通所感应的电势 可写为：
2、磁动势平衡
与变压器相似，感应电动机负载时，主磁
通是由定、转子磁动势共同产生的，则有
或
I1
I2 ki
Im
F1 F2 Fm F0
其中
2020-12-11
ki
m1 N1k w1 m N k 2 2 谢谢w你2的观赏
•
E1
•
•
•
•
U1 I0 F0
•
E2
•
1
•
E 1
•
I 0 r1
2020-12-11
谢谢你的观赏
13
结论： 空载运行时，定子磁动势基本为激磁磁动势； 定子电流近似等于激磁电流。
2、主磁通和激磁阻抗
E1 j4.44 f1N1kw1 1
与变压器类似，主磁通感应的电势 与产生主磁通的激磁电流的关系为：
2、转差率的计算： 例：某台感应电动机额定转速为1440r/s，求额定
转差率？（工频） 解：异步电动机的额定转速近似等于同步速，则
极对数 1 2
3456
同步速 3000 1500 1000 750 600 500
2020-12-11
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7
3、三种运行状态：
（1）电动状态： 0 n ns， 0 S 1
2020-12-11
谢谢你的观赏
2
（2）转子导条切割定子旋 转磁场将感应电势，从 而在闭合的导条中产生 电流，则转子导条将受 到电磁力的作用，并且 形成电磁转矩，使转子 顺旋转磁场的方向旋转,若
转子轴上有负载，电动机将输出机械功率。 感应电机的转速永远小于同步转速。
故又称为异步机。
2020-12-11
由0.5mm厚的硅钢片迭压而成。 2、转子绕组：分为鼠笼式和绕线式。
1)鼠笼式：一般采用铸铝转子或铜条转子。(斜槽） 2)绕线式：是对称三相绕组，接成星形，并接到
转轴上三个集电环上，再通过电刷与外电路接通。
2020-12-11
谢谢你的观赏
5
(三)气隙： 中小型电机一般为0.2~2mm， 它与电机性能关系极大。
第五章 感应电机的稳态分析
第一节 感应电机的结构与运行状态
第二节 三相感应电动机的磁动势和磁场
第三节 三相感应电动机的电压方程和等效电路
第四节 感应电动机的功率方程和转矩方程
第五节 感应电动机的参数测定
第六节 感应电动机的转矩—转差率曲线
第七节 感应电动机的工作特性
第八节 感应电动机的启动
第九节 感应电动机的调速
第十节 单相感应电动机
2020-12-11
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1
第一节 感应电机的结构与运行状态
复习
三相感应电动机的工作原理
1、基本组成 定子：定子铁心和定子绕组——交流绕 转子：转子铁心和转子绕组（自成闭合回路）
2、工作原理 （1）对称定子绕组外加对称三相交流电压，定