4.1 感应电动机的基本结构和额定值 4.2 感应电动机内部的电磁关系 4.3 感应电动机等效电路 4.4 感应电动机的功率方程和转矩方程 4.5 笼型转子绕组的相数和极数 4.6 感应电机的参数测定 4.7 感应电动机的运行特性 4.8感应电动机的机械特性 4.9三相感应电动机的起动 4.10三相感应电动机的调速,第4章 感应电机,感应电机是交流旋转电机，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，在少数场合下，也有用作发电机的。 感应电机结构简单，价格便宜，效率高，运行可靠，应用广泛。 本章先说明感应电机的基本结构，分析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和等效电路，研究它的运行特性。,一、感应电机的结构,感应电机,定子绕组,定子铁芯,转子,机座、端盖,笼 型,转子铁芯,转轴,转子绕组,绕线型,定子,4.1 感应电机的结构和运行状态,风叶,铁心,绕组,滑环,轴承,导条,端环,笼型绕组,二、感应电机的运行状态,旋转磁场的转速(同步转速)ns与转子转速n之差称为转差转差n与ns的比值称为转差率，用s表示，即： 转差率是表征感应电机运行状态的一个基本变量。按照转差率的正负和大小，感应电机有电动机、发电机和电磁制动三种运行状态，,例1 有一台50Hz的感应电动机，其额定转速nN 730rmin，试求该机的额定转差率,解： s = (ns-nN) /ns = 750-730/750=0.02667,感应电机的型号,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,额定功率PN (kW) ：额定运行时轴端输出的机械功率； 额定电压UN (V) ：额定运行时定子绕组的线电压； 额定电流IN (A)：额定电压下运行，输出功率为额定值 时，定子绕组的线电流； 额定频率fN (Hz) ：定子的电源频率； 额定转速nN (r/min) ：额定运行时转子的转速。,额定值,感应电动机额定运行时转差率很小，在5以内， 额定转速接近同步转速,三相感应电动机额定功率与电压电流的关系：,一. 主磁通和漏磁通,1主磁通 主磁通是通过气隙并同时与定、转子绕组相交链的磁通，它经过的磁路(称为主磁路)包括气隙、定子齿、定子轭、转子齿、转子轭等五部分 起传递能量的作用 铁芯饱和时，主磁路的磁阻会变化，越饱和磁阻越大（激磁阻抗越小）,4.2 感应电动机内部的电磁关系,感应电机中主磁通所经过的磁路,2. 漏磁通和漏电抗,除了主磁通以外的称为漏磁通，可分为槽漏磁、端部漏磁和谐波漏磁等类型 槽漏磁和端部漏磁下图所示。 谐波漏磁，直高次谐波磁动势产生的磁通，其在绕组中产生的感应电动势频率与主磁通产生的感应电动势频率f1相同 谐波磁通产生的作用与漏磁通相同,端部漏磁,槽漏磁,漏磁通产生的感应电动势,引入的漏电抗参数定子X1和转子X2为常数（对应于定子频率f1）,漏磁通 将在定子和转子绕组中感应漏磁电动势E1和E2。把漏电动势作为负漏抗压降来处理，可得,二，感应电动机的电磁关系,转子绕组开路时，类似于变压器空载运行 空载运行时， 定子磁动势F1(以同步转速旋转)就是产生气隙主磁场的激磁磁动势Fm ，定子电流I1就是激磁电流Im。 计及铁心损耗时，磁场Bm（或磁通m）在空间滞后于磁动势Fm以铁心损耗角。 气隙中的主磁场以同步转速旋转时，主磁通 将在定子和转子每相绕组中感应电动势,感应电动机的空载磁动势和磁场,A,C,B,X,Y,Z,感应电动势的大小：,定、转子感应电动势的大小的比值称电压比：,引入激磁参数表征感应电动势与激磁电流的关系：,其中： Rm表征主磁路的铁耗 Xm表征主磁路磁化特性，受铁芯饱和程度影响，饱和程度加深时，铁芯磁阻增大，激磁电抗降低,二、转子绕组闭合,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 转子电流产生的旋转磁动势 F2 相对于转子的转速为n2：,1. 转子磁动势,转子本身又以转速n在旋转，因此从定子侧观察时，F2在空间的转速应为 定子和转子磁动势之间的速度关系，如图所示。,定子转子磁动势保持相对静止，是电机产生恒定电磁转矩的条件。 运行时由定子转子合成磁动势建立电机内部磁场。,例-2 有一台50HZ、三相、四极的感应电动机转子的转差率s=5%（转速1425r/min），试求： （1）转子电流的频率； （2）转子磁动势相对于转子的转速； （3）转子磁动势在空间的转速。,解 (1)转子电流的频率 f2 = sf1 =0.0550=2.5Hz (2)转子磁动势相对于转子的转速 n2=60f2/p=(602.5)/2=75r/min (3) 转子磁动势在空间的转速 n2 + n = n2+ns(1-s)=1500r/min,感应电机定子、转子合成磁动势,定子磁动势分解为激磁分量和负载分量：,相应的，定子电流分解为激磁分量和负载分量：,主磁通产生的转子电动势大小（有效值）：,转子漏电抗：,感应电动机定、转子耦合电路图,定子,转子,定子绕 组内,转子绕 组内,感应电机定子、转子电磁量关系图,转子磁动势波F2,气隙磁场Bm,转子,转子磁动势波F2,气隙磁场Bm,转子,转子磁动势与气隙磁场在空间的相对位置,转子磁动势 F2 （与转子电流I2同相）落后电动势为转子阻抗角 2，,转子感应电动势E2落后于气隙磁场Bm（与磁通m同相）90o，,因此F2在空间上落后Bm的电角度为：（90o+2 ）。,F2的旋转速度与转子转速n无关，与Bm一样为同步转速ns ，因此该角度恒定。, 定子电压方程,4.3 感应电动机的等效电路, 转子电压方程,1. 频率归算,频率归算后感应电动机的定、转子电路图,图中定子和转子的频率均为f1，转子电路中出现了一个表征机械负载的等效电阻,2. 绕组归算,频率和绕组归算后感应电动机的定、转子电路图,经过归算，感应电动机的电压方程和磁动势方程成为,3. T型等效电路和相量图,感应电动机的T形等效电路,感应电动机相量图,4.感应电动机的负载变化,空载：,所以空载时转子的功率因数很高。 而此时定子电流主要是激磁分量，功率因数很低,负载增加： 转速降低，s增大，转子功率因数下降 定子电流增大，功率因数增大,负载增加到转速接近于0： s1，定转子电流很大，功率因数很低 定子漏阻抗压降很大，主磁通约为空载时50%,5. 近似等效电路,形近似等效电路,感应电动机从电源输入的电功率： 消耗于定子绕组的电阻而变成铜耗： 消耗于定子铁心变为铁耗： 从定子通过气隙传送到转子的电磁功率：,4.4 感应电动机的功率方程和转矩方程,一、功率方程，电磁功率和转换功率,功率方程为：,其中,感应电动机的功率图,二、转矩方程和电磁转矩,转矩方程 电磁转矩,例3 已知一台三相四极的笼型感应电动机，额定功率 PNl0kW，额定电压UN380V(三角形联结)，定子每相电阻R1=1.33,漏抗X12.43，转子电阻的归算值R2=1.12，漏抗归算值X2=4.4，激磁阻抗Rm712，Xm900，电动机的机械损耗 p=100W，额定负载时的杂散损耗 p=100W。试求额定负载时电动机的转速，电磁转矩，输出转矩，定子和转子相电流，定子功率因数和电动机的效率。,定子功率因数为： （2）转子电流和激磁电流,（3）定，转子损耗,（4）输出功率和效率,（5）额定负载时的转速 （6）电磁转矩和输出转矩,4.5 笼型感应电动机转子的相数和极数,转子各导条电流大小相等，相位不同 相数：m2=Q2 匝数：N2=1/2 绕组因数：kw2=1,笼型转子的极数 笼型转子的极数自动与定子绕组的极数相同，与导条的数目无关，因此定子、转子的磁动势具有相同的同步转速。,1. 试验目的: 确定电动机的激磁参数、铁耗和机械损耗。,一、空载试验,4.6 感应电动机参数的测定,空载特性曲线,2. 铁耗和机械损耗分离,参数计算 激磁电阻 空载电抗 激磁电抗,短路特性,二、堵转试验,1.试验目的：确定感应电动机的漏阻抗。,等效电路,2. 参数计算,返回,在额定电压和额定频率下，电动机的转速、电磁转矩、定子电流、功率因数、效率与输出功率的关系曲线称为感应电动机的工作特性。 由于感应电动机的效率和功率因数都在额定负载附近达到最大值，因此选用电动机时应使电动机的容量与负载相匹配，以使电动机经济、合理和安全地使用。,4.7 感应电动机的运行特性,一、工作特性,24 20 16 12 8 4 0,12 10 8 6 4 2 0,1.00 0.95 0.90 0.85 0.80 0.75 0,感应电动机的,0.1 0.8 0.6 0.4 0.2 0,100 80 60 40 20 0,2 4 6 8 10 12,感应电动机的,先用空载试验测出电动机的铁耗、机械损耗和定子电阻，再进行负载试验求取工作特性。,二、工作特性的求取,1. 直接负载法,2.由参数算出电动机的主要运行数据,在参数已知的情况下，给定转差率，利用等效电路求出工作特性。,4.8感应电动机的机械特性,电磁转矩与转子电流的关系为,在感应电动的T形等效电路中，由于激磁阻抗比定、转子漏阻抗大很多，如把激磁阻抗支路认为开路，就有,感应电动机的转矩-转速特性,1最大转矩,转矩转速曲线上转矩有一个最大值，令,sm称为临界转差率,最大电磁转矩Tmax为,“”号对应电动机状态；“”号对应于发电机状态。,考虑到,忽略R1,（1）当电源频率f1和电机参数不变时，最大电磁转矩Tmax与定子相电压U1的平方成正比，即 ，与定转子漏抗之和近似成反比。 （2）最大电磁转矩Tmax与转子电阻值 无关，临界转差率sm与转子回路电阻 成正比，即 。 增大时，sm增大，但Tmax保持不变。此时机械特性的最大值将向下偏移。,最大电磁转矩Tmax与额定转矩TN之比称为电动机的过载能力，用m表示,2起动转矩,此时T=Tst，n0，电动机处于静止状态，此时电动机的电磁转矩称为起动转矩Tst，又称为堵转转矩。将s=1代入式（4-61），可求得起动转矩Tst为,例4 一台四极、380V、三角形联结的感应电动机，其参数为1=4.47，2 = 3.18，X1= 6.7，X2= 9.85，X= 188, m忽略不计。试求该电动机的最大转矩max及临界转差，起动电流Ist及起动转矩st。,解：,起动时s=1，起动电流和起动转矩分别为：,4.9 三相感应电动机的起动,电动机从静止状态到稳态运行的过渡过程称为起动过程，简称起动。衡量三相感应电动机起动性能的主要指标有起动转矩倍数Kst=Tst/TN、起动电流倍数KI=Ist/IN、起动时间和起动设备。通常希望起动转矩足够大，而起动电流不要太大，以免电机绕组过热以及线路上产生过大的