电机学课堂进义第四部分异步电机10h 上海交通大学电气工程系EE SJTU 第十三讲异步电机运行状态分析 重点：气隙磁场，转差率，运行状态。 难点：气隙磁场维持不变，气隙磁场相对转子运动引起转子感应电势和电流的频率与相序的变化。 问题：什么是转差率？异步电机的运行状态如何确定？如何理解异步电机的电磁过程？什么是气隙 磁场？为什么要从气隙磁场出发分析感应电势？ 1、异步电机的特点和分析方法 (1)基本结构特点 异步电机的基本结构是定子电枢，转子电枢，均匀气隙（不考虑齿槽效应）。转子电枢主要有两种 绕组形式：绕线式转子具有对称多相绕组，通过滑环和电刷与外部电路联系（一般情况短路）；鼠 笼式转子具有轴向导条并通过两边端环短接。鼠笼转子可以等效为多相对称绕组。 多相异步电机的结构特点是定子1相（通常为三相）对称电枢绕组，转子相对称电枢绕组且外部 短路连接，定转子绕组的极对数相同（自适应满足相同的条件），气隙均匀且很小，如图32所示。 (2)基本原理 一般情况下，异步电机只有定子接频率的三相对称交流电源，产生三相对称电枢电流并形成相对于 定子顺相序同步速-60fp1旋转的气隙磁场，转子通过电磁感应（气隙磁场相对转子电枢绕组运动 的转速2)产生三相对称感应电势频率fp22/60,从而在短路的转子绕组回路中出现与转子感应电 势相同频率的三相对称转子电流，同样形成相对于转子顺相序以转速2旋转 的磁场，考虑到转子本身运动的转速n=n1-n2,因此转子电流产生的旋转磁 场与定子电流产生的旋转磁场在气隙空间保持相对静止（相对于定子都是同 步速n1或者相对于转子都是2)且极对数相同（鼠笼转子具有极对数自适应 m 能力)，定转子磁场相互作用产生电磁转矩，转子电流产生的磁场还将影响 定子磁场（类似电枢反应），从而保持气隙磁场幅值基本恒定，因为定子感 应电势必须与外接电源电压相平衡（忽略定子电阻和漏电抗压降） 图32三相异步电机 E,=U1=V2wkΦ。g 定子或转子的电枢电流与感应电势产生电磁功率，形成电磁转矩。 这里有两个约束条件！一是气隙合成磁场受到磁路饱和的影响，在异步电机设计时定子电压与定子 电枢绕组感应电势基本相等，并使得磁路处在磁化曲线饱和的拐点处；二是转子感应电势受到气隙 磁场相对转子的运动关系影响（大小，频率和相序），即异步电机的运行状态取决于转子转速的高 低。分析多相异步电机时，正方向按照电动机惯例，将漏磁场包括谐波磁场与基波气隙磁场的影响 分开考虑，前者磁路是线性的，后者磁路通常是饱和的需要作线性化假设，基波气隙磁场是定转子 合成气隙磁场，采用双旋转磁场理论获得时空统一的矢量来描述内部电磁关系。分析单相异步电机 也采用双旋转磁场理论。当然，也可以采用经典的多相耦合电路分析方法，两者的结果是一致的。 (3)基本特性 异步电机通常作为电动机运行，也可以作为发电机运行。异步电动机的基本特性是机械特性和工作 特性，其中工作特性包括转差率特性，转矩特性，功率因数特性，定子电流特性和效率特性。 2、异步电机的运行状态 1电机学课堂讲义 第四部分 异步电机 10h 上海交通大学电气工程系 EE SJTU 1 第十三讲 异步电机运行状态分析 重点：气隙磁场，转差率，运行状态。 难点：气隙磁场维持不变，气隙磁场相对转子运动引起转子感应电势和电流的频率与相序的变化。 问题：什么是转差率？异步电机的运行状态如何确定？如何理解异步电机的电磁过程？什么是气隙 磁场？为什么要从气隙磁场出发分析感应电势？ 1、异步电机的特点和分析方法 （1）基本结构特点 异步电机的基本结构是定子电枢，转子电枢，均匀气隙（不考虑齿槽效应）。转子电枢主要有两种 绕组形式：绕线式转子具有对称多相绕组，通过滑环和电刷与外部电路联系（一般情况短路）；鼠 笼式转子具有轴向导条并通过两边端环短接。鼠笼转子可以等效为多相对称绕组。 多相异步电机的结构特点是定子m1相（通常为三相）对称电枢绕组，转子m2相对称电枢绕组且外部 短路连接，定转子绕组的极对数相同（自适应满足相同的条件），气隙均匀且很小，如图32所示。 （2）基本原理 一般情况下，异步电机只有定子接频率f1的三相对称交流电源，产生三相对称电枢电流并形成相对于 定子顺相序同步速n1=60f1/p1旋转的气隙磁场，转子通过电磁感应（气隙磁场相对转子电枢绕组运动 的转速n2）产生三相对称感应电势频率f2=p2n2/60，从而在短路的转子绕组回路中出现与转子感应电 势相同频率的三相对称转子电流，同样形成相对于转子顺相序以转速n2旋转 的磁场，考虑到转子本身运动的转速n=n1-n2，因此转子电流产生的旋转磁 场与定子电流产生的旋转磁场在气隙空间保持相对静止（相对于定子都是同 步速n1或者相对于转子都是n2）且极对数相同（鼠笼转子具有极对数自适应 能力），定转子磁场相互作用产生电磁转矩，转子电流产生的磁场还将影响 定子磁场（类似电枢反应），从而保持气隙磁场幅值基本恒定，因为定子感 应电势必须与外接电源电压相平衡（忽略定子电阻和漏电抗压降） ! E1 = U1 = 2"f1 W1kw1 #$ 。 定子或转子的电枢电流与感应电势产生电磁功率，形成电磁转矩。 这里有两个约束条件：一是气隙合成磁场受到磁路饱和的影响，在异步电机设计时定子电压与定子 电枢绕组感应电势基本相等，并使得磁路处在磁化曲线饱和的拐点处；二是转子感应电势受到气隙 磁场相对转子的运动关系影响（大小，频率和相序），即异步电机的运行状态取决于转子转速的高 低。分析多相异步电机时，正方向按照电动机惯例，将漏磁场包括谐波磁场与基波气隙磁场的影响 分开考虑，前者磁路是线性的，后者磁路通常是饱和的需要作线性化假设，基波气隙磁场是定转子 合成气隙磁场，采用双旋转磁场理论获得时空统一的矢量来描述内部电磁关系。分析单相异步电机 也采用双旋转磁场理论。当然，也可以采用经典的多相耦合电路分析方法，两者的结果是一致的。 （3）基本特性 异步电机通常作为电动机运行，也可以作为发电机运行。异步电动机的基本特性是机械特性和工作 特性，其中工作特性包括转差率特性，转矩特性，功率因数特性，定子电流特性和效率特性。 2、异步电机的运行状态 A a C B c b 图32 三相异步电机