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 为了了解异步电机定子接三相对称电源时的运行本质，需要忽略一些次要因素，突出影响异步电机 运行的主要因素，重点分析定转子三相对称绕组中电枢电压、电流、感应电势和基波气隙磁场的关 系，因为气隙是均匀的，用合成气隙磁势表示气隙磁场比较方便。 基本假设：磁路线性，即忽略磁滞与涡流影响，可以采用叠加原理；气隙均匀，忽略定转子齿槽影 响：只考虑基波气隙磁场的作用，忽略定子电流产生的绕组漏磁场，不考虑气隙中的谐波磁场：忽 略定子绕组电阻：转子绕组存在电阻，转子绕组电流在转子产生漏磁场。 根据假设可以得到的重要结果是气隙磁场产生的定子感应电势与外接电压平衡，也就是三相感应电 势对称且相序和频率与定子电枢电压相同，因此产生感应电势的基波气隙磁场的幅值保持不变，且 以同步速顺定子电压相序旋转。定转子绕组中由气隙合成磁场产生的感应电势均包含两部分；其 他绕组电流产生且与自身绕组耦合的磁场（定转子互感作用）引起的电势，自身绕组电流产生且与 其他绕组耦合的磁场（绕组自感作用但不包括漏电感）引起的电势。转子绕组中漏磁场产生的感应 电势采用等效漏电抗压降的形式表示。由于转子绕组短路，因此转子绕组中由气隙磁场产生的感应 电势与电流经过电阻和漏电抗引起的电压降相平衡。需要指出的是不论是转子还是定子存在的漏磁 场均包含每相绕组自身电流产生的漏磁场（漏自感）和其他相绕组引起的互漏磁场（漏互感）。 分析异步电机运行状态过程中，首先明确定子磁势和气隙合成磁势的转速和转向相同，并且由定子 电源电压的频率和相序确定：其次转子感应电势产生电流和磁势，转子磁势与定子磁势空间保持相 对静止状态：再次电磁转矩的方向取决于转差率（后面定义）这个无量纲的重要物理量：最后电机 的运行状态取决于转差率。 (1)气隙磁场相对转子转速 站在转子上观测气隙磁场，气隙磁场的幅值不变， 波长不变，但波速随转子本身转速而改变，因此 气隙磁场相对转子的转速定义为转速差，简称转差。所有转速以气隙磁场同步转速方向为正方向 △n=n1-n 可以认为转差是气隙磁场相对于转子的同步速2，于是容易得到气隙磁场在转子绕组中感应电势的 频率等于转差频率 5==An 6060 =听 其中，$表示转差率，是表征异步电机特征的重要物理量，定义为 ==1-n W 需要说明的是转差率随着转子转速的变化而变化，无量纲但存在正负。当转子转速高于同步速1 时，转差率小于零，理论上转差频率也小于零，但实际转子绕组中的电势和电流频率通常认为是正 的，这是因为转子转速高于同步速1时，绕组中的电势和电流的相序由正序变成了负序的缘故。 (2)运行状态分析 根据转子转速高低和转向，即转差 U ni U 率的大小和符号分析异步电机的运 E. F2 12 行状态，以逆时针方向旋转为正方 ￥n U 向，图33给出了转子低于同步速(a) 和高于同步速(b)两种状态的时空矢 0 量图，同时给出了电动机惯例的异 步电机电压、电流、电势和气隙磁F2↓E,E2 F I E (a) (b) 2 图33异步电机运行状态时空矢量图和正方向惯例电机学课堂讲义 第四部分 异步电机 10h 上海交通大学电气工程系 EE SJTU 2 为了了解异步电机定子接三相对称电源时的运行本质，需要忽略一些次要因素，突出影响异步电机 运行的主要因素，重点分析定转子三相对称绕组中电枢电压、电流、感应电势和基波气隙磁场的关 系，因为气隙是均匀的，用合成气隙磁势表示气隙磁场比较方便。 基本假设：磁路线性，即忽略磁滞与涡流影响，可以采用叠加原理；气隙均匀，忽略定转子齿槽影 响；只考虑基波气隙磁场的作用，忽略定子电流产生的绕组漏磁场，不考虑气隙中的谐波磁场；忽 略定子绕组电阻；转子绕组存在电阻，转子绕组电流在转子产生漏磁场。 根据假设可以得到的重要结果是气隙磁场产生的定子感应电势与外接电压平衡，也就是三相感应电 势对称且相序和频率与定子电枢电压相同，因此产生感应电势的基波气隙磁场的幅值保持不变，且 以同步速n1顺定子电压相序旋转。定转子绕组中由气隙合成磁场产生的感应电势均包含两部分：其 他绕组电流产生且与自身绕组耦合的磁场（定转子互感作用）引起的电势，自身绕组电流产生且与 其他绕组耦合的磁场（绕组自感作用但不包括漏电感）引起的电势。转子绕组中漏磁场产生的感应 电势采用等效漏电抗压降的形式表示。由于转子绕组短路，因此转子绕组中由气隙磁场产生的感应 电势与电流经过电阻和漏电抗引起的电压降相平衡。需要指出的是不论是转子还是定子存在的漏磁 场均包含每相绕组自身电流产生的漏磁场（漏自感）和其他相绕组引起的互漏磁场（漏互感）。 分析异步电机运行状态过程中，首先明确定子磁势和气隙合成磁势的转速和转向相同，并且由定子 电源电压的频率和相序确定；其次转子感应电势产生电流和磁势，转子磁势与定子磁势空间保持相 对静止状态；再次电磁转矩的方向取决于转差率（后面定义）这个无量纲的重要物理量；最后电机 的运行状态取决于转差率。 （1）气隙磁场相对转子转速 站在转子上观测气隙磁场，气隙磁场的幅值不变，波长不变，但波速随转子本身转速而改变，因此 气隙磁场相对转子的转速定义为转速差，简称转差。所有转速以气隙磁场同步转速方向为正方向 ! "n = n1 # n 可以认为转差是气隙磁场相对于转子的同步速n2，于是容易得到气隙磁场在转子绕组中感应电势的 频率等于转差频率 ! f2 = p2n2 60 = p1"n 60 = sf1 其中，s表示转差率，是表征异步电机特征的重要物理量，定义为 ! s = "n n1 =1# n n1 需要说明的是转差率随着转子转速的变化而变化，无量纲但存在正负。当转子转速高于同步速n1 时，转差率小于零，理论上转差频率也小于零，但实际转子绕组中的电势和电流频率通常认为是正 的，这是因为当转子转速高于同步速n1时，绕组中的电势和电流的相序由正序变成了负序的缘故。 （2）运行状态分析 根据转子转速高低和转向，即转差 率的大小和符号分析异步电机的运 行状态，以逆时针方向旋转为正方 向，图33给出了转子低于同步速(a) 和高于同步速(b)两种状态的时空矢 量图，同时给出了电动机惯例的异 步电机电压、电流、电势和气隙磁 图33 异步电机运行状态时空矢量图和正方向惯例 Fδ n1 E1 F1 F2 I1 E2 Ｕ1 I2 n2 (b) Fδ E1 I1 E2 Ｕ1 I2 (c) Fδ n1 E1 F1 F2 I1 E2 Ｕ1 I2 n2 (a)