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第七章 三相异步电动机运行原理

教学参考视频：

http://video.http://www.35331.cn//v?word=èy?àòì2?μ??ˉ?ú&ct=301989888&rn=20&pn=0&db=0&s=0&fbl=800

http://v.youku.com/v_show/id_XNTU5MDAxMjg=.html

1、视频: 三相异步电动机结构

http://v.youku.com/v_show/id_XNDQ4MjM0NDcy.html

7-1 异步电动机的气隙为什么要尽可能地小？它与同容量变压器相比，为什么空载电流较大？ 答：异步电动机气隙小的目的是为了减小其励磁电流(空载电流)，从而提高电动机功率因数。因异步电动机的励磁电流是由电网供给的，故气隙越小，电网供给的励磁电流就小。而励磁电流又属于感性无功性质，故减小励磁电流，相应就能提高电机的功率因数。

异步电动机与变压器一样，均为交流励磁的电机。它们U1---E1---φ0----I0的分析思路相同。在容量和电压相同的情况下，异步电动机和变压器的主磁通φ0基本相同，又由磁路欧姆定律知：

路中有两个气隙，而变压器是纯铁心磁路，故异步电动机主磁通磁路的磁阻远较变压器大，故其空载电流远较变压器大。

7-2 异步电动机在起动和空载运行时，为什么时候功率因数很低？当满载运行时，功率因数会提高？

答：1.由等效电路分析：

下面分别画出起动（a）、 空载（b）和满载(c)时的等效电路

r1 x1 r2’ x2’ r1 x1 ... 。 ' I1?I0I1st??I2st 。rm .UU1 1 xm r1 x1 r2’/sN x2’ （a） (b) .. . IIr 21m I0 。 U 1 xm 起动时 'x1?x2c） （?1?arctan'''?1较大，cos?1就较小。 r1?r 2 由于x1?x2??r1?r2，故

?0?I0N1Rm，其I0∝Rm（匝数N1的影响远不及Rm ），由于异步电动机主磁通磁

空载时

?1?arctanx1?xmr1?rm 由于x1?xm??r1?rm，故?1较大，cos?1就较小。

r2''?jx2满载时：激磁支路阻抗rm+jxm 与转子支路阻抗sN 并联，又由于激磁阻抗远大于转

子支路阻抗，故可近似看成激磁支路开路。

'x1?x2?1?arctanr2'r2''x1?x2?r1?r1?sN，故?1较小，cos?1就较大。 s 由于

2、由电磁关系分析

①起动时：s=1，转子漏抗x2s=sx2最大，故转子功率因数cosψ2较小，因而转子无功分量电流大，则与其平衡的定子侧无功分量电流也大，因而功率因数cos?1就小。 ②空载时，I1=I0， 其中很小一部分的有功分量用来供空载损耗，其余绝大部分的无功分量电流用来励磁，因此，空载电流属感性无功性质，因而电动机的功率因数cos?1就小

③满载时，因电动机轴上输出的是机械功率，从电路角度需用有功功率来模拟其机械功

r2'率，因此负载后，转子电流的有功分量增大(s增大)，则与其平衡的定子有功分量电流就增大，因而电动机的功率因数cos?1就大。

7-3 当异步电动机运行时，定子电动势的频率是多少？转子电动势的频率为多少？由定子电流的产生的旋转磁动势以什么速度截切定子，又以什么速度截切转子？由转子电流的产生的旋转磁动势以什么速度截切转子，又以什么速度截切定子？，它与定子旋转磁动势的相对速度是多少？

答：定子电动势频率为f1； 转子电动势频率为f2=s f1 ；

由定子电流产生的定子旋转磁动势以n1的速度截切定子，又以n1-n的速度截切转子。 由转子电流产生的转子旋转磁动势以n2?sn1的速度截切转子，又以n2?n?n1的速度截切定子，它与定子旋转磁动势的相对速度为(n2?n)?n1?0 。

7-4说明异步电动机轴机械负载增加时，定、转子各物理量的变化过程怎样？

答： 电动机稳定运行时，电磁转矩（Tem）与负载转矩(TL)平衡，当机械负载（即负载转矩）

s?增加时，转子转速n势必下降，转差率

n1?nn1增大。这样转子切割气隙磁场速度增加，

转子绕组感应电动势(E2s?sE2)及电流I2随之增大，因而转子磁动势F2增大。

根据磁动势平衡关系，与转子磁动势F2所平衡的定子负载分量磁动势F1L相应增大，而励磁磁动势F0基本不变，因而定子磁动势增大，定子电流I1随之增大。由于电源电压不变，则电动机的输入功率就随之增加，直至转子有功电流产生的电磁转矩又与负载转矩重新平衡为止。

7-5 为什么说异步电动机的功率因数总是滞后的【链接里解释：总是从电网吸收功率，或者

说：总是感性负载】，而变压器呢？（链接：功率因数的滞后与超前） 答： 异步电动机定，转子间的电磁关系尤如变压器，定子电流I1也由空载电流I0和负载

分量电流I1L两部分组成：

.。.1） 维持气隙主磁通和漏磁通，需从电网吸取一定的滞后无功电流（即为I0）； 2） 负载分量电流取决于转子电路；

由等效电路可知，电动机轴上输出的机械功率（还包括机械损耗等）只能用转子电流流

1?s'r2过虚拟的附加电阻s所消耗的功率来等效代替（因输出的机械功率是有功的，故只能

用有功元件电阻来等效代替）【而转差率S则间接代表了所加负载的大小，负载越大，则S越大】。再加上转子绕组的漏阻抗【是电抗而不是电容】，故转子电流只可能是滞后无功电流，则与转子平衡的定子负载分量也只能是滞后的无功电流，因此异步电动机的功率因数总是滞后的。

变压器却不一定。与异步电动机相同的一点是其空载电流总是滞后无功电流，而变压器所带的电气负载有阻、感、容性的(而异步电动机在电路中模拟机械负载的只能是阻性的有功元件)，当其负载容抗若大于变压器的感抗时，其功率因数就会超前。

1?s'r2s7-6 异步电动机等效电路中的附加电阻的物理意义是什么？能否用电感或电容来代

替，为什么？

答：异步电动机等效电路中的附加电阻实为代表机械负载（严格地说还包括机械损耗等） 的一个虚拟电阻，用转子电流在该电阻所消耗的功率轴上输出的机械功率和机械损耗等）.

因输出的机械功率及机械损耗等均属有功性质，因此，从电路角度来模拟的话，只能用有功元件电阻，而不能用无功元件电感或电容来等效代替。

7-7 异步电动机的电磁转矩与哪些因数有关，哪些是运行因素，哪些是结构因素？ 答： 电磁转矩参数表达式

'2I21?s'r2s来等效代替总机械功率（包括

Tem电磁转矩Tem与①电源参数：电源电压U1频率f1，②电机本身参数：相数m1、极对数p、

定、转子漏阻抗r1、r2’、x1、x2’； ③运行参数：转差率s有关。

其中U1、f1及s是运行因素，m1、p、r1、r2’、x1、x2’为结构因素。

7-8 异步电动机带额定负载运行时，且负载转矩不变，若电源电压下降过多，对电动机的Tmax、Tst、Φ1、I1、I2、s及η有何影响？

Tem

r2'm1pUs??r2'2'2?2?f1?(r1?)?(x1?x2)?s??

21 Tm

b a 1 2 Tm’ TL Tm’’