第四章三相非同步電動機的基本原理
第一節三相非同步電動機的基本原理
一、三相非同步電動機的基本原理（如右圖）
(一)、轉差率定義： 。
式中n1—旋轉磁場的轉速(同步轉速) n—轉子的轉速 。
1）當0 2）當 n>n1時，即 0>s時,電機為發電執行狀態(機械能→電能)。
3） 當 n<0時，即 s >1 時,電機為電磁制動執行狀態(機械能和電能→熱能)。
（二）、執行狀態分析:
(1)電機執行狀態:
n(2)發電執行狀態
若原動機使n>n1 →s為負→e2和i2反向(與電機比) →te反向(te與n反方向)(制動性質),又因i2反向→i1反向→i1與e1同方向(注e1未變) →i1e1為正→輸出電能。
(3)電磁制動執行狀態
若t1驅動轉子以反方向旋轉,則切割方向同電動執行狀態→e1，e2,i1,i2,te同電機執行狀態,因te與n1同方向，但與n反方向(制動性質)，所以t1必須輸入機械功率。又因e1與i1反向→i1e1為負→從電網吸收電功率。
二、三相非同步電動機的結構：
(一)、感應電機的結構
1. 定子： 定子鐵心：0.5mm厚矽鋼片疊壓而成,磁路的一部分。
定子繞組：電磁線製而成，電路一部分。
機座 ：鑄鐵或鋼板焊接而成。
2. 轉子： 轉軸:支撐轉子
轉子鐵心：0.5mm矽鋼片疊壓而成，磁路一部分。
轉子繞組： 籠型繞組鑄鋁
銅條 繞線式繞組: 電線繞制而成,y接,滑環引出,外接電阻。
3. 氣隙：磁路的一部分, δ↓→im↓→↑。
δ↑→im↑→↓
4．交流繞組的分類
1）按相數分為：單相、三相、多相。
2）按槽內層數分為：單層（同心式、鏈式、交叉式）、雙層（疊繞組、波繞組）、單雙層繞組。
3)按每極每相槽數q：整數槽、分數槽。
三、三相非同步電動機的銘牌資料及主要系列
（一） 銘牌資料：
①額定功率pn: 電動機在額定情況下執行，由軸端輸出的機械功率，單位為w或kw。
②額定電壓un: 電動機在額定情況下執行,施加在定子繞組上的線電壓，單位為v。
③額定頻率fn：50hz。
④額定電流in：電動機在額定電壓、額定頻率下軸端輸出額定功率時，定子繞組的線電流，單位為a。
⑤額定轉速nn：電動機在額定電壓、額定頻率、軸端輸出額定功率時，轉子的轉速，單位為r/min。
⑥其他額定值 ηn τn (或θn)
（二）主要系列：
第二節三相非同步電動機的定子磁場及感應電勢
一、 三相非同步電動機的定子繞組磁勢
（一） 單相繞組產生的磁勢－脈振磁勢
｛整距集中繞組通單相交流電時繞組的磁勢：｝
設氣隙均勻，通以正弦交流電流，，nc匝，則
每個氣隙上的磁動勢為：
結論：①波形：矩形波；
②脈動磁動勢：空間位置固定、幅值大小和方向隨時間而變化的磁動勢。
③傅利葉分解：
④基波磁動勢的幅值：
⑤ν次諧波磁勢的幅值：
⑥基波磁動勢的性質：按正弦規律變化的脈動磁動勢。
（二）三相交流繞組電流產生的磁勢－旋轉磁勢
1. 定子旋轉磁勢：
①數學法：
分解後相加的三相合成磁動勢為：
②**法：
結論：⑴三相對稱繞組流過三相對稱電流產生的合成基波磁動勢為圓形旋轉磁動勢；
⑵性質：①幅值：；
②轉速：；
③轉向：從載有超前電流相轉到載有滯後電流相；
某相電流達最大值時，合成磁動勢的幅值恰好在該相繞組的軸線上 。
2 .交流繞組磁場的一般規律：
結論：m相對稱交流繞組，通以m相對稱交流電流時，在氣隙中產生乙個正弦分布的以同步速度旋轉的旋轉磁場。
二、三相非同步電動機的定子感應電動勢：
（一）繞組感應電勢
1 導體的電動勢：
1）.電動勢頻率：
2）.電動勢波形：由e=blv可知，由氣隙磁密沿氣隙分布的波形決定；
3）.基波電動勢大小：
式中：為每個磁極基波電動勢的大小。
2． 線匝電動勢及短矩係數（）
短矩係數：
3． 線圈電動勢
設線圈為nc匝數，則有：
（二）線圈組電動勢及分布係數
q個線圈組成，集中繞組：
分布繞組：
分布係數：
繞組係數：
（三）每相電動勢和線電動勢：
一相繞組的串聯匝數為（即一條支路的串聯匝數）則一相的感應電動勢
對於單層繞組， =。對於雙層繞組， = 2。
式中:a為併聯支路數。
第三節三相非同步電動機的執行原理
一、 非同步電動機的空載執行：
（一） 空載電流和空載磁勢
(1) 空載：輸出功率為0即負載轉矩為0。
(2) 空載電流：。
(3) 空載磁勢：
（4）空載磁通：主磁通φ0： ①作用：傳遞能量的媒介作用；
②路徑：定子—氣隙—轉子—氣隙—定子。
漏磁通φσ： ①不起傳遞能量的媒介作用，只起電抗壓降的作用；
包括：槽部漏磁通、端部漏磁通和高次諧波。
（二） 空載定子電壓方程式和等效電路：
二、三相非同步電動機的負載執行
（一） 負載時的氣隙磁動勢：
轉子繞組中感應電勢、電流的頻率為：
（二） 轉子磁動勢：
1．的幅值：
2．的方向：由於轉子旋轉磁勢的旋轉方向取決於轉子電流的相序，所以轉子旋轉磁勢的旋轉方向與定子磁勢的旋轉方向一致。
3．的旋轉速度：
（1）相對於轉子的轉速：
（2）相對於定子的轉速：
（三）磁動勢平衡方程式：
或（四）電勢平衡方程式：
； ；
； 。
三、三相非同步電動機的等效電路
（一） 頻率折算：
目的：把轉子由轉動狀態化為靜止狀態。
（1）折算條件：①保持f2不變，只要使等效前後轉子電流的大小和相位相等即可；
②等效前後轉子電路的功率和損耗相等。
（2）折算方法：
1） 電勢的折算：
2） 電流和電阻的折算：
①附加電阻的物理意義：模擬轉軸上總的機械功率；
②轉子方程為：;
（二） 繞組折算：
1） 電流折算:
；2） 電勢折算：.
3） 阻抗折算：；
4） ；
（三） 等效電路：
例1已知：一台三相非同步電動機，在額定轉速下執行，，電源頻率，試求：1）轉子電流頻率； 2）定子電流產生的旋轉磁動勢以什麼速度切割定子？
又以什麼速度切割轉子？ 3）由轉子電流產生的轉子磁動勢以什麼速度切割定子？又以什麼速度切割轉子？
四、引數測定
（一） 空載時與勵磁引數的確定：
1空載試驗:
2勵磁引數的確定:
（二） 堵轉試驗與短路引數的確定：
1堵轉試驗:
2短路引數的確定:
第四節三相非同步電動機的功率和轉矩
一、 功率和損耗：
1． 輸入功率：
2． 定子銅損耗：
3． 定子損耗：
4． 電磁功率：＝＝
5． 轉子銅損耗：
6． 總機械功率：
二、 轉矩平衡方程式：；；；
三、 電磁轉矩公式
1． 物理表示式：
2． 引數表示式
第五節非同步電動機的工作特性
定義：是指在額定電壓和頻率下，電動機的轉速n(s)、輸出轉矩t2 、定子電流i1、功率因數cosφ1、效率η與輸出功率p2之間的關係。
一、轉速特性或
所以=是一條向下傾斜的曲線。
二、定子電流特性
由知，空載時：，很小；
負載時，p2增加，也增加，i1也增加。
四、 功率因數特性
空載：很小；負載時，隨↑，↑。
四、效率特性
當可變損耗與不變損耗相等(即)時，效率達到最大值。(空載時，p2=0，η=0；負載時，隨著p2的增加，η也增加，當負載增大到可變損耗與不變損耗相等時，η最大；負載繼續增大，銅損增加很快，η反而下降。)
**說明：電機在額定負載附近的和η較高，希望在pn附近執行。
五、轉矩特性：
是一條過原點稍向上翹的曲線。
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