电机学研究各种电机的一般顺序：
工作原理 基本结构
电磁关系——建立物理模型
基本方程——建立数学模型 运行特性——应用知识
1
第3章
3. 1
异步牵引电动机
异步牵引电动机的基本结构
2
1. 定子
定子主要包括定子铁心、定子绕组以及机座和端盖。
笼 型 感 应 电 机
3
定子铁心
4
定子绕组
5
6
2. 转子
由转子铁心、转子绕组和转轴等部件组成。
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由于定子电流建立的定子磁场和转子电流建立的 转子磁场相对于定子的转速均为同步转速，定子、转 子磁场始终保持相对静止。 定、转子磁场保持相对静止是产生恒定电磁转矩的 必要条件。
E1 4.44 f1 N1kw1m
E2 s 4.44 f 2 N 2kw 2m
1 jI 1 X 1 j 2 f1 L1 I 1 E X1 2 f1 L1 2 s jI 2 s X 2s j 2 f 2 L2 I 2 s E
等效电路
(f1ISTANCES à20 °C R1 = 0.0696 Ohm à20 °C R2 = 0.0661 Ohm
à150 °C R1 = 0.1051 Ohm à150 °C R2 = 0.0919 Ohm
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LEAKAGE INDUCTANCES L1 = 1.7938 mH L2 = 1.1959 mH
(f1)
(f1)
24
(f1)
(f2 = sf1)
(f1)
(f1)
25
(f1)
(f1)
将前面的分析归纳起来，得到感应电机的基本方程
E I ( R jX ) U 1 1 1 1 1 ( R2 / s jX 2 ) E I 2 2 ) I I ( I 1 m 2 Z E I m m 1 E E 2 1
此时，定子磁场相对于转子的转速为
n ns n sns
转子电动势和电流的频率为
P sns f2 sf1 60
称为转子频率或转差频率
转子电流建立的转子磁场相对于转子的转速为
60 f 2 60 sf1 n2 sns n P P
转子磁场相对于定子的转速为
n2 n n n (ns n) n ns
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(2) 转子回路串入对称电阻
m1 pU 1 T max 4 f （ 1 X 1 X 2）
2
R 2 sm X 1 X 2
m1 p U12 R 2 Tst 2 f1 R1 R 2 2 ( X 1 X 2)2


转子电阻增大时，最大 转矩不变，临界转差率 增大，起动转矩先增大， 临界转差率大于1时，转 子电阻再增大，起动转 矩减小。
n、Te、I1、 cos1、 f ( P2 )
1. 转速特性 当输出功率 P2 0时，n ns ；
P2 增加时，负载转矩增加，转速下降，转子电流增加，
电磁转矩增加，以克服负载转矩； s N 1% ~ 5% ，因此，nN (95% ~ 99%) ns 。 当 P2 PN 时， 2. 定子电流特性 I ( I ) ，当输出功率 P2 0 时，I I ； 根据 I 1 m 2 1 m
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频率归算后 的电路图
(f1)
(f1)
频率归算前 的电路图
(f1)
(f2 = sf1)
22
将频率归算之后的转子电阻写成
R2 1 s R2 R2 s s
综上所述，进行频率归算有两方面的意义，一是使定、转子 23 电路的频率相等；二是推出了代表机械功率的等效电阻。
2
绕组归算
绕组归算是要解决定、转子绕组匝数、相数和 绕组因数不同的问题。 绕组归算的物理意义是：在转子对定子影响不 变的原则下，用匝数、相数和绕组因数与定子绕组 的匝数、相数和绕组因数相同的等效转子绕组代替 实际转子绕组。
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3. 1. 2 感应电机的运行状态
n ns n
ns n 称为转差。 s 称为转差率 ns
转差率是表征感应电机运行状态的基本变量。 三种运行状态：
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3.1.3 额定值(感应电动机)
额定值是电机制造厂在设计电机时对电机的一些电量和 机械量所规定的数据。电机运行时若各量均符合额定值，称
R 2 R 2 dTe 由 0 得 sm 2 2 X 1 X 2 ( X 1 X 2 ) ds R1
Sm称为临界转差率。
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2 m1 p U1 T max 2 R 2 2 f1 2[ R1 R1 ( X 1 X 2)2 ] sm 2 X 1 X 2 m1 p U 1 4 f（ 1 X 1 X 2）
可以通过将总机械功率除以机械角速度，也 可以通过将电磁功率除以同步角速度来计算电磁 转矩。 称为转矩常数 C T T C I cos
e T m 2 2
32 电磁转矩与主磁通量和转子电流的有功分量成正比。
第4章 异步牵引电动机的运行特性 4. 1 感应电动机的工作特性
感应电动机的工作特性是指：在额定电压和额定频率下， 感应电动机的转速、电磁转矩、定子电流、功率因数、效率 与输出功率的关 系。 即，当 U1 U N ，f1 f N 时，
笼 型 感 应 电 机
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笼型转子
8
转子铁心
9
转子绕组
笼型转子
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11
绕线型转子
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13
3. 气隙
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异步牵引电动机的结构特点： 1. 气隙较大。 2. 定子绕组绝缘结构采用耐电晕聚酰亚胺薄膜加 云母带。绝缘等级为200级。 3. 采用绝缘轴承。
4. 转子导条采用专用铜合金。
5. 结构部件轻量化。
电机运行于额定工况。 (1) 额定功率PN (2) 额定电压UN
(3) 额定电流IN
(4) 额定频率fN
(5) 额定转速nN 还包括额定功率因数、额定效率等。 对于三相感应电动机
PN 3U N I N cos N N
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3. 2
感应电动机内部的电磁关系
感应电机运行在电动机状态时，转子以转速0<n<ns旋转， 而定子磁场的转速为同步转速ns。
P2 增加时，转子电流增加，定子电流随之增大。
3. 功率因数特性 当输出功率 P2 0 时， I1 I m ，此时定子功率因数很低， 约为0.2。
当 P2 刚开始增加时，s 较小，转子功率因数较大，定子 电流中的有功分量增加，定子功率因数增大。
P2 4. 电磁转矩特性 Te T0 T2 T0 T0 2 n 60 当输出功率 P2 0 时，Te T0 。
pFe m1 I m Rm
2
感应电动机正常运行时，旋转磁场相对于转子的转速 很低，因此转子铁耗很小。 30
输入功率中减去定子铜 耗和铁耗后，其余部分 通过旋转磁场传递到转 子上，这部分利用电磁 感应作用传递到转子方 的功率称为电磁功率。
R2 I2 cos 2 m1 I 2 Pe P1 pcu1 pFe Pe m1 E 2 s 从传递到转子的电磁功率中减去转子铜耗，得到总机械功率 2 2 1 s R2 P Pe pcu 2 m1 I 2 R2 pcu 2 m1 I 2 s
Te
2 R2 2 2 f1 R1 ( X 1 X 2) s
R2 s
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2. 固有机械特性 指电动机在规定接线方式下，外加额定频率的额 定电压，定子、转子回路不串接任何电路元件时，电 动机转速(或转差率)与电磁转矩之间的关系，即n = f (Te)或 s = f (Te)。
I ( R jX ) E 2s 2s 2 2s
3. 3 三相感应电动机的等效电路
为了便于对感应电机进行分析计算，需要推出感应 电机的等效电路。
(f1)
(f2 = sf1)
1 频率归算
频率归算的目的是要解决定子、转子频率不同的问题。 频率归算的物理意义是：在转子方对定子方影响不变的原则 下，用静止的、转子电阻为R2/s的等效转子代替旋转的、电 阻为R2的实际转子。
n f (Te )
T形等效电路 考虑到Im很小， 将激磁支路开路
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R2 Te I s s s Pe m1
2 2
I2
U1 R 2 2 R 1 ( X 1 X 2 ) s
2 m1 pU1
2
2 ns 2 f1 s 60 p
6. 机械特性的变化 （1） 降低电源电压 2 m1 pU 1 T max 4 f （ 1 X 1 X 2）
R 2 sm X 1 X 2
m1 p U12 R 2 Tst 2 f1 R1 R 2 2 ( X 1 X 2)2


降低电源电压时，临 界转差率不变，最大 转矩和起动转矩随电 压平方减小。
2 m1 pU1 2
Te
R2 2 2 f1 R1 ( X 1 X 2) s
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R2 s
(1) 固有机械特性分析
1) 电动机状态 2) 发电机状态 3) 电磁制动状态
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3. 固有机械特性上的特殊点 1) 同步转速点A(理想空载点) 2) 额定运行点B 3) 最大转矩点C 2 R2 m1 pU1 s Te 2 R2 2 2 f1 R1 ( X 1 X 2) s
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3. 4 感应电动机的功率方程和转矩方程
下面按照功率的传递过程，利用等效电路对各种功率 和损耗进行分析，并建立功率和转矩方程。