电机学笔记

电机学

绪论

电机定义

1. 广义：所有实施电能生产、传输、使用和电能特性变换的机械或装置
2. 狭义：利用电磁场实现机电能量转换的装置
3. 电机的三种能量：电能、磁能、机械能
4. 电机的三类材料：电路、磁路、机械支撑
5. 电机的三个部分：定子、动子/转子、气隙

电机的材料

导电材料

导磁材料

磁导率
磁场感应强度/磁通密度
磁通
磁场强度
铁磁材料

硅钢片：
钢：比较小的磁滞回线面积，，得到比较小的磁滞损耗
硅 片：增大电阻率 减少涡流损耗

铁耗：

在电机中用软磁材料做成一定形状的铁心。因为铁心的磁导率比周围空气或其它物质的磁导率高的多，磁通的绝大部分经过铁心形成闭合通路，这部分磁通称为主磁通。磁通的闭合路径称为磁路。

注意：在一般工程计算中，电机中的磁场简化为磁路处理

1、导电体和非导电体的电导率之比可达，所以一般电流沿导电体流通，电主要以路的形式出现
铁磁物质和非铁磁物质磁导率之比只有~，因此磁力线向各个方向传播，有相当一部分流经非导磁物质，实际上，磁是以场的形式存在的

电导率通常是常数，电路大多是线性电路。铁磁材料的磁导率不是常数，B和H是非线性关系，因此磁路计算比电路计算复杂。

机械支撑与绝缘材料

小结

电机的结构

1. 电机上应有电流或者永磁铁产生磁场
2. 感应电动势和电磁力都和磁场磁感应强度B成正比
3. 为产生最大感应电动势和电磁力，磁场、导体和运动方向应该两两垂直

• 磁场：径向
• 导体：轴向
• 转向：切向

电机的作用

• 分类方法1 按照能量转换功能分
  （1）发电机：将机械能转化为电能；
  （2）电动机：将电能转化为机械能；
  （3）变压器：将电能变换为不同电压等级的电能。
• 电能广泛应用的原因？
  适宜于大规模集中生产，远距离经济传输，智能化自动控制

变压器

输电线 两线直流，三线交流

电机的分类

分类方法1：按照能量转换功能分：

（1）发电机：将机械能转化为电能；

（2）电动机：将电能转化为机械能；

（3）变压器：将电能变换为不同电压等级的电能；

（4）调相器：只有无功的传递；

（5）控制电机：进行信号的传递和转换。

分类方法2：按照结构分

变压器——一二次侧都是交流电

同步电机——顶置交流电，转子直流电/永磁体

异步电机——定转子交流电，转子短路

直流电机——定转子直流电（输入or输出）

分类方法3：按照功能分：

发电机 变压器 电动机

异步电机 & 同步电机

异/同 步电机得名于转子旋转速度和定子磁场速度不一致/一致，根本上是结构不同 在没有定子下，转子也能产生磁场的是同步 没有的是异步

大多数异步电机是电动机，大多数电动机是异步电机；绝大多数同步电机是发电机，绝大多数发电机是同步电机。而非一定。

电机的工作原理

利用电磁场实现机电能量转换

同步发电机

物理连接： 输入转轴机械能 输出绕组引出线电能

作用方式：靠磁场进行能量转换，根据电磁感应定律 能量不会减少

异步电动机

物理连接：输入电能-绕组引出线 输出转轴机械能

作用方式：靠磁场进行能量转换根据电磁感应定律 电磁力 能量不会减少

直流发电机

输入转轴机械能（转子） 输出电能-电刷（转子）

直流电动机

输入电能电刷（转子） 输出转轴机械能（转子）

在电动机状态下，电机中有感应电动势吗？在发电机状态下，电机中有电磁力吗？

只要导体切割磁力线，导体中即产生感应电动势；只要磁场中的导体有电流流通，在导体上即会有电磁力作用。在电动机状态下，感应电动势称为反电动势；在发电机状态下，电磁力称为电磁阻力。——都反映了磁场对输入的反作用

能量平衡

发电机 机械能 = 磁场储能增量 + 热能损耗 + 电能

电动机 机械能 + 磁场储能增量 + 热能损耗 = 电能

电机内能量转换过程中，有四种能量形态（3+1）： 电能，机械能，磁场储能，热能

电机学理论基础

磁路基尔霍夫第一定律

• 对于电路，流入任一节点的电流代数和为零
  
• 对于磁路，流入任一节点的磁通代数和为零
  

磁通连续性原理

The total magnetic flux on closed surface A of volume V is always ZERO !

磁路基尔霍夫第二定律

对电路：沿某一方向绕回路一周，则回路内各段电动势和电压代数和恒为零，即：

• 首先应规定电流，电势，电压降的正方向，凡电势和电压降的正方向与环绕方向一致时，取正号，反之，取负号。

对磁路：沿某一方向绕回路一周，则回路内各段磁动势和磁压降代数和恒为零，即：

磁路欧姆定律

电感
C. 电感
线圈中流过电流产生磁场，穿过线圈的磁通形成磁链。磁链与流过线圈的电流之间成正比，比例系数 称为电感。它是反应导体电磁特性的参数，单位为

电感与线圈匝数的平方成正比，与磁场介质的磁导成正比关系 （与磁阻成反比），而与线圈所加的电压、电流或频率无关

电感是沟通电、磁关系的一个重要参量
电磁感应定律也可由电感来表达

$$
e=-\frac{\mathrm{d} \Psi}{\mathrm{d} t}=-\frac{\mathrm{d} \Psi \cdot \mathrm{d} i}{\mathrm{d} i \cdot \mathrm{d} t}=-L \frac{\mathrm{d} i}{\mathrm{d} t}
$$

电机学中常把各种感应电动势用电抗电压降来处理，这样做易于建立电机的数学模型 ——电机中的各种磁通可引出相应的各种电抗

磁路和电路的类比关系

磁 路		电 路
基本物理量及公式	单位	基本物理量及公式	单位
磁通		电流
磁动势		电动势
磁压降		电压降
磁阻		电阻
磁导		电导
欧姆定律
基氏第一定律
基氏第二定律

• 在处理电路时不涉及电场问题，在处理磁路时离不开磁场的概念
• 在处理电路时一般可以不考虑漏电流，在处理磁路时一般都要考虑漏磁通
• 磁路欧姆定律和电路欧姆定律只是在形式上相似。由于 不是常数，其随励磁电流而变，磁路欧姆定律不能直接用来计算，只能用于定性分析
• 在电路中，当 E=0时，I=0；但在磁路中，由于有剩磁，当 F=0 时， 不为零

给定磁动势求磁通：旋转电机的简化计算
励磁电流产生的磁场

• AMPERE’ s law:
  铁芯部分只消耗总磁动势的百分之几到百分之十几
• and
• Field vectors in air gap: only dominating radial components considered!
• Number of turns of coil , coil current

总结-电机学绪论中的七个三

• 旋转电机 直流机、异步机、同步机
• 部分 定子(铁芯、绕组、机座)、转子(铁芯、绕组、转轴)、气隙
• 材料 电路、磁路、机械支撑和绝缘
• 电磁定律 全电流、电磁感应、电磁力
• 磁路定律 基氏第一、第二、欧姆
• 主要能量+1 电能、磁场能、机械能、热能
• 损耗 铜耗、铁耗、机械损耗

变压器

单相变压器的工作原理

Transformer

将电能转换为不同电压等级的电能，利用电磁场实现机电能量转换，频率不变

基本结构

cos超前sin 90°

空载运行

负载运行

参考正方向

2, 2, 3, 4

磁通

主磁通 : 通过铁心闭合，与一次和二次绕组同时相交链
漏磁通 : 主要通过非铁磁材料（如空气，油）闭合，仅与一个绕组相交链

一次绕组的漏磁通 $\dot{\Phi}{1\sigma}\dot{i_1}\dot{\Phi}{2\sigma}\dot{i_2}$ 产生，仅与二次绕组相交链

主磁路只有铁磁材料，漏磁路可近似认为只有非铁磁材料
数量上：主磁通占99%以上，漏磁通仅占1%以下
性质上：主磁通与产生它的电流成非线性关系，漏磁通与产生它的电流成线性关系
磁阻

变压器中主磁通和漏磁通的区别：

	主磁通	漏磁通
磁路	铁芯	非铁磁材料
磁路磁阻大小	小	大
数量	以上	1%以下
交链绕组	一次和二次侧绕组	一次或二次侧绕组
功能	传递能量	感应漏电动势
与产生它的电流 的关系	非线性	线性
产生的电感是否 变化	变化	不变

感应电动势

一次侧感应电动势 (匝数 )
二次侧感应电动势 (匝数 )

一次侧感应漏电动势

二次侧感应漏电动势

, 铁心线圈的漏电感 常数

当 是正弦电压时，其它各电压、电流、电动势可视作正弦量，则正弦稳态下感应电动势的相量表达推导如下：
设:
则:

感应电动势有效值:

漏电势有效值:

相量:

$$
\dot{E}_1=-j 4.44 f N_1 \dot{\Phi}_m \
\dot{E}2=-j 4.44 f N_2 \dot{\Phi}m \
\dot{E}{1 \sigma}=-j 2 \pi f \frac{N_1 \dot{\Phi}{1 \sigma}}{\dot{I}1} \dot{I}1=-j 2 \pi f L{1 \sigma} \dot{I}1=-j \dot{I}1 x{1 \sigma} \
\dot{E}{2 \sigma}=-j 2 \pi f \frac{N_2 \dot{\Phi}{2 \sigma}}{\dot{I}_2} \dot{I}2=-j 2 \pi f L{2 \sigma} \dot{I}_2=-j \dot{I}2 x{2 \sigma}
$$

电路方程

恒压下有恒磁通

变比

电压、感应电动势和磁通：波形和相量

空载电流可以分为两部分：
铁耗电流（有功分量）：供变压器空载损耗（铜耗和铁耗，主要是铁耗）
磁化电流（无功分量）：用来励磁，建立磁场

$$
\dot{I}0 = \dot{I}{fe} + \dot{I}{\mu} \quad \dot{I}{\mu} \gg \dot{I}_{fe}
$$

单相变压器，磁路饱和时的磁化电流

尖顶 ——正弦 ——正弦
正弦 ——平顶 ——尖顶

讨论：空载电流的大小

等效电路

讨论：比大小

空载时，励磁电阻和励磁电抗远大于漏阻抗
额定电压下，电压无论增加还是减少，励磁电抗都减小（ 最大值 最大 最小）

功率流程图

总结

（1）一次侧主电势与漏阻抗压降总是与外施电压平衡,若忽略漏阻抗压降，则一次主电势的大小由外施电压决定—恒压下有恒磁通。

（2）主磁通大小由电源电压、电源频率和一次线圈匝数决定。

（3）空载电流大小与主磁通及磁路的磁阻有关。铁心所用材料的导磁性能越好，空载电流越小。

（4）电抗是磁链与产生该磁链电流的比值，线性磁路中，电抗为常数，非线性磁路中，电抗的大小随磁路饱和而减小。由于主磁通铁心为非线性磁路，励磁阻抗不是常数。

单相变压器的负载运行负载运行

额定点工作时，极其小，
如变压器一次侧电源电压、电源频率和线圈的匝数不变，负载与空载时的主磁通几乎不变。恒压下有恒磁通。

参数折算 令

磁势不变-电流折算

主磁通不变-电动势折算

二次侧有功、无功功率不变，二次侧传递给负载的功率不变

• 阻抗折算

• 电压折算

功率流程图

$$
\begin{aligned} & P_1=\dot{U}_1 \cdot \dot{I}_1=U_1 I_1 \cos \varphi_1 \ & =\left(-\dot{E}_1+\dot{I}_1 r_1+j \dot{I}1 x{1 \sigma}\right) \cdot \dot{I}_1 \ & =-\dot{E}_1 \cdot \dot{I}_1+I_1^2 r_1+0 \ & =-\dot{E}_1 \cdot\left(\dot{I}_m-\dot{I}2^{\prime}\right)+p{c u 1} \ & =-\dot{E}_1 \cdot \dot{I}_m+\dot{E}_1 \cdot \dot{I}2^{\prime}+p{c u 1} \ & =\dot{I}_m\left(r_m+j x_m\right) \cdot \dot{I}_m+\dot{E}_1 \cdot \dot{I}2^{\prime}+p{c u 1} \ & =I_m^2 r_m+0+\dot{E}_2^{\prime} \cdot \dot{I}2^{\prime}+p{c u 1} \ & =\left(\dot{U}2^{\prime}+\dot{I}2^{\prime} r_2^{\prime}+j \dot{I}2^{\prime} x{2 \sigma}^{\prime}\right) \cdot \dot{I}2^{\prime}+p{f e}+p{c u 1} \ & =\dot{U}2^{\prime} \cdot \dot{I}2^{\prime}+I_2^{\prime 2} r_2^{\prime}+0+p{f e}+p{c u 1} \ & =\dot{U}2 \cdot \dot{I}2++p{c u 2}+p{f e}+p{c u 1}
\end{aligned}
$$

小结

参数测量

空载实验在低压侧测量，相对高压侧电压小（安全），电流大（准确）
短路实验在高压侧测量，相对低压侧电压大（准确），电流小（安全）

• Q1：空载和短路测的是什么参数？
  空载测的励磁阻抗，短路测短路阻抗
• Q2：在什么电压电流下测量呢？
  空载在额定电压下测量，需要准确；短路实验在下额定电流下测
• Q3：在哪一侧测量呢？
  空载低压，短路侧高压
• Q4：如何由测量结果计算参数？
  
• Q5：和温度有什么关系？
  短路电阻与温度有关

三相变压器

基本概念

• 三相正弦交流电压
• 相序
• 星形（Y）接法与三角形（D）接法
  • Star(Y) Delta()
  • 
  • 
  • 
• 视在功率
• 
• 联接法：一/二次三相绕组的联接
  • 一次侧和二次侧的三相绕组可以是星形(用Y或y表示)，也可以是三角形联接(用Δ,D或d表示)
  • 三相变压器可以连接成如下几种形式——Yy或YNy或Yyn； Yd或YNd； Dy或Dyn； Dd前面的大写字母表示高压绕组的联接法，后面的小写字母表示低压绕组的联接法，N(或n)表示有中点引出的情况

例题：三相变压器参数计算

三相变压器额定容量为2500KVA，额定电压为60/6.3KV，Y/Δ联接。则

• 一次侧额定电流 [24.06] A
• 二次侧额定电流 [229] A
• 一次侧额定相电压 [34.64] kV
• 二次侧额定相电压 [6.3] kV
• 一次侧额定相电流 [24.06] A
• 二次侧额定相电流 [132] A
• 变比为 [5.5]

解析：
首先，我们需要了解几个关键概念：

• 变压器的总容量 (S) = 2,500 KVA
• 一次侧额定电压（线电压） = 60 kV
• 二次侧额定电压（线电压） = 6.3 kV
• 连接方式：Y/Δ

1. 一次侧额定电流计算

由公式 ，其中 ( V_{L} ) 是线电压。

对于一次侧：

2. 二次侧额定电流计算

同样使用上面的公式，但这次使用二次侧的数据：

3. 一次侧额定相电压计算

因为是Y联接，相电压等于线电压除以根号3：

4. 二次侧额定相电压计算

因为是Δ联接，相电压等于线电压（在Δ连接中，线电压与相电压相等）：

5. 一次侧额定相电流计算

由于Y连接，相电流等于线电流：

6. 二次侧额定相电流计算

在Δ连接中，相电流等于线电流除以根号3：

7. 变比计算

变比 (k) 定义为一次侧线电压与二次侧线电压之比：

不过，对于Y/Δ的情况，实际应用中常用相电压比来定义变比。

两瓦计法使用三相三线制或者三相四线制的对称负载

三相变压器的测量

标幺值（PU） Per Unit Value

为了便于工程计算，往往不用U、I和Z等基本物理量的实际值，而对其进行归一化，称为标幺值。

基值的选定

基值选定(用下标b表示) : 对于电路计算，四类基本物理量U、I、Z和S中，
有两类量的基值可以任意选定，其余两类量的基值可根据电路定律导出

电压 、电流 ：相取相额定值，线取线额定值（则相与线标幺值相同）

注意：二次侧折算到一次侧的物理量的基值，应取一次侧的额定值，标幺值不用考虑折算。

阻抗：额定相电压/额定相电流

功率 ：一相取 =额定相电压*额定相电流；三相取 =3*额定相电压*额定相电流 （则一相与三相标幺值相同）

例题

应用标幺值优点

（1）折算到高压侧或低压侧时变压器的参数恒相等，故用标幺值计算时不必再进行折算。（不用区分高压侧低压侧）

（2）线值和相值基值取得不同，则线和相的电压、电流标幺值，每相和三相的功率标幺值均相同。（不用区分线和相的电压电流，单相和三相的功率）

（3）各物理量的数值简化了，比如：电压、电流等物理量的额定值等于1

（4）某些物理量具有相同的数值，如：一/二次侧的 电阻、额定电流时的电阻压降和铜耗，值都相等。

（5）采用标幺值表示电压、电流时，可以直观地看出变压器的运行情况
满载时，半载时

（6）不论变压器或电机容量的大小，用标幺值表示时，各个参数和典型的性能数据通常都在一定的范围以内，例如，空载电流约为 0.01-0.10；短路阻抗约为0.04-0.10，因此便于比较和分析。

越小，越满载

运行特性

电压调整率

边外施额定电压，副边负载功率因数不变时，副边端电压随负载电流变化的规律 称为变压器的外特性。

从空载到负载时二次侧电压变化的百分值，称为电压调整率：

为空载时二次侧电压
为给定负载功率因数下二次侧输出额定电流时的二次侧电压。

电压调整率反映了变压器供电电压的稳定性，不稳定的原因：内电阻与漏抗使次级电压随负载变化。电压调整率：与负载系数、负载功率因数和短路参数有关

阻和感性负载电流滞后于电压，，Δ U为正值，负载后，二
次侧电压比空载电压低；

容性负载电流超前于电压， ，为负值，Δ U可能会出现
负值，即二次侧电压可能比空载电压高。

变压器效率

增大而下降

一般半载时效率最高。

例题：变压器效率

电阻负载

结构与联接组

三相心式变压器 B 相励磁电流和其他的相不一样，更小

高压线圈包着低压线圈

变压器箱体（即油箱）里灌满变压器油，铁芯与绕组浸在油里。变压器油的作用是绝缘和散热。

变压器分类

波形问题

问题1：三相变压器的励磁电流、磁通和感应电动势中，三相的三次谐波有什么关系？

三次谐波都是同相位同大小的。

问题2：三相变压器的不同磁路、电路对励磁电流、磁通和感应电动势中的三次谐波有什么影响？

励磁电流、感应电动势——看电路：Y，D
磁通——看磁路：组式，心式

原则1：电路

Y联接：电流没有三次谐波（只能正弦），
感应电动势的三次谐波可以有

D联接：电流和感应电动势的三次谐波都可以有

原则2：磁路

组式三相变压器：主磁通的三次谐波可以只走铁心。

心式三相变压器：主磁通的三次谐波不能只走铁心。

放弃 ：(

位形图

时钟表示法

Yy0

Yy4

Yy6

注：Yy2 Yy8 Yy10 画法略

Yd11

注：其他略

标准联结组

• 为了制造和并联运行时的方便，我国规定Y/yn0；Y/d11；YN/d11；YN/y0和Y/y0等五种作为标准联接组，其中，前三
  种最为常用。
• Y/yn0联结组二次侧可引出中线，成为三相四线制，用于配电变
  压器时可兼供动力和照明负载→不对称产生。
• Y/d11联结组用于二次侧电压超过400V的线路中，此时变压器有一侧接成三角形，对运行有利。
• YN/d11联结组主要用于高压输电线路中，使电力系统的高压侧可以接地

变压器并联

例题：变压器并联

共同理论

• 同步电机和异步电机的转子结构、工作原理、励磁方式和运行特性上差别很大
• 定子绕组的结构型式相同
• 定子绕组中所发生的电磁过程以及机电能量转换的机理和条件相同
• 定子绕组的感应电动势、磁动势的性质、分析方法都相同

绕组

对交流电机绕组的基本要求？——正弦、恒定、对称、较大

• 电势波形要尽可能正弦
• 频率要恒定
• 三相对称
  • 三相电势的大小要相等
  • 相位要互差120度
• 导体数一定时获得较大的基波电势

Q1：如何保证单根导体的感应电动势正弦——保证磁场分布正弦

电角度

电角度＝极对数 × 机械角度

Q2：如何保证频率恒定？保证磁场转速恒定

槽距角

槽电势星形图

Q3：如何保证三相对称？
用槽电势星形图分相，将每个相带内所有导体正向串联构成相电动势

相带：每相交流绕组在电枢圆周上连续占
据的电角度。为了三相绕组对称，在每对
极面下每相绕组应占有相等的电角度。

120°相带：把每对极所对应的定子槽划分为三等分，使每相带占120°电角度。

Q4:如何产生较大的感应电势？ 60°相带

每极每相槽数

相带

线圈

级距与节距

总结：对交流绕组的基本要求

1. 绕组产生的电动势接近正弦波且恒频

设计原则1：设计正弦分布转速恒定的磁场，可以在导体中感应
频率恒定的正弦波电动势

2. 三相绕组的基波电动势必须对称

设计原则2：用槽电势星形图分相保证三相感应电动势对称

3. 在导体数一定时能获得较大的基波电动势

设计原则3：采用60度相带可获得较大的基波电势！AZBXCY / U1W2V1U2W1V2

4极24槽，如何设计绕组，计算线电势？

分-绘制槽电势星形图
槽距角
每极每相槽数 总槽数 极对数相数

单层叠绕组

Step 1: 导体→线圈（单匝、多匝）

Step 2: 线圈→线圈组

Step 3: 线圈组→一相

Step 4: 一相→三相（Y接法或D接法）

三相双层绕组

电势

三相绕组电势

谐波

:( 放弃

磁势

:( 放弃

异步电机

异步：转子旋转速度与磁场旋转速度不同

同步电机是怎样工作的？定子磁场与转子磁场的相互作用，同极数，同向，同速

基本知识

异步电机的定转子磁场是机械旋转磁场。异步电机(转子交流电，短路)

定义和作用

异步电机（induction motor/）： 定子绕组接到交流电源，转子绕组自身短路，由于电磁感应，在转子绕组中产生电动势、电流，从而产生电磁转矩。所以，异步电机又叫感应电机。

用途： 主要用作电动机，拖动各种生产机械。也可作为异步发电机使用。单机使用时，常用于电网尚未到达的地区，又找不到同步发电机的情况，或用于风力发电等特殊场合上。

优点: 结构简单、容易制造、价格低廉、运行可靠、坚固耐用、运行效率较高等。

缺点: 功率因数较差。异步电动机运行时，必须从电网里吸收滞后电流（感性无功功率），使电网功率因数降低。

分类

异步电机的定子

1. 定子铁心：是电动机磁路的一部分，装在机座里。为了降低定子铁心里的铁损耗，定子铁心用0.5mm厚的硅钢片叠压而成，在硅钢片的两面还应涂上绝缘漆。下图所示为定子槽,其中 (a)是半闭口槽，用于低压小型异步电动机中； (b)是半开口槽，用于中型500V以下的异步电动机中；(c)是开口槽，用于大、中型容量的高压异步电动机中
   

2. 定子绕组： 高压大、中型容量的异步电动机定子绕组常采用Y接（抵消三次谐波），只有三根引出线，如图(a)所示。对中、小容量低压异步电动机，通常把定子三相绕组的六根出线头都引出来，根据需要可接成Y形或△形，如图(b)所示。定子绕组用绝缘的铜（或铝）导线绕成，嵌在定子槽内。
   

3. 机座：主要是为了固定与支撑定子铁心。如果是端盖轴承电机，还要支撑电机的转子部分。因此，机座应有足够的机械强度和刚度。对中、小型异步电机，通常用铸铁机座。对大型电机，一般采用钢板焊接的机座，整个机座和座式轴承都固定在同一个底板上

异步电机的转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成。

1. 转子铁心：是电机磁路的一部分，它用0.5mm厚的硅钢片叠压而成。铁心固定在转轴或转子支架上，整个转子的外表呈圆柱形。
2. 转子绕组：分为笼型和绕线型两类。
   1. 笼型转子：在转子的每个槽里放上一根导体，在铁心的两端用端环连接起来，形成一个短路的绕组。如果把转子铁心拿掉，剩下来的绕组形状像个松鼠笼子，因此又叫鼠笼转子。导条的材料为铜或铝。
   2. 绕线型转子：绕线型转子的槽内嵌放有用绝缘导线组成的三相绕组，一般都联接成Y形。转子绕组的三条引线分别接到三个滑环上，用一套电刷装置引出来。
      优点：可以把外接电阻串联到转子绕组回路里，改善电动机的启动性能或调节电动机的转速。
      缺点：与笼型转子相比较，绕线型转子结构稍复杂，价格稍贵。
      
3. 异步电动机的气隙比同容量直流电动机的气隙小得多，在中、小型异步电动机中，气隙一般为0.2~1.5mm左右。

额定值

工作原理

定子电流->定子磁场->定子转子感应电动势->转子电流->转子磁场

• 三相对称电流形成旋转磁场，转速 ，称为同步速
• 磁场运动切割转子导体，导体感应电势
• 回路闭合产生感应电流
• 电流受到磁场作用产生电磁力，形成转距，带动转子和机械负载一同旋转，转速

转差率

转与不转

绕线式

转子静止，转子绕组开路

转子静止（堵转），转子绕组短路

转子旋转，转子绕组短路——异步电机正常运行

转子磁势与定子磁势转速相同，空间相对静止，与转子转速无关

笼型转子

笼型转子所生磁动势的极数与感生它的气隙磁场的极数总是相同，且定、转子磁动势波在空间的推移速度始终为同步速度

总结

能量转换

不同转速

,

三种表达形式

异步电机与变压器对比

Step 1：化为单相问题分析
若异步电机
– 定子取一相AX
– 转子取一相ax（转子有几相？
绕线型三相，笼型转子的相数等于转子导条数）

Step 2：寻找简单的工作状态：异步电机的空载？

Step 3：回顾变压器的负载运行

气隙磁场是由定子、转子磁动势共同产生的合成磁场

① 转子静止，转子绕组开路——相当于变压器空载
② 转子静止（堵转），转子绕组短路——相当于变压器短路
③ 转子旋转，转子绕组短路——异步电机正常运行

讨论1

漏磁通:仅与定子或转子绕组交链的磁通
(转子漏磁通在转子中有电流时才产生)
漏磁按路径分

1. 槽漏磁通: 横穿槽的基波漏磁通;
2. 端部漏磁通:交链绕组端部的漏磁通;
3. 谐波漏磁通: 是气隙总磁通减去基波磁通后所剩下来的磁通，故又称差漏磁通。

讨论2

讨论3

Step1：频率折算

Step2: 绕组折算

用一个假想的 的线圈取代 的线圈，折算前后等效——电磁过程、能量传递不变

• 转子绕组磁动势不变
• 铁心中主磁通不变
• 转子侧有功功率不变
• 转子侧无功功率不变
• 转子传递给负载的功率不变

电路方程与T形等效电路

对比异步电机与变压器

相量图

回顾：变压器

功率与转矩

功率流程图

异步电动机转矩平衡

重要公式

例题

电磁转矩的三种表达式

物理表达式

电磁转矩是由转子电流有功分量和气隙中旋转磁场的基波磁通相互作用产生的

参数表达式

转矩-转差率曲线 曲线

转矩-转速曲线 曲线

最大转矩

起动转矩

实用（简化）公式

总结

起动和调速

例题： 为什么起动电流大，起动转矩小？

起动电流大，起动转矩小
如何改善？
需要改善吗？