一、三相异步电动机负载运行时的电磁关系
二、异步电动机的磁场
1. 主磁通
主磁通是由定、转子基波旋转磁动势共同产生的，经过气隙并同时交链定、转子绕组的基波磁通，是机电能量转换的耦合场。
主磁路组成：
- 定子齿
- 定子轭
- 气隙
- 转子齿
- 转子轭
2. 漏磁通
由定、转子电流产生，仅交链定子绕组或转子绕组的磁通，包括：
定子漏磁通 ：
- 槽漏磁通
- 端部漏磁通
- 谐波漏磁通
感应漏磁电动势：
转子漏磁通 ：
- 槽漏磁通
- 端部漏磁通
- 谐波漏磁通
感应漏磁电动势：
谐波漏磁通：
异步谐波磁场切割绕组产生与基波同频率的感应电动势，其频率为：
3. 三相异步电机与变压器磁场对比
对比项 | 变压器 | 异步电机 |
主磁场性质 | 时间矢量，正弦交变磁场 | 空间矢量，正弦旋转磁场 |
交链关系 | 同时交链原边或副边绕组 | 同时交链定子或转子绕组 |
的大小 | 主磁通最大值 | 每极基波磁通 |
、 | 仅交链原边或副边绕组 | 仅交链定子或转子绕组 |
三、三相异步电动机负载时的运行分析
1. 转子转动对各物理量的影响
(1) 转子频率（转差频率）
气隙磁场转速：
转差速度（切割速度）：
转子频率：
状态 | 转子静止（堵转） | 转子转动 |
转子转速 | （电动机状态） | |
转差速度 | ||
转子频率 |
(2) 转子电动势
转子电动势频率：
转子电动势有效值：
其中 为转子静止时的转子电动势
这个公式本质就是表达，一定频率交变的磁场在某种绕组中能够产生的感应电动势的大小。所以虽然这个公式是在定子绕组中推导的，但是也可以直接套用在转子侧。
(3) 转子一相漏阻抗
转子漏阻抗：
转子电阻（与频率无关）：
转子漏电抗（与频率有关）：
其中 为转子静止时的转子漏抗
(4) 转子一相电流
转子电流频率：
转子电流有效值（考虑鼠笼式，自闭和）：
转子功率因数角：
(5) 转子三相合成基波磁动势
转子三相合成基波磁动势 是圆形旋转磁动势，其特性为：
幅值：
其中 为相数，一般为三相。如果对这个公式感到疑惑可以看这里
相位：在时-空矢量图上与 同相
转向：转子电流超前相轴至电流滞后相轴（与 同转向）
转速：
- 相对于转子：
- 相对于定子：（与 同转速）
重要结论： 与 相对静止，这是实现稳定电磁转矩的基础。
2. 磁动势平衡与电动势平衡
(1) 磁动势平衡——“恒磁通”和“自跟随”
磁动势平衡方程：
- ：励磁分量磁动势
- ：负载分量磁动势（抵消转子磁动势）
注意：由于定、转子电流频率不同，磁动势平衡方程的电流形式不成立：
因为 ，而叠加了机械转速，认为和定子磁动势是同步的
恒磁通：
三相异步电机负载运行时，定转子绕组时间存在磁动势平衡关系，电源电压、频率不变，则主磁通不变
自跟随：
原边电流自动调节，产生的磁动势负载分量抵消的作用，维持主磁通不变
(2) 电动势平衡
定子回路：
转子回路（闭合）：
其中：
为转子静止时的转子电动势， 为转子静止时的转子漏抗
注意有效值和相量的区别！！！
3. 转子频率折算
折算目的
用等效静止的转子代替以转速 转动的转子，即将转子实际频率 用定子频率 来代替，从而建立定、转子之间电流与电动势的关系。
其实最终的目的是【化场为路】。但是定转子电流的频率不一样，所以需要进行一定的折算才能放到同一个电路中进行运算
折算依据
转子频率 仅影响转子旋转磁动势 相对于转子的转速，但 相对于定子的转速始终为 ，与 的大小无关。
定转子之间仅仅通过相联系，只要保持转子磁动势的大小、相位、转速、转向不变，对定子侧的影响不变，折算前后电机的电磁本质不变。
折算实质
从定子侧看进去，只需保持折算前后 （大小、相位、转速、转向）
- 转速和转向条件天然满足
- 与 相对静止
- 大小条件等价于：
- 相位条件等价于：转子阻抗角相等，
等效转换
实际转动转子（）：
- 转子电流：
- 有效值：
- 功率因数角：
等效静止转子（）：
- 转子电流：
（频率为 ）
- 有效值：
- 功率因数角：
只要将转子侧电阻变为 ，电抗变为 则可以用静止的转子来等效替代实际的旋转转子
附加电阻的物理意义
实际转动的转子：
- 铜耗：
- 总机械功率：
等效静止的转子：
- 铜耗：
- 附加电阻消耗功率：
- 总机械功率：
- 附加电阻 表征轴上的机械负载。附加电阻上消耗的三相总功率替代了实际转动转子的三相总机械功率：
- 异步电机可以看作一个带纯电阻负载的变压器
4. 转子绕组折算
6. 异步电动机的等效电路
T型等效电路
特点：
- 附加电阻 表征机械负载
- 有功功率：
简化Γ型等效电路
- 因主磁路包含气隙， 与变压器相比较小， 较大；
- 漏磁通比变压器大， 比变压器大
👉 和变压器的型等值电路形式不同！
参数测定：
- ：短路试验测得
- ：空载试验测得
注意：等效电路中的各参数均为一相的值。
我们构建的是单相的等值电路
不同运行状态的等效电路
- 空载运行（）：开路
- 主要是用来建立磁场；
- 但是和变压器空载不同，此时转子接近以同步速旋转，所以还需要承担一部分机械损耗
- 堵转运行（）：
堵转运行的时候，励磁支路和转子的阻抗直接并联；励磁阻抗很大，因此被直接忽略了
- 负载运行（）：
运行特点分析
- 空载运行：
- → 很小 → 很小， 很小 →
- → 很小
- 有功功率：（很小）
- 无功功率：（大）→ 电网功率因数下降
异步电动机避免空载运行，需要补偿空载损耗。
- 堵转运行：
- → →
- →
- 有功功率：
异步电动机堵转或起动时电流很大。
- 负载运行：
- 负载变化时的功率自动调节（自跟随作用）：
在稍低转速下达到新的稳态 。
不变 → 不变，输出功率增加，则输入功率自动增加。
7. 三相异步电动机的时-空矢量图
重要结论
转子三相合成基波磁动势 在空间上滞后气隙磁密 为 电角，即 的空间相位仅取决于转子回路的阻抗角 ，与转子位置无关。
注意事项
- 定、转子空间矢量是相对静止的，图中定子侧与转子侧空间矢量的相位关系反映了气隙磁动势波（或磁密波）的实际相位关系
- 定子侧与转子侧时间相量之间的相位关系不是实际相位关系，实际相位关系还需加上时轴之间的相位差
一般选择各相的相轴作为时轴（ ）
然而，定子侧和转子侧的相轴显然是不同的，他们之间差了一个转子位置角
👉🏻 实际进行电机控制的时候，转子侧的电压、电流等效到定子侧需要进行坐标变换
- 实际转子转动时， 一直在变化，因而两个不同频率的时间相量之间实际上不存在固定的相位关系
- 时空矢量图把定、转子不同频率的物理量联系起来，定、转子时间相量仅在时-空矢量图上具有固定的相位关系
8. 三相异步电动机的相量图
经频率折算和绕组折算后，用电流相位关系代替了磁动势的相位关系，本质上仍是时-空矢量图。
- 电流代替了磁动势（在时空矢量图中同相）
- 磁通代替了磁密（在时空矢量图中同相）
- 所有的空间矢量都被时间相量代替，故称之为相量图
9. 变压器与异步电机的对比
相同点
- 两者磁场都为单边励磁，另一边感应，利用电磁感应原理实现电能传递或机电能量转换（变压器原副边，异步电机定转子都只有磁的耦合）
- 两者都是依据"磁动势平衡"的原理运行，在电源的电压、频率不变的条件下，负载变化时均满足"恒磁通"和"自跟随"
不同点
对比项 | 变压器 | 异步电机 |
主磁场的性质 | 时间矢量，正弦交变磁场 | 空间矢量，正弦旋转磁场 |
的大小 | 主磁通最大值 | 半波产生的磁通量（每极基波磁通） |
产生的感应电动势 | 同时交链原边或副边绕组分别感应相同频率主电动势 | 同时交链定子或转子绕组分别感应不同频率的主电动势 |
、及其感应电动势 | 仅交链原边或副边绕组分别感应漏磁电动势 | 仅交链定子、或转子绕组分别感应漏磁电动势 |
主电动势公式 | ||
漏磁电动势公式 |
四、笼型转子的绕组数据*（背结论）
笼型转子的极数
笼型转子没有固定的极对数，自动和定子的极对数匹配，即：
笼型转子的相数
笼型转子绕组的相数取决于导条数 与极对数 的关系。
情况一： 整数
相邻两根导条的空间相位差：
气隙旋转磁场 以 切割转子导条，相邻两根导条中感应电动势 ：
- 大小相等
- 频率相同
- 时间上互差 电角度
这构成对称的 相电动势，因此：
笼型转子具有自动分相的特点，相数等于导条数。
情况二： 整数
此时，每对极下相邻两根导条中感应电动势 ：
- 大小相等
- 频率相同
- 时间上互差 电角度
这构成对称的 相电动势，因此：
各对极下属于同一相的 根导体视为并联，折算到定子侧的电流和阻抗为：
折算电流：
折算电阻：
折算漏抗：
重要结论：无论用 还是 作为转子相数，折算到定子都是一样的，对定子的影响相同。所以采用更简单的方法，认为转子的相数为：
笼型转子的匝数和绕组系数
每相串联匝数：
（每相一根导体，导体两端通过端环连接形成回路）
绕组系数：
（笼型绕组不存在短距和分布，每根导条就是一个完整的"线圈边"）
笼型转子绕组数据总结
参数 | 数值/公式 | 说明 |
极对数 | 自动匹配定子极数 | |
相数 | 或 | 自动分相 |
每相匝数 | 每相一根导体（半匝） | |
绕组系数 | 无短距、无分布 |
五、异步电动机的参数测定
1. 空载试验
试验目的
测励磁阻抗 、铁耗 、机械损耗
试验方法
轴上不带任何负载,调节，每次测 、。
计算过程
对应 :
空载阻抗:
空载输入功率:
其中:
- 电桥法可以测得
- 仅与 有关,试验过程中近似不变、
因此:
从图中可得:
- 截距
- 在额定电压下:
因此励磁电阻为:
空载电抗:
短路试验测得 或通过经验公式),才能从 中分离出 。
但是，短路实验只能测得，将两者分离是困难的，一般直接认为两者相等
