第7章感应电动机
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第7章 感应电动机
7.1 感应电动机的原理、种类及主要结构
7.1.1 三相异步电动机的原理
三相异步电动机的定子铁心上嵌有对称三相绕组，在圆柱体的转子铁心上嵌有均匀分布的导条，导条两端分别用铜环把它们联接成一个整体。当对称三相绕组接到对称三相电源以后，即在定子、转子之间的气隙内建立了以同步转速n 0旋转的旋转磁场。由于转子上的导条被这种旋转磁场的磁力线切割，根据电磁感应定律，转子导条内会感应产生感应电动势，若旋转磁场按逆时针方向旋转，如图7-1-1所示，根据右手定则，可以判明图中转子上半部导体中的电动势方向，都是进入纸面的，下半
部导体中的电动势都从纸面出来的。因为转子上导条已
构成闭合回路，转子导条中就有电流通过。如不考虑导
条中电流与电动势的相位差，则电动势的瞬时方向就是
电流的瞬时方向。根据电磁力定律，导条在旋转磁场中，
并载有由感应作用所产生的电流，这样导条必然会受到
电磁力。电磁力的方向用左手定则决定。从图7-1-1可看
出，转子上所有导条受到的电磁力形成一个逆时针方向的电磁转矩。于是转子就跟着旋转磁场逆时针方向旋
转，其转速为n 。如转子与生产机械联接，则转子上受到的电磁转矩将克服负载转矩而作
功，从而实现能量的转
换，这就是三相异步电动
机的工作原理。
7.1.2 三相异步电机的
结构
和直流电机一样，三
相异步电动机主要也由
静止的定子和转动的转
子组成。定子与转子之间
有一个较小的气隙。图
7-1-2表示绕线转子三相
异步电动机的结构。
1．定子 异步电动机的定子由定子
铁心、定子绕组和机座三部分组成。
图7-1-1 三相异步电动机的工作原理 图7-1-2 绕线转子异步电动机剖面图
1-转子绕组 2-端盖 3-轴承 4-定子绕组 5-转子
6-定子 7-集电环 8-出线盒
2
（1）定子铁心 定子铁心是异步电动机主磁通磁路的一部分。为了使异步电动机能产生较大的电磁转矩，希望有一个较强的旋转磁场，同时由于旋转磁场对定子铁心以同步转速旋转，定子铁心中的磁通的大小与方向都是变化的，必须设法减少由旋转磁场在定子铁心中所引起的涡流损耗和磁滞损耗，因此，定子铁心由导磁性能较好的0.5mm 厚且冲有一定槽形的硅钢片叠压而成。对于容量较大（10kW 以上）的电动机，在硅钢片两面涂以绝缘漆，作为片间绝缘之用。
定子铁心上的槽形通常有三种：半闭口
槽、半开口槽及开口槽。从提高电动机的效
率和功率因数来看，半闭口槽最好，如图
7-1-3 c)所示。但绕组的绝缘和嵌线工艺比较
复杂，所以这种槽形适用于小容量的及中型
的低压异步电动机。半开口槽的槽口等于或略大于槽宽的一半，如图7-1-3 b)所示半开口槽可以嵌放成型线圈，这种槽形用于大型低压异步电动机。开口槽如图7-1-3 a)所示，用于高压异步电动机，以保证绝缘的可靠和下线方便。
（2）定子绕组 定子绕组是异步电机定子部分的电路，它也是由许多线圈按一定规律联接而成。能分散嵌入半闭口槽的线圈，由高强度漆包圆铜线或圆铝线绕成；放入半开口槽的成型线圈用高强度漆包扁铝线或扁铜线，或用玻璃丝包扁铜线绕成。开口槽也放入成型线圈，其绝缘通常采用云母带，线圈放入槽内必须与槽壁之间隔有“槽绝缘”，以免电机在运行时绕组对铁心出现击穿或短路故障。
一般根据定子绕组在槽内布置的情况，有单层绕组及双层绕组两种基本型式。容量较大的异步电动机都采用双层绕组。双层绕组在每槽内的导线分上下两层放置，上下层线圈边之间需要用层间绝缘隔开。小容量异步电动机常采用单层绕组。槽内定子绕组的导线用槽楔紧固。槽楔常用的材料是竹、胶布板或环氧玻璃布板等非磁性材料。
（3）机座 机座的作用主要是固定和支撑定子铁心。中小型异步电动机一般都采用铸铁机座，并根据不同的冷却方式而采用不同的机座型式。例如小型封闭式电动机、电机中损耗变成的热量全都要通过机座散出。为了加强散热能力，在机座的外表面有很多均匀分布的散热筋，以增大散热面积。对于大中型异步电动机，一般采用钢板焊接的机座。
2．转子
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 转子铁心也是电动机主磁通路的一部分，一般也由0.5毫米厚冲槽的硅钢片叠成，铁心固定在转轴或转子支架上。整个转子铁心的外表面成圆柱形。
（2）转子绕组 转子绕组分为笼型和绕线型两种结构，下面分别说明这两种绕组结构型式的特点。
图7-1-3 定子铁心槽形 a)开口槽 b)半开口槽 c)半闭口槽
3 1） 笼型绕组 由于异步电动机转子导体内的电流是由电磁感应作用而产生的，不需要由外电源对转子绕组供电，因此绕组可自行闭合，绕组的相数亦不必限定为三相。因此笼型绕组的各相均由单根导条组成。笼型绕组由插入转子的导条和两端的环形端环组成。如果去掉铁心，整个绕组的外形就象一个关松鼠的笼子，如图7-1-4。具有这种笼型绕组的转子，习惯上称为笼型转子。为了节约用铜和提高生产率，小容量笼型异步电动机一般都采用铸铝转子如图7-1-5。这种转子的导条和端环一次铸出。对容量大于100W 的电机，由于铸铝质量不易保证，常用铜条插入转子内，在两端焊上端环，构成笼型绕组。笼型转子上既无集电环，又无绝缘，所以结构简单、制造方便、运行可靠。
2）绕线型绕组 它与定子绕组一样也是一个对称三相绕组，这个对称三相绕组接成星形，并接到转轴上三个集电环，再通过电刷使转子绕组与外电路接通如图7-1-6。这种转子的特点是，通过集电环和电刷可在转子回路中接入附加电阻或其它控制装置，以便改善电动机的起动性能或调速特性。
3．气隙
异步电动机定、转子之间的气隙是很小的，
中小型电机一般为0.2~2mm 。气隙的大小与异步
电动机的性能关系极大。气隙愈大，磁阻也愈大。
磁阻大时，产生同样大小的旋转磁场就需要较大
的励磁电流。励磁电流是无功电流（与变压器中
的情况一样），该电流增大会使电机的功率因数
变坏。然而，磁阻大可以减少气隙磁场中的谐波
含量，从而可减少附加损耗，且改善起动性能。
气隙过小，会使装配困难和运转不安全。如何决定气隙大小，应权衡利弊，全面考虑。一
般异步电动机的气隙以较小为宜。
7.2 感应电动机转矩、额定功率、转差率的概念及其等值电路
7.2.1 转差率的概念
图7-1-4 铜条笼型转子 图7-1-5 铸铝笼型转子
图7-1-6 绕线转子异步电动机示意图
4 一般情况下，异步电动机的转速不能达到同步转速n 0。因为电动机转子转速达到同步转速n 0，则旋转磁场与转子导条之间不再有相对运动，因而不可能在导条内感应产生电动势与电流，也不会产生电磁转矩来拖动机械负载。因此，异步电动机的转子转速n 总是略小于旋转磁场的同步转速n 0，即与旋转磁场“异步”地转动。“异步”电动机由此而命名。转速n 0与n 之差称为“转差”。转差（n 0- n ）的存在是异步电机运行的必要条件。我们将转差(n 0— n )表示为同步转速n 0的百分值，称为转差率，用s 表示，即
转差率是异步电动机的一个基本参量。一般情况下，异步电动机的转差率变化不大，空载转差率在0.5%以下，满载转差率在5％以下。
7.2.2 等效电路 经频率和绕组归算后的异步电机定、转子电路图，如图7-2-1所示：
经频率和绕组的归算，把异步电动机的转子绕组的频率、相数、每相有效串联匝数都归算成和定子绕组一样，即可用归算过
的基本方程式推导出异步电动机的等
效电路。
等效电路如图7-2-2所示，叫做异
步电机的T 形等效电路。在电路中，r 1、
x 1为定子绕组的电阻和漏抗，r ′2、x ′2
为归算过的转子绕组的电阻和漏抗；r m
代表与定子铁心损耗相对应的等效电阻；x m 代表与主磁通相对应的铁心电路的励磁电抗。
异步电动机的T 型等效电路以电路形式综合了异步电机的电磁过程，因此它必然反映异步电机的各种运行情况。下面我们从T 形等效电路去看几种异步电动机典型的运行情况。
1．异步电动机的空载运行 异步电动机空载时，转子转速与同步转速非常接近， 因此转差率s ≈0。T 形等效电路中代表机械负载的附加电阻 ，转子电路相当于开路情况，这时定子电路的电流I m 滞后于外加电压U 1的相位差接近90°，所以异步电机空载运行时，功率因数是滞后的，而且很低。
2．异步电动机在额定负载下运行 异步电动机带有额定负载时，转差率s N 大约为5%图7-2-1 转子绕组归算后的异步电动机的定、转子电路
图7-2-2 异步电动机T 型等效电路
∞→'-21r s
s ％100(%)0
0?-=n n n s
5 左右，这时归算过的转子电路中的总电阻 为归算前的转子电阻r ′2的20倍左右， 这使归算过的转子电路基本上成为电阻性的。因此定子的功率因数能达到0.8~0.85。由负载时定子漏阻抗压降I 1×Z 1的影响不大，E 1和相应的主磁通比空载时略小。
3．异步电动机起动时的情况 这里所说的“起动”，实际上为转子堵转状态。异步电动机堵转时，n =0，则s =1，代表机械负载的附加电阻（1-s ）r ′2/s 等于零，相当于电路呈短路状态。所以起动电流（即堵转电流）很大，而功率因数也较低。
4．异步发电机运行 异步电机作发电机运行时，转子转速超过同步转速，而处于∞＞n ＞n 0的范围，s 处于-∞＜s ＜0的范围，转差率进入负值。此时代表机械功率的附加电阻（1-s ）r ′2/s 是一个负电阻，与之相应的机械功率也是负的。即这时是输入机械功率，每相功率输入分配如下：
即：转子机械功率输入＝转子铜耗＋传给定子的功率。
5．异步电机作电磁制动状态运行 异步电动机处于电磁制动状态，转子反旋转磁场旋转，即转差率s ＞1，产生的机械功率也是负的，即
在这种情况下，异步电机是吸收机械功率，这时由定子送到转子的电磁功率以及轴上吸收的机械功率，都供给了转子的铜损耗。这种既吸收机械功率而又吸收电功率的运行情况，对机械运动起制动作用，所以称为电磁制动情况。
7.3 功率转换过程与转矩
异步电动机的功率流程图和能量转换关系如图7-3-1。
s
r 2'??
? ??''-+''=??? ??'-'-
222s r s s
I
6
根据如上的功率流程图，异步机各种功率与转矩计算公式如下：
其中：
U 1——定子相电压；
T 2——电动机输出的机械转矩； I 1——定子相电流； T mec ——机械损耗转矩；
——定子功率因数角；T d ——附加损耗转矩；
——转子功率因数角；T 0——空载转矩。 m 1——定子相数；Ω1——旋转磁场电角速度；
P em ——电磁功率；Ω——机械角速度；
P mec ——机械功率；T em ——电磁转矩
P cu2——转子铜耗；P 1——转入功率。
7.4 感应电动机的三种运行状态与判断方法：
如图7-4-1所示： 图7-4-1 异步电机的三种运行状态
a)电磁制动状态 b)电动机状态 c)发电机状态
em mec em cu cu cu mec em Fe em m m Fe P s P P s p r I m p p P P s
r I m I E m p p P P r I m p r I m p I U m P )1(''cos cos 222212222212221cu11211211cu11
1111-=?=?'=-=?'='''=--====??1?2
?'Ω=Ω=+?++=?mec
mec em em mec em P T P T T T T T T T 102
2
7
7.5 感应电动机的运行特性
运行特性一般是指电机在额定电压和额定频率下运行时，转子转速n 、电磁转矩T em 、功率因数 、效率η和定子电流I 1等随输出功率P 2而变化的关系。图7-5-1中以标么值示出一般用途异步电动机典型的运行特性曲线。
从图中可以看出：
（1）异步电动机从空载到满载范围运行时，
转子转速稍有下降，基本不变。
（2）轻负载时，功率因数及效率很低，而当
负载增加到一定值（例如50％额定值）以上时，
及η变化很少。
（3）电磁转矩T em 及定子电流I 1随负载增大
而增大。
7.6 感应电动机的起动特性
电动机的起动包括从接通电源到电动机达到额
定转速的全部过程。对异步电动机的起动，需要考虑的主要因素是最初起动转矩和起动电流。具有不同绕组类型转子的电动机，如一般单笼、深槽单笼、双笼或绕线型电动机具有不同的起动特性。电动机的最初起动转矩和最小转矩都必须高于被拖动机械特性才能顺利起动。在起动过程中，起动电流很大，满压起动时约为额定电流的5~7倍。因此电动机必须有足够大的起动转矩，使电动机能尽快地加速到满转速以缩短起动时间，避免由于时间过长导致电机绕组过热。另一方面，在电动机起动时，由于电流过大常将使电源电压降低，影响同一电源上其他设备的供电。因此，在电动机起动转矩满足需要的条件下，要求尽可能降低其起动电流。为了降低起动电流或避免电机起动时对负载的过大冲击，对笼型电动机常采用降低电压起动的方法。对起动特别困难的场合，需要采用绕线型电动机。采用在绕线线型转子电路中串接电阻的方法，可以得到最高的起动转矩、最低的起动电流和较平滑的起动特性。当然也可以采用软起动和变频起动等先进的起动方法。
7.7 感应电动机常用启动方法
1．笼型电动机的起动方法
笼型电动机的起动方法有全压起动和降压起动两种。在电源容量足够大时，应优先采用全压起动。当电动机功率较大而电源容量又相对较小需要降低其起动电流，而且是轻载起动时，可采用降压起动。常用的降压起动方法有星－三角（Y －△）起动、电抗降压起动、自耦变压器起动和延边三角形起动等。也可以采用软起动和变频起动等先进的起动方法。
2．绕线型转子电动机的起动方法
绕线型转子电动机起动时，在其转子回路中接入变阻器以减小起动电流，同时也提高图7-5-1 运行特性曲线 ?cos ?
cos
8
起动转矩。在起动过程中，随电动机转速的上升，逐渐减小变阻器的阻值，最后完全扣除。常用的变阻器有起动变阻器和频敏变阻器两种。
7.8 感应电动机常用调速方法
异步电动机可以通过改变极对数p 、转差率s 和频率f 三种办法来改变转速，也可以与其他变速装置如齿轮变速器等配套使用。
1．变极变速
利用改变定子绕组线圈间的连接，使电动机改变极数达到变速的目的。这种变速方法主要用于笼型转子电动机。
2．改变转差率调速
根据不同的调节方法有下面几种。
a.调压调速 异步电动机在不同的定子电压下有不同的转矩－转差曲线，亦即有不同的转矩－转速曲线，如图7-8-1所示。在相同的负载转矩下，调节定子电压可以得到不同的转差率及不同的转速（即电动机稳定运行在转矩曲线的a 、b 、c 点上）。调压调速方法就是利用这种特性通过自耦变压器等调节定子电压进行调速的。这种调速方法多用于具有高电阻转子绕组的笼型转子电动机和串接有变阻器的绕线型转子电动机。
b.调节转子电阻调速 这种调速方法是在绕线转
子绕组电路中串接调节变阻器，改变调节变阻器的阻
值就可达到调速目的。从图7-8-1中可以看出：当负载
转矩为T N 时，串接不同的转子电阻可使电动机分别稳
定运行在转矩曲线的a 、b 、c 、d 点上，以得到不同的
转速。但此时一部分功率消耗在调节变阻器内，使运
行效率降低。 c.在次级电路中引入附加电动势进行调速 这
种调速方法是在次级绕组电路中，引入一个与其电
动势有相同频率的调节电动势，以改变电动机的转差率来进行调速的。
d.串级调速 串级调速是在绕线型转子电动机上，利用可控硅装置，将转子电路内转差电压经整流和逆变后，使转子部分功率反馈到电网上去。调节可控硅的逆变角以控制反馈能量即可实现调速。当调速范围在1∶2以下，可控硅装置需反馈的功率不大于额定功率的一半时比较经济。这种调速方法适用于要求调速范围小于1∶2的中、大功率电动机。
3．变频调速
改变频率可以调节电动机同步转速。随着电源频率的变化，电机的磁通、转矩、效率、图7-8-1 在不同电压下具有高电阻
转子电动机的转矩－转速曲线 p s f n )1(60-=
9 功率因数等在一般情况下都要发生变化。为此，在调频的同时，必须调节电压，以保证电动机在任何频率下都具有恒定的气隙磁通，从而得到恒转矩的调速特性。变频电源可由可控硅变频装置或变频机组提供。
4．其它调速和变速电动机
如电磁调速电动机、摆线针轮减速电动机和齿轮减速电动机等。
7.9 转子电阻对感应电动机转动性能的影响
由感应电动机的分析理论知道，发生最大电磁转矩的转差率
（7-9-1）
而最大电磁转矩下 (7-9-2)
起动电磁转矩T st 的计算公式为：
(7-9-3) 在绕线转子电动机的转子的转子电路内，三
相分别串联同样大小的电阻R 2，由式(7-9-2)式
(7-9-2)和式(7-9-3)等可见，此时n 0不变，T m 也
不变；S m 则随 的增大而增大。T st 之值也将改变，一开始随R 2的增大而增加一直增大到R st
时，T st =T m ，如R Ω继续增大，T st 将开始减小（见
图7-9-1）。
7.10 电机的发热过程、绝缘系统、允许温升及
其确定冷却方式等
1．发热、绝缘与温升：
决定电动机功率时，要考虑电动机的发热，允许过载与起动能力等三方面的因素，一般情况下，以发热问题最为重要。
电动机的发热，是由于在实现能量变换过程中在电动机内部产生损耗并变成热量使电动机的温度升高。在电动机中，耐热最差的最绕组的绝缘材料，不同等级的绝缘材料，其最高允许温度是不同的。电动机中常用的绝缘材料可有五种等级：
（1）A 级绝缘 包括经过绝缘浸渍处理的棉纱、丝、纸等；普通漆包线的绝缘漆，最高允许温度为105℃。
（2）E 级绝缘 包括高强度漆包线的绝缘；环氧树脂；三醋酸纤维薄膜、聚脂薄膜及图7-9-1 转子串联对称电阻时的人为机械特性
221212)(s x x R R m '++'±=])([2221211201x x R R u m T x m '+++±Ω±=22122
12201)()(x x R R R u m T x st '++'+'?Ω=2
R '
10 青壳纸；纤维填料塑料，最高允许温度为120℃。
（3）B 级绝缘 包括由云母、玻璃纤维、石棉等制成的材料，用有机材料粘合或浸渍；矿物填料塑料，最高允许温度为130℃。
（4）F 级绝缘 包括与B 级绝缘相同的材料，但粘合剂及浸渍漆不同，最高允许温度为155℃。
（5）H 级绝缘 包括与B 级绝缘相同的材料，但用耐温180℃的硅有机树脂粘合或浸渍；硅有机橡胶；无机填料塑料，最高允许温度为180℃。
目前的趋势是日益广泛地使用高允许温度等级的绝缘材料，如F 、H 级绝缘材料，这样，可以在一定的输出功率下使电动机的重量与体积大为降低。
当电动机温度不超过所用绝缘材料的最高允许温度时，绝缘材料的寿命较长，可达20年以上；反之，如温度超过上述最高允许温度，则绝缘材料老化、变脆，缩短了电动机的寿命，严重情况下，绝缘材料将碳化、变质、失去绝缘性能，从而使电动机烧坏。
由此可见，绝缘材料的最高允许温度是一台电动机带负载能力的限度，而电动机的额定功率就是代表这一限度。电动机铭牌上所标的额定功率即指如环境温度（或冷却介质温度）为40℃，电动机带动额定负载（指负载功率为额定值）长期连续工作，温度逐渐升高趋于稳定后，最高温度可达到绝缘材料允许的极限。
上述环境温度40℃是我国规定的标准（我国旧系列电动机，如J 、Z 系列电动机，标准的环境温度曾规定为35℃）。既然电动机的额定功率是对应于环境温度为标准值40℃的功率，则当环境温度低于40℃时，电动机可带动高于额定值的负载；反之，当环境温度高于40℃时，所带负载应适当降低，以保证两种情况下电动机最终都达到绝缘材料最高允许温度。
必须指出，在研究电动机发热时，常把电动机温度与周围环境温度之差称为“温升”。显然，使用不同的绝缘材料的电动机，其最高允许温升是不同的。电动机铭牌上所标的温 升是指所用绝缘材料的最高允许温度与40℃之差，或称为额定温升。电机温升典型曲线如图7-10-1所示。
由温升曲线可见，发热过程开始时，由于温升
较小，散发出去的热量较小，大部分热量被电动机
吸收，因而温升τ增长较快；其后，随着温度的升
高，散发的热量不断增长，而电动机发出热量则由
于负载不变而维持不变，电动机吸收的热量不断减
少，温升曲线趋于平缓；最后，发热量与散热量相
等，电动机的温度不再升高，温升达到稳定值τ
w 。 总结电机发热过程各参数与输出功率P N 的关系的：
图7-10-1 电动机发热过程的温升曲线 1－τQ ≠0 2－τQ ＝0
N
N m N A P ηητ-=
1
11
由上式可见，对同样尺寸的电动机，欲使其额定功率P N 提高，可由下列三方面入手。
1）提高额定效率ηN ，即相当于采取措施降低电动机损耗。
2）提高散热系数A ，用加大空气流通速度与散热表面积可使散热加快，因此电动机中广泛采用风扇（自带风扇的自扇冷式及另外配备通风机的他扇冷式）和带散热筋的机壳，在结构形式上，同样尺寸的开启式电动机，其额定功率比封闭的大，因前者的散热条件较好，其散热系数比后者的大。
3）提高绝缘材料的允许温升τ
w ，这可从采用等级较高的绝缘材料达到要求。 2．电动机的冷却过程
电动机的冷却可能有两种情况。其一是负载减小，电动机损耗功率ΔP （或热流量Ф）下降时；其二是电动机自电网断开，不再工作，电动机的ΔP 或Ф变为零。
电动机冷却过程的温升曲线变化规律方程式的形式与发热过程相似，其中τ
Q 为冷却开始时的温升，而τw 为由降低负载后的ΔP 或Ф所决定的稳定温升，显然τ
w ＜τQ ，这一情况在图7-18上用曲线1表示。 当电动机自电网断开时，ΔP ＝Ф＝0，则τ
w ＝0方程式变为：
τ＝τQ e -t/T 在图7-10-2上用曲线2表示电动机脱离电源的
冷却过程的τ＝f (t )曲线。
必须注意，电动机脱离电网时的冷却时间常数
T ′与电动机通电时的时间常数T 不同。这是因为，
当电动机由电网断开后，电动机停转，在采用自扇
冷式的电动机上，风扇不转，散热系数下降为A ′，
使时间常数增大为T ′＝C/A ′，T ′可达2~3′T 。
在采用他扇冷式时，则T ′＝T 。
由图7-10-2可见，在电动机冷却时，发热减
小或没有了，原来储存在电动机中的热量逐渐散
出，使电动机温升下降。冷却开始时，电动机的温
升大，散热量大，温升下降快；随着温升的不断下降，散热量愈来愈下，温升下降变得平缓，最后趋于τw 或τw ＝0。 7.11 感应电动机拖动形式及各自的特点
1．感应电动机的电动：即正常的电动机运行与反向电动机运行
2．感应电动机的制动
根据被拖动机械的需要，有时有对异步电动机进行制动的要求。例如在切断电源后要求电动机很快停止转动，要求电动机降低转速或维持其转速使不致过速（吊车电动在重物下降时）。异步电动机的制动方法有：
图7-10-2 电动机冷却过程的τ＝f (t )曲线 1－负载减小时 2－电动机脱离电网
12
1）发电制动（再生制动） 当转子转速在外加转矩作用下大于同步转速时，电机处于发电机状态，产生制动转矩，从而对外加转矩起制动作用。例如起重机等一类机械在负载高速降落时利用发电制动作用限制下降速度。此时如需要制动停止状态，还需要用其它制动方法配合使用。
2）反接制动 短时改变电动机的相序，使旋转磁场反向，从而使电动机产生的转矩和负载惯性转矩方向相反，因而起制动使用。这种方法较简单可靠，但由于反接制动时的振动和冲击力较大，所以一般不适用于精密度要求较高的精密机床等设备。
3）动力制动（能耗制动） 当电动机与交流电源断开后，立即将直流电源加在定子绕组上，于是在气隙中产生一个静止磁场，此时在转子绕组中即产生感应电动势和电流，因而消耗动能产生制动作用。这种制动方法通常用在非逆转的传动系统和停转后才允许反转的可逆传动系统上。
4）机械制动 通常所称机械制动主要是指电磁机械制动。在切割电动机电源的同时，也切断制动机构中克服弹簧压力的电磁铁电源，使抱闸受弹簧压力迅速动作，制动闸轮使电动机停转。制动力矩可通过调节抱闸的弹簧压力来改变。这种方法可不受中途停电或电气故障的影响而造成事故，因此广泛用于起重卷扬等设备上。
7.12 异步电动机的维护
1．起动前的检查
（1）检查电动机和起动设备的接地装置是否良好和完整，接线是否正确，接触是否良好。电动机铭牌所标的电压，频率应与电源电压、频率相符。
（2）对新安装或长期停用的电动机，使用前应检查电动机定、转子绕组各相之间和绕组对地的绝缘电阻。绝缘电阻应大于下式所求得的数值。
式中 R ——电机绕组的绝缘电阻，M Ω；
U ——电机绕组的额定电压，V ；
P ——电机的额定功率，kW 。
（3）对绕线型转子电动机，应检查集电环上的电刷及电刷提升机构是否处于正常工作状态，电刷压力为0.15~0.25kg/cm 2。
（4）检查轴承是否有润滑油，对滑动轴承，应达到规定的油位；对滚动轴承，应达到规定的油量，以保证润滑。
合闸后，如发现不转或起动很慢，声音不正常，必须立即停电检查。
2．正常运行中的维护
（1）电动机在正常运行时的温升不应超过容许的限度。运行时应经常注意监视各部分Ω
+=M P U R 1001000
温升情况。
（2）监视电动机负载电流。电动机发生故障时大都会使定子电流剧增，使电动机过热。较大功率的电动机应装有电流表监视电动机的负载电流。电动机的负载电流不应超过铭牌上所规定的额定电流值。
（3）监视电源电压、频率的变化和电压的不平衡度。电源电压和频率的过高或过低，三相电压的不平衡造成的电流不平衡，都可能引起电动机过热或其他不正常现象，故其变动范围不应超过GB755-65《电机基本技术要求》的规定。
（4）注意电动机的气味、振动和噪声。绕组因温度过高就会发出绝缘焦味。有些故障，特别是机械故障，很快会反映为振动和噪声，因此在闻到焦味或发现不正常的振动或碰擦声、特大的嗡嗡声或其他杂声时应立即停电检查。
（5）经常检查轴承发热，漏油情况，定期更换润滑油。一般在更换润滑油时，将轴承及轴承盖用煤油清洗，然后用汽油洗干净。滚动轴承润滑脂不宜超过轴承室容积的70%。
（6）对绕线型转子电动机，应检查电刷与集电环间的接触、电刷磨损以及火花情况，如火花严重必须及时清理集电环表面，并校正电刷弹簧压力。
（7）注意保持电动机内部的清洁，不允许有水滴、油污以及杂物等落入电动机内部。电动机的进风口和出风口必须保持畅通无阻。
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基于MATLAB／SIMULINK的异步电动机仿真模型分析
基于MATLAB／SIMULINK的异步电动机仿真模型分析 作者：尚敬 作者单位：西南交通大学,610031 刊名： 电机技术 英文刊名：ELECTRICAL MACHINERY TECHNOLOGY 年，卷(期)：2002(2) 被引用次数：17次 参考文献(4条) 1.沈本荫现代交流传动及其控制系统 1997 2.陈坚交流电机数学模型及调速系统 1989 3.阮毅异步电机非线性解耦控制与矢量控制系统的解耦性质 1996 4.陈桂明应用MATLB建模与仿真 2001 本文读者也读过(3条) 1.郑修艳.曹立莉.杜冠华新型弹性蛋白酶抑制剂西维来司钠临床前药理及机制研究[期刊论文]-中国新药杂志2004,13(4) 2.贺超英.黄美成基于MATLAB/SIMULINK的鼠笼异步电动机仿真[期刊论文]-微电机2004,37(6) 3.周立求.沈记全基于MATLAB/SIMULINK的异步电动机建模与仿真[期刊论文]-电机电器技术2003(4) 引证文献(12条) 1.陈四连,林瑞全,丁旭玮异步电动机变频调速系统的MATLAB建模与仿真[期刊论文]-电工电气 2009(11) 2.李建华基于S函数的异步电机SPWM调速系统建模与仿真[期刊论文]-机电技术 2007(04) 3.韩林,赵荣祥,柳鹏基于Saber Sketch/Scope的无刷直流电机仿真分析[期刊论文]-微电机 2004(05) 4.勇娅询,刘维亭,魏海峰,陈源船舶电力推进感应电机矢量控制系统仿真研究[期刊论文]-电气自动化 2015(5) 5.朱元玉,杨先海,董敏基于MATLAB的大型动态雕塑交流调速系统建模与仿真[期刊论文]-山东理工大学学报（自然科学版） 2009(06) 6.祝敏泵用电动机技术改进研究[期刊论文]-贵州师范大学学报（自然科学版） 2013(06) 7.赵射带指针指示的数字式显示记录仪[学位论文]硕士 2004 8.刘红星异步电机自适应矢量控制系统的研究[学位论文]硕士 2007 9.姜辉电动汽车传动系统的匹配及优化[学位论文]硕士 2006 10.王宏亮纯电动汽车整车建模与仿真[学位论文]硕士 2005 11.徐鲁辉绕线式异步电动机转子变频调速性能研究[学位论文]硕士 2011 12.郭爽静止进相器的仿真研究[学位论文]硕士 2006 引用本文格式：尚敬基于MATLAB／SIMULINK的异步电动机仿真模型分析[期刊论文]-电机技术 2002(2)
最新异步电机数学模型
异步电机的数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统[1]。在研究异步电机的多变量数学模型时，常作如下假设： (1)三相绕组在空间对称互差ο120，磁势在空间按正弦分布； (2)忽略铁芯损耗； (3)不考虑磁路饱和，即认为各绕组间互感和自感都是线性的； (4)不考虑温度和频率变化对电机参数的影响。 异步电机在两相静止坐标系上的数学模型： 仿真的基本思想是利用物理的或数学的模型来类比模仿现实过程，以寻求过程和规律。在实际过程中，系统可能太复杂，无法求得其解析解，可以通过仿真求得其数值解。计算机仿真是利用计算机对所研究系统的结构、功能和行为以及参与系统控制的主动者——人的思维过程和行为，进行动态性的比较和模仿，利用建立的仿真模型对系统进行研究和分析，并可将系统过程演示出来。 系统仿真软件MATLAB 不但在数值计算和符号计算方面具有强大的功能，而且在计算结果的分析和数据可视化方面有着其他类似软件难以匹敌的优势。界面友好，编程效率高，扩展性强。MATLAB 提供的SIMULINK 是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包。SIMULINK 的目的是让用户能够把更多的精力投入到模型设计本身。它提供了一些基本的模块，这些模块放在浏览器里面，用户可以随时调用。当模型构造之后，用户可以进行仿真，等待结果，或者改变参数，再进行仿真。异步电机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统，其动态和静态特性都相当复杂。以下将介绍用SIMULINK 如何来建立三相异步电机的计算机仿真模型，为以后的系统仿真做好准备。 经过三相静止/两相静止坐标变换及两相旋转/两相静止坐标变换，可得异步电机在两相静止坐标系上的数学模型。 电压方程： ?????? ? ???????????????????+--+++=??????????????βαβαβαβαωωωωr r s s r r r m m r r r r m r m m S m S r r s s i i i i P L R L P L L L P L R L P L P L P L R P L P L R u u u u 22110000
三相异步电动机Matlab仿真
中国石油大学胜利学院综合课程设计总结报告 题目：三相异步电机直接启动特性实验模型 学生姓名：潘伟鹏 系别：机械与电气工程系 专业年级： 2012级电气工程专业专升本2班 指导教师：王铭
2013年 6 月 27日
一、设计任务与要求 普通异步电动机直接起动电流达到额定电流的6--7倍，起动转矩能达到额定转矩的1.25倍以上。过高的温度、过快的加热速度、过大的温度梯度和电磁力，产生了极大的破坏力，缩短了定子线圈和转子铜条的使用寿命。但在电网条件和工艺条件允许的情况下，异步电动机也可以直接启动。本次课程设计通过MATLAB软件建模模拟三相异步电动机直接启动时的各个元器件上的电量变化。 参考： 电力系统matlab仿真类书籍 电机类教材 二、方案设计与论证 三相异步电动机直接起动就是利用开关或接触器将电动机的定子绕组直接接到具有额定电压的电网上。 由《电机学》知三相异步电动机的电磁转矩M与直流电动机的电磁转矩有相似的表达形式。它们都与电机结构（表现为转矩常数）和每级下磁通有关，只不过在三相异步电动机中不再是通过电枢的全部电流，而是点数电流的有功分量。三相异步电机电磁转矩的表达式为： （1-1）式中——转矩常数 ——每级下磁通 ——转子功率因数 式(1-1)表明，转子通入电流后，与气隙磁场相互作用产生电磁力，因此，反映了电机中电流、磁场和作用力之间符合左手定则的物理关系，故称为机械特性的物理表达式。该表达式在分析电磁转矩与磁通、电流之间的关系时非常方便。 从三相异步电动机的转子等值电路可知， （1-2） （1-3）将式(1-2)、(1-3)代入(1-1)得：
异步电动机动态数学模型的建模与仿真
目录 摘要 ........................................................................... 2.. 1设计意义及要求................................................................. 3. 1.1设计意义 (3) 1.2设计要求 (3) 2异步电动机动态数学模型......................................................... 4. 2.1异步电动机动态数学模型的性质 (4) 2.2异步电动机的三相数学模型 (5) 2.3坐标变换 (7) 2.3.1 坐标变换的基本思路 (7) 2.3.2三相-两相变换（3/2变换） (7) 2.3.3 静止两相-旋转正交变换（2s/2r变换） (8) 2.4状态方程 (10) 3模型建立 (12) 3.1AC Motor 模块 (12) 3.2坐标变换模块 (13) 3.2.1 3/2 tran sform 模块 (13) 3.2.2 2s/2r tran sform 模块 (13) 3.2.3 2r/2s tran sform 模块 (14) 3.2.4 2/3 tran sform 模块 (15) 3.2.5 3/2r tran sform 模块 (16) 3.3仿真原理图 (17) 4仿真结果及分析 (20) 5结论....................................................... 错误！未定义书签。
交流异步电动机的技术总结
交流异步电动机的技术总结 各位读友大家好，此文档由网络收集而来，欢迎您下载，谢谢 《交流异步电动机的技术总结》是一篇好的范文，好的范文应该跟大家分享。篇一：异步电动机总结提纲 异步电动机 1、电动机的起动性能要求：起动电流越小越好；起动转矩 足够大（适当电动机起动时，只有TS大于(～)倍的负载转矩才可顺利起动，一般异步电动机起动转矩倍数=～）；起动时间越短越好；起动设备越简单越好。 2、大型异步电动机直接起动时可能引起什么现象？该如 何解决？ 3、不同异步电动机（鼠笼机、绕线机）的各种起动方法（直 接起动、降压起动、转子回路串电
阻起动）及特点：一般电动机在启动时，电机定子从电网中取用的电流约为电机额定电流的5～7倍。小电机启动后经一两秒钟，随转子转速逐渐升高，电流迅速减小；而大电机要经十几秒，甚至几十秒后转子才能达到稳定转速。即要到启动结束，电流才降为额定值左右。异步电动机启动电流大，会对使用带来什么问题呢?如果这台电机使用时启动次数频繁，电机则会由于启动电流的影响而发热严重，会影响电机正常使用寿命。此外，如果所使用的电机启动次数虽然不频繁，当它的容量超过电源变压器容量的30%时，由于启动电流大，会造成变压器对外供电的输电线上的电压降过大，从而影响接在同一台变压器上的其他用电设备的工作。因而在启动时必须采取一定的措施，以限制启动电流不致过大。由于使用电机种类不同，生产情况不同，所以电机启动方法也不同。对于鼠笼式电动机，只要电网许可，并且启动次数不太频繁，应尽量采用直接启
动。即将定干绕组接好后，直接接入额定电压。采用直接启动最简单也最经济，不需要启动设备。如果鼠笼电动机容量相对较大，最全面的范文参考写作网站为限制它的启动电流，一般采用降压启动。降压启动是在电机启动时不给电机加上额定电压，而是加上一个较低的电压。这样可以大大降低启动电流。常用的降压方法为Y-△启动。这种方法可用于风机、水泵等启动负载较小的电机上。降压启动方法较多，但鼠笼电机采用Y-△启动，所用的设备简单，体积小，重量轻，易维修，价格低，所以最 常用。 绕线式电动机在启动时常带较重负载，为限制启动Y—Δ起动、过载能力电流，采用定子接额定电压而转子电路中串入电阻或频敏变阻器。这种方法既能减小启动电流，又可增大启动转矩。 4、异步电动机的起动方法核算：根据电动机参数及负载情 况选择起动方法。
电动机启动方式的选择解析完整版
电动机启动方式的选择 解析 Document serial number【NL89WT-NY98YT-NC8CB-NNUUT-NUT108】
电机启动方式的选择 笼型感应电动机全压起动的优点，用简便计算及列表方法表示全压起动时配电系统的压降，并对全压起动和各种降压起动的特点进行分析比较，以便选择，同时对风机、水泵的起动转矩作了简要分析?笼型感应电动机全压起动星三角换接起动自耦变压器降压起动起动电流起动转矩,工业与民用建筑中的水泵与风机常采用笼型感应电动机拖动，恰当的选择其起动方式，具有重要的意义。笼型感应电动机的起动方式分为全压起动、降压起动、变频起动等，现对各种起动方式的特点进行简要分析，以利选择 1 全压起动 1.1 全压起动的优点及允许全压起动的条件 全压起动是最好的起动方式之一，它是将电动机的定子绕组直接接入额定电压起动，因此也称为直接起动。全压起动具有起动转矩大、起动时间短、起动设备简单、操作方便、易于维护、投资省、设备故障率低等优点。为了能够利用这些优点，目前设计制造的笼型感应电动机都按全压起动时的冲击力矩与发热条件来考虑其机械强度与热稳定性。所以，只要被拖动的设备能够承受全压起动的冲击力矩，起动引起的压降不超过允许值，就应该选择全压起动的方式。有人误认为降压起动比全压起动好，将15kW的电动机未经计算就采用了降压起动方式，因而降低了起动转矩，延长了起动时间，使电动机发热更加严重，且设备复杂，投资增加，这是一个误区，应当引起重视。尤其是消防泵等应急设备希望起动快，故障少，凡能采用全压起动者，均不应采用降压起动? 全压起动的缺点是起动电流大，笼型感应电动机的起动电流一般为额定电流5~7倍，如果电动机的功率较大，达到可与为其供电的变压器容量相比拟时，电动机的起动电流将会引起配电系统的电压显着下降，影响接在同一台变压器或同一条供电
异步电动机动态数学模型的建模与仿真.docx
目录 1 设计意义及要求 (3) 1.1设计意义 (3) 1.2设计要求 (3) 2 异步电动机动态数学模型 (4) 2. 1 异步电动机动态数学模型的性质 (4) 2. 2 异步电动机的三相数学模型 (5) 2.3坐标变换 (7) 2. 3.1坐标变换的基本思路 (7) 2. 3.2三相 - 两相变换（ 3 / 2 变换） (7) 2. 3.3静止两相 - 旋转正交变换（ 2 s / 2 r 变换） ...................................... 2.4状态方程 (10) 3 模型建立 (12) 3. 1 ACMo t o r 模块 (12) 3.2坐标变换模块 (13) 3. 2.1 3/ 2 t r a n s f o r m 模块 (13) 3. 2.22s/2rtransform 模块 (13) 3. 2.32r / 2s t r an s f or m 模块 (14) 3. 2.4 2/ 3 t r a n s f o r m 模块 (15) 3. 2.5 3/ 2 r t r a ns f o r m 模块 (16) 3.3仿真原理图 (17) 4 仿真结果及分析 (20) 5 结论 ........................................................ 参考文献..................................................... 摘要 对一个物理对象的数学模型，在不改变控制对象物理特性的前提下采用一定的变换手段，可以获得相对简单的数学描述，以简化对控制对象的控制。对异步电机的数学分析也不例外，在分析异步电机的数学模型时主要用到的是坐标变换。
异步电动机的数学模型
异步电动机的数学模型和电压空间矢量 异步电动机的数学模型 异步电动机的数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。在建立其数学模型时作如下假定。 （1）电动机定、转子三相绕组完全对称，所产生的磁势在气隙空间中呈正弦分布。 （2）忽略铁芯涡流、饱和及磁滞损耗的影响，各绕组的自感和互感都是线性的。 （3）暂不考虑频率和温度变化对电机参数的影响。 异步电机的数学模型一般包括电压方程、磁链方程、电磁转矩方程和机电运动方程。对异步电机进行分析和控制时，均需对三相进行分析和控制，若引入Park 矢量变换，会带来很多方便。Park 矢量变换将三个标量（三维）变换为一个矢量（二维）。如图2.1所示，选三相定子坐标系中的a 轴与Park 矢量复平面的实轴α轴重合可得α、β坐标系。 图2.1 a 、b 、c 坐标系与α、β坐标系的关系 三相静止坐标系(a 、b 、c)到两相静止坐标系(α、β)的3/2变换矩阵为： 1112223022C ?? -- ?? ? =?-??? （2.1） 可得到异步电机在两相静止坐标系(α、β)中的电压方程：
00 00s s s s m s s s s m r r m r m r r r r r r r m m r r r r U i R L p L p U i R L p L p U i L p L R L p L U i L L p L R L p ααββααββωωωω+???? ?????? ? ?+? ?????=???? ??+???? ??--+?????????? （2.2） 式中： s R 、r R ――分别为定子电阻和转子电阻； s L 、r L 、m L ――分别为定子自感、转子自感和定、转子互感； r ω――电机转子角速度（电角速度）； s U α、s U β――分别为定子电压的α、β分量； r U α、r U β――分别为转子电压的α、β分量,在鼠笼机中r U α＝r U β＝0； s i α、s i β――分别为定子电流的α、β分量； r i α、r i β――分别为转子电流的α、β分量； p ――微分算子，d p dt = 。 电机的磁链方程为： 0000000 s s s m s s s m r r m r r r m r i L L i L L i L L i L L ααββααββψψψψ???? ??????????????=?????????????????????? （2.3） 式中： s αψ、s βψ――分别为定子磁链的α、β分量； r αψ、r βψ――分别为转子磁链的α、β分量。 电机的电磁转矩方程为： ()3 2e n m r s s r T P L i i i i αβαβ=- （2.4） 或利用式（2.3）改写成： ()3 2e n s s s s T P i i αββαψψ=- （2.5） 式中： e T ――电机的电磁转矩； n P ――电机的极对数。 电机的机电运动方程为：
三相异步电动机的建模与仿真分解
运动控制论文 课题：异步电动机数学模型和电压空间矢量PWM控制技术研究 姓名：xxxxxxxxx 专业：电气工程及自动化 班级：电097 学号：0912002167 日期：2013年3月30日
摘要 由于直流调速的局限性和交流调速的优越性,以及计算机技术和电力电子器件的不断发展,交流异步电动机变频调速技术正在快速发展之中。目前广泛研究应用的交流异步电动机调速技术有恒压频比控制方式，矢量控制，直接转矩控制等。本论文中所讨论的异步电动机调速技术叫做空间矢量脉宽调制方法(SVPWM)。相对于直接转矩控制,它有可连续控制,调速范围宽等显著优点。 本文首先对交流异步电动机的数学模型的建立进行了详细的分析和阐述，通过对交流异步电动机的动态电磁关系的分析以及坐标变换原理概念的介绍，逐步引出了异步电动机的数学模型和在不同坐标系上的数学模型表达方程式，指出了异步电动机的模型特点是一多变量、强藕合的非线性系统。采用MATLAB /SIMULINK软件包,实现异步电动机动态数学模型的仿真。仿真研究显示,该方法简洁、方便、实时交互性强,能充分融合到其它控制系统中,并具有良好地扩展性。 其次阐述了异步电动机电压空间矢量PWM控制技术的原理和矢量变换方法实现的步骤，据交流电机坐标变换及矢量控制理论提出了异步电机在任意同步旋转坐标系下仿真结构图的建模设想,得出了一种按转子定向磁场下的动态结构图,利用该结构图可以方便的构成电机的仿真模型,进行仿真计算。然后运用MATLAB软件搭建模型进行仿真分析，结果表明电机有良好的稳、动态性能。 通过对仿真软件的应用也表明在进行复杂系统设计时运用仿真工具对设计进行仿真分析是行之有效的方法，可以提高系统设计效率，缩短系统设计时间，并能够较好的进行系统优化。经试验表明，空间电压矢量调制的方法正确可行， 可调高电压利用率和系统精度。 关键词：异步电动机；矢量控制；数学模型；仿真
交流感应电动机无速度传感器的高动态性能控制方法综述
交流感应电动机无速度传感器的 高动态性能控制方法综述 清华大学 杨耕 上海大学 陈伯时 摘要:文章分析了交流感应电机无速度传感器的高动态性能控制方案的控制要点。在介绍国内外产业界已实用化的、以及正在研发中的几种代表性的控制策略的同时,讨论了各种方法理论要点和实际应用中的特点。最后,介绍了当前的几个研究热点问题并就发展方向提出了一点设想。 关键词:异步电动机控制 无速度传感器 转矩控制 磁链观测 速度辨识 Rev iew the M ethods for the Speed Sen sor-less Con trol of I nduction M otor Yang Geng Chen Bo sh i Abstract:T h is paper analyzes theo retical po ints of the i m p lem entati on fo r h igh perfo r m ance contro l of in2 ducti on mo to r w ithout speed senso r.A fter that,typ ical app roaches of the contro l strategy,w h ich are used in p ractical p roducts o r are being developed recently,are p resented and the characteristic of each app roach is dis2 cussed.F inally,som e unso lved p roblem s being researched as w ell as the develop ing po tentials are introduced. Keywords:contro l of inducti on mo to r speed senso r2less to rque contro l flux observer speed identifica2 ti on 1 前言 交流感应电机的无速度传感器高动态性能控制,是为了实现与有速度传感器的矢量控制(或直接转矩控制)相当的转矩和速度性能的方案,被用于无法设置速度传感器的设备或新一代高性能通用变频器之中[1,2]。相关的理论与技术也成为近10年来交流传动领域的热门研发内容之一。 本文主要综述在无速度传感器的前提下,具有速度反馈控制环的矢量控制方案(V C)和直接转矩控制方案(D TC),而不讨论诸如“V F控制+为补偿负载变动的滑差补偿”等只考虑静态的方法。本文在介绍各种方法的同时,综述其理论要点和实际应用中的特点、介绍所应用的厂家,从中总结出实现高动态性能控制的要点及主要成果。最后,介绍当前几个研究热点问题。 2 控制方法 211 方法分类的出发点 一般地,由转矩控制环及速度控制环构成的无速度传感器矢量控制(或直接转矩控制)系统由图1所示的3个环节构成。即:①速度调节器;②磁链和转矩控制器;③速度推算或辨识器(含磁链计算或观测) 。 图1 无速度传感器控制系统构成 对于环节②,需要控制转矩和磁链。由此可以分为:a以转子磁链定向控制为基础的矢量控制策略。目前常用的有计算滑差频率的被称为间接法(I V C)和把状态观测器观测到的转子磁链进行反馈控制的直接法(DV C)。b以控制定子磁链为特点的,被称之为直接转矩控制策略(D TC)。 环节③的结构依存于环节②的结构。实际上在计算或推定速度值时,常常也要获得(计算或观测)磁链(转子的或是定子的)值。因此,按其理论上的特点,可以把获得转速和磁链的方法大致分 3 电气传动 2001年 第3期
异步电机矢量控制Matlab仿真实验
基于Matlab/Simulink异步电机矢量控制系统仿真 一．理论基础 矢量控制系统的基本思路是以产生相同的旋转磁动势为准则,将异步电动机在静止三相坐标系上的定子交流电流通过坐标变换等效成同步旋转坐标系上的直流电流,并分别加以控制,从而实现磁通和转矩的解耦控制,以达到直流电机的控制效果。所谓矢量控制，就是通过矢量变换和按转子磁链定向，得到等效直流电动机模型，在按转子磁链定向坐标系中，用直流电动机的方法控制电磁转矩与磁链,然后将转子磁链定向坐标系中的控制量经变换得到三相坐标系的对应量，以实施控制。其中等效的直流电动机模型如图1-1所示，在三相坐标系上的定子交流电流iA、iB、iC ，通过3/2变换可以等效成两相静止正交坐标系上的交流isα和isβ，再通过与转子磁链同步的旋转变换，可以等效成同步旋转正交坐标系上的直流电流ism和ist。 图1-1 异步电动机矢量变换及等效直流电动机模型 从图1-1的输入输出端口看进去，输入为A、B、C三相电流，输出为转速ω，是一台异步电动机。从内部看，经过3/2变换和旋转变换2s/2r，变成一台以ism和ist为输入、ω为输出的直流电动机。m绕组相当于直流电动机的励磁绕组，ism相当于励磁电流，t绕组相当于电枢绕组，ist相当于与转矩成正比的电枢电流。 按转子磁链定向仅仅实现了定子电流两个分量的解耦，电流的微分方程中仍存在非线性和交叉耦合。采用电流闭环控制，可有效抑制这一现象，使实际电流快速跟随给定值，图1-2是基于电流跟随控制变频器的矢量控制系统示意图。
图1-2矢量控制系统原理结构图 通过转子磁链定向，将定子电流分量分解为励磁分量i sm 和转矩分量i st ，转子磁链r ψ仅由定子电流分量i sm 产生，而电磁转矩e T 正比与转子磁链和定子电流转矩分量的乘积，实现了定子电流的两个分量的解耦。简化后的等效直流调速系统如图1-3所示。 图1-3简化后的等效直流调速系统 二．设计方法 1.电流模型设计 转子磁链在实用的系统中多采用按模型计算的方法，即利用容易测得的电压、电流或转速等信号，借助于转子磁链模型，实时计算磁链的幅值与空间位置。转子磁链模型可以从电动机数学模型中推导出来，也可以利用专题观测器或状态估计理论得到闭环的观测模型。在计算模型中，由于主要实测信号的不同，又分为电流模型和电压模型两种。本设计采用在αβ坐标系上计算转子磁链的电流模型。 由实测的三相定子电流通过3/2变换得到静止两相正交坐标系上的电流i sα和i sβ，在利用αβ坐标系中的数学模型式计算转子磁链在αβ轴上的分量 ?? ? ?? ?? ++-=+--=β αβχαβααωψψψωψψψs r r r s r r r i Tr Lm Tr dt d i Tr Lm Tr dt d 11 (2-1-1) 也可表述为：
单相交流异步电动机
第七章单相交流异步电动机 内容提要 在前面了解了三相异步电动机的概貌，掌握了三相异步电动机的电磁过程、拖动性质的基础上，本章主要介绍单相异步电动机的结构及其应用、磁场及其力矩特点，结合其工作原理，最后介绍几种常用的单相交流异步电动机的起动方法和具体应用情况。 7.1 单相交流异步电动机的结构及应用 7.1.1 单相交流异步电动机的结构 1. 定子部分 单相异步电动机的定子包括机座、铁心、绕组三大部分。分别介绍如下： （1）机座采用铸铁、铸铝或钢板制成，其结构型式主要取决于电机的使用场合及冷却方式。单相异步电动机的机座型式一般有开启式、防护式、封闭式等几种。开启式结构的定子铁心和绕组外露，由周围空气流动自然冷却，多用于一些与整机装成一体的使用场合，如洗衣机等。防护式结构是在电机的通风路径上开有一些必要的通风孔道，而电机的铁心和绕组则被机座遮盖着。封闭式结构是整个电机采用密闭方式，电机的内部和外部隔绝，防止外界的浸蚀与污染，电机主要通过机座散热，当散热能力不足时，外部再加风扇冷却。 另外有些专用单相异步电动机，可以不用机座，直接把电机与整机装成一体，如电钻、电锤等手提电动工具等。 （2）铁心部分定子铁心多用铁损小、导磁性能好，厚度一般为0.35~0.5㎜的硅钢片冲槽叠压而成。定、转子冲片上都均匀冲槽。由于单相异步电动机定、转子之间气隙比较小，一般在0.2~0.4㎜。为减小开槽所引起的电磁噪声和齿谐波附加转矩等的影响，定子槽口多采用半闭口形状。转子槽为闭口或半闭口，并且常采用转子斜槽来降低定子齿谐波的影响。集中式绕组罩极单相电动机的定子铁心则采用凸极形状，也用硅钢片冲制叠压而成。 （3）绕组单相异步电动机的定子绕组，一般都采用两相绕组的形式，即主绕组和辅助绕组。主、辅绕组的轴线在空间相差90°电角度，两相绕组的槽数、槽形、匝数可以是相同的，也可以是不同的。一般主绕组占定子总槽数的2/3，辅助绕组占定子总槽数的1/3，具体应视各种电机的要求而定。 单相异步电动机中常用的定子绕组型式有单层同心式绕组、单层链式绕组、双层叠绕组和正弦绕组。罩极式电动机的定子多为集中式绕组，罩极极面的一部分上嵌放有短路铜环式的罩极线圈。 2. 转子部分 单相异步电动机的转子主要有转轴、铁心、绕组三部分，现分述如下： （1）转轴转轴用含碳轴钢车制而成，两端安置用于转动的轴承。单相异步电动机常用的轴承有滚动和滑动两种，一般小容量的电机都采用含油滑动轴承，其结构简单，噪声小。 （2）铁心转子铁心是先用与定子铁心相同的硅钢片冲制，将冲有齿槽的转子铁心叠装后压入转轴。 （3）绕组单相异步电动机的转子绕组一般有两种型式，即笼型和电枢型。笼型转子绕组是用铝或者铝合金一次铸造而成，它广泛应用于各种单相异步电动机。电枢型转子绕组则采用与直流电机相同的分布式绕组型式，按叠绕或波绕的接法将线圈的首、尾端经换相器连接成一个整体的电枢绕组，电枢式转子绕组主要用于单相异步串励电动机。 3. 起动装置 除电容运转式电动机和罩极式电动机外，一般单相异步电动机在起动结束后辅助绕组都必须脱离电源，以免烧坏。因此，为保证单相异步电动机的正常起动和安全运行，就需配有
感应电动机
现代运动控制系统作业
郝瑞超 2620170055 第一次作业 1，试简述感应电机的工作原理，公式推导证明旋转磁动势的产生 感应电机工作原理； 答；当电机定子三相绕组通入三相正弦对称电流，电流会产生一幅值恒定的旋转磁场，旋转磁场切割转子导体使转子回路产生感应电流，感应电流在磁场中受到安培力，从而使转子在安培力作用下开始旋转，随后定转子维持一
定的转差率，从而使转子因切割磁场产生的感应电流维持，进而使受到的安培力维持一定的电磁转矩，并与负载转矩平衡而使转速得以维持。 旋转磁动势的产生，设定子通入三相电流为 设定A 轴角度为 ，则定子产生磁势基波分量为 其中 , 为定子绕组匝数，从而合成磁势的基波分量为； 由上式可知，合成磁势最大值点 随时间变化，由三角函数的周期性知合成磁势为旋转磁动势，其旋转速度取决于输入三相电流频率。 2， 写出感应电机动态数学模型基本型的基本方程，并结合各方程说明模型的特点 当xy 轴为静止坐标系，且x 轴与A 轴重合，即 ，常称为 坐标系，感应电机基本方程从 坐标系中导出。其基本方程为； = +
对该模型而言，其相比三角坐标系下电机数学模型简单的多，阶次降低了，变量减少了，但其多变量，非线性，强耦合的性质没有改变，具体来说，三个基本方程涉及定转子，电压，电流，电阻，磁链矢量，加上电感，共有超过15个变量，可见其有复杂多变量特征，电压方程中存在微分算符说明该模型具有非线性，电压，磁链转矩方程中变量均相互依存，不能独立存在，说明模具具有强耦合性。 3，试论述如何从数学和磁场矢量合成的角度理解感应电机模型简化中坐标变换的合理性和目的 答；从数学角度，通过坐标变换，可以使磁链矩阵变得简单，各变量之间的耦合程度降低，进而使电压，磁链，转矩方程均得到简化；从磁场矢量合成角度，产生旋转磁场不一定需要三相绕组合成，两相绕组也可以，通过坐标变换可进一步揭示磁场产生机理，将交流电机磁链转矩产生用直流电机加以类比，从而更方便得出交流电机的实用控制方案。 4，分别叙述异步电机在两相静止坐标系，两相d-q旋转坐标系和两相M-T旋转坐标系上的数学模型的特点。 答；题中三个坐标系下数学模型的基本特点是比三相坐标系下变量少，阶次降低，且两个坐标之间不存在磁耦合，磁链方程和转矩方程形式均相同，不同点在于经坐标变换后其揭示的物理量间的关系不同；例如两相（M,T）坐标系下转子T轴磁势为0. 5，在静止坐标系中，定子电流ia，ib是否仍是交流，相位满足什么关系，
异步电动机软启动分析
异步电动机软启动分析 电动机作为重要的动力装置，已被广泛用于工业、农业、交通运输、国防军事设施以及日常生活中。直流电动机其调速在过去一直占统治地位，但由于本身结构原因，例如换向器的机械强度不高，电刷易于磨损等，远远不能适应现代生产向高速大容量化发展的要求。而交流电动机，特别是三相鼠笼式异步电动机，由于其结构简单、制造方便、价格低廉，而且坚固耐用，惯量小，运行可靠等优势，在工业生产中得到了极广泛的应用，也正在发挥着越来越重要的作用。 一、软启动的现状 交流电动机和直流电动机相比存在许多优点，但当异步电机在起动过程中又有许多弊病。所谓起动过程是在交流传动系统中，当异步电动机投入电网时，其转速由零开始上升，转速升到稳定转速的全过程。如不采用任何起动装置的情况下，直接加额定电压到定子绕组起动电动机时，电机的起动电流可达额定电流的4～8倍，其转速也在很短时间内由零上升到额定转速。同时三相感应电动机起动时的转矩冲击较大，一般可达额定转矩的两倍以上。起动时过高的电流一方面会造成严重的电网冲击，给电网造成过大的电压降落，降低电网电能质量并影响其他设备的正常运行。而过大的转矩冲击又将造成机械应力冲击，影响电动机本身及其拖动设备的使用寿命。因此，通常总是力求在较小的起动起动电流下得到足够大的起动转矩，为此就要选择合适的起动方法。在选择起动方法时可以根据具体情况具体要求来选择。 对三相鼠笼式异步电动机的起动电流的限制，通常有定子串接电抗器起动、Y-△起动、自藕变压器将压起动、延边三角形起动。而对绕线式交流电动机，常采用转子串接频敏变阻器起动、转子串电阻分级起动。但这些传统的起动方法都存在一些问题。 1.定子串接电阻起动：由于外串了电阻，在电阻上有较大的有功损耗，特别对中型、大型异步电动机更不经济，因此在降低了起动电流的同时、却付出了较大的代价- 起动转矩降低得更多，一般只能用于空载和轻载。 2.Y-△起动：丫-△起动方法虽然简单，只需一个Y-△转换开关。但是Y-△起动的电动机定子绕组六个出线端都要引出来，对于高电压的电动机有一定的困难，一般只用于△接法380v电动机。 3.自祸变压器将压起动：自祸变压器将压起动，比起定子串接电抗器起动，当限定的起动电流相同时，起动转矩损失的较少；比起卜△起动，有几种抽头供选用比较灵活，并且巩/峨较大时，可以拖动较大些的负载起动。但是自祸变压器体积大，价格高，也不能拖动重负载起动。 4.延边三角形起动：采用延边三角形起动鼠笼式异步电动机，除了简单的绕组接线切换装置之外，不需要其他专用起动设备。但是，电动机的定子绕组不但为△接，有抽头，而且需要专门设计，制成后抽头又不能随意变动。 随着电力技术（尤其是集成电路、微处理器以及新一代电力电子器件）的不断发展，异步电动机起动过程中的起动电流过高，起动转矩过小等问题得到了很好的解决。 从20世纪70年代开始推广利用晶闸管交流调压技术制作的软起动器，以及采用微控制器代替模拟控制电路，发展成为现代的电子软起动器。 二、软启动的特点 电子软起动器相对于传统的起动方式，其突出的优点体现在： 1.电力半导体开关是无电弧开关和电流连续的调节，所以电子软起动器是无级调节的，能够连续稳定调节电机的起动，而传统起动的调节是分档的，即属于有级调节范围。 2.冲击转矩和冲击电流小。软起动器在起动电机时，是通过逐渐增大晶闸管的导通角，使电机起动电流限制在设定值以内，因而冲击电流小，也可控制转矩平滑上升，保护传动机械、设备和人员。
基于MATLAB的异步电动机仿真
目录 1 引言 (1) 2 异步电动机动态数学模型 (2) 2.1异步电动机动态数学模型的性质 (2) 2.2三相异步电动机的多变量非线性数学模型 (2) 2.2.1电压方程 (3) 2.2.2磁链方程 (4) 2.2.3转矩方程 (6) 2.2.4电力拖动系统运动方程 (7) 2.2.5三相异步电机的数学模型 (8) 3 坐标变化和变换矩阵 (9) 3.1三相--两相变换（3/2变换） (9) 3.2三相异步电动机在两相坐标系上的数学模型 (10) 3.2.1三相异步电动机在两相坐标系上的状态方程 (11) 3.2.2两相静止坐标系中按定子磁链定向的状态方程 (11) 4 软件介绍及模型实现 (13) 4.1 Matlab/Simulink简介 (13) 4.2模型实现 (13) 4.2.1 Simulink模型设计 (13) 4.2.2模型参数设置 (15) 4.2.3仿真结果 (18) 5 结论 (21) 参考文献 (22)
1 引言 1985年，由Depenbrock教授提出的直接转距控制理论将运动控制的发展向前推进了一大步。接着1987年把它又推广到弱磁调速范围。不同于矢量控制技术，它无需将交流电动机与直流电动机作比较、等效和转化，不需要模仿直流电动机的控制，也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型[1]。它只是在定子坐标系下分析交流电机的数学模型，强调对电机的转距进行直接控制，省掉了矢量旋转变换等复杂的变换与计算。直接转距控制从一诞生，就以新颖的控制思想，简洁明了的系统结构，优良的静、动态性能受到人们的普遍关注。 系统建模与仿真一直是各领域研究、分析和设计各种复杂系统的有力工具。建模可以超越理想的去模拟复杂的现实物理系统；而仿真则可以对照比较各种控制策略和方案，优化并确定系统参数。长期以来，仿真领域的研究重点是放在仿真模型建立这一环节上，即在系统模型建立以后，设计一种算法，以使系统模型为计算机所接受，然后再将其编制成计算机程序，并在计算机上运行。显然，为达到理想的目的，在这一过程中编制与修改仿真程序十分耗费时间和精力，这也大大阻碍了仿真技术的发展和应用。近年来逐渐被大家认识的Matlab语言则很好的解决了这个问题。
第二讲三相感应交流电机的数学模型
第二讲三相交流感应发电机的数学模型 三相交流异步发电机是一种通过定、转子绕组间的电磁耦合来实现机械能-电能的能量转换装置。研究三相交流异步发电机的电磁关系是了解三相交流发电机运行问题的理论基础，为风电机组联网运行分析奠定理论基础，对解决风电机组联网运行问题具有重要的意义。 2.1 abc坐标下的有名值方程 2.1.1理想电机 为了便于定量分析三相交流电机的能量转换过程，本节基于理想电机假设，建立了三相交流异步电机的数学模型，即假设： 1)电机铁心的导磁系数为常数，即忽略铁心磁饱和、磁滞的影响，也不 计涡流及集肤作用等的影响； 2)对纵轴及横轴而言，电机转子在结构上是完全对称的，即电机磁路在 空间上完全对称； 3)定（转）子三个绕组的位置在空间上互相相差120°电角度，三个绕 组在结构上完全相同； 4)定子绕组和转子绕组均在气隙空间中产生正弦分布的磁动势； 5)只考虑气隙基波磁场的作用； 6)电机定、转子表面光滑。 在此基础上，对定、转子绕组回路电压电流正方向、定、转子电流与磁链正方向等做如下规定： 1）定子绕组电压、电流正方向遵循发电机惯例； 2）转子绕组电压、电流正方向遵循电动机惯例； 3）定子负值电流产生正值磁链；转子正值电流产生正值磁链。 子按逆时针方向旋转，空间分布纵向剖面
sQ sC sB ＇ sA sB sA ＇ sC ＇ sD ra ＇rb ＇ rc ＇ ra rb rc β r α r θr · · · · ·· r ω1 ω 图2-1 三相交流电机定、转子绕组空间分布纵向剖面示意图 图中：sA 和sA ’、sB 和sB ’、sC 和sC ’分别表示A 、B 、C 三相定子绕组；ra 和ra ’、rb 和rb ’、rc 和rc ’分别表示a 、b 、c 三相转子绕组；定子A 相绕组轴线正方向为空间位置参考方向即sD 轴，转子绕组a 相轴线即r α轴超前sD 轴θr 电角度。 2.1.2电压方程 根据上述正方向规定，可以得到如图2-2所示的三相交流感应发电机绕组电路模型，据此可以得到如式（2-1）-（2-2）所示的定、转子电压方程。 ε sa I s R sa U ε ra I r R ra U （a ）定子绕组等值电路 （b ）转子绕组等值电路 图2-2三相交流发电机定转子绕组电路模型（单相）
三相异步电机的建模与仿真
电气与电子信息工程学院 《计算机仿真及应用B》题目： 学号： 姓名： 班级： 任课老师：
三相异步电动机的建模与仿真 一．实验题目 三相异步电动机的建模与仿真 二．实验原理 三相异步电动机也被称作感应电机，当其定子侧通入电流后，部分磁通将穿过短路环，并在短路环内产生感应电流。短路环内的电流阻碍磁通的变化，致使有短路环部分和没有短路环部分产生的磁通有相位差，从而形成旋转磁场。转子绕组因与磁场间存在着相对运动而产生感应电动势和感应电流，即旋转磁场与转子存在相对转速，并与磁场相互作用产生电磁转矩，使转子转起来，从而实现能量转换。 三相异步电动机具有结构简单，成本较低，制造，使用和维护方便,运行可靠以及质量较小等优点，从而被广泛应用于家用电器，电动缝纫机，食品加工机以及各种电动工具，小型电机设备中，因此，研究三相异步电动机的建模与仿真。 三.实验步骤 1.选择模块 首先建立一个新的simulink模型窗口，然后根据系统的描述选择合适的模块添加至模型窗口中。建立模型所需模块如下： 1）选择simPowerSystems模块库的Machines子模块库下的Asynchronous Machine SI Units模块作为交流异步电机。 2）选择simPowerSystems模块库的Electrical Sources子模块库下的Three-Phase Programmable V oltage Source模块作为三相交流电源。 3）选择simPowerSystems模块库的Three-Phase Library子模块库下的Three-Phase Series RLC Load模块作为串联RLC负载。 4）选择simPowerSystems模块库的Elements子模块库下的Three-Phase Breaker模块作为三相断路器，Ground模块作为接地。 5）选择SimPowerSystems模块库的Measurements子模块库下的V oltage Measurement模块作为电压测量。 6）选择Sources模块库下的Constant模块作为负载输入。 7）选择Signals Rounting模块库下的Bus Selector模块作为直流电动机输出信号选择器。8）选择Sinks模块库下的Scope模块。 9）选择SimPowerSystems模块库的Measurements子模块库下的Three-phase V-I Measurements用于创建子系统。 2.搭建模块 将所需模块放置合适位置，再将模块从输入端至输出端进行相连，搭建完的串电阻起动simulink模型如图1所示
三相异步电动机的启动_New
三相异步电动机的启动
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三相异步电动机的启动 异步电动机启动时的要求： 1、电动机有足够大的启动转矩。 2、一定大小启动转矩前提下，启动电流越小越好。 3、启动所需设备简单，操作方便。 4、启动过程中功率损耗越小越好。 一、鼠笼式异步电动机的启动 1、直接启动 即启动时加在电动机定子绕组上的电压为额定电压。三相异步电动机直接启动的条件（满足一条即可）
1、容量在7.5KW以下的电动机均可采用。 2、电动机在启动瞬间造成的电网电压降不大于电源电压正常值的10%，对于不常启动的电动机可放宽到15%。 3、可用经验公式粗估电动机是否可直接启动 优点：所需启动设备简单，启动时间短，启动方式简单、可靠，所需成本低。 缺点：对电动机及电网有一定冲击 2、降压启动 在电动机启动时降低定子绕组上的电压，启动结束时加额定电压的启动方式。降压启动能起到降低电动机启动电流目的，但由于转矩与电压的平方成正比，因此降压启动时电动机的转矩减小较多，故只适用于空载或轻载启动。 A、自耦变压器（亦称补偿器）降压启动
（1）接线：自耦变压器的高压边投入电网，低压边接至电动机，有几个不同电压比的分接头供选择。 （2）特点：设自耦变压器的变比为K，原边电压为U1，副边电压U2= U1/K，副边电流I2（即通过电动机定子绕组的线电流）也按正比减小，又因为I1= I2/K，则电源供给电动机的启动电流为直接启动时1/K2倍。因电压降低了1/K倍，转矩降为1/K2倍。 自耦变压器副边有2~3组抽头，如二次电压分别为原边电压的80 %、60%、40%。 优点：可按允许的启动电流和所需的启动转矩来选择自耦变压器的不同抽头实现降压启动，定子绕组采用Y或Δ。 缺点：设备体积大，投资较贵。 B、星—三角（Y—Δ ）降压启动 （1）接线：启动时先将定子接成星形，启动完再接成Δ。 （2）特点：启动电流、电源电流和启动转矩只有直接启动时1/3。