异步电动机空载运行分析

三相异步电动机定子绕组接在对称的三相电源上，转轴上不带机械负载时运行称为空载运行。

1.空载电流和空载磁动势

异步电动机空载运行时轴上没带机械负载，电动机的空载转速很高，接近于同步转速。因此转子与定子旋转磁场几乎无相对运动，所以转子感应电动势2≈0，转子电流2≈0，此时异步电动机只有定子绕组中有电流流过。空载运行时的定子电流称为空载电流，用0表示。

同变压器一样，空载电流的作用是用来产生磁场的，所以空载电流0也称为励磁电流，属于无功性质的电流，故空载运行时功率因数很低。由于异步电动机的磁路中存在气隙，所以异步电动机的空载电流比同容量变压器的空载电流大，可达到额定电流的20%～50%。空载时，异步电动机从电网中吸收的有功功率很小，吸收较大的感性无功功率，引起电动机和电网的功率因数下降，故在使用时应尽量避免异步电动机的空载运行。

空载电流0产生的磁动势称为空载磁动势或励磁磁动势，用表示，用来建立气隙磁场。

2.主磁通与漏磁通

异步电动机三相对称的绕组，流过三相对称的电流，产生旋转磁场，其中绝大部分磁通沿异步电动机的定子铁芯、气隙、转子铁芯形成闭合回路，同时交链定子、转子绕组，这部分的磁通称为主磁通，用表示。除主磁通外的磁通称为漏磁通，用1σ表示。

3.空载运行时的电动势平衡方程

空载运行时，转子回路电动势2≈0，转子电流2≈0，故只讨论定子电路。

（1）主磁通感应的电动势E1。主磁通在定子绕组中产生感应电动势有效值为

式中：Φm为气隙旋转磁场的每极磁通；N1为定子每相绕组串联匝数；kw1为定子绕组系数，它是由定子绕组的短距和分布而引起的；f1为定子电流频率。

与变压器相似，感应电动势1也可以用励磁电流0在励磁阻抗Zm上的电压降来表示，即

式中：rm为励磁电阻，是反映铁耗的等效电阻；xm为励磁电抗，它是对应于主磁通m的电抗。

因此，Zm的大小将随铁芯的饱和程度的不同而变化。(www.xing528.com)

（2）漏磁通感应的电动势E1σ。定子漏磁通只交链定子绕组，只在定子绕组中感应电动势1σ，与变压器一样，漏电动势可以用定子电流在漏电抗上的电压降来表示。

式中：x1为定子绕组漏电抗，它是对应于定子漏磁通的电抗。

（3）电动势平衡方程式。依据基尔霍夫第二定律，类似于变压器一次侧可列出异步电动机定子每相电路的电压平衡方程式为

式中：Z1为定子绕组的漏阻抗；r1为定子绕组电阻；x1为定子绕组漏电抗。

由于r1与x1很小，定子绕组漏阻抗压降0Z1与外加电压相比很小，一般为额定电压的2%～5%，为了简化分析，可以忽略。因而近似地认为

于是每极主磁通为

显然，对异步电动机来讲，kw1、N1均为常数，当频率一定时，主磁通Φm与电源电压U1成正比，如外施电压不变，主磁通Φm也基本不变，这和变压器的情况相同，它是分析异步电动机电磁关系的一个重要的理论依据。

4.空载运行时的等效电路

根据式（4.7）可画出异步电动机空载运行时的等效电路，如图4.9所示。

图4.9　异步电动机空载时等效电路图