三相异步电动机的空载运行优化

1.空载运行的电磁关系

当三相异步电动机的定子绕组接到对称三相电源时，定子绕组中就通过对称三相交流电流三相交流电流将在气隙内形成按正弦规律分布，并以同步转速n1旋转的磁动势F1。由旋转磁动势建立气隙主磁场。这个旋转磁场切割定、转子绕组，分别在定、转子绕组内感应出对称定子电动势，转子绕组电动势和转子绕组电流空载时，轴上没有任何机械负载，异步电动机所产生的电磁转矩仅克服了摩擦、风阻的阻转矩，所以是很小的。电机所受阻转矩很小，则其转速接近同步转速，即n≈n1，转子与旋转磁场的相对转速接近零，即n1－n≈0。在这样的情况下可以认为旋转磁场不切割转子绕组，则E2s≈0（“s＂下标表示转子电动势的频率与定子电动势的频率不同），I2s≈0。由此可见，异步电动机空载运行时定子上的合成磁动势F1即空载磁动势F10，则建立气隙磁场Bm的励磁磁动势Fm0就是F10，即Fm0＝F10，产生的磁通为Φm0。

励磁磁动势产生的磁通绝大部分同时与定转子绕组交链，这部分称为主磁通，用Φm表示，主磁通参与能量转换，在电动机中产生有用的电磁转矩。主磁通的磁路由定转子铁芯和气隙组成，它受饱和的影响，为非线性磁路。此外有一小部分磁通仅与定子绕组相交连，称为定子漏磁通Φ1σ。漏磁通不参与能量转换并且主要通过空气闭合，受磁路饱和的影响较小，在一定条件下漏磁通的磁路可以看作线性磁路。

为了方便分析定子、转子的各个物理量，其下标为“1”的是定子方，“2”的为转子方。异步电动机在正常工作时的一些电磁关系在转子不转时就存在，因此利用转子不动时分析有助于理解其电磁过程

（1）转子不转时（转子绕组开路）异步电动机内的电磁过程

转子绕组开路，定子绕组接三相交流电源，定子绕组中产生三相对称正弦电流（空载电流），形成幅值固定的气隙旋转磁场，旋转速度为

由于转子不动，旋转磁场在定子绕组、转子绕组中感生频率均为f的正弦电动势，即

式中　kN1N1——定子每相有效串联匝数；

kN2N2——转子每相有效串联匝数。

电动势的平衡方程式为

式中　R1——定子每相电阻。

定子漏磁通Φ1σ在定子绕组中产生的漏抗电动势E1σ，常用漏抗电动势来表示，即(www.xing528.com)

式中　X1——定子绕组没相漏阻抗，x1＝2πf1L1。

（2）转子旋转时异步电动机（空载）的电磁过程

转子绕组开路时，转子电流为零；当转子绕组短路时，转子电流不为零，转子电流与磁场作用产生电磁转矩使转子旋转。设转子转速为n，则定子旋转磁场切割转子导体的相对速度下降为Δn＝n0－n，转子导体扫过一对磁极空间的时间变长，使转子电势频率减小为

式中　s——异步电动机的转差率，s＝

因相对切割速度下降，所以转子电动势有效值也减小，又因电抗与频率成正比，所以转子漏电抗也减小，由于空载转矩很小，所以转子的空载电流也很小I2≈0。这样，电动势平恒关系和转子绕组开路不转时相似，即

2.空载时的定子电压平衡关系

根据以上的分析，空载时定子绕组上每相所加的端电压为，相电流为主磁通Φm在定子绕组中感应的每相电动势为定子漏磁通Φσ1在每相绕组中感应的电动势为定子绕组的每相电阻为R1，可以列出电动机空载时每相的定子电压平衡方程式为

式中　Rm＋jXm＝Zm——励磁阻抗，其中Rm为励磁电阻，是反映铁损的等效电阻，Xm为励磁电抗，与主磁通Φm相对应。

上式可以改写为

式中　Z1——定子每相漏阻抗，Z1＝R1＋jXσ1。

显然，对于一定的电动机，当频率f1一定时，U∝Φm。由此可见，在异步电动机中，若外加电压一定，主磁通Φm大体上也为一定值，这和变压器的情况一样，只是变压器无气隙，空载电流很小，仅为额定电流的2％～10％，而异步电动机有气隙，空载电流较大，在小型异步电动机中，可达到额定电流的60％左右。