转子绕组开路时的电磁关系

1.磁势状况

图7.2.1是一台绕线型三相异步电动机，定、转子绕组都是Y联结，定子绕组接在三相对称电源上，转子绕组开路。其中图（a）仅仅画出定、转子三相绕组的联结方式，并在图中标明各有关物理量的正方向。图（b）是定、转子三相等效绕组在定、转子铁心中的布置图。此图是从电机轴向看进去的，应该想象它的铁心和导体都有一定的轴向长度，用L表示。这两个图是一致的，是从不同的角度画出的，应当弄清楚。

图7.2.1　转子开路时，三相绕线异步电动机各物理量的方向

作用在磁路上的励磁磁动势产生的磁通，如图7.2.2所示。像双绕组变压器那样，把通过气隙同时链着定、转子两个绕组的磁通称为主磁通，气隙里每极主磁通量用由Φm表示。把不链转子绕组而只链定子绕组本身的磁通称为定子绕组漏磁通，简称定子漏磁通，用Φ1σ表示。漏磁通主要有槽部漏磁通、端部漏磁通和由谐波磁动势产生的谐波磁通。气隙是均匀的，励磁磁动势产生的主磁通Φm所对应的气隙磁通密度，是一个在空间以正弦分布、并且以同步角频率旋转的磁通密度波，同时切割在空间上是静止的定、转子绕组，从而在定子、转子绕组中感应电动势。此时转子绕组开路，转子绕组无电流，故Φ2σ＝0。

定、转子绕组中的感应电动势为

式中，－j表示电动势在时间上滞后主磁通Φm电角度90°。当定、转子绕组轴线重合时，

与同相位。N1是定子绕组每相串联的匝数，N2是转子绕组每相串联的匝数，kN1和kN2分别是定转子绕组系数，f1和f2分别是定转子电势频率，此时f1＝f2。

图7.2.2　转子开路时三相绕线异步电动机各物理量的方向

定、转子绕组中的感应电动势有效值为

定、转子每相电动势（有效值）之比为

定子绕组漏磁通Φ1σ也是交变磁通，在定子绕组中感应漏电动势在时间上滞后主磁通Φm电角度90°。

与变压器相似，可以把定子绕组中感应漏电动势看成是定子电流（也称励磁电流）I0在漏电抗x1上的压降，在时间上滞后电角度90°，即

上述电磁过程可用图7.2.3电磁关系示意图表示。

图7.2.3　转子开路时电磁关系示意图

2.电压平衡方程式、等值电路及相量图

由于异步电动机三相对称，所以分析它的等效电路方程式和相量图时可抽出一相来分析。由如图7.2.3所示的异步电动机转子开路时的电磁状况可知，定子侧一相绕组外加电压后，绕组中产生励磁电流。它等于定子绕组中各部分压降之和，分别是电阻压降、漏抗压降（漏磁通引起的电动势）和主磁通产生的电动势。

式中，Z1＝（r1＋jx1）为定子一相绕组漏阻抗。上式是按照用电惯例各量正方向。

类似于变压器，异步电动机的励磁电流（转子开路时是空载电流）可分为有功分量I（铁损耗电流分量）与无功分量（磁化电流分量）两部分。有功分量超前主磁通90°，与同相。无功分量与同相，超前90°。上述关系可表示：

类似变压器，反电动势可用励磁阻抗Zm上压降来表示。其中电阻rm上所消耗的功率等于铁心中的铁损耗，Zm上的压降等于电动势

根据式（5－6）、式（5－7）、式（5－8）可以画出等效电路和向量图，如图7.2.4所示。异步电动机转子开路时的时间相量图以磁通为参考相量画在横坐标轴上，再根据电压平衡方程式（5－6）画出。

图7.2.4　转子绕组开路时异步电动机等值电路图和相量图

必须说明，以上等效电路、方程式和相量图虽然在形式上与变压器一样，但在定量分析时两者却有一定区别，主要是异步电动机气隙较大，而变压器气隙较小或无气隙，因此异步电动机的励磁电流较变压器大，可占额定电流的20%～50%，而变压器仅占5%～10%。异步电机的漏阻抗也比变压器大，因此，变压器空载时一次侧的漏阻抗压降不超过额定电压的0.5%，而异步机转子开路时漏阻抗压降可达额定电压的2%～5%。尽管如此，I0Z1仍远小于E1，在正常负载范围内，分析异步电动机时仍可认为，E1正比于Φm。在外加电压和频率不变时，异步电动机仍可按磁通恒定的恒电压系统来进行分析。