第5章异步电动机二.ppt

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1、第五章 异步电动机（二）三相异步电动机的运行原理及单相异步电动机 以变压器的运行理论为基础，分析异步电动机运行时的电磁物理过程，导出电动势和磁动势的平衡方程式，画出相量图，求出真等效电路。最后分析它的电磁转矩和运行性能。5-1 三相异步电动机运行时的电磁过程一、异步电动机空载运行时的物理情况空载运行状态 电动机轴上不带任何机械负载 的运行状态。以绕线式异步电动机为例。1、转子绕组开路时的空载运行 在定子、转子绕组中产生感应电动势。其有效值为：mwKNfE111144.4mwKNfE221244.4式中各物理量标“1”指定子，标“2”指转子是定子通电频率。1fwK是绕组因数。1N2N为定子、转子

2、绕组一相串联的匝数m是主磁通（由基波磁动势产生，同时交链定子、转子绕组）。在这种运行状态下，转子绕组中呈有感应电动势，但由于开路转子电流的为？不会产生电磁转矩，转子呈禁止不动的（）。同此转子绕组切割磁场的速度和定子绕组相同。0n 由于定子电流除了产生磁通 之外，还产生定子漏磁通 ，它必然在定子绕组中产生漏电动势和变压器一样用漏抗压降来表示：m111XjIE 式中，为定子漏电流，而 为定子绕组漏电感，为空载电流。1X1112LfX 1LI 若定子绕组的电阻为R，则定子一相电路的电动势平衡方程式：10111RIEEU101ZIE10101XIjRIE式中，称为定子绕组漏阻抗，比变压器大。111jX

3、RZ若略去漏阻抗压降：11EU 转子开路电压，于是气隙、定子、转子电路电动势比：220 EU221121wwKNKNEEeK指出，和变压器一样，用阻抗压降表示：1E)(mmm1mmjXRIZIE励磁阻抗,mmmjXRE2、转子绕组短接时的空载运行转子的转速非常接近同步转速，即snn 可以认为旋转磁场不切割转子绕组，同而0,0IE综上所述，异步电动机空载运行是的电磁关系如图1U0I10F10mFm1E1E20E2I02 F二、异步电动机负载运行时的物理情况特点 转子绕组中出线电流,这一电流也要形成磁动 势和磁场。（一）转子磁动势的分析 转子磁动势 也是一个旋转磁动势，并在空间按正弦规律分布，以绕

4、线式异步电动机为例。2F1、2F的旋转方向cCYysnmBBbXxAaZzn 如图，若定子电流的相序为A B C 固此转子磁动势 与定子磁动势转向相同。2F2、转速的大小2F 设电动机的极对数为 ，那么转子绕组中感应电动势的频率为p16060)(2sffssssnnnpnnnp称为转差频率。2f 频率为 的转子电流所产生的旋转磁动势，相对于转子？的转速为2fnnnspf260 因为转子以转速 旋转，而 与 的方向一致，因此相对于静止的定子铁心的转速应为nnnsnnn即 转子磁动势 与定子磁动势转速是相同的，均为 ，或 与 在空间保持相对静止。2fsn2F1F(二)磁动势平衡 异步电动机负载运行

5、时，气隙中产生旋转磁场的磁动势是定子、转子磁动势的合成磁动势，即：)(21mmmBFFF而空载时mmFFF021 由于 ,二者之间仅差一个在数值上相对很小的漏阻抗压降。若外加电压为额定值不变，则定子绕组内的感应电动势也基本不变，电动机从空载到负载的主磁通也基本不变，则11EU 0mm)(21mmmBFFF)(21FFFm或 表明，异步电动机负载时定子磁动势 包含两个部分，一个是 用来产生气隙主磁通 称为励磁分量；1FmFm 另一部分 去抵消转子磁动势 ，其大小与 相当，方向与 相反，称为负载部分。这种平衡关系如图)(2F2F2F2F10mF产生2F抵消1F(三)电磁关系感应电动势，有效值分别为

6、：mwKNfE111144.42222244.4sEKNfEmws下标“s”表示转子转动时的电磁量。mwKNfjE111144.4sKNfjKNfjEmwmws221222244.444.4 此外，定、转子电流 和 分别产生漏磁通 和 ，它所在各r绕组内也要产生漏感电动势,其相量式为:1I212I1111144.4wKNfjESKNfjKNfjEswsws22212222244.444.4异步电动机负载运行时的电磁关系用图示表示：1U1I11RI11Fm1E1E2I1RmFsE22F22RIs22RsE2二、基本方程式（一）磁动势平衡方程式mFFF21 这些磁动势都是由相应的电流产生，有磁动势

7、一节知：1211119.0IFpKNmw2222229.0IFpKNmwmpKNmmIFw11129.0式中，为定、转子绕组的相数。1m2m 即磁动势矢量与对应的电流方向相同，可把磁动势平衡方程式表示为：mpKNmpKNmpKNmIIIwww1112221119.09.09.022212化简：21111222IIIwwKNmKNmm令：比。称为异步电动机的电流222111wwKNmKNmiK 211IIIiKm令：212IIiK)(21IIIm则 表示异步电动机负载时，定子电流由两部分组成，一部分为产生主磁通的励磁分量 ，也称励磁电流；另一部分是用来抵消转子磁动势的负载分量 ，也称为负载电流。

8、mI2I(二)电动势平衡方程式假设定、转子电路中各量的参考方向如图所示1U1E1E1I2IsE2sE2可得11111RIEEU）（RRIEEss2222R是转子绕组中的外加电阻，对鼠笼软质0RmmZIE1ssXI jE222111XI jE把 ，全部用电压降处理1E1EsE222222SXLfXs为转子漏阻抗sX2综合以上：)(211IIIiKm111111111ZIEXI jRIEUsXjIRRIEsEs222222)(mmZIE1是定子每极绕组漏阻抗111jXRZ是转子每极绕组漏阻抗sjXRZ2225-2 三相异步电动机的等效电路及相量图一、异步电动机的等效电路1、异步电动机的实际电路 和

9、分析变压器一样，只研究一相的等效电路，其它两相可由对称性直接导出，如图为一相的定、转子电路。2、频率归算 保持整个电磁系统的电磁性能不变，把一种频率的参数及有关物理量等效转换成另一种频率的参数及有关物理量。1、确保转子电路对定子电流的电磁效应不变。即 不变；2F2、等效转子电路的电磁性能和实际转子电路一样（）cupp,由 可知，欲使 ，必须 ，即转子的频率和定子相等时，就是用一个静止的转子电路去代替时间转动的转子电路。12sff 0,1ns12ff 转速 当转子电路的频率为 不变，转速 同步，即转速不变。pf,112,F F 转向 和 旋转磁场切割转子绕组 的方向不变，转子电流的相序不变，即

10、转向不变。snn 0n160 fp 幅值 保持不变，只 要 不变，就可得证 不变。2222222220.9,WN KmWpFImNK、2F2I2222222222jXEjsXREsjXRESRssI 这里的 都是转子在不动是的参数，可见，只要将 ，即可得证 不变。22,XESRR222F2221RSRRSS下面分析一下 的意义，因为sR2 在附加电阻 上产生的功耗，实质上表征了异步电动机的机械功率 21Rss前面已经分析过异步电动机的运行状态作电动机运行。异步机输出机械功率，附 p s010空载运行。附 p s01作发动机运行。异步机输入机械功率，附 p s00 总之，用静止的转子去代替实际的

11、转子，只要把 变为 无论从转子对定子的电磁效应看，还是就功率而言都是等效的，频率归算后异步电动机的定、转子电路图：2RsR2（二）绕组归算 用一个相数、每相串联的匝数以及绕组因数和定子绕组一样的绕组代替经过频率归算后的转子绕组。归算后转子各量的归算值用加“”表示。1、转子电流的归算根据转子磁动势不变，可得22222221119.09.0IIpKNmpKNmww2122111222IIIiwwKKNmKNm2、电动势的归算由保证转子总视在功率不变，可得222221IEmIEm112 21 22222221wwN Km Iem IN KEEEK EE 3、转子电阻及漏抗的归算转子电路的铜耗不变22

12、222221RImRIm2222)(2212RKKRRieIImm漏磁场的储能不变222221222121LImLIm22XKKXie2222)(2212LKKLLieIImm 经过频率、绕组归算后异步电动机的定、转子电路如图绕组归算后的绕组归算后的定、转子电路定、转子电路（三）异步电动机的等效电路归算后的基本方程式1111ZIEUmmZIE1mIII2121EE222122ZIRIEss1121111111ZIZIZIZIZIZIEUmmmm2212)(11ZREmmssZZZI221111)(11ZRUZImmssZZZI整理得：122122()111()smssmsZZRZZRUIZ“T

13、”形等效电路1U21Rss2I2R2XmZmRmX1EmI1I1X1R下面来分析几种典型的运行情况：转子相对于开路 电流与外加电压相位差接近 ，因此异步电动机空载运行时功率因数很低。120sss R 90mII1 较大，归算后的转子电路基本显阻性。转子电路的功率因数高，转子电路的电流比励磁电流大，因此定子电路的功率因数也很高，可达0.80.85.sRe1 ss%5101、空载运行2、额定负载运行4、异步发电机运行 当定子端加额定电压，由于转子有惯性未来的及转动的瞬间，为转子的堵转状态，附加电阻 ，相当于短路，起动电流（堵转电流）很大，但功率因数较低。1,0sn021Rss3、起动时的情况 相应

14、的机械功率是个负值，说明这时异步电动机不是输出功率而是输入机械功率，功率分配如下0,0,21Rsnnsss)(22222202122sRsssIRIRI）（转子吸收的机械功率=转子铜耗+回馈定子功率5、电磁制动状态0,12122RIsss0222sRI ，但 。说明，在这种情况下异步电动机吸收机械功率，但不回送定子而是被转子回路所消耗。（四）等效电路的简化电动机的功率越小相对偏差越大。1U21Rss2R2XmRmX2I1X1RmI1Fe21U2I22XI jsRI2212EE1E11RImIm1I2I11XI j二二、异步电动机的相量图 异步电动机的 总是落后与 即功率因数总是滞后的。1I1U

15、定子绕组为三角形接法，试求额定负载时的定子电流、转子电流、励磁电流、功率因数、输入功率和效率。w10KpN相 90mX相 7mR相4.42X相12.12R相43.21X相33.11RminrNn1452VUN380例 一台2P=4的三相异步电动机，有关数据如下：解：032.0sNsnnnNs352NsR(1)用“T”形等效电路计算9074.435)907)(4.435()(143.233.12222jjjjZXjZXjjZZmsRmsR43.2923.3312.1693.28j设 VU03801AIZU43.2942.1143.2923.33038011线电流为：A8.19342.112221

16、9.979.9mRmsZZjXIIA%26.88%1001PPN11 1133 380 11.42 0.8711.326PU I cosKW)(87.043.291滞后coscosAIIIm15.889.321(二)用近似等效电路计算121238021.332.43 354.410.2410.6RsUjjZjXIA AIIIm1.2945.1221AImZUm54.852.41874.01.291coscosKWcosIUp405.12874.045.12380331111%6.80%1001PPN等效电路是一相的。指出用等效电路算出定子边为实际值，转子 边为归算值，因此要求转子实际值再归 算回去，但功率和转矩不需归算。5-3 三相异步电动机的功率和转矩 这一节从能量的观点出发，进一步了解异步电动机的的能量转换过程，分析其功率和转矩。一、功率转换过程 借助于气隙的旋转磁场，利用电磁感应的作用，从定子通过气隙传送到转子，这部分功率称为电磁功率 。ep1p21Rss2R2XepmRmX1EmI1I1X1Rmechp1cupFep2cup异步电动机的功率流程图：1pepm echp2p1CU