继电保护浅析三线异步电动机的折算原则毕业论文.doc

内容提要作电动机运行的三相异步电机。三相异步电动速低于旋转磁场的转速，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而感生电动势和电流，并与磁场相互作用产生电磁转矩，实现能量变换。三相异步电动机与单相异步电动机相比。三相异步电动机运行性能好，并可节省各种材料。按转子结构的不同，三相异步电动机可分为笼式和绕线式两种。笼式转子的异步电动机结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜，得到了广泛的应用，其主要缺点是调速困难。绕线式三相异步电动机的转子和定子一样也设置了三相绕组并通过滑环、电刷与外部变阻器连接。调节变阻器电阻可以改善电动机的起动性能和调节电动机的转速。其中折算是把多级传动机构等效成一级传动机构时，把各级的阻转矩或阻力折算到电动机轴上各级传动机构的摩擦损耗也需要折算到电动机轴上，折算的原则是保证折算前后系统的功率传递关系机系统的储存的动能不变。关键词：绕组折算 电流折算 频率折算 动能 电动机 浅析三相异步电动机的折算原则一、前言作电动机运行的三相异步电机。三相异步电动速低于旋转磁场的转速，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而感生电动势和电流，并与磁场相互作用产生电磁转矩，实现能量变换。三相异步电动机与单相异步电动机相比。三相异步电动机运行性能好，并可节省各种材料。按转子结构的不同，三相异步电动机可分为笼式和绕线式两种。笼式转子的异步电动机结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜，得到了广泛的应用，其主要缺点是调速困难。绕线式三相异步电动机的转子和定子一样也设置了三相绕组并通过滑环、电刷与外部变阻器连接。调节变阻器电阻可以改善电动机的起动性能和调节电动机的转速。其中折算是把多级传动机构等效成一级传动机构时，把各级的阻转矩或阻力折算到电动机轴上各级传动机构的摩擦损耗也需要折算到电动机轴上，折算的原则是保证折算前后系统的功率传递关系机系统的储存的动能不变。三相定子绕组中通过入三相交流电时，就产生了一个以同步转速n1沿定子和转子内圆空间作顺时针方向旋转的旋转磁场。由于旋转磁场以n1转速旋转，转子导体开始时是静止的，故转子导体将切割定子旋转磁场而产生感应电动势。由于转子导体两端被短路环短接，在感应电动势的作用下，转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的感生电流。转子的载流导体在定子磁场中受到电磁力的作用。电磁力对转子轴产生电磁转矩，驱动转子沿着旋转磁场方向旋转。 通过上述分析可以总结出电动机工作原理为：当电动机的三相定子绕组，通入三相对称交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流（转子绕组是闭合通路），载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。二、三相异步电动机原理当向三相定子绕组中通过入对称的三相交流电时，就产生了一个以同步转速n1沿定子和转子内圆空间作顺时针方向旋转的旋转磁场。由于旋转磁场以n1转速旋转，转子导体开始时是静止的，故转子导体将切割定子旋转磁场而产生感应电动势（感应电动势的方向用右手定则判定）。由于转子导体两端被短路环短接，在感应电动势的作用下，转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的感生电流。转子的载流导体在定子磁场中受到电磁力的作用（力的方向用左手定则判定）。电磁力对转子轴产生电磁转矩，驱动转子沿着旋转磁场方向旋转。 通过上述分析可以总结出电动机工作原理为：当电动机的三相定子绕组（各相差120度电角度），通入三相对称交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流（转子绕组是闭合通路），载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。三、三相异步电动机的折算（一）什么是三相异步电动机的折算异步电动机定子、转子之间没有电路上的联系，只有磁路上的联系，不便于实际工作的计算，为了能将转子电路与定子电路与电子电路直接的电的连接，要进行电路等效，等效要在不改变定子绕组的物理（电子的电动势、电流、及功率因数等），而且转子对定子对定子的影响不变的原则下进行，即将转子电路折算到定子侧，同时要保持折算前后F2不变以保证磁动势平衡不变。为了找到异步电动机的等效电路，除了进行转子绕组的折合外，还需要尽享转子频率的折算。（二）折算的分类1.频率折算将频率为f2的旋转转子电路折算为与定子频率f1相同的等效静止转子电路，称为频率折算，转子静止不动时S=1,f2=f1。因此，只要将实际上转动的转子电路折算为静止不动的等效转子电路，便可达到频率折算的目的。由于频率折算前后转子电流的数值未变，所以磁动势的大小不变。同时磁动势的转速是同步转速与转子转速无关，所以频率折算保证了电磁效应的不变。频率折算前后转子的电磁效应不变，即转子电流的大小、相位不变，除了改变与频率有关的参数以外只要用等效转子的电阻代替实际转子中的电阻即可。2.绕组折算进行频率折算以后，虽然已将旋转的异步电动机转子电路转化为等效的静止电路，但还不能把定子、转子电路连接起来，因为两个电路的的电动势还不相等。和变压器的绕组折算一样，异步电动机绕组折算也是人为的用一个相数、每相串联匝数以及绕组系数和定子绕组一样的绕组代替相数为m2,每相串联匝数为N2以及绕组系数为而经过频率折算的转子绕组。但仍然要保证折算前后转子对定子的电磁效应不变，即转子的电动势、转子总的视在功率、铜耗及转子漏磁场储能均保持不变。转子折算值上均加“”表示。（1） 电流的折算（2） 电动势的折算（3） 阻抗的折算转子电路向定子电路进行绕组折算的规律是；电流A除以电流比Ki电压V乘以电压比Ke，阻抗乘以电压比Ke与电流比Ki的乘积。注意：折算只改变相关值的大小，而不改变其相位的大小。根据折算前后物理量的关系，可以做出折算后的T型等效电路，如图所示。 三相异步电动机的型等效电路由T型等效电路可得当空载运行时，nn1,s0,(1-s/s)R2，由图可见相当于转子开路。转子堵转时（接上电源转子被堵住转不动时）n=0,s=1, (1-s/s)R2=0,相当于变压器二次侧短路情况。因此在异步电动机启动初始接上电源时，就相当于短路状态，会使电动机电流很大，这在电机试验及使用电动机时应多加注意。四、三相异步电动机得折算原则（一）折算的意义折算是把多级传动机构等效成一级传动机构时，把各级的阻转矩或阻力折算到电动机轴上各级传动机构的摩擦损耗也需要折算到电动机轴上。（二）折算目的获得等效电路；简化计算；画相量图（三）折算的原则折算的原则是保证折算前后系统的功率传递关系机系统的储存的动能不变和二次侧的各功率保持不变（四）折算方法1.二次侧电流的折算I2=I2/k2.二次侧电动势的折算E2=kE2 E2=kE2 U2=kU23.二次侧阻抗的折算 R2=k2R2 X2=k2 X2 RL=k2RL XL=k2XL五、三相异步电动机的折算的应用异步电动机定子、转子之间没有电路上的联系，只有磁路上的联系，不便于实际工作的计算，为了能将转子电路与定子电路与电子电路直接的电的连接，要进行电路等效，等效要在不改变定子绕组的物理，而且转子对定子对定子的影响不变的原则下进行，即将转子电路折算到定子侧，同时要保持折算前后F2不变以保证磁动势平衡不变。为了找到异步电动机的等效电路，除了进行转子绕组的折合外，还需要尽享转子频率的折算。折算是把多级传动机构等效成一级传动机构时，把各级的阻转矩或阻力折算到电动机轴上各级传动机构的摩擦损耗也需要折算到电动机轴上。可以获得等效电路；简化计算；画相量图。折算必须保证折算前后系统的功率传递关系机系统的储存的动能不变和二次侧的各功率保持不变。（一）异步电动机等效电路的折算等效电路法是分析异步电动机的重要手段。在异步电动机中，作出等效电路需要进行两个折算：转子电路的频率折算；与定子方面具有同样相数、匝数、绕组系数的转子绕组折算。1.频率折算（1）在什么情况下转子电路频率等于定子电路频率? 转子旋转时, 转差率为s，转子电路频率：f2=sf1 转子堵转时s=1，f2=sf1=f1, E2s=E2 ,X2s=X2 故：转子堵转时 f2=f1 （2）如何使转子电路的频率等于定子电路的频率? 频率折算后，希望磁势平衡不变，即转子电流不变: I2=sE2/(R2+jsX2)不变。 将上式略作变化：I2=E2/(R2/s +jX2),此式就相当于转子堵转时的情况， 而转子电阻为 R2/s=（1-s)R2/s+R2结论：用一个堵转着的等效转子来代替一个以s为转差率实际旋转着的转子，这时只需要将异步电动机的转子电阻增加到R2/s即可，这就是频率折算的过程。堵转的转子中多了一个附加电阻，而电流确没有变化，相当于多了一个电阻功率。 分析证明：附加电阻上消耗的电功率等于电机的总机械功率P。2.绕组折算（1）绕组折算的定义用一个与定子方面具有同样相数m1、匝数N1和绕组系数kw1的等效转子绕组来替代实际的转子绕组(m2、N2、kw2)。 折算条件是：磁势幅值不变；功率大小不变。 （2）电流折算根据磁势不变: (m1/2)(0.9*I2N1/p)kw1= (m2/2)(0.9*I2N2/p)kw2 I2=I2.(m2N2kw2)/(m1N1kw1)=I2/ki （3）电动势折算磁通应不变: E2=4.44f1N11kw1；E2=4.44f1N21kw2；E2=E2 ( N1kw1)/( N2kw2) = E2 ke （4） 阻抗折算：功率不变：m1I22R2=m2I22R2；R2=R2 m2/m1(I2/I2)2=R2 m2/m1(m2N2kw2/m1N1kw1)2=R2 keki=R2kz （5） 漏电抗折算:X2= X2 kz 折算后转子电路方程式： E2/ke= kiI2 R2 / (s keki)+j X2 / (keki)E2=I2 R2/s + jX2 （二）等效电路激磁回路: Zm=Rm+jXm 折算后的磁势方程式: I1+(m2N2kw2/m1N1kw1)I2=I1+I2/ki=ImI1+I2=Im 经过频率折算和绕组折算后异步电动机的方程式: U1= -E1+I1(R1+jX1)E2= E1=I2(R2/s+jX2)Im = I1+I2-E1=Im(Rm+jXm) 对应的等效电路简化等效电路(三)相量图似于绘制变压器相量图的方法 ，电动机的参数和感应电势 E2= E1为已知，从转子电路方程出发可以一步一步作出异步电动机相量图。 参考相量：水平方