大学电机与拖动课程第六章三相异步电动机运行原理.ppt

第六章 三相异步电动机运行原理,第一节 三相异步电动机的空载运行,三相异步电动机的定、转子电路之间没有直接的电联系，它们之间的联系是通过电磁感应关系而实现的，这一点和变压器完全相似。定子相当于变压器的一次绕组，转子相当于二次绕组，可仿照分析变压器的方式进行分析。,一、空载电流和空载磁动势,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,旋转的磁动势,由旋转磁动势建立气隙主磁场,，即旋转磁场。,2,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。,二、空载时的定子电压平衡关系,电动机空载时每相的定子电压平衡方程式：,3,第二节 三相异步电动机的负载运行,一负载运行时的物理情况,定子三相对称绕组接通三相对称电源，流过三相对称电流，产生旋转磁场，以同步转速,分别产生感应电动势,切割定，转子绕组，,和,转子绕组是闭合的，,因而产生,转子电流,。异步电机负载时，除了定子磁动势,外，转子电流还,产生一个转子磁动势,，因此总的气隙磁动势则是,和,的合成。,转子合成磁动势相对转子的旋转速度为,若定子旋转磁场的转向为顺时针方向，感应而形成的转子电动势或电流的相序也必然按顺时针方向排列。由于合成磁动势的转向决定于绕组中电流的相序，所以转子合成磁动,势,的转向与定子磁动势,于是转子磁动势在空间的旋转速度为：,的转向相同，也为顺时针方向。,4,即等于定子磁动势在空间的旋转速度。也就是说，无论异步电动机的转速如何变化，定、转子磁动势总是相对静止的。,二、基本方程式,(一） 磁动势平衡方程式,负载时，转子磁通势F2与定子磁通势F1在空间相对静止，其合成磁通势保持定值，此时气隙中的旋转磁场由此合成磁通势产生，即,5,转子磁动势F2与定子磁动势F1相对静止，得到合成磁动势F1+F2,负载时,空载时,电动机从空载到负载，定子绕组的感应电动势的变化很小，差不多和电源电压相平衡。所以，可以近似认为,于是,6,7,（二）电磁关系,有效值,相量表达式,定、转子的漏磁通在各自绕组中感应产生漏电动势,8,（三）电动势平衡方程式,R为转子电阻的外加电阻,Zm为表征铁心磁化特性和铁耗的一个综合参数，称为励磁阻抗；Xm称为励磁电抗；Rm为反映铁耗的励磁电阻。,因此,9,异步电动机负载时的基本方程式列出如下,10,三、等效电路,三相异步电机负载运行时，不但原、副绕组的电动势不相等， 而且频率也不一样（,），为此，得出等效电路，不但要,像变压器那样进行绕组折算，还应进行频率折算。,（一）频率归算,转子相电流为:,等式右侧的分子分母同除 以:,与,的大小相等，转子转动的相位角:,等效转子绕组的相位角:,用静止的等效转子绕组代替转动转子绕组,11,等效转子绕的转子绕组电阻由:,改变为,即,用静止的等效转子绕组代替转动转子绕组,再进行绕组归算,12,第三节 三相异步电动机的功率和转矩,一、功率转换过程,二、功率方程式,式中，U1定子相电压；I1 定子相电流； 定子功率因数角； 转子功率因数角；,13,总机械功率,三、转矩方程式,式中 电动机输出的机械转矩； 机械损耗转矩； 附加损耗转矩； 空载转矩； 电磁转矩。,14,四、电磁转矩公式,转矩常数,15,例6-1一台2对极的三相异步电动机，有关数据如下：,还知道电动机的机械损耗 ， 额定负载时的附加损耗 ，试计算各种功率和转矩。,16,同步角速度,转子机械角速度,总机械功率,电磁功率,负载制动功率,空载制动功率,电磁转矩,或者,17,第四节 三相异步电动机的等效电路及相量图,为电动势比,一、异步电动机的等效电路,（一）频率归算,频率归算 保持整个电磁系统的电磁性能不变，把一种频率的参数和物理量换算成另一种频率的参数和物理量。在这里，就是用一个具有定子频率而等效于转子的电路去代换实际转子电路。 所谓“等效”是指： 1）进行代换后，转子电路对定子电路的电磁效应不变。 2）等效的转子电路的电磁性能（有功功率、无功功率、铜耗等）必须和实际转子电路一样。,18,若R=0,而静止转子电路中电流,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,（二）绕组归算,由转子磁动势不变,19,由转子总的视在功率不变,式中,由转子铜耗和漏磁通储能不变,20,（三）异步电动机 的等效电路,经过归算后，定子、转子的电动势方程式,磁动势方程式,励磁支路的电动势方程式,21,几种异步电动机的典型运行情况,1、空载运行,2、额度负载下运行,转子电路基本上是电阻性的，功率因数较高。,3、起动时的情况,附加电阻为零，起动电流很大，功率因数较低。,4、异步发电运行,转差率为负，附加电阻也为负值。表示从转子轴上输入（而不是输出）机械功率。,22,5、电磁制动状态运行,，附加电阻为负值，表示从转子轴上输入（而不是输出）机械功率。,二、异步电动机的相量图,23,例6-2一台2对极的三相异步电动机，有关数据如下：,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。,解,24,（1）用T形等效电路计算,设 ，定子电流,定子线电流有效值,25,定子功率因数,定子输入功率,转子电流 和励磁电流,效率,26,（2）用近似等效电路计算,负载支路阻抗,励磁支路阻抗,转子电流（即负载电流）,励磁电流,27,定子电流,定子线电流有效值,定子功率因数,定子输入功率,效率,28,第五节 三相异步电动机的工作特性及其测取方法,一、工作特性的分析,1、转速特性,2、定子电流特性,3、功率因数特性,4、电磁转矩特性,5、效率特性,29,二、工作特性的求取,工作特性的求取 可以用直接负载法，通过做实验求取；也可以利用等效电路进行计算。,第六节 三相异步电动