第19章 三相异步电动机的运行原理.ppt

第十九章三相异步电动机的运行原理 0 1概述 要求 掌握异步电机稳态分析的基本方法 等效电路法 异步电动机分析中 主要涉及四个量 输入能量的 电端口 电压与电流 输出能量的 机械端口 功率和转速 或转矩与转速 实际中要解决的问题 主要是已知异步电动机电压与输出功率求解电流 转速的问题 或已知电压和转速求电流和功率等问题 为解决上述问题仍用等效电路法 要设法找出与变压器相似的等效电路 本章要求掌握等效电路方面的要点 1 如何得到等效电路 掌握绕组归算 转子位置归算与频率归算等 2 等效电路各元件各代表什么 等效哪些实际的物理量 为了得到等效电路的过程 主要解决以下三个问题 1 设法用静止转子等效旋转的转子 以便借用变压器的分析方法 2 在气隙磁场作用下 定转子绕组的感应电势之间的关系 引入电压变比 3 定转子电流产生的磁势如何合成 引入电流变比 仿照变压器的思路得到等效电路 基本思路 首先分析仅仅定子有电流而转子没有电流的情况 转子绕组开路 转子只有感应电动势 但无电流 然后分析 转子绕组短路 但转子堵转的情况 最后分析转子旋转的情况 采用等效静止转子代替实际旋转转子 规定定 转子各相电气物理量的正方向 规定磁动势 磁通的正方向 确定定转子绕组空间坐标 正方向的规定 1 定 转子绕组电流 电动势及端电压的正方向 3 磁动势 磁通密度从定子内圆出来进入气隙为正 定子铁心内圆表面N极为正 2 绕组轴线的正方向 与电流 电动势成右手螺旋关系 并假设转子A相绕组轴线在定子A相绕组轴线前方空间电角度 正方向的规定 下页图 定子漏磁通不起传递能量的媒介作用 只起电抗压降的作用 包括 槽部漏磁通 端部漏磁通和谐波磁通 一 异步电动机的主磁通和定子漏磁通 第一节转子绕组开路时的电磁关系 主磁通和变压器一样起到传递能量的媒介作用 二 基本电磁关系示意图 类比变压器的空载运行 说说它们的异同 由于转子开路 因此定子三相电流产生合成基波旋转磁动势用于建立主磁场 因此这个磁动势亦称为励磁磁动势 三 励磁磁动势及励磁电流 励磁电流可看成由两部分组成 提供铁耗 是有功分量 建立磁动势产生主磁场 是无功分量 即 这样得到定转子每相电动势变比 和变压器一 二次绕组感应电动势的推导类似 得定 转子每相电动势有效值的大小 四 主磁通在定转子绕组感应电动势 转子位置位于对应的定子位置前方空间电角度 用相量 表示时 可得 五 电动势平衡方程 定子一相绕组的漏阻抗 定子一相电动势平衡式为 转子回路开路 转子回路电动势平衡方程 与变压器分析时一样 如果用励磁电流在参数上的压降表示 则 激磁阻抗 六 时空相矢图和等效电路 一 基本电磁关系示意图 第二节转子堵转时的电磁关系 根据全电流定律知道 产生气隙磁密的磁动势是作用在磁路上的所有磁动势的总和 即认为合成磁动势产生气隙磁密 由于转子短路 由于转子堵转 频率也为 旋转速度为 结论 与在定子内圆空间同转速 同转向 即相对静止 二 磁动势分析 所示时 空向量图对应于转子轴线位于定子轴线前方空间电角度的情况 分析发现与之间的夹角为 空间电角度 为转子回路的功率因数角 和转子的具体位置 无关 为了分析问题的简化 把轴和轴人为的重合 三 转子位置角及其折合 转子角折合以后 在时空相矢图中肯定有和 和 和都相互重合的关系 这样就有 四 电流形式的磁动势平衡方程 简化后有 其中 式中 称为电流比 根据 就可得 目的 由于定转子之间只有磁的联系 没有电路上的直接联系 为了把定转子电路直接连接起来构成统一的的等效电路 必须像变压器一样 把异步电机的转子侧量归算到定子侧 或者说用一个等效的转子来代替实际的转子 等效转子的相数为 有效匝数为 五 转子绕组相数和有效匝数的折合 原则 归算后不能改变异步电机的电端口的电磁本质 步骤 具体折合原则和步骤和处理变压器的折合相似 给出转子侧电流 电动势和阻抗折合后的结果 六 基本方程 等效电路和相量图 当转子旋转起来后 转子中仍会感应电流 产生转子磁动势 由于 相对定子的转速为 那么 相对定子的转速为 另外 那么与还会保持静止吗 一 问题的提出 结论 无论转子旋转与否 转子磁动势相对于定子磁动势总是静止的 也就是说转子磁动势转速总是为 下面我们首先具体分析转子旋转时磁动势 第三节转子旋转时的电磁关系 异步电动机额定负载时通常在0 02 0 05范围内 由此可知 转子旋转时转子感应电势和电流的频率很低 当Hz时 Hz 1 转子电流的频率 其频率取决于气隙旋转磁场切割转子绕组的相对转速 即 二 转子回路的电流和磁动势分析 2 磁动势的转速 相对于转子转速为 相对于定子的转速就为 相对于转子转 速加上转子转速 即 结论 不论转子静止还是旋转 与在空间上总相对静止 都以同步速旋转 所以得稳定的磁动势平衡关系 说明 1 转子回路的频率为 2 转子电阻 转子漏电抗和频率成正比 因此有 转子电动势大小和频率成正比 因此有 三 基本电磁关系示意图 通过分析可以得到定转子回路的电动势方程 已经对转子的空间位置 相数 有效匝数进行了折合 和等效电路 由于定转子回路的频率不等 得不到实用的等效电路 因此下面研究转子回路频率折合的问题 即 寻求 等效静止转子 的问题 四 转子绕组的折合 转子旋转与否影响了转子绕组的频率 但是对转子磁动势相对定子的转速 即同步速 不会产生影响 现在寻求一个所谓的 等效 静止转子 它产生的磁动势肯定和转子旋转时候的磁动势相比是不变的 只是转子绕组的频率就由改变为而已 这就是转子绕组频率折合的思路 1 转子绕组频率折合的思路 转子磁动势是由转子电流产生的 那么要保持折合前后转子磁动势不变 必然有折合前后转子电流有效值和相位不变的关系 只是频率改变了 由于式中 转子旋转时和转子堵 转时相比 只在转子绕组等效电路中多了项 2 转子绕组频率的折合 经过转子绕组位置角 相数 有效匝数和频率的折合后 转子绕组电动势和定子绕组电动势就完全相同了 这样可以把前面定转子回路分离的等效电路统一起来 得到如下的异步电动机的 T 型等效电路 1 T 型等效电路 五 转子旋转时等效电路 有时为了工程计算的方便 常把 T 型等效电路简化 得到如下图所示的简化等效电路 2 简化等效电路 六 基本方程和相量图 本章前面是以绕线型电机为例来分析的 这种电机转子在设计制造时就确定了极对数 相数 有效匝数等数据 对于鼠笼转子绕组由于转子导条在转子铁心表面均匀布置 那么得到如下关系 1 转子极对数自动恒等于定子极对数 2 转子相数等于通常就认为等于总的转子导条数 3 转子的有效匝数 七 鼠笼转子的问题 1 等效电路中为机械功率的等效电阻 当转子堵转时 此时无机械功率输出 旋转时 此时有机械功