电机及拖动基础顾绳谷主编第五章

第五章异步电机（二）三相异步电动机运行原理及单相异步电动机,第一节三相异步电动机运行时的电磁过程,一、异步电动机负载时的物理情况,当三相异步电动机的定子绕组接到对称三相电源时，定子绕组中就通过三相交流电流。若不计谐波和齿槽影响，这个对称三相交流电流将在气隙内形成按正弦规律分布、并且以同步转速n0旋转的旋转磁动势F1，由旋转磁动势F1建立旋转的气隙主磁场Bm。这个旋转磁场切割定子、转子绕组，分别在定子、转子绕组内感应出定子电动势和转子电动势。在转子电动势作用下转子回路中有对称三相电流流过。于是，在气隙磁场和转子电流的相互作用下，产生了电磁转矩，转子就顺着旋转磁场的方向转动。,机电系,2,空载的情况下：nns,I20,当电机带有机械负载后：nns,I2增大。,不论转子是绕线型还是笼型，转子磁动势F2都是一种旋转磁动势。,（一）转子磁动势分析,机电系,3,2、F2转速的大小,如果相序为A-B-C的异步电动机定子电流所产生的旋转磁场按逆时针方向旋转，因为nn0，则转子电流相序为a-b-c。则转子磁动势F2的旋转方向也按照相序a-b-c，即：按逆时针方向。,1、转子磁动势F2的旋转方向,转子绕组内感应电动势和电流的频率为,f2为转差频率，转子电流形成的转子磁动势F2的旋转方向与F1的旋转方向相同，它相对于转子的转速为n，而相对于定子的转速为n+n=ns,机电系,4,（二）磁动势平衡,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,机电系,5,机电系,6,（三）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,机电系,7,二、基本方程式,（一）磁动势平衡方程式,式中m1、m2为定子、转子的相数；Im为对应于励磁磁动势的励磁电流。,机电系,8,（二）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,机电系,9,异步电动机负载时的基本方程式列出如下,机电系,10,第二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。,机电系,11,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,机电系,12,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,机电系,13,（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,机电系,14,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。,机电系,15,5、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,机电系,16,解,机电系,17,（1）用T形等效电路计算,设，定子电流,定子线电流有效值,机电系,18,定子功率因数,定子输入功率,转子电流和励磁电流,效率,机电系,19,（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,机电系,20,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,机电系,21,第三节三相异步电动机的功率和转矩,一、功率转换过程,机电系,22,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。,机电系,23,四、电磁转矩公式,转矩常数,例5-2根据例5-1中的数据，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。,机电系,24,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,机电系,25,第四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,机电系,26,二、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。,第五节三相异步电动机参数的测定,一、空载试验与励磁参数的确定,机电系,27,2、励磁参数与铁耗及机械损耗的确定,机电系,28,二、堵转试验及堵转时参数的确定,机电系,29,第五节三相异步电动机的转矩与转差率的关系,临界转差率sm,最大转矩,机电系,30,第六节单相异步电动机,一、由单相电源供电的异步电动机的运行单相异步电动机的工作原理,单相异步电动机特性：1）电动机静止时，合成转矩为零，电动机无起动转矩；2）若外力拖动电动机正向或反向转动，撤去外力后，电动机将继续加速到接近同步转速。,机电系,31,则每极脉振磁通为,设脉振磁场按正弦发布,式中，为极距；l为定子铁心长度。,机电系,32,二、单相异步电动机的主要类型和起动方法,分相式电动机的主绕组和辅助绕组空间上相差90电角度，接在同一单相电源上。在辅助绕组中串入适当的电容、电阻或电感，使两个绕组电流的相位不同。这样就可以在电动机内形成一种旋转磁场，从而产生起动转矩。,1、分相式电动机,机电系,33,2）电容分相电动机,如果电容选择恰当，电动机辅助绕组中的电流相位超前主绕组电流相位90，从而起动转矩较大，起动电流较小。,2、罩极式电动机,穿过短路铜环的总磁通是由两部分磁通合成的，与未穿过铜环部分的磁通形成一定