第23章 三相异步电动机的运行原理-3

第二十三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（大小与相位）；,要解决的问题：主要是知道电压与输出功率求电流、求转速的问题；或已知电压和转速求电流和功率。,（输出能量的）机械端口：功率和转速（或转矩与转速）,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。等效电路方面的要求：1）如何得到等效电路、掌握绕组归算与频率归算；2）等效电路各元件代表什么？对那些量等效；,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,0-3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理想空载，转子不带负荷，忽略摩擦，转速等于同步速,思考：转子有无感应电势，定子电流是什么电流？,然后分析，转子堵转转子绕组短路的情况；,最后分析，静止转子代替旋转转子后的等效定子,规定了定、转子各相电气物理量的正方向；,规定磁动势、磁通从定子出转子进为它们的正方向；,确定了定转子空间坐标，并假设转子轴在定子轴前方空间电角度。,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、磁通密度从定子内园出来进入气隙为正（定子铁心内园表面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）,1.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,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,基本电磁关系示意图：,励磁磁动势及励磁电流：,由于转子开路，转子无电流，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（其特点参考三相对称交流绕组产生旋转磁动势章节内容）。,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：,这样得到定转子每相电动势变比,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：,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：,励磁阻抗；,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：,时空相矢图和等效电路：,第二节转子堵转时的电磁关系,1.转子漏磁通,2.转子回路电压方程,3.转子磁动势,（1）幅值,（2）转向,（3）转速,（4）瞬间位置见下图,结论：与在定子内圆空间同转速、同转向，即相对静止。,4.定子磁动势和励磁磁动势,由于转子堵转，频率也为；旋转速度为,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：,5.转子位置角的折合：,把轴和轴人为的重合，这就是所谓的转子位置角的折合,把轴和轴人为的重合，这就是所谓的转子位置角的折合,6.转子绕组的折合,由于异步电机定、转子之间没有电路上的联系，仅有磁动势之间的联系,这点和变压器的情况类似。,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：,电流形式的磁动势平衡方程：,根据，得：,简化后有：，其中：式中，称为电流比。,最后给出转子侧电流、电动势和阻抗的折合结论：,7.基本方程、等效电路和相量图：,转子堵转、转子绕组短路时的效电路,转子堵转、转子绕组短路时的矢量图,基本电磁关系示意图：,第三节转子旋转时的电磁关系,当转子旋转起来后（），转子中仍会感应电流，产生转子磁动势。,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的转速总是为。下面我们首先具体分析转子旋转时磁动势,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：,异步电动机额定负载时通常在0.020.05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。,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：，,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：,基本电磁关系示意图：,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：,说明：1）转子回路的频率为：；,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）：,3.转子绕组频率的折合,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。,仿照上一节（转子堵转）的分析方法，进行转子的空间位置、相数、有效匝数的折合，可得到相应的基本方程式,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。,“T”型等效电路,简化等效电路,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。,鼠笼转子的问题,鼠笼转子的问题,对于两极鼠笼式电机得到如下关系：1）转子极对数自动恒等于定子极数；2）转子相数的确定：转子导条数如能整除极对数，则其商就位相数，如不能整除，则导条数就位相数；3）转子的有效匝数：,当转子堵转时，此时无机械功率输出；,1）等效电路中为机械功率的等效电阻：,旋转时，此时有机械功率输出，即对应的功率等于总机械功率。,本章总结,空载时，转子绕组,2)旋转的异步电动机和一台副边绕组接有电阻负载的变压器相似：,近似开路，相当于空载运行的变压器。,3)机械负载的变化在等效电路中由转差率的变化来体现：,4）总是滞后，所以异步电动机功率因数总是滞后的。原因是异步电动机只能从电网吸收感性无功功率来建立主磁场和漏磁场。激磁电流愈大，所需感性无功亦愈多，功率因数亦愈低。,5）异步电动机和变压器有相同形式的等效电路，但是它们对应的参数数值相差较大：异步机的漏抗参数相对于变压器的要大；异步机的激磁电抗参数相对于变压器的要小。,课堂习题,23-8已知绕线型异步电机，定、转子有效匝数比为。今将定、转子绕组如图接线方式联结起来，把转子卡住不转，转子绕组接在三相对称电源上，求在空载时：（1）转子绕组轴线滞后定子轴线角时，定子输出电压U2是多少（忽略励磁电流在转子里引起的漏阻抗压降）？,（2）要想获得U2为最大或最小，应如何安排转子的位置？,23-11一台三相绕线型异步电机，定子绕组接在三相对称电源上，今由另一台原动机拖动此异步电机，并使它的转速n超过同步速n1，并且n与n1转向相同。已知定子绕组漏阻抗，转子不转时漏阻抗。分析：（1）气隙磁通密度在定、转子绕组中感应电动势的频率；（2）定、转子绕组感应电动势的相序；,（3）画出转子的时空相矢量图；（4）把转子磁动势画在定子的空间矢量图上，作出定子的空间矢量图；（5）画出定子的时空相矢量图；（6）作用在转子上的电磁转矩是拖动转矩还是制动转矩；（7）这时异步电机的电磁功率流动方向如何？,23-18一台绕线型异步电机：（1）定子通三相交流电，其频率为f1，产生逆时针旋转磁场，同步速为n1，转子绕组短路，求转子的转向；（2）转子绕组通入频率为f2的三相交流电，产生相对转子逆时针旋转磁场，其同步速为n2，定子绕组短路，求转子的转向；,（3）如果定子绕组通入频率为f1三相交流电，其旋转磁场相对定子以同步速为n1逆时针旋转，同时向转子绕组通入频率为f2、相序相反的三相交流电，其旋转磁场相对转子的同步速为n2，求转子的转向及转速n。,233一台已经造好的异步电动机，其主磁通的大小与什么因素有关？234如果电源电压不变，则三相异步电机的主磁通的大小与什么因素有关？2315异步电机运行时，为