09第9章 三相异步电动机的基本理论.ppt

内容,9.3三相异步电动机的折算、等效电路和相量图,9.1三相异步电动机的空载运行,9.2三相异步电动机的负载运行,9.4三相异步电动机的功率和转矩平衡方程式,9.5三相异步电动机的电磁转矩,9.6三相异步电动机的参数测定,掌握异步电动机空载和负载时的电磁关系。掌握转子频率折算和绕组折算的原则、物理本质和折算关系。掌握异步电动机的等效电路及各参数的物理意义。掌握异步电动机的功率平衡关系、电磁功率和总机械功率的物理意义。掌握功率和损耗计算式，电磁功率、转子铜耗、总机械功率之间关系。掌握转矩平衡关系、转矩特性、电压与转子电阻对转矩特性的影响。掌握异步电动机的参数测定方法。,要求,9.1三相异步电动机的空载运行,空载运行：定子接三相电源，转轴不带机械负载。,一、空载运行时的电磁关系,1主磁通和漏磁通,(1)主磁通,来源：定子,路径：定子铁心气隙转子铁心气隙定子铁心,作用：同时交链定、转子绕组，在定、转子绕组中感应电动势。转子电动势产生转子电流，与定子磁场作用产生电磁转矩，驱动转子旋转，将电能转换成机械能输出。主磁通起能量传递与转换的媒介作用。,槽漏磁通端部漏磁通,（2）漏磁通,漏磁通仅在自身绕组(定子绕组或转子绕组)上产生漏电动势，起电抗压降作用，不起能量传递与转换作用。,谐波漏磁通：由谐波磁动势产生，谐波磁通对转子并不产生有效转矩，属于漏磁通。,2空载运行时的电磁关系,3空载电流与空载磁动势,（旋转）,（1）空载电流：,即空载电流基本上为一无功性质的电流。,二、空载运行时的电压方程式和等效电路,幅值：,定子一相电压方程,（2）空载磁动势：,定子一相绕组等效电路,9.2三相异步电动机的负载运行,负载运行：定子接三相电源，转轴带上机械负载。,一、负载运行时的电磁关系,负载后,同方向同转速旋转，共同产生主磁通:,电磁关系与变压器类似,二、转子绕组各电磁量的特点,1转子感应电动势的频率,转子频率与转差率成正比，与转子的转速有关,额定运行：s=0.010.06，f2=0.53Hz。,2转子感应电动势的大小,（转动时）,（不转时）,3转子绕组的漏电抗,（转动时）,（不转时）,起动瞬间：n=0，s=1，f2=fl=50Hz；,空载运行：nn1，s0，f20；,4转子磁动势的性质,（1）F2是一个旋转磁动势。幅值为：,（2）F2与F1转向相同,因为F2转向与转子电流相序一致，转子电流相序与定子旋转磁场方向一致。,转子多相对称绕组流过多相对称感应电流，将产生基波旋转磁动势。,（3）F2与F1转速相同,F1相对于定子的转速为：,F2相对于转子的转速为：,F2相对于定子的转速为：,可见，无论转子转速怎样变化，定、转子磁动势总是以同速、同向在空间旋转，两者在空间保持相对静止。,三、负载时的磁动势平衡方程式,电流变比：,定子电流负载分量：,四、负载时的电压方程式和等效电路,1定子电压方程式,2转子电压方程式,3定、转子等效电路,描述异步电动机运行的一组方程,注意：定、转子电路的频率、相数、绕组的有效匝数不同。,若将方程3，4体现在电路中，则可得到等效电路，为此需要对转子进行频率和绕组折算。,由方程1，2可得定、转子电路：,9.3三相异步电动机的折算、等效电路和相量图,一、折算问题的提出和折算的原则,1折算问题的提出,定、转子电路是有磁耦合的两个分离的电路,定、转子电路的频率不等、绕组不同（相数、匝数、绕组系数不同）。为了得到一个整体的等效电路，必须对转子进行频率和绕组折算。,2折算原则,二、转子折算,1转子频率折算,目的:使转子频率与定子频率相等，即f2=f1,实质：把旋转的转子等效成静止的转子。,原则：保持F2大小和性质不变，即F2的转速、转向、幅值、相位都保持不变。,因为，无论转子是旋转还是静止，F2转速和转向不发生变化。所以，只要保持F2的幅值和相位不变即可，即保持大小和相位不变即可。,附加电阻是模拟异步电动机轴上总机械功率的等效电阻。,附加电阻的物理意义：,转子回路电压方程式,转子回路的“端电压”,对转子频率折算后：,2转子绕组折算,原则:保持F2不变，转子各功率不变。,（1）转子电流的折算,根据折算前后F2不变原则，得,电流变比,电压变比,阻抗变比,定义三个变比：,（3）转子漏阻抗的折算,根据折算前、后转子电阻消耗有功、无功不变原则，得,根据折算前、后转子视在功率不变原则，得,（2）转子电动势的折算,同理：,经过对转子折算后的等效电路和方程式,经过对转子折算后的等效电路和方程式,三、等效电路和相量图,1.T形等效电路,可见，异步电动机的等效电路与变压器的等效电路相似。,差别：变压器电路中的负载为一阻抗，其性质由实际负载决定。电动机电路中的负载为一电阻，因为它只输出有功功率。,（2）空载运行时,功率因数很低，应避免长期空载或轻载运行。,（3）正常运行时,等效电路近似为开路状态。,分析几个特殊运行状态：,（1）堵转或起动瞬间,此时很大。长期堵转运行将会烧毁电动机。,等效电路处于短路状态。,2.简化等效电路,与变压器不同，由于电机存在气隙，励磁电流较大，励磁支路不可去掉，但可以把它移到输入端，同时考虑R1、X1的影响。,3相量图,对应T型等效电路的相量图如图所示。,与变压器相量图的画法类似。,9.4三相异步电动机的功率和转矩平衡方程式,一、功率平衡方程式,（1）输入功率,（2）定子铜耗,（3）定子铁耗,（f2=13HZ转子铁耗可忽略）,按功率传递过程写各功率和损耗：,（5）转子铜耗,（6）总机械功率,（9）输出功率,称为空载损耗,异步电动机的功率平衡方程式,总损耗,效率,分段,总的,三者之间的关系：,通过气隙由定子传递到转子的电磁功率，只有一少部分被转子电阻消耗掉了，其余绝大部分转换成了机械功率。,转差率越大，转子铜耗所占比例越大，总机械功率越小，电动机效率就越低。因此，电动机正常运行时转差率很小，通常s=0.020.06。,可见：,二、转矩平衡方程式,电磁转矩,驱动性质,负载转矩,空载转矩,【例题9.4.1】,9.5三相异步电动机的电磁转矩,一、电磁转矩的物理表达式和参数表达式,1物理表达式,2参数表达式,称为转矩特性。,称为机械特性。,转矩特性,机械特性,(1)线性段：0SSm稳定运行区,(2)非线性段：SmS1不稳定运行区。,Sm称为临界转差率。,特性分为两段：,正常工作点C在稳定运行区。,二、最大转矩及过载能力,1最大转矩,（1）,（2）,可见：,2过载能力,一般异步电动机,定义：,意义：,即最大转矩与额定转矩之比。,三、起动转矩及起动转矩倍数,1起动转矩,起动瞬间，n=0,s=1,此时的电磁转矩称为起动转矩:,（1）起动转矩与电源相电压的平方成正比。（2）适当增大转子电阻，可以增大起动转矩。,绕线转子异步电动机可以在转子回路中串入适当的电阻来增大起动转矩。,若转子回路串入某一电阻，使Sm=1，则Tst=Tmax,2起动转矩倍数,起动条件：起动转矩大于负载转矩。大的越多，起动越快，起动时间越短。,表征笼型异步电动机起动性能好坏的重要指标。,一般笼型异步电动机kT=1.02.0;Y系列异步电动机kT=1.72.2。,【例题9.4.2】,9.6三相异步电动机的参数测定,励磁参数,用空载试验测定,用堵转试验测定,一、空载试验,能够测定：,1试验过程,轴上不带负载，定子接三相电源，调节电压从1.2UN逐渐下降直到转速明显变化为止，测量79组数据：U1，P0，I0。,绘制曲线,异步电动机的空载特性,2铁耗与机械损耗的分离,空载等效电路,铁耗与机械损耗分离,延长此直线与纵轴交于点，作一水平虚线。,3励磁参数的计算