相异步电动机的运行原理

1、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

2、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

3、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

4、,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

5、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

6、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

7、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

8、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

9、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

10、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,

11、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，为什