异步电动机的工作原理

1、异步电机分析第一节异步电动机的工作原理1、转差，转差率（为什么叫异步电动机？）? 切割磁力线是产生转子感应电流和电磁转矩的必要条件。? 转子必须与旋转磁场保持一定的速度差，才可能切割磁力线。?旋转磁场的转速用n1 表示，称为同步转速；转子的实际转速用n 表示，转差n=n1-n 。? 转差率：? 转差率是异步电动机的一个基本变量，在分析异步电动机运行时有着重要的地位。o起动瞬间， n = 0,s=1ooooo理想空载运行时： n=n1,s=0作为电动机运行时， s 的范围在 0-1之间。转差率一般很小，如s = 0.03 。制动运行时，电磁转矩方向与转速方向相反，即n1 与 n 反向， s>

2、;1发电运行时， n 高于同步转速 n1,s<0.? 根据转差率可以区分异步电动机运行状态：?2电势平衡方程式1、定子绕组电势平衡方程式? 定子绕组接到交流电源上，与电源电压相平衡的电势（压降）包括：? 主电势（感应电势）：o 定子绕组通入三相对称交流电流时，将会产生旋转的主磁通，同时被定子绕组和转子绕组切割，并在其中产生感应电势。o 定子绕组感应电势的有效值：? 漏磁电势（漏抗压降）o 定子漏磁通：仅与定子绕组相匝链。o 漏抗压将：? 电阻压降：? 定子电势平衡方程式：2、转子绕组的电势及电流? 转子绕组的感应电势第1页共12页o 转子绕组切割主磁通的转速? 主磁通以同步速度旋转? 转

3、子以转速 n 旋转? 转子绕组导体切割主磁通的相对转速为 (n1-n)=sn1 o 转子绕组中感应电势的频率：? 公式：?结论：由于 s 很小，转子感应电势频率很低。0.5-3Hzo 转子感应电势的有效值? 公式：? 感应电势与转差率正比。? 对绕线式异步电机，转子绕组每相串联匝数，相数计算方法同定子绕组的计算。? 对笼型转子 来说，由于每个导条中电流相位均不一样，所以，每个导条即为一相，可见相数等于导条数即转子槽数；每相串联匝数为半匝即1/2 。? 注意转子不动时（ s=1) 时的感应电势与转子旋转是感应电势的关系。? 转子绕组的阻抗o 由于转子绕组是闭合的，所以有转子电流流过。同样会产生漏

4、磁电抗压降。o漏抗公式：。漏抗也与转差率正比。 转速越高，漏抗越小。o 考虑到转子绕组的相电阻后：? 转子绕组中的电流o 转子绕组短路，转子电压为 0，感应电势全部加在转子阻抗上o 转子回路方程：o转子电流：，3异步电动机的磁势平衡1、定子绕组的磁势? 大小（有效值）? 转速：2、转子绕组磁势第2页共12页? 大小：? 转速：o 转子电流的频率o 转子电流产生的旋转磁势的转速：o 转子磁势的绝对转速（相对于不动的定子）? 结论：转子绕组的磁势与定子绕组的磁势转速相同，在空间相对静止。3、磁势平衡方程式?激磁电流和激磁磁势o产生主磁通所需要的电流称为激磁电流；o 对应的磁势称为激磁磁势：? 激磁

5、磁势近似不变o由电势方程式：；电源电压不变，阻抗压降很小，电势近似不变；o由公式：，近似不变；o 可见，激磁磁势和激磁电流几乎不变。?空载运行时，激磁磁势全部由定子磁势提供，即：=?负载运行时，转子绕组中有电流流过，产生一个同步旋转磁势，为了保持不变，定子磁势除了提供激磁磁势外，还必须抵消转子磁势的影响，即：? 异步电动机的磁势平衡方程：ooo第3页共12页o结论：空载运行时，转子电流为 0，定子电流等于激磁电流；负载时，定子电流随负载增大而增大。第二节异步电动机的等效电路等效电路法是分析异步电动机的重要手段。在异步电动机中， 作等效电路遇到的两大障碍是：(1) 定转子电路的频率不相同； (2

6、) 定转子边的相数，匝数，绕组系数等不相等。所以 , 首先研究异步电动机的 频率折算 和绕组折算 的问题。一、频率折算（用静止的转子代替旋转的转子）? 转差率为 s 的异步电动机转子电路频率：? 转子静止时 s=1；则转子频率等于定子频率。? 频率折算后，希望磁势平衡不变，即转子电流不变 :?将上式略作变化：，此是可以理解为：转子不动，转子电阻为的异步电动机的转子电流， 此电流和转子以转差率s 旋转的，转子电阻为的异步电动机转子电流相等。?由以上原理可以得出频率折算的方法：给转子绕组电阻中，计入一个附加电阻，即可以把原来旋转的转子看成静止的转子。? 进一步讨论：o 不论静止或者旋转的转子，其转

7、子磁势总以同步转速旋转，即转子磁势的转速不变，大小相位又没有变，故电机的磁势平衡依然维持。o 静止的转子不再输出机械功率，即电机的功率平衡中少了一大块机械功率。o 静止的转子中多了一个附加电阻，而电流有没有变，所以多了一个电阻功率。 o 分析证明：附加电阻上消耗的电功率等于电机输出的机械功率。二、绕组折算?用绕组（）等效替代绕组（）代替的原则是：o 磁势平衡不变 o 功率平衡不变第4页共12页?电流折算：根据磁势不变：，得到：?电势折算：磁通应不变：，得到：?阻抗折算：功率不变：，得到：，对漏电抗有同样的结论。? 折算后转子电路方程式：三、等效电路? 激磁回路：? 折算后的磁势方程式：? 经过

8、频率折算和绕组折算后异步电动机的方程式：o? 等效电路：在异步电动机分析中具有重要地位。第5页共12页?四、相量图? 异步电动机的相量图类似于变压器相量图。? 从转子电路方程出发可以一步一步作出异步电机相量图。第6页共12页第三节异步电动机的功率平衡和转矩平衡关系功率变换和传递是电动机的主要功用。一、功率平衡方程式，电机效率? 结合等效电路分析异步电动机功率流向。? 异步电动机从电源获取电功率，即输入功率：? 此一功率首先通过定子绕组，产生定子铜耗：? 由此功率产生的旋转磁场掠过定转子铁心，产生铁耗：o 定子铁心与旋转磁场相对转速为 n1 较大，故铁耗主要为定子铁耗：o 转子铁心与旋转磁场相对

9、转速为 sn1 较小，故转子铁耗可以忽略不计。第7页共12页? 剩余功率将通过气隙磁场感应到转子绕组，此一功率称为电磁功率：? 电磁功率首先提供转子铜耗：? 剩余的电磁功率全部转化为机械功率：? 机械功率一部分克服机械损耗和附加损耗：? 其余功率为输出的机械功率：? 异步电动机的功率平衡方程式：?几个重要的关系：；? 电机效率：二、转矩平衡方程? 转矩由机械功率产生：? 转矩平衡方程为：第四节 异步电动机的电磁转矩和机械特性电磁转矩是异步电动机的驱动转矩，本节专题研究之。一、电磁转矩? 基本公式：? 与直流电机类似的公式：第8页共12页? 根据简化 等效电路 算出转子电流：? 电磁转矩的实用公

10、式：二、机械特性?电动机的机械特性是指电磁转矩与转速之间的关系曲线。异步电动机的机械特性就是T-s 曲线 。? 几个关键点：o 起动点o 最大转矩点 o 额定工作点? 电动，发电，制动三种运行状态三、最大转矩，过载能力? 异步电动机的 T-s 曲线上有一个最高点；? 最大转矩可以根据高等数学中求极值的方法求得。第9页共12页o令：，求得：o 带入转矩公式，可得：?过载能力：最大转矩与额定转矩之比：；（一般在 1.6-2.2之间，起重，冶金电动机 2-3 ）?几个重要结论：o 最大转矩与电网电压的平方成正比；o 最大转矩近似于漏电抗反比o 最大转矩的位置可以由转子电阻的大小来调整； o 最大转矩

11、的值与转子电阻值没有关系。? 异步电动机调节转子电阻时机械特性的变化。（看 动画 T-s ）四、异步电动机的起动转矩，起动转矩倍数? 作出起动时（ s=1) 的（等效电路）可以直接求得起动电流和起动转矩。? 起动电流指起动瞬间电机从电网吸收的电流 ,? 起动转矩则是起动瞬间电动机的电磁转矩：?如果希望起动转矩等于最大转矩，则：令sm = 1, 可得：第10页共12页? 对绕线式电动机：以上电阻指的是转子每相电阻与外串电阻之和。另，实际电阻应反折算。? 几个重要结论：o 异步电动机的起动转矩与电压的平方成正比； o 总漏抗越大，起动转矩越小；o 绕线式异步电动机可以在转子回路串入适当的电阻一增大

12、起动转矩；o当时，起动转矩最大。五、转矩的实用计算公式：? 通过名牌数据求取电动机转矩的方法 :?第五节异步电动机工作特性分析异步电动机的工作特性是指在额定电压及额定频率下，电动机的主要物理量（转差率，转矩电流，效率，功率因数等随输出功率变化的关系曲线。一、转差率特性? 随着负载功率的增加，转子电流增大，故转差率随输出功率增大而增大。二、转矩特性? 异步电动机的输出转矩：? 转速的变换范围很小，从空载到满载，转速略有下降。? 转矩曲线为一个上翘的曲线。（近似直线）三、电流特性?，空载时电流很小，随着负载电流增大，电机的输入电流增大。四、效率特性?第11页共12页? 其中铜耗随着负载的变化而变化（与负载电流的平方正比）；铁耗和机械损耗近似不变；? 效率曲线有最大值，可变损耗等于不变损耗时，电机达到最大效率。? 异步