电机第十九章 异步电动机的基本原理

1、第第十十九九章章运运行行原原理理三三相相异异步步电电机机的的把把19-1，19-2，19-3 的标题比较一下，看看有什的标题比较一下，看看有什么差异。么差异。1、转子开路、转子开路2、转子堵转、转子堵转3、转子旋转、转子旋转210001EEFII0n2210001IEEFII0n2210001IEEFII0n磁动势平衡磁动势平衡磁动势平衡磁动势平衡定、转子电动势频率不同定、转子电动势频率不同19-1 三相异步电动机转子不转、转三相异步电动机转子不转、转子绕组开路时的电磁关系子绕组开路时的电磁关系01A1B1C2A2B2C1U0I000 FI1E2E0F2E2E+1E1E定子定子转子转子定子定子

2、转子转子348页页 转子不转的三相异步电动机，相当转子不转的三相异步电动机，相当于一台二次绕组开路的三相变压器，其于一台二次绕组开路的三相变压器，其中，定子绕组是一次绕组，转子绕组是中，定子绕组是一次绕组，转子绕组是是二次绕组，只是在磁路中，异步电动是二次绕组，只是在磁路中，异步电动机定转子铁心中多了一个气隙磁路而已。机定转子铁心中多了一个气隙磁路而已。0F2E+1E定子定子转子转子0F+定子定子转子转子1、励磁磁动势及旋转速度、励磁磁动势及旋转速度励磁磁动势：励磁磁动势：011022423IpKNFdp0F 相对定子的旋转速度为：相对定子的旋转速度为：0F2E+1E定子定子转子转子pfn11

3、60同步转速：1f 是定子电流频率，也就是定子电流频率，也就是电网频率，是电网频率，50Hz60211npp电角速度：励磁磁动势旋转速度励磁磁动势旋转速度三相异步电动机定子、转子绕组都是交流电三相异步电动机定子、转子绕组都是交流电电量是时间函数电量是时间函数磁量是空间函数磁量是空间函数定子时轴定子时轴转子时轴转子时轴转子相轴转子相轴定子相轴定子相轴注意：注意：在表达定转子时空矢量图时，最终，相轴在表达定转子时空矢量图时，最终，相轴和时轴重合，转子和时轴重合，转子a 相绕组和定子相绕组和定子A相绕组轴线相绕组轴线重合。重合。0001A1B1C2A2B2C定子定子转子转子2E1A1B1C2A2B2

4、C1U0I1E定子定子转子转子2U002 定子主磁通和定子漏磁通定子主磁通和定子漏磁通0F2E+1E定子定子转子转子0F+定子定子转子转子mF0lBm2定子一相磁链：定子一相磁链：转子一相磁链：转子一相磁链：tKNmdpA1111sintKNmdpA1222sin3、感应电动势、感应电动势tKNdtdemdp111111costKNdtdemdp122122cosmdpKNE111121：定子感应电动势有效值mdpKNE221221：转子感应电动势有效值mdpKNfE111144.4mdpKNfE221244.4mdpKNfjE111144.4mdpKNfjE221244.409011jeEE

5、09022jeEE电动势变比：电动势变比：09022jeEE09011jeEE2121EEEEKemdpmdpKNfKNf22111144.444.42211dpdpeKNKNK4、 励磁电流励磁电流00FIB0I0FraIII000aI0rI0 由于涡流损耗，由于涡流损耗，即铁损耗，励磁电流即铁损耗，励磁电流存在有供分量存在有供分量aI05、电动势平衡方程式、电动势平衡方程式定子定子电动势平衡方程式电动势平衡方程式：101XI jES 是漏电抗是漏电抗1X定子定子漏磁通感应电动势：漏磁通感应电动势：11011SERIEU101011XI jRIEU101ZIE111jXRZ6、异步电动机空载

6、时的等效电路、异步电动机空载时的等效电路和变压器类似和变压器类似)(01mmjxRIEmZIE01mx 是励磁电抗是励磁电抗)(01mmjxRIE11011SERIEU1R1jxmjxmR1U0I1E01A1B1C2A2B2C定子定子转子转子2E1A1B1C2A2B2C1U0I1E定子定子转子转子2U电路正方向规定电路正方向规定空载电磁关系空载电磁关系352页页01IU10RI1011XI jESSm1E2E101011XI jRIEU22EU19-2 三相异步电动机转子堵转时的电磁关系三相异步电动机转子堵转时的电磁关系堵转堵转000 FI001 FI2E1E空载空载02 I0n转子比较：比较

7、：1E2E02 I0n转子需要考虑磁动势平衡关系需要考虑磁动势平衡关系11FI2E1E0F2E+1E定子定子转子转子2E1A1B1C2A2B2C1U1I1E定子定子转子转子2I22FI0F1E2、 定子主磁通和定子漏磁通定子主磁通和定子漏磁通思考：思考：1、励磁磁动势及旋转速度、励磁磁动势及旋转速度3、感应电动势、感应电动势4、 励磁电流励磁电流5、电动势平衡方程式电动势平衡方程式6、异步电动机堵转时的等效电路、异步电动机堵转时的等效电路1、出现转子漏磁场出现转子漏磁场222XI jES2X转子漏电抗：353 页页 在异步电动机里，虽然把磁通分成在异步电动机里，虽然把磁通分成主磁通和楼磁通的分

8、析方法一样，但要注主磁通和楼磁通的分析方法一样，但要注意，变压器中的主磁通是脉振的，在异步意，变压器中的主磁通是脉振的，在异步电动机中，气隙里的主磁通是旋转磁通，电动机中，气隙里的主磁通是旋转磁通，沿气隙圆周方向正弦分布，以同步速沿气隙圆周方向正弦分布，以同步速 相对于定子旋转。相对于定子旋转。1n2、转子回路电压方程、转子回路电压方程222XI jES222220XI jRIE2220ZIE2E1A1B1C2A2B2C1U0I1E定子定子转子转子2U2222jxREI2I222arctanRx3、转子磁动势、转子磁动势（1）幅值）幅值222222423IpKNFdp（2）转向）转向222CB

9、A（3）转速）转速pfn2260pf1601n4、定子磁动势和励磁磁动势、定子磁动势和励磁磁动势210FFF011022423IpKNFdp111122423IpKNFdp222222242IpKNmFdp210FFF222211101122422242322423IpKNmIpKNIpKNdpdpdp021III21122223IKNKNmIdpdp21Iki21122223IKNKNmIdpdp21Iki电流变比：电流变比：222113dpdpiKNmKNk 转子绕组相数转子绕组相数 ：2m绕线式转子相数绕线式转子相数 32m2m鼠笼式转子相数鼠笼式转子相数 等于鼠笼导条数。等于鼠笼导条数

10、。空载电磁关系空载电磁关系352页页01IU10RI1011XI jESSm1E2E101011XI jRIEU22EU359页页11IU11RI1111XI jESSmF01E2E111111XI jRIEU)(2222jxRIE1F2I2F22RI2222XI jESS5、三相异步电动机堵转时的电磁关系、三相异步电动机堵转时的电磁关系19-3 三相异步电动机转子旋转时的电磁关系三相异步电动机转子旋转时的电磁关系+0F1n+n1F2F1F0F2F 、 、 是否还是同是否还是同步旋转？步旋转？1E2E 、 是否还会同频率？是否还会同频率？若定子和转子频率不同若定子和转子频率不同2E转子电路中与

11、频率相关的转子电路中与频率相关的 、 、 怎样改变？怎样改变？2x2I+0F1n+n1E2EnIEF220转子绕组相对于转子绕组相对于 的转速的转速 ： 0Fnnn12注意区分：注意区分：1nn2n气隙合成磁场气隙合成磁场 的旋转速度的旋转速度0F转子速度转子速度转子绕组相对于转子绕组相对于 的转速的转速0F1、转子绕组感应电动势的频率、转子绕组感应电动势的频率2fnnn126022pnf60)(1nnp111)(60nnnpn12sff堵转时：堵转时：0n111nnns12sff1fmdpKNfE221244. 42122lfxsssjxREI2222正常运转时：正常运转时：1011nnns

12、12sffmdpsKNfsE221244. 42122lfsxs2222jxREI转子旋转时的异步电机转子旋转时的异步电机一、转子电路一、转子电路二、转子频率折算二、转子频率折算三、转子磁动势三、转子磁动势四、磁动势关系和电动势平衡方程式四、磁动势关系和电动势平衡方程式五、时空矢量图五、时空矢量图六、异步电机负载变化时的物理过程六、异步电机负载变化时的物理过程2、转子回路电压方程、转子回路电压方程12sffmdpsKNfsE221244. 42sEsssjxREI22222122lfsxs2sx222jsxREs 转子堵转 转动 转子转速 n=0 n1n0 转差率 s=（n1-n）/n1=1

13、0s1F2与旋转磁场 n1 n=n1-n相对速度 转子E2，I2变化频率 E2 转子功率角 22122122222212112244. 4602RxtgLfxjxREIkNfEfpnfmdp221222122 22222222222221111122244. 46060)(RsxtgsxLfsLfxjxrEjsxrEsIsEkNfEsfnnnpnnnpfsssmdps2F2F1F 可见可见 相对定子的转速与相对定子的转速与n 无关，无关， 和和 的的相对相对 关系与转子静止时一样，他们相对静止。关系与转子静止时一样，他们相对静止。 相对定子转速）同转向），1121(nFcbaFCBAF相对转子

14、转速 n=n1-n相对定子转速 n +n=n12F转子静止 转动1F2F ， 是否同 是 转向，同转速 pfnF110600F定子导体静止定子导体静止11FI1Fn相对定子相对定子旋转1n相对转子相对转子旋转nn 1转子导体相对转子静止，相对定子旋转。转子导体相对转子静止，相对定子旋转。22FI相对定子相对定子n相对转子相对转子旋转nn 12F转子转子)(1nn 1n 例题例题： 一台三相两极笼型异步电动机，当接一台三相两极笼型异步电动机，当接在在fN = 50的电源上运行时，转差率的电源上运行时，转差率 s = 0.01，试，试问：问： 1) 转子电流频率转子电流频率f2 为多少？为多少？

15、2) 定子电流产生的基波旋转磁动势对定、转子定子电流产生的基波旋转磁动势对定、转子绕组的转速各为多少？绕组的转速各为多少？ 3) 转子电流产生的基波旋转磁动势对定转子绕转子电流产生的基波旋转磁动势对定转子绕组的组的 转速为多少？转速为多少？min/ 3000601rpfnN解：nnn12min/2970300099. 0)1 (1rnsnHzsff5 .05001.012min/30001rn 相对相对 定子定子1F 1相对转子Fmin/30r22 nnn2F对于定子对于定子)(1nnnmin/3000 r2F对于转子对于转子min/30rnnn123、转子电路的折算及等效电路、转子电路的折算

16、及等效电路 在分析异步电机时，为什么要对转子进行绕组在分析异步电机时，为什么要对转子进行绕组折算和频率折算？折算和频率折算？使定、转子回路由无电联系变为有电联系。使定、转子回路由无电联系变为有电联系。021III使定、转子电流关系为电路的节点电流关系使定、转子电流关系为电路的节点电流关系转子绕组折算包括绕组折算；频率折算转子绕组折算包括绕组折算；频率折算121EEs ，转子绕组的折算转子绕组的折算 为了便于分析异步电机的性能，和变压器为了便于分析异步电机的性能，和变压器相似，可以把转子绕组进行折算。相似，可以把转子绕组进行折算。折算前折算前 m2，N2，kdp2；折算后折算后 m1，N1，kd

17、p1 折算要求：折算要求： 保证保证 折算前后转子磁动势不变折算前后转子磁动势不变（电机电（电机电磁平衡关系不变）。磁平衡关系不变）。 转子对定子的影响是通过转子磁动势来转子对定子的影响是通过转子磁动势来实现，所以保证电机中的电磁本质关系不变。实现，所以保证电机中的电磁本质关系不变。222RI 能量转换关系不变能量转换关系不变 有功功率有功功率 不变不变 无功功率无功功率 不变不变sxI22222112221122244. 444. 4dpdpmdpmdpkNkNkNfkNfEE( 1) 电动势电动势 E E2 2的折算的折算折算前后主磁通折算前后主磁通m不变不变)(22倍放大eekEkE22

18、11:dpdpekNkNk 电动势变比(2) 电流电流 的折算的折算 2I22222113IKNmIKNdpdp21122223IKNKNmIdpdp221IKIi222113dpdpiKNmKNk 电流变比：电流变比： 22222221RImRIm( 3 )参数折算参数折算折算前后，传到转子上的有功功率应保持不变。折算前后，传到转子上的有功功率应保持不变。2222211112)(RkNmkNmmmdpdp2222122)(RIImmR222211112RkkNmkNmmmidpdpRkkei222xkx 对比变压器对比变压器siesxkkx22同理同理：总之，电动势及电压放大总之，电动势及电

19、压放大 ke倍；倍； 电流缩小电流缩小 ki倍倍 阻抗、电阻、电抗放大阻抗、电阻、电抗放大 keki倍。倍。siesszkkxjRz2222ssx jREI 2222（4）频率折算）频率折算：1）s1，n0，使，使 f1 等于等于f2， 使定、转子相量使定、转子相量图能画在一起；图能画在一起；2）使）使 电流平衡关系式有效电流平衡关系式有效频率折算后，频率折算后，I2 不变，不变， F2 不变，磁动势平衡不变，磁动势平衡式式 不变。不变。 021III 222x jsRE 222xjsREs谨记：谨记： 2222x jsREI频率折算后：频率折算后：22222xI jsRIEmZIEE021转

20、子绕组匝数折算后异步电机的基本方程式：转子绕组匝数折算后异步电机的基本方程式：22222xI jSRIE021III111111xI jRIEUmmXI jRI00转子绕组经频率折算和匝数相数折算后异步电机等效电路1I21EE0ISR21U2x1xmR1RmX2I1I21EE0ISR21U2x1xmR1RmX2I2221RssRsR1I21EE0I2R 1U2x1xmR1RmX2I21Rss359页页1RmRsR21cupFep2cupMP2R21RSSmP定子铜耗定子铜耗定子铁耗定子铁耗电磁功率电磁功率转子铜耗转子铜耗机械功率机械功率 为外加负载电阻。增加为外加负载电阻。增加 附附加电阻，加

21、电阻， 相当于堵住转子，相当于堵住转子， f 2 = f 1（频率（频率折算到定子），实际折算到定子），实际旋转旋转电动机等效为电动机等效为静止静止转子，但向负载输出机械功率。转子，但向负载输出机械功率。21Rss21Rss 形等效电路形等效电路mZZUI110校正系数：校正系数：2R 1U1E122CII 2x j 1jxmR1RmX1R1jx1I0I21RSSmZZC111 21EE1E1U11xI j11RI1IsRI222Fem(Bm)2F0I22xI j0F1F2I4、时空矢量图、时空矢量图2I 计算 ki，ke，SRxtg2212画时空矢量图步骤画时空矢量图步骤 ：已知已知： 1，2，p，1，