2.1章异步电机的基本理论ppt课件

1、第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性本章要求本章要求n目的要求：理解异步电机工作原理，理解异步电机目的要求：理解异步电机工作原理，理解异步电机的磁路系统，理解转子静止时异步电机的运行，掌的磁路系统，理解转子静止时异步电机的运行，掌握转子旋转时异步电机的运行，掌握异步电动机的握转子旋转时异步电机的运行，掌握异步电动机的功率和转矩平衡关系，掌握异步电动机电磁转矩的功率和转矩平衡关系，掌握异步电动机电磁转矩的计算计算n重点难点：转子旋转时异步电机的运行，异步电动重点难点：转子旋转时异步电机的运行，异步电动机的功率和转矩平衡关系，异步电动机电磁转矩的机的功率和转矩平

2、衡关系，异步电动机电磁转矩的计算计算n考核点：转子旋转时异步电机的运行，异步电动机考核点：转子旋转时异步电机的运行，异步电动机的功率和转矩平衡关系，异步电动机电磁转矩的计的功率和转矩平衡关系，异步电动机电磁转矩的计算算第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性n用处：用处：n工业、农业和日常生活工业、农业和日常生活n容量：几瓦几千千瓦容量：几瓦几千千瓦n主要用作电动机，主要用作电动机，90动力来源动力来源9.1 9.1 异步电机的结构及额定值异步电机的结构及额定值 第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性拖动各种生产机械拖动各种生产

3、机械第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性日常生活中日常生活中第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性n特征特征n转速与同步速不等转速与同步速不等n定转子没有电的联系定转子没有电的联系n感应电机：能量通过电磁感应传递感应电机：能量通过电磁感应传递第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性n分类分类n相数：三相和单相相数：三相和单相n单相异步机可用于家用电器单

4、相异步机可用于家用电器n转子：鼠笼式和绕线式转子：鼠笼式和绕线式n鼠笼式：结构简单、结实鼠笼式：结构简单、结实n绕线式：可用于改善启动性能和调速绕线式：可用于改善启动性能和调速第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性n优点：优点：n结构简单，制造、使用和维护方便结构简单，制造、使用和维护方便n运行可靠，效率高，价格低廉运行可靠，效率高，价格低廉n异步电动机系列，品种，规格繁多异步电动机系列，品种，规格繁多n应用最广、需求最大应用最广、需求最大第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性n缺点：缺点：n转速不易调节转速不易调节n鼠笼式电

5、机的起动性能差鼠笼式电机的起动性能差n异步电机的激磁须由电网供给，功异步电机的激磁须由电网供给，功率因素滞后，增加系统无功负担率因素滞后，增加系统无功负担第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性下面是它主要部件的拆分图。下面是它主要部件的拆分图。 右图是一台三相鼠笼型异步电右图是一台三相鼠笼型异步电动机的外形图。动机的外形图。第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性定子定子定子铁芯定子铁芯硅钢片迭成，各片间绝缘硅钢片迭成，各片间绝缘定子齿、槽定子齿、槽定子绕组

6、定子绕组通常用双层三相对称短距绕组通常用双层三相对称短距绕组小型电机可用单层绕组小型电机可用单层绕组第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性n转子转子n转子铁芯转子铁芯n硅钢片迭成，各片间绝缘硅钢片迭成，各片间绝缘n转子齿、槽转子齿、槽n转子绕组转子绕组n鼠笼式鼠笼式n焊接鼠笼和铸铝鼠笼焊接鼠笼和铸铝鼠笼n线绕式线绕式n对称绕组，相数可以不为三相对称绕组，相数可以不为三相第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性气隙定、转子之间的间隙，一般用表示。异步电机的气隙很小，中、小型异步电机=0.21.5mm。 为减小激磁电流，气隙应尽可能

7、地小气隙应为机械条件所容许的最小值第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性n定子槽形定子槽形n半闭口槽半闭口槽n槽口宽度小于槽宽的一半，适用于散槽口宽度小于槽宽的一半，适用于散嵌绕组嵌绕组n应用于小型电动机应用于小型电动机n优点：可减小主磁路的磁阻以减小激优点：可减小主磁路的磁阻以减小激磁电流磁电流第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性n半开口槽半开口槽n槽口的宽度略大于槽宽的一半，简化槽口的宽度略大于槽宽的一半，简化嵌线嵌线n适用于适用于500V以下的中型电动机以下的中型电动机n优点：也可减小主磁路磁阻以减小激优点：也可减小主

8、磁路磁阻以减小激磁电流磁电流第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性n开口槽开口槽n槽口的宽度等于槽宽槽口的宽度等于槽宽n适用于适用于500V以上的大中型电动机以上的大中型电动机n优点：优点： 易于嵌成形绕组。绕组预制成易于嵌成形绕组。绕组预制成形，绝缘处理后，整体放入形，绝缘处理后，整体放入第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性n鼠笼转子槽形鼠笼转子槽形n通常采用半闭口槽通常采用半闭口槽n槽形取决于对起动和运行性能的槽形取决于对起动和运行性能的要求要求n小功率电机采用平行齿小功率电机采用平行齿n槽面积大，转子电阻小，运行性槽面

9、积大，转子电阻小，运行性能好能好第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性n功率较大电机采用平行槽功率较大电机采用平行槽n槽面积相对减小，转子电阻槽面积相对减小，转子电阻增大，起动性能好增大，起动性能好第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性n凸形槽、刀形槽可进一步提高起动凸形槽、刀形槽可进一步提高起动转矩转矩第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性n闭口槽可减小杂散损耗，但漏磁闭口槽可减小杂散损耗，但漏磁较大，功率因素低较大，功率因素低第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与

10、运行特性n鼠笼转子的制造鼠笼转子的制造n焊接焊接n用铜条焊接成鼠笼状用铜条焊接成鼠笼状n铸铝铸铝n用铝代替铜用铝代替铜n可采用浇铸法或压铸法，将熔化的铝可采用浇铸法或压铸法，将熔化的铝注入转子槽中注入转子槽中n风扇与转子做成一个整体风扇与转子做成一个整体第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性n鼠笼转子的结构图鼠笼转子的结构图第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性n鼠笼转子的装配图鼠笼转子的装配图第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性n线绕转子的结构特点线绕转子的结构特点n与定子有相同极数的对称

11、绕组与定子有相同极数的对称绕组n相数可以与定子不同，通常采用三相星形相数可以与定子不同，通常采用三相星形连接连接n转子上有集电环，与转子绕组相连转子上有集电环，与转子绕组相连n集电环上有一电刷，与外接变阻器相连集电环上有一电刷，与外接变阻器相连n改善起动性能改善起动性能n起动完毕切除外接变阻器起动完毕切除外接变阻器n调节转速调节转速第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性n线绕转子的装配图线绕转子的装配图第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性 异步电动机的铭牌和额定值异步电动机的铭牌和额定值额定功率额定功率 额定方式下运行时，轴

12、上输出的机械功额定方式下运行时，轴上输出的机械功率率额定电压额定电压 额定方式下运行时，定子绕组应加的线额定方式下运行时，定子绕组应加的线电压电压)kW,W(:PN)kV,V(:UN第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性n额定电流额定电流 n额定电压和额定功率运行时，流入定额定电压和额定功率运行时，流入定子绕组的额定线电流子绕组的额定线电流n额定频率额定频率n工业频率为工业频率为 n额定转速额定转速n额定状态运行时的转子转速额定状态运行时的转子转速)A(:INHz50第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性n其他其他n电机的功率

13、因数，相数，接线法电机的功率因数，相数，接线法n外壳防护等级及绝缘等级外壳防护等级及绝缘等级n线绕式异步电机：还标明定子外施额线绕式异步电机：还标明定子外施额定电压时转子开路电压及转子额定电定电压时转子开路电压及转子额定电流流第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性 国产电动机简介国产电动机简介J，JO系列系列1953年：中小型三相鼠笼式异步电年：中小型三相鼠笼式异步电机机J2，JO2，JO3，JO4系列系列60年代：年代：E级绝缘，减轻质量和体积级绝缘，减轻质量和体积第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性nY系列系列n80年代

14、：年代：B级绝缘，性能优良，运行可级绝缘，性能优良，运行可靠靠nY2系列系列n90年代：年代：CAD技术，体积更小，效率更技术，体积更小，效率更高高第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性n派生系列和专用系列派生系列和专用系列nYR线绕式转子电动机线绕式转子电动机nYX高效率电动机高效率电动机nYA、YB、YF 防爆类异步电动机防爆类异步电动机nYZ 起重及冶金用异步电动机起重及冶金用异步电动机nYD 变极多速异步电动机变极多速异步电动机nYCT 电磁调速异步电动机电磁调速异步电动机第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性nYLJ

15、 力矩异步电动机力矩异步电动机nYQ 高起动转矩异步电动机高起动转矩异步电动机nYH 高转差率异步电动机高转差率异步电动机nYDF 电动阀门异步电动机电动阀门异步电动机nYTD 电梯异步电动机电梯异步电动机nYEZ 锥形转子制动异步电动机锥形转子制动异步电动机第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性n新型单相异步机的发展新型单相异步机的发展n单相电阻起动单相电阻起动n单相电容起动单相电容起动n单相电容运转单相电容运转n单相罩极单相罩极第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性9.2 9.2 三种运行状态三种运行状态 9.2.1 三相

16、异步电机原理三相异步电机原理 异步电机定子绕组接在三相对称交流电网异步电机定子绕组接在三相对称交流电网上，转子绕组对称短路。定子绕组中流过三上，转子绕组对称短路。定子绕组中流过三相对称电流，在气隙中将建立基波旋转磁场。相对称电流，在气隙中将建立基波旋转磁场。这个基波旋转磁场在短路的转子绕组中感应这个基波旋转磁场在短路的转子绕组中感应电动势并产生相应的电流，该电流与气隙中电动势并产生相应的电流，该电流与气隙中的旋转磁场相互作用而产生电磁转矩。的旋转磁场相互作用而产生电磁转矩。 第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性相绕组磁势及其基波相绕组磁势及其基波 (见见04

17、旋转磁势旋转磁势)第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性三相合成磁势及其基波三相合成磁势及其基波第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性转差转差 率率s =(n1-n)n1同步转速同步转速n1 -n1=60f1p 转子转速转子转速n -转子的机械

18、转速转子的机械转速 第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性三种运行方式三种运行方式 当异步电机的负载发生变化时，转子的转差率随之变化，使得当异步电机的负载发生变化时，转子的转差率随之变化，使得转子导体的电势、电流和电磁转矩发生相应的变化，因此异步电转子导体的电势、电流和电磁转矩发生相应的变化，因此异步电机转速随负载的变化而变动。机转速随负载的变化而变动。 电动机运行电动机运行发电机运行发电机运行电磁制动电磁制动第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性n电动机运行电动机运行 n n异步电动机转速通常在同步转速以下，异步电动机转速通

19、常在同步转速以下，n n电磁力电磁力Fe克服外力克服外力F作功作功nn1 FeFxob)(1s011nnns/)(1nn Delta n 第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性 当转子转速低于旋转磁场转速时转差率0s n1)，则转差率s0。此时转子导体中的感应电动势以及电流的有功分量将与电动机状态时相反，因此电磁转矩的方向将与旋转磁场和转子转向两者相反，即电磁转矩为制动性质的转矩。为使转子持续地以高于旋转磁场的转速旋转。原动机的驱动转矩必须克服制动的电磁转矩；此时转子从原动机输入机械功率，通过电磁感应由定于输出电功率，电机处于发电机状态。 第第9 9章章 异步

20、电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性n电磁制动电磁制动n n电磁转矩制止转子的加速电磁转矩制止转子的加速bn1 FeFnxo1s,0n Delta n 第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性 若由机械或其他外因使转子逆着旋转磁场方向若由机械或其他外因使转子逆着旋转磁场方向旋转旋转(n1。此时转子导体。此时转子导体“切割切割气隙磁场的相对速度方向与电动机状态时相同，气隙磁场的相对速度方向与电动机状态时相同，故转子导体中的感应电动势和电流的有功分量与电故转子导体中的感应电动势和电流的有功分量与电动机状态时同方向，电磁转矩方向亦相同。但由于动机状态时

21、同方向，电磁转矩方向亦相同。但由于转子转向改变，故对转子而言，此电磁转矩表现为转子转向改变，故对转子而言，此电磁转矩表现为制动转矩。此时电机处于电磁制动状态，它一方面制动转矩。此时电机处于电磁制动状态，它一方面从外界输入机械功率，同时又从电网吸取电功率，从外界输入机械功率，同时又从电网吸取电功率，两者都变成电机内部的损耗。两者都变成电机内部的损耗。第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性电机稳定运行时定转子之间的作用力电磁力）电机稳定运行时定转子之间的作用力电磁力） 拉不断的橡皮筋拉不断的橡

22、皮筋=第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性 主磁通和漏磁通主磁通和漏磁通主磁通主磁通由基波磁势产生的互磁通，交链由基波磁势产生的互磁通，交链着定子绕组和转子绕组着定子绕组和转子绕组用用m表示表示主要路径：定转子齿、轭，气隙主要路径：定转子齿、轭，气隙最重要特征：穿过气隙最重要特征：穿过气隙第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性n漏磁通漏磁通n除去主磁通以外的磁通除去主磁通以外的磁通, 不传递能量不传递能量n定、转子绕组漏磁通只匝链定、转子定、转子绕组漏磁

23、通只匝链定、转子绕组本身绕组本身第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性n漏磁通组成漏磁通组成n不穿过气隙的不穿过气隙的n槽漏磁通槽漏磁通n端部漏磁通端部漏磁通n穿过气隙的穿过气隙的n谐波漏磁通，但不产生有用转矩谐波漏磁通，但不产生有用转矩第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性 +槽漏磁通槽漏磁通端部漏磁通端部漏磁通第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性谐波磁通全部归于漏磁通谐波磁通全部归于漏磁通谐波电势为全部电势与基波电势之差谐波电势为全部电势与基波电势之差谐波磁通称为差异漏磁通，简称差漏磁通

24、谐波磁通称为差异漏磁通，简称差漏磁通定转子漏磁通均包含定转子漏磁通均包含槽漏磁通槽漏磁通端部漏磁通端部漏磁通谐波漏磁通谐波漏磁通第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性 9.3三相异步电机的等效电路三相异步电机的等效电路 转子不动时的异步电机转子不动时的异步电机电磁物理过程电磁物理过程 假设条件：假设条件：不考虑漏磁，气隙中只有基波磁通不考虑漏磁，气隙中只有基波磁通定转子中只有基波电势定转子中只有基波电势漏电势作用以漏抗上的压降表示漏电势作用以漏抗上的压降表示第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性 将异步电动机转轴卡住，转子绕组

25、短路，在定子方将异步电动机转轴卡住，转子绕组短路，在定子方施加一三相对称的低电压，此时异步电动机的运行称为转施加一三相对称的低电压，此时异步电动机的运行称为转子静止时的运行，也称为堵转试验或短路试验相当于变子静止时的运行，也称为堵转试验或短路试验相当于变压器做短路实验）压器做短路实验）第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性 定子对称三相绕组流过对称的三相电流产生圆形旋转磁动势F1 产生旋转磁场同时切割定子、转子绕组产生三相对称的感应电动势转子绕组中出现三相对称的电流转子绕组产生圆形旋转磁动势F2 与F1 同转速、同转向，保持相对静止。实际电机旋转磁场是F2 与

26、 F1 共同作用的结果。第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性 堵转条件下异步电机电磁过程分析2I2E2F2RI22Em1I1F1E1E11RI第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性 转子不动时的定、转子回路，转子不动时的定、转子回路，没有电的直接联系。没有电的直接联系。n=0r2x2r1x1E2E1f2=f1f1I1I2U1第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性n1=60f1/pf2=n1p/60 =(60f1/p)*p/60 =f1第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论

27、分析与运行特性nn0，异步机与变压器类似，异步机与变压器类似n定子绕组相当于变压器的原边定子绕组相当于变压器的原边n转子绕组相当于变压器的副边，且短转子绕组相当于变压器的副边，且短路路n区别呢区别呢 ？ ？第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性n电压平衡方程式电压平衡方程式n下标下标1表示定子侧，表示定子侧，2表示转子侧表示转子侧n 为定子的电阻和漏抗为定子的电阻和漏抗n 为转子的电阻和漏抗为转子的电阻和漏抗11111U = -E +I (r + jx)22220 = E -I (r + jx)rx11、rx22、第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异

28、步电机的理论分析与运行特性n电磁关系电磁关系n=0时）时）n电磁关系与变压器类似电磁关系与变压器类似n定转子电流频率相同定转子电流频率相同n转子为多相绕组，流过对称电流，产转子为多相绕组，流过对称电流，产生旋转磁场生旋转磁场第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性n转子的旋转磁场速度与定子的相同转子的旋转磁场速度与定子的相同n定转子电流共同产生合成磁场定转子电流共同产生合成磁场n外加电压与感应电势和漏阻抗压降外加电压与感应电势和漏阻抗压降平衡平衡n感应电势反映主磁通的大小感应电势反映主磁通的大小第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行

29、特性n磁势平衡式磁势平衡式L1m1III L1m1FFF 2L1FF 抵抵消消转转子子磁磁势势去去磁磁作作用用L1F m12F= F + F第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性 I1L称为定子电流的负载分量。在称为定子电流的负载分量。在负载运行时，异步电动机定子电流负载运行时，异步电动机定子电流I1分成分成Im和和I1L两个分量：两个分量：Im是励磁电是励磁电流用于建立电机铁心中的主磁通流用于建立电机铁心中的主磁通m，I1L是负载分量用于建立磁动势是负载分量用于建立磁动势F1L去去抵消二次侧磁势抵消二次侧磁势F2。 第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特

30、性异步电机的理论分析与运行特性n定转子绕组的磁势定转子绕组的磁势nm1、m2分别为定转子绕组的相数分别为定转子绕组的相数p/)IkN(9.0m21Fp/)IkN(9.0m21Fp/)IkN(9.0m21Fmwl11m22w22m211w11m1 第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性n定子绕组和转子绕组必须有相同极数定子绕组和转子绕组必须有相同极数p/)IkN(9.0m21p/)IkN(9.0m21p/)IkN(9.0m21mwl1122w2211w11 第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性n 所得方程里既有电量，又有磁量所

31、得方程里既有电量，又有磁量n 实质是一个电磁混合问题实质是一个电磁混合问题n 处理办法：处理办法：n 折算，简化关系，消去磁折算，简化关系，消去磁量量难点，注意听了！难点，注意听了！第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性n折算折算n定义：就是把转子绕组折算到定子定义：就是把转子绕组折算到定子n特征：转子绕组折算到定子后特征：转子绕组折算到定子后n有相同相数有相同相数n有相同匝数有相同匝数n有相同的绕组系数有相同的绕组系数n目的：求得等效电路，简化问题，找出定、目的：求得等效电路，简化问题，找出定、 n 转子边电的联系转子边电的联系n原则：折算前后电机的电磁关系

32、不变原则：折算前后电机的电磁关系不变考考点！点！第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性n电流的折算：电流的折算：n转子磁势保持不变转子磁势保持不变n 等等效转子效转子n n 实实际转子际转子p/)IkN(9.0m21p/)IkN(9.0m2122w2221w11 22w2222i11w1m N kI=I= I /km N kik 电流比电流比第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性n电势的折算：电势的折算：n转子视在功率保持不变转子视在功率保持不变222221IEmIEm 2e22w21w12EkEkNkNE 电电势势变变比比

33、ek第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性n阻抗的折算阻抗的折算n保持转子铜耗不变保持转子铜耗不变22222221rImrIm 2ie222w21w1212rkkr)kNkN(mmr 阻阻抗抗变变比比 iekk第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性n阻抗的折算阻抗的折算n保持转子无功不变保持转子无功不变()2212222222222212ei2m I x=m IxmIx=xmI =k k x第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性n归算后的平衡式归算后的平衡式对等效转子列出的量对等效转子列出的量

34、11111 2222 1m2121mmmmmU= - E+ I(r + jx)0 = E- I(r + jx)I= I+ (- I)E= E- E= IZ= I(r+ jx)激激磁磁阻阻抗抗 mmmjxrZ第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性n等效电路一相转子静止时）等效电路一相转子静止时）r22x mr1x1rI2 1I 1U mI mxEE21 第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性转子静止时的运行状况雷同于变压器，转子静止时的运行状况雷同于变压器，有完全类似的等效电路，该问题已解决。有完全类似的等效电路，该问题已解决。

35、要是能找到旋转运行时各量与静止运行要是能找到旋转运行时各量与静止运行的关系就好了！的关系就好了！第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性 转子转动后的异步电机磁场转子转动后的异步电机磁场2I)(22fE2F22)(RfI2)(22fEm1I1F1E1E11RI第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性n转子转动后对转子各物理量的影响转子转动后对转子各物理量的影响n转子电势和电流的频率转子为参考）转子电势和电流的频率转子为参考）111112sfnnn60pn60/)nn(pf 转子旋转时，转子绕组的电势、电流的频率决转子旋转时，转子绕

36、组的电势、电流的频率决定于气隙中的旋转磁场和转子的相对转速。气定于气隙中的旋转磁场和转子的相对转速。气隙中旋转磁场以隙中旋转磁场以n1-n的转速切割转子，的转速切割转子，故转子绕组中电势和电流的频率为故转子绕组中电势和电流的频率为f2。第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性 f2亦称为转差频率。当转子不转时，亦称为转差频率。当转子不转时，n=0，s=1，f2=f1。异步电机在作电动机额定运行时，。异步电机在作电动机额定运行时，s值很小，一般在值很小，一般在0.010.04范围内变化。当范围内变化。当f1=50Hz时，时，f2=0.5Hz2Hz，可见此时转，可见

37、此时转子铁心中主磁通交变的频率很低，转子铁耗很子铁心中主磁通交变的频率很低，转子铁耗很小，可以忽略不计。小，可以忽略不计。第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性n转子基波磁势相对于转子的转速转子基波磁势相对于转子的转速n n转子基波磁势相对于定子的转速转子基波磁势相对于定子的转速n n不论转子如何转动转子不论转子如何转动转子n基波磁势与定子基波磁势没有相对运动！基波磁势与定子基波磁势没有相对运动！nnsnpsf60pf60n11122 112nnsnnn 考过若干次了！呵呵考过若干次了！呵呵第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特

38、性n转子转动后的基本方程找关系）转子转动后的基本方程找关系）n n 2m2w21m2w22s2sEkNsf44. 4kNf44. 4E 0=E-I(r+jx)2s2s22sx=2f L=2sf L=sx2s22122第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性)jxr (IEU11111 111122112222WWWmN kN kN kmmmIIIppp 转子旋转时，定、转子绕组中电流频率不同，故不能将定、转子平衡方程式联立求解。m12F= F + F第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性由于异步电机定、转子

39、无电的直接联系，由于异步电机定、转子无电的直接联系，转子只是通过其磁动势转子只是通过其磁动势F2对定子作用，因对定子作用，因而而只要保证只要保证F2不变，可以用一个静止的转子不变，可以用一个静止的转子来来代替旋转的转子，而定子方各物理量不发代替旋转的转子，而定子方各物理量不发生任何变化，即对电网等效生任何变化，即对电网等效-频率归算。频率归算。第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性n频率折算频率折算n原因：原因：n0时，定转子电流频率不同时，定转子电流频率不同n目的：用等效的转子电路代替实际转目的：用等效的转子电路代替实际转子电路，且与定子电路同频率子电路，且

40、与定子电路同频率n原则：折算后转子电流的大小和相位原则：折算后转子电流的大小和相位不变，即损耗、功率不变不变，即损耗、功率不变n归算对定子回路没有影响归算对定子回路没有影响第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性 上式告诉我们，不能简单地将旋转的转子堵住，而应在转子回路中串入一个(1-s)R2/s的电阻，使得回路电阻变为R2/s，再将其堵转，这样才能保证I2=I2s。上述分析说明，转子回路中串入一个(1-s)R2/s的模拟电阻并堵转起来，与原旋转的转子相比，F2不变，这种变换称为频率折算。 最令人费解的方程最令人费解的方程第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行

41、特性异步电机的理论分析与运行特性2s2s22sEI =(r +jx)电流频率的变化：电流频率的变化：2222E=r +r (1-s)/s+jx222E=r /s+jx222sE=r +jsx2= I第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性n折算前后的变化：用折算前后的变化：用r2/s代替代替r222s22222=arctan(x/r )=arctan(sx/r )=arctanx/(r /s)第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性经过频率折算，用等效的静止的转子来代替原来旋转的转子经过频率折算，用等效的静止的转子来代替原来旋转的

42、转子 第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性转动时的电路转动时的电路E1E2sf2=sf1m2,N2,kw2m1,N1,kw1U1I1I2nr2x2sr1x1f1第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性E1E2f2=f1m2,N2,kw2m1,N1,kw1U1I1I2n=0r2x2r1x1f1r2(1-s)/s频率归算后的电路频率归算后的电路第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性频率折算的物理意义频率折算的物理意义频率折算：将转动的转子等效为不转频率折算：将转动的转子等效为不转 的转子的转子折算

43、后，转子回路中增加了一个电阻，即折算后，转子回路中增加了一个电阻，即模拟电阻：模拟电阻： 模拟电阻应反映电机的转动模拟电阻应反映电机的转动模拟电阻电功率为模拟电阻电功率为 ，模拟了，模拟了轴上的机械功率轴上的机械功率s/ ) s1(rI222 s/ ) s1(r2 第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性9.4 等效电路及相量图参数等效电路及相量图参数目的：找出定转子各量间的电的联系。目的：找出定转子各量间的电的联系。 思路：频率折算，旋转转子思路：频率折算，旋转转子=静止转子静止转子 绕组折算，静止转子绕组折算，静止转子=等效转子等效转子革命成功分了两步走。革

44、命成功分了两步走。第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性9.4.1 频率折算频率折算 目的：目的：为了简化计算，便于导出统一的等效电路。为了简化计算，便于导出统一的等效电路。方法：方法：用一个静止的转子来代替旋转的转子用一个静止的转子来代替旋转的转子 。条件：条件：折算前后磁动势折算前后磁动势F2不变；不变；折算前后折算前后 转转子的各种功率不变。子的各种功率不变。第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性转动转子各物理量(f2)静止转子各物理量(f1)I2sE2sR2X2sI2E2R2X2第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行

45、特性异步电机的理论分析与运行特性9.4.2 绕组折算绕组折算目的：目的：为了简化计算，便于导出统一的等效电路。为了简化计算，便于导出统一的等效电路。方法：方法：把转子绕组折算到定子侧。用一个相数为把转子绕组折算到定子侧。用一个相数为m1、匝数为、匝数为N1、绕组系数为、绕组系数为kW1(与定子相同的与定子相同的)的的等效转子绕组来替代原来的转子绕组等效转子绕组来替代原来的转子绕组。条件：条件：折算前后磁动势折算前后磁动势F2不变；不变；折算前后折算前后 转转子的各种功率不变。子的各种功率不变。第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性 对异步机进行了频率归算后，因

46、定转子频对异步机进行了频率归算后，因定转子频率不同而发生的问题解决了，但还不能把定转率不同而发生的问题解决了，但还不能把定转子电路联系起来，因子电路联系起来，因 所以还要象变压器的处理方法一样，进行所以还要象变压器的处理方法一样，进行绕组归算，才能得出两个电路有电的联系的等绕组归算，才能得出两个电路有电的联系的等效电路。所谓绕组的归算，就是人为的用一个效电路。所谓绕组的归算，就是人为的用一个相数，匝数以及绕组系数和定子一样的绕组去相数，匝数以及绕组系数和定子一样的绕组去代替原来的转子绕组，在折算中必须保证归算代替原来的转子绕组，在折算中必须保证归算前后转子的电磁效应不变。前后转子的电磁效应不变

47、。21EE第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性由转子磁势不变 2222211229 . 029 . 0IpKNmIpKNmWW得出归算后转子电流 2211122221IKIKNmKNmIiWW由电势与匝数和绕组系数成正比 221122WWKNKNEE2222112EKEKNKNEeWW第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性1122111122111122122122221144. 444. 444. 4EKKeEEKEEKEKNKNKNKNKNfKNfKNfEeeeWWWWmWmWmW E1和E2是等电位点，就可以将定转子电

48、路连接起来。 第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性1 电流的折算：除以电流的折算：除以Ki2 电势的折算：乘以电势的折算：乘以Ke3 阻抗的折算：乘以阻抗的折算：乘以Ke Ki第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性转子各物理量的折算折算后的方程式组第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性各参数均为每相值！各参数均为每相值！ 必考！必考！第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性11111 2222 1m2121mmmmmU= - E+ I(r + jx)0 = E

49、 - I (r /s+ jx)I= I+ (- I )E= E - E= IZ= I(r+ jx)第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性相量图相量图ImI1-I2 m 1E2=E1I2r2(1-s)/sI2r2jI2x2I2 2-E1I1r1jI1x1U1第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性n等效电路及简化等效电路及简化n计算电机电流、功率、功率因数、效计算电机电流、功率、功率因数、效率及转矩率及转矩n等效电路包含六个参数，可由空载和等效电路包含六个参数，可由空载和短路试验求得短路试验求得第第9 9章章 异步电机的理论分析与

50、运行特性异步电机的理论分析与运行特性n为简化计算，可将为简化计算，可将T形等效电路进行简化形等效电路进行简化n由于异步机激磁电流相对较大，简化与变由于异步机激磁电流相对较大，简化与变压器略有不同压器略有不同第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性n修正系数修正系数: n n异步电机中，异步电机中， n )jxr/()jxr (1Z/Z1cmm11m11 mm11xr ,xr mxxc/111第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性n转子电流转子电流n r1x1c1r2c1x2-I2c1r2(1-s)/sU1求转子电流的较准确近似电

51、路求转子电流的较准确近似电路)()/(21121112xcxjsrcrUI第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性定子电流定子电流)c/I(I)c/I()xx( j)rr(UZcZUZZIU)I(II12m12m1m112111m1112m1 第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性求定子电流的较准确近似等效电路求定子电流的较准确近似等效电路U1c1r1c1x1c12r2c12x2-I2/c1c12r2(1-s)/sr1+rmx1+xmImI1第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性异步电动机的简化

52、等效电路异步电动机的简化等效电路U1r1x1r2x2-I2r2(1-s)/sr1+rmx1+xmImI1容量较大的电机，容量较大的电机， 1c,xx1m1 第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性9.5 功率、转矩平衡方程功率、转矩平衡方程(重点重点)l 输入到三相异步机的电功率输入到三相异步机的电功率1111P =3U I cosU1，I1：定子绕组的每相值：定子绕组的每相值1： U1，I1间的夹角间的夹角第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性l 输入功率的一小部分转化为定子铜耗输入功率的一小部分转化为定子铜耗12cu11p=

53、3I Rl 输入功率的一小部分转化为定子铁心输入功率的一小部分转化为定子铁心l 损耗，忽略转子铁心损耗损耗，忽略转子铁心损耗2Femmp=3I R第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性l 输入功率扣除定子铜耗和定子铁耗后，输入功率扣除定子铜耗和定子铁耗后，l 其余部分是经由气隙，传递到转子的功其余部分是经由气隙，传递到转子的功l 率，称为电磁功率。率，称为电磁功率。M1cu1Fe222 222P =P -p-p=3E I cosR=3Is第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性l 输入到转子的电磁功率有一部分转化为输入到转子的电

54、磁功率有一部分转化为l 转子铜耗。转子铜耗。2 2Cu22p=3I Rl电磁功率扣除转子铜耗后转化为模拟电电磁功率扣除转子铜耗后转化为模拟电l 阻功率。阻功率。2 221-sp =3I Rs第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性l 模拟电阻功率扣除机械损耗和附加损耗模拟电阻功率扣除机械损耗和附加损耗l 得到电机轴上输出机械功率得到电机轴上输出机械功率P2。2mP =P -p -pl 转子铜耗与电磁功率关系。（重要）转子铜耗与电磁功率关系。（重要） 2cu222 2M22p3I R= sP3I R /s第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分

55、析与运行特性U1r1x1r2x2I2r2(1-s)/srmxmImI1pCu1pFePpCu2PM异步电动机的各种损耗异步电动机的各种损耗第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性异步电动机的功率流程图重要）异步电动机的功率流程图重要）P1pCu1PMpFepCu2padP2pmechP第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性n n n n n n n Fe1Cu1MppPP MCu2P =P -p2mecadP =P -p-padmecFe2Cu1CupppppP M2CusPp MP =(1-s)P2M1221222P =m I

56、 r /s=m E I cos名称符号计算公式输入电功率P1P1=m1U1I1cos1定子绕组铜耗pCu1pCu1 =m1I12R1铁耗pFepFe=m1I02Rm在正常运行时异步电动机的转速接近同步转速，转子电流频率很低(0.52)Hz，故转子铁耗可以忽略，因此电动机铁耗只有定子铁耗电磁功率PemPem=P1-pCu1-pFe =pCu2+Pmec=m2I22R2s借助于气隙中旋转磁场由定子传递给转子的功率转子绕组铜耗pCu1pCu2=m2I22R2总机械损耗PmecPmec=m2I22R2(1-s)s机械损耗pmec包括轴承摩擦损耗和通风损耗，主要与转速有关附加损耗pad难准确计算，通常估

57、算约为电机额定功率的0.5%1%。输出机械功率P2转子轴上输出的机械功率异步电动机的功率对照表异步电动机的功率对照表第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性n转矩平衡式转矩平衡式n n负载转矩：负载转矩： n电磁转矩：电磁转矩： n机械损耗转矩：机械损耗转矩： n附加转矩：附加转矩： n空载制动转矩：空载制动转矩： 0admec2TTTTTT /PT22T=P / /PTmecmec /PTadadadmec0TTT 第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性l 例例13.1 三相笼型异步机，三相笼型异步机，PN=4KW，U1N=3

58、80V，nN=1442 r/m，定子每相，定子每相312匝三角形接线），匝三角形接线），kW1=0.96，R1=4.47，X1=6.7 ，Xm=188 ， Rm=11.9，转子，转子26槽，槽，R2=0.0000769lX2=0.000238 。假设。假设pm+p=80W，求额定转速运行，求额定转速运行时时l定子相电流、功率因数、输入功率、输出功率以及效率。定子相电流、功率因数、输入功率、输出功率以及效率。l解：转子参数折算到定子绕组，电压电流比分别为：解：转子参数折算到定子绕组，电压电流比分别为：11223120.96599.040.5 1WeWN kkN k第第9 9章章 异步电机的理论分

59、析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性11122233120.9669.12260.5 1WiWm N kkm N k电阻和漏抗折算为：电阻和漏抗折算为：223.1841iiRk k R（）229.8545iiXk k X（）第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性画出等效电路：画出等效电路：1求定子电流求定子电流I1：选择定子相电压为参考相量：选择定子相电压为参考相量01U3800第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性111ZR +jX=4.47+j6.70 ()定子阻抗：定子阻抗：转子阻抗：转子阻抗：222RZ+jX=82

60、.49+j9.8545 ()s励磁阻抗：励磁阻抗：mmmZR +jX =11.9+j118 ()第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性定子相电流为：定子相电流为：0112m12mUI =4.833-31.439 (A)Z ZZZ +Z2求功率因数求功率因数01cos=cos31.439 =0.8532第第9 9章章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性转子电流折算值：转子电流折算值：20m12mZ-I =I4.1536-9.53 (A)Z +Z励磁电流：励磁电流：20m1I =I +I =1.8337-89.134 (A)第第9 9章章 异