电机课件感应

1、华南理工大学电力学院杨向宇2013.4电机学Electric Machinery（感应电机运行原理） 定转子基波磁动势空间相对静止第十六章 感应电机的运行原理 转子静止时的感应电机 转子旋转时的感应电机 转子绕组折算与等效电路 电磁关系 电压、磁动势平衡方程式 感应电机的空载运行 感应电机的负载运行 笼型转子的相数和极对数 感应电动机的功率、转矩平衡方程式2022/7/25第四篇 感应电机316.1 感应电机的空载运行1、空载运行时的磁动势 空载运行：I2=0感应电机空载运行时的磁动势：由定子绕组产生定子绕组空载电流：I0=Im2、主磁通和励磁阻抗3、定子漏磁通和漏抗2022/7/25第四篇

2、感应电机416.2 感应电机的负载运行1、负载运行时的转子磁动势2、负载运行时的转子磁动势对气隙磁场的影响3、负载运行时的磁势平衡方程 转子感应电势频率：f2=sf1转子磁动势相对转子转速： n2=sns转子磁动势相对转子转速： n2+n=ns无论转子实际转速n为多少，转子磁势F2和定子磁势F1保持相对静止，相对定子均以同步转速ns旋转F1+F2=Fm2022/7/25第四篇 感应电机516.3 感应电机的数学模型 转子静止时的感应电机 将异步电动机转轴卡住，转子绕组短路，在定子方施加三相对称电压，此时称其为转子静止时的异步电机。2022/7/25第四篇 感应电机6一、定转子基波磁动势空间相对

3、静止定子三相对称绕组中，流过频率为f1的三相对称电流I1，产生圆形旋转基波磁动势F1，相对于定子绕组的转速为同步转速n1，n160f1/p，转向为从超前电流相绕组轴线转向滞后电流相绕组轴线。定子旋转磁场切割转子绕组，产生频率为f2（ f2 pn1 /60= f1 ）的三相对称感应电动势在闭合的转子绕组中产生三相对称电流I2产生圆形旋转基波磁动势F2，相对于转子绕组的转速为n2，n260f2/pn1，转向为从超前电流相绕组轴线转向滞后电流相绕组轴线，即与定子旋转磁动势F1同转向。 F2与F1同转速、同转向，故空间保持相对静止：n2 n1 2022/7/25第四篇 感应电机7实际电机气隙中的旋转磁

4、场是由F2与F1共同建立的。F2与F1可以空间矢量合成为一等效励磁的磁动势Fm。即 Bm m二、电磁关系2022/7/25第四篇 感应电机8三、电压、磁动势平衡方程式1. 电压平衡方程式与电动势变比2022/7/25第四篇 感应电机9 R1、R2和X1、X2分别为定、转子绕组的电阻和漏电抗。 Zm=Rm+jXm为励磁阻抗，Rm为励磁电阻，它是一个代表铁耗的等效电阻；Xm为励磁电抗，它反映了主磁通在电路中的作用。主磁通在定、转子绕组的感应电动势定、转子绕组电动势之比称为电动势变比ke1. 电压平衡方程式与电动势变比2022/7/25第四篇 感应电机10 由于定、转子磁动势F1与F2空间保持相对静

5、止，故可以合成为一等效的励磁磁动势： 2. 磁动势平衡方程式与电流变比2022/7/25第四篇 感应电机11 I1L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I1分成I0和I1L两个分量：I0是励磁电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F1L去抵消二次侧磁势F2。2. 磁动势平衡方程式与电流变比2022/7/25第四篇 感应电机123. 转子静止时的基本方程式组定子侧：转子侧：定转子关联方程：定子主电动势方程：5个方程式，5个未知量：模型完备，可以定解2022/7/25第四篇 感应电机131. 折算到定子方的方程式组为 四、绕组折算和等效电路 2022/

6、7/25第四篇 感应电机142. 等效电路 经折算后，同变压器类似，可得异步电动机在转 子静止时的T型等效电路。四、绕组折算和等效电路 转子旋转时的异步电动机一、转子旋转对转子侧各量的影响（1） 转子系统频率f2s（2） 转子相绕组感应电动势E2s（3） 转子相绕组漏阻抗（4） 转子相电流2022/7/25第四篇 感应电机16二、定转子磁动势空间仍相对静止 与 仍可空间矢量合成，等效为一等效合成的激磁磁动势 三、基本方程式（1）电压方程式定子侧：转子侧：（2）磁动势方程式 转子系统的折算与等效电路 一、转子系统频率的折算 转子系统的频率f2s sf1与定子系统的频率f1不相同，导致二者的基本方

7、程式和等效电路均无法实现直接连通，得到统一的等效电路，因此，需将转子系统的频率f2s折算为定子系统的频率f1 。2022/7/25第四篇 感应电机18 故有， 相量相等，虽其频率不同，但有 相量 与 相量相同一、转子系统频率的折算2022/7/25第四篇 感应电机19二、频率折算后的方程组2022/7/25第四篇 感应电机20三、绕组折算 异步电机频率折算后的方程式组与变压器的完全相对应，因此可以再通过绕组折算，得到转子旋转时异步电机的等效电路。1. 折算的目的、方法和条件目的：为了简化计算，便于导出一体化的等效电路。方法：把转子绕组折算到定子侧。用一个相数为m1、匝数为N1、绕组系数为kN1

8、(与定子相同的)的等效转子绕组来替代实际的转子绕组。 条件：折算前后磁动势F2不变；折算前后转子的各种功率不变。2022/7/25第四篇 感应电机21 2. 各物理量的折算值 根据上述折算的条件，按以下方法将转子侧的物理 量和参数折算到定子侧，折算后的物理量加号标记。转子绕组的电压、感应电动势乘以电动势变比ke。 转子绕组电流除以电流变比ki。转子绕组阻抗乘以电动势变比ke和电流变比ki。2022/7/25第四篇 感应电机22四、绕组折算后的方程式组2022/7/25第四篇 感应电机23五、等效电路2022/7/25第四篇 感应电机24六、相量图2022/7/25第四篇 感应电机25七、近似等

9、效电路图16.4 感应电动机功率、转矩平衡方程式一、功率平衡方程式 异步电机的功率和损耗在T型等效电路中的反映如图所示。2022/7/25第四篇 感应电机27名称符号计算公式输入电功率P1P1=m1U1I1cos1定子绕组铜耗pCu1pCu1 =m1 I12 R1铁耗pFepFe=m1 I02 Rm，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，转子铁耗可以忽略，因此异步电动机的铁耗可近似认为等于定子铁耗。电磁功率PemPem= P1-pCu1-pFe =pCu2+Pmec=m2 I22 R2s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pCu2pCu

10、2=m2 I22 R216.4 感应电动机的功率、转矩平衡方程式2022/7/25第四篇 感应电机28名称符号计算公式总机械损耗PmecPmec=m2 I22 R2(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难以准确计算，通常估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16.4 感应电动机的功率、转矩平衡方程 2022/7/25第四篇 感应电机29 功率平衡方程为： P1= Pem+pcu1 + pFe Pem=pcu2+Pmec 机械功率平衡方程式：Pmec=P2+pmec+pad 电磁功率、转子绕组回路铜耗、总机械功率三

11、者之间的关系为： Pem： pcu2 ：Pmec=1：s：(1-s)16.4 感应电动机的功率、转矩平衡方程 2022/7/25第四篇 感应电机30二、转矩平衡方程式 异步电动机机械功率平衡关系式 Pmec=P2+pmec+pad的两边同除以转子机械角速度=2n/60，即得对应的转矩平衡方程式。 Tem=T2+T0 Tem= Pmec 为电磁转矩；T2= P2为负载制动转矩；T0=(pmec+pad)= p0 为空载制动转矩。16.4 感应电动机的功率、转矩平衡方程 2022/7/25第四篇 感应电机31 Tem= Pmec/ =Pmec/(1-s) 1 =Pem/1 式中，1=2n1/60为

12、同步角速度。上式说明，电磁转矩等于电磁功率除以同步机械角速度，也等于总机械功率除以转子机械角速度。Tem=CTmI2cos2=CTmI2a 式中，CT为与电机结构有关的常数；I2a=I2cos2为转子电流的有功分量。上式称为电磁转矩的物理表达式。 三、效率 =(P2P1)100 16.4 感应电动机的功率、转矩平衡方程 16.5 笼型转子的相数和极对数 设转子总导条数为Z2(即转子槽数)，它在转子圆周上均匀分布，导条两端被端环短路，整个结构是对称的。当一极对数为p的旋转磁场Bm在气隙中旋转时，它依次切割转子各导条，于是构成了一个对称的Z2相电动势系统，该电动势作用在结构对称的笼型绕组上，产生对称的Z2相电流。笼型转子相数等于转子导条数，即m2=Z2。 每相只有一根导条，故匝数等于1/2匝，绕组系数为1，即N2=1