《电机与电气控制技术》课件-4-2 三相异步电动机的运行

交流电机的结构与运行任务二

三相异步电动机的运行（1）目录CONTENTS理解电机在空载和负载运行时的电磁关系//PARTONE//01掌握基本方程式，建立关键等值电路模型//PARTTWO//02熟悉能量在电机内部转换的功率关系//PARTTHREE//03掌握表征电机性能的工作特性//PARTFOUR//04一、空载运行状态三相异步电动机的定、转子之间没有直接的电气联系，它们之间的联系是通过电磁感应关系而实现的。变压器的原理知识回顾三相异步电动机的定子绕组相当于变压器的一次绕组转子绕组相当于变压器的二次绕组

对三相异步电动机的运行进行分析，可以仿照分析变压器的方式进行一、空载运行状态1.空载时电磁关系定子通入三相电，产生以同步转速n1旋转的主磁场，这个磁场同时切割定、转子绕组空载时轴上几乎没有阻力，转子转速n会无限接近同步转速n1，即转差率s≈0转子感应电动势E2s≈0，转子电流I2s≈0电机内部的物理现象与变压器空载运行非常相似，定子电流主要用来建立主磁场励磁电流一、空载运行状态2.空载时电压方程式电压方程电源电压U1需要克服反电动势E1电源电压U1需要克服定子绕组本身的电阻r1和漏电抗x1的压降U1≈E1=4.44f1N1k

w1Φm

❖当电源电压U1和频率f1恒定时，电机的主磁通Φm也基本保持恒定——电源电压、频率和线圈匝数变化都会引起主磁通Φm变化，影响电动机的性能变压器磁路是闭合铁芯，而电机磁路中存在气隙气隙的磁阻很大，要建立同样的磁通，就需要更大的励磁电流一、空载运行状态3.空载时等值电路电机与变压器的显著区别变压器的空载电流很小，只有额定电流的2%-10%异步电机的空载电流要大得多，可达额定电流的20%-50%正是这种“相对静止”，才能实现稳定、连续的能量传递，这是异步电机工作的核心秘密二、负载运行状态1.定、转子磁场关系旋转磁场以Δn=sn1的相对速度切割转子绕组，从而在转子中感应出频率为f2=sf1的电动势和电流带上负载后，转子转速n下降，转差率s增大无论转子转速如何变化，转子磁场与定子磁场在空间中是相对静止的重要结论：推导过程转子磁场相对于转子的转速是n2=sn1转子本身以转速n在旋转总转速：n2+n=sn1+n代入n=(1-s)n1，总转速等于n1，与定子磁场同步二、负载运行状态2.负载时电压方程式关键是转子回路，转子绕组是短路的，端电压U2=0负载时，定子电流增大，方程形式不变电动势E2s和漏电抗x2s都与转差率s有关它们的频率是f2，而不是电源频率f1转子回路的电压方程E2s=I2s(r2+jx2s)转子感应电动势E2s，等于转子电流I2s在转子自身电阻r2和漏电抗x2s上的压降之和总结体悟严谨工程学课求真务实的科学精神从空载到负载的电磁关系推导，要求我们具备逻辑严密的思维能力，每一个公式的建立都基于客观物理规律用精准理论解决问题恒磁通等核心结论的应用，展示了技术理论对实际控制的指导价值，激励我们用精准的理论知识解决工程实际问题践行绿色发展理念关注电机磁路设计、能量传递效率，在技术应用中追求高效节能，为工业高质量发展贡献专业力量总结负载增加时，转子电流和定子电流会如何变化？与电磁转矩的调整有什么关联？课后思考重点回顾

电磁关系1

电压方程式2

定转子磁场的相对静止特性3异步电动机空载和负载两种运行状态的核心知识交流电机的结构与运行任务二

三相异步电动机的运行（2）目录CONTENTS复杂电磁过程转化为可量化分析的模型//PARTONE//01电机内部电能转化为机械能及损耗分配//PARTTWO//02电磁转矩与转差率之间的规律//PARTTHREE//03一、等值电路(频率折算与绕组折算)异步电动机的定、转子之间没有电路上的联系，只有磁路上的联系，不便于实际工作分析计算必须像变压器那样进行等值电路的折算折算前后要保持定子绕组各电磁量不变，转子的磁动势不变为了找到异步电动机的等值电路，除了进行转子绕组的折算外，还需要进行转子频率的折算一、等值电路(频率折算与绕组折算)1.频率折算用一个静止的等效转子来代替实际旋转的转子转子不动时，定、转子绕组的频率相同将实际转子电阻r2，用等效电阻r2/s代替静止的转子电路能完全反映旋转转子的所有电磁效应E2=4.44f1N2kw2Φm

等效电阻r2/s可拆分为r2+[(1-s)/s]r2r2代表真实转子铜耗，[(1-s)/s]r2是模拟电阻一、等值电路(频率折算与绕组折算)2.绕组折算经过频率折算后，定、转子电路频率相同，但它们的绕组匝数、相数可能不同，电动势还不相等假想用一个与定子绕组完全相同的等效转子绕组，来代替原来的转子绕组，并保证折算前后转子对定子的磁动势、功率和损耗保持不变绕组折算：❖异步电动机“T”型等值电路——电机内部所有的功率、损耗、电流、转矩关系都可以基于这个电路进行分析和计算二、等值电路的分析与总结启动瞬间n=0,s=1，模拟机械功率电阻(1-s)/s*r2'为0，相当于转子电路短路，启动电流非常大空载运行s→0，模拟机械功率的电阻趋于无穷大，相当于转子电路开路，电流很小二、等值电路的分析与总结三、功率关系与功率方程功率关系转子回路的电压方程电磁功率Pem电机从电网吸收电功率P1，一部分消耗在定子铜耗和铁耗上，剩余大部分传递到转子总机械功率Pmec电磁功率到达转子后，一小部分变成转子铜耗pCu2消耗掉，绝大部分转换为总机械功率机械功率P2克服机械损耗和杂散损耗，得到轴上最终输出的机械功率三、功率关系与功率方程转子铜耗pCu2=s*Pem总机械功率Pmec=(1-s)*Pem重要关系转差率s从根本上决定了电磁功率在铜耗和机械功率之间的分配比例s越大，转换成热量的能量越多，效率越低四、转矩方程将功率方程PΩ=P2+p0两端同时除以转子的机械角速度Ω，得转矩方程如下：Te=T2+T0电磁转矩

输出转矩

空载转矩

由于PΩ=(1-s)Pe则Ω1是同步机械角速度方程将电磁功率与转矩直接联系，是进行转矩计算和特性分析的基础电磁转矩Tem=Pem/Ω₁1.物理表达式五、电磁转矩及机械特性Tem=CtΦmI2'cosφ2物理本质：转矩与主磁通、转子电流及其功率因数成正比2.参数表达式五、电磁转矩及机械特性01.最大转矩Tmax它代表了电机的过载能力公式显示，Tmax与电压U₁的平方成正比，但与转子电阻r₂无关02.启动转矩Tst（s=1时的转矩）启动转矩则与U12成正比，并且随转子电阻r2的增大而增大这是绕线式电机可以通过串接转子电阻来增大启动转矩的理论依据六、工作特性及其计算1.转速特性异步电动机工作特性曲线

指转速与输出功率之间的关系

n=f(P2)异步电动机的转速特性随着负载增加，转速n略有下降是一条略微向下倾斜的曲线

六、工作特性及其计算2.功率因数特性空载时，定子电流基本是无功的励磁电流，所以功率因数很低随着负载增加，有功电流分量增大，功率因数迅速上升，在额定负载附近达到最大值再继续增大，转差率s变大，转子漏抗增大，导致功率因数反而下降电机轻载运行非常不经济，会导致功率因数急剧恶化合理选配电机容量，使其工作在额