第23章 三相异步电动机的运行原理.ppt

1、第十九章三相异步电动机的运行原理,概述,要求：掌握异步电机稳态分析的基本方 法-等效电路法,异步电动机分析中，主要涉及四个量- （输入能量的）电端口：电压与电流；,（输出能量的）机械端口：功率和转速 （或转矩与转速）。,实际中要解决的问题： 主要是已知异步电动机电压与输出功率求解电流、转速的问题；或已知电压和转速求电流和功率等问题。,为解决上述问题仍用等效电路法，要设法找出与变压器相似的等效电路。本章要求掌握等效电路方面的要点： 1）如何得到等效电路？掌握绕组归算、转子位置归算与频率归算等； 2）等效电路各元件各代表什么？等效哪些实际的物理量？,为了得到等效电路的过程，主要解决以下三个问题：

2、1）设法用静止转子等效旋转的转子，以便借用变压器的分析方法； 2）在气隙磁场作用下，定转子绕组的感应电势之间的关系，引入电压变比； 3）定转子电流产生的磁势如何合成，引入电流变比。,仿照变压器的思路得到等效电路,基本思路,首先分析仅仅定子有电流而转子没有电流的情况转子绕组开路，转子只有感应电动势，但无电流；,然后分析，转子绕组短路，但转子堵转的情况；,最后分析转子旋转的情况采用等效静止转子代替实际旋转转子。,规定定、转子各相电气物理量的正方向；,规定磁动势、磁通的正方向；,确定定转子绕组空间坐标。,正方向的规定,1）定、转子绕组电流、电动势及端电压的正方向；,3）磁动势、磁通密度从定子内圆出来

3、进入气隙为正（定子铁心内圆表面N极为正）。,2）绕组轴线的正方向：与电流、电动势成右手螺旋关系,并假设转子A相绕组轴线 在定子A相绕组轴线 前方 空间电角度；,正方向的规定（下页图）,定子漏磁通 不起传递能量的媒介作用，只起电抗压降的作用； 包括：槽部漏磁通、端部漏磁通和谐波磁通,一、异步电动机的主磁通和定子漏磁通,19-1 转子绕组开路时的电磁关系,主磁通 和变压器一样起到传递能量的媒介作用；,二、基本电磁关系示意图,类比变压器的空载运行，说说它们的异同。,由于转子开路，因此定子三相电流 产生合成基波旋转磁动势 用于建立主磁场 ，因此这个磁动势亦称为励磁磁动势。,三、励磁磁动势及励磁电流,励

4、磁电流 可看成由两部分组成： 提供铁耗，是有功分量； 建立磁动势产生主磁场 ，是无功分量，即：,这样得到定转子每相电动势变比（ ）：,和变压器一、二次绕组感应电动势的推导类似，得定、转子每相电动势有效值的大小：,四、主磁通在定转子绕组感应电动势,转子位置位于对应的定子位置前方 空间电角度，用相量 、 表示时，可得：,五、电动势平衡方程, 定子一相绕组的漏阻抗,定子一相电动势平衡式为：,转子回路开路，转子回路电动势平衡方程：,与变压器分析时一样，如果用励磁电流 在参数 上的压降表示 ，则：,激磁阻抗；,六、时空相矢图和等效电路：,一、基本电磁关系示意图,19-2 转子堵转时的电磁关系,根据全电流

5、定律知道，产生气隙磁密 的磁动势 是作用在磁路上的所有磁动势的总和。即认为合成磁 动势产生气隙磁密：,由于转子短路， ；由于转子堵转， 频率也为 ；旋转速度为,结论： 与 在定子内圆空间同转速、同转向，即相对静止。,二、磁动势分析,所示时空向量图对应于转子轴线位于定子轴线前方 空间电角度的情况。分析发现 与 之间的夹角为 ，空间电角度（ 为转子回路的功率因数角）和转子的具体位置( )无关。为了分析问题的 简化，把 轴和 轴人为的重合。,三、转子位置角及其折合,转子角折合以后，在时空相矢图中肯定有 和 、 和 、 和 都相互重合的关系。这样就有：,四、电流形式的磁动势平衡方程,简化后有： ，其中

6、： 式中， ，称为电流比。,根据 ，就可得：,目的：由于定转子之间只有磁的联系，没有电路上的 直接联系，为了把定转子电路直接连接起来构成统一 的的等效电路，必须像变压器一样，把异步电机的转 子侧量归算到定子侧，或者说用一个等效的转子来代 替实际的转子。等效转子的相数为 ，有效匝数为 。,五、转子绕组相数和有效匝数的折合,原则：归算后不能改变异步电机的电端口的电磁本质。,步骤：具体折合原则和步骤和处理变压器的折合相似。,给出转子侧电流、电动势和阻抗折合后的结果：,六、基本方程、等效电路和相量图,当转子旋转起来后（ ），转子中仍会感应 电流 ，产生转子磁动势 。 由于 相对定子的转速为 ； 那么

7、相对定子的转速为？ 另外，那么 与 还会保持静止吗？,一、问题的提出,结论： 无论转子旋转与否，转子磁动势 相对于定子 磁动势 总是静止的，也就是说转子磁动势 转速 总是为 。 下面我们首先具体分析转子旋转时磁动势 。,19-3 转子旋转时的电磁关系,异步电动机额定负载时 通常在0.020.05范围内，由此可知：转子旋转时转子感应电势和电流的频率很低，当 Hz时， Hz。,1）转子电流的频率 ： 其频率取决于气隙旋转磁场切割转子绕组 的相对转速： ， 即 ：,二、转子回路的电流和磁动势分析,2）磁动势 的转速：,相对于转子转速为： ，,相对于定子的转速就为： 相对于转子转,速 加上转子转速 ，

8、即： 。 结论：,不论转子静止还是旋转， 与 在空 间上总相对静止，都以同步速 旋转，所以 得稳定的磁动势平衡关系：,说明： 1）转子回路的频率为： ； 2）转子电阻： ；转子漏电抗和频率成正比，因 此有： ；转子电动势大小和 频率成正比，因此有：,三、基本电磁关系示意图,通过分析可以得到定转子回路的电动势方程（已 经对转子的空间位置、相数、有效匝数进行了折合） 和等效电路：,由于定转 子回路的频率 不等，得不到 实用的等效电 路，因此下面 研究转子回路 频率折合的问 题，即：寻求 “等效静止转子” 的问题。,四、转子绕组的折合,转子旋转与否影响了转子绕组的频率，但是对 转子磁动势相对定子的转

9、速（即同步速 ）不会 产生影响。现在寻求一个所谓的“等效”静止转子， 它产生的磁动势肯定和转子旋转时候的磁动势相比 是不变的，只是转子绕组的频率就由 改变为 而已。这就是转子绕组频率折合的思路。,1）转子绕组频率折合的思路,转子磁动势是由转子电流产生的，那么要保持折合前后转子磁动势不变，必然有折合前后转子电流有效值和相位不变的关系（只是频率改变了）：,由于式中： ，转子旋转时和转子堵,转时相比，只在转子绕组等效电路中多了 项。,2）转子绕组频率的折合,经过转子绕组位置角、相数、有效匝数和频率的 折合后，转子绕组电动势和定子绕组电动势就完全相 同了。 这样可以把前面定转子回路分离的等效电路统一

10、起来，得到如下的异步电动机的“T”型等效电路。,1）“T”型等效电路,五、转子旋转时等效电路,有时为了工程计算的方便，常把“T”型等效电路 简化，得到如下图所示的简化等效电路。,2）简化等效电路,六、基本方程和相量图,本章前面是以绕线型电机为例来分析的， 这种电机转子在设计制造时就确定了极对数、 相数、有效匝数等数据。 对于鼠笼转子绕组由于转子导条在转子铁 心表面均匀布置，那么得到如下关系： 1）转子极对数自动恒等于定子极对数； 2）转子相数等于 通常就认为等于总的转子 导条数； 3）转子的有效匝数：,七、鼠笼转子的问题,1)等效电路中 为机械功率的等效电阻： 当转子堵转时， ， ，此时无机械 功率输出；旋转时 ， ，此时有 机械功