05第五章_异步电动机的运行原理.ppt

1、异 步 电 动 机 的 运 行 原 理,第 五 章,结束,第一节 三相异步电动机运行时的电磁过程,1转子感应电势和转子磁势,（1）转子感应电势,一. 三相异步电动机负载运行时的物理情况,空载时：电机轴上没有任何机械负载，所以电动机的空载转速很接近于同步转速。它们之间没有相对运动，所以转子导体不切割定子的旋转磁场。因此：转子导体中不存在切割电势。,负载时：当电机带上负载以后，转速就会降低 ，转子与旋转磁场之间有相对运动，转子切割定子的旋转磁场，因此：,由于转子导体切割定子旋转磁场的相对速度为,所以：转子感应电势和转子电流的频率为,（下标“S“表示转子与定子电势的频率不同）,于是：转子线圈中（每相

2、）感应电势的有效值,（2）转子磁势,三相异步电动机的转子绕组是一个对称绕组，所以转子绕组中因 而形成的电流 也是对称的电流，而对称的转子电流也要产生具有一定方向和转速的旋转磁场（磁势），转子旋转磁场的磁势用 表示。,转速的大小:,的方向：,若定子电流的频率为 ，相序为ABC，则转子绕组中电流的相序也是abc（因为转子感应电势的相序为abc），所以：转子旋转磁场磁势的方向与定子磁势的旋转方向一致。,由于转子电流的频率为 ，而转子磁场的极对数也是P，那么，转子合成磁势相对于转子的旋转速度为：,注意： 是 相对于转子的转速（一般都以静止的定子作为参照物）。而转子本身又以转速 相对于定子在旋转。 且

3、与 、 方向一致，所以： 相对于定子的旋转速度为,结论：无论异步电动机的转速如何，定子磁势与转子磁势总是保持相对静止（它们切割定子绕组的速度相等），即它们以相同的转速（相对于定子）一前一后的旋转着。,2气隙磁场的合成磁势,（1）空载时：,因此：空载时只存在定子磁势 ，此时的定子磁势称为励磁磁势，用 或 表示。此时的定子电流用 或 表示，称为励磁电流。,（2）负载时：异步电动机气隙中的磁场是由定子旋转磁势和 转子旋转磁势合成的。,合成磁势的磁密为 ，合成磁通量为,由于认为从空载到负载的过程中，定子绕组的 变化很小，差不多与 相平衡，而 大小不变，所以 不变。,根据定子感应电势的计算公式，知： 不

4、变 不变,所以：,3电磁关系,（1）定子绕组的感应电势（有效值）,（2）转子绕组的感应电势（有效值）,其中： 表示转子不动（S=1）时转子电势 的有效值。,用向量表示成：,（3） 在定子绕组中感应的电势,其中： 为定子每相绕组的漏电抗，是表征定子绕组漏磁通磁路特性的一个参数。,（4） 在转子绕组中感应的电势,其中： 为转子每相漏电抗。,电磁过程总结：,二基本方程式,1磁势方程式,其中：,将 、 、 代入上式，且令,则有：,也可以写成：,其含义是：负载时，定子电流 由两个分量组成（1）励磁分量 ，其作用是产生主磁通 （2）负载分量 ，其作用是抵消转子电流产生的磁效应。,2电势平衡方程式（和变压器

5、相似）,其中： 为绕线式绕组的外串电阻（对笼型电机， 0）,说明：转子漏电抗,第二节： 三相异步电动机的等值电路和相量图,如果能把本来没有电的联系的定、转子电路连成一个电路，又不改变定子的各物理量和电机的电磁性能，就可以利用计算电路的方法计算出定、转子的各量，这样的电路称为等值电路。,一等值电路,根据基本方程式所得到的电路为,1频率折算（只有频率相同才能进行绕组折算）,折算的原则,折算前后： 保持不变，即定、转子之间的磁势关系不变。,折算的方法,用一个静止的、等效转子电路去代替实际旋转的转子电路。,折算前后：转子电路的能量（转换）关系不变。,验证： 时， 的转速、幅值、空间相位是否保持不变？,

6、的转速：,频率为 的转子电流产生的转子磁势在空间上相对于定子的旋转速度应该等于转子磁势相对于转子的转速 转子相对于定子的转速,所以：转子电流频率为 时，转子磁势在空间相对于定子的旋转速度为 。,要把旋转的转子看成不转的转子，要把转子电路作相应的变换：,的幅值和空间相位：,要保证 的幅值不变，就应该保证折算前后转子电路中电流大小相等。,折算前：,折算后：,可以看出：每相电阻 只要用 去代替，就能保证 ，即：保证 的幅值不变。（ ，即相当于在转 子电路中串加附加电阻 ）,所以：频率折算后的转子电路为,折算前：转子电流滞后于电势的相位角,折算后：,所以：折算前后转子电路的相位角不变（即转子电流滞后于

7、电势的相位角不变）。,能量关系：,转子转动时（折算前）：将电能转换为机械能从轴上输出。,转子静止时（折算后）：附加电阻上的损耗 (实际转子电路不存在此损耗，此为虚拟损耗)，实际上是表征了异步电动机转子上总的机械能。,2绕组折算,折算后，用 ， ， 这样一个新的绕组去代替 、 、 这样实际的转子绕组。,折算后，每相电势为 ，电流为 ，转子漏电抗为 注意：绕组折算也要符合前述的折算原则。,（1）折算后的电流,由,要使,有：,其中：,称为异步电动机的电流比。,前面学过异步电动机的磁势方程式：,将 代入该式,有： 或,（2）折算后的电势,由于绕组折算后磁势不变，所以主磁通也不变。,根据： （绕组折算后

8、）,（绕组折算前，频率折算后）,有： （称为异步电动机的电压比）,即：,（3）折算后的漏电阻和漏电抗,由：,得：,3等值电路,（1）频率折算前的电路,（2）频率折算后的电路,或：,（3）绕组折算后的电路,T型等值电路,4简化的等值电路,二相量图,1作图步骤,以 作为参考相量， 、 滞后 ， 超前 一个铁耗角 ， 的大小和相位由 和 、 来决定。,异步电动机的定子电流 总是滞后于电源电压 ， 这是因为要建立和维持气隙主磁通需要一定的无功功率，这些感性的无功功率都是由电源输出的。,输入：P1=m1U1I1cos1,电磁功率：Pem=m1E2I2cos2=m1 I2 2 (r2 /s),产生的总机械

9、功率：,定子铜耗：pcu1=m1I12 r1 ；,铁耗：pFe=m1Im2 rm ；,一 、异步电动机的功率关系,三相电机m1=3,转子铜耗：pcu2=m1I2 2 r2 = s Pem,上,下,结束,第三节 异步电动机的功率和电磁力矩,输出功率：P2=Pmec-pmec-ps =Pmec-p0,摩擦损耗,附加损耗,空载损耗功率,功率流程图：,上,下,结束,电机效率：,电机总损耗：,上,下,结束,二、异步电动机的转矩关系,稳定运行必须满足受力平衡。,1 、转矩平衡方程,T=TL =T2 +T0,其中T0 =Tmec +Ts,摩擦损耗转矩,附加损耗转矩,2、电磁转矩,转子机械角速度：,磁场同步角

10、速度：,上,下,结束,2、输出转矩、空载转矩,三、电磁转矩公式,上,下,结束,例、一三相笼型异步电动机Y，PN=7.5KW, UN=380V , f1=50Hz, nN=960rpm,cos 1N=0.824, pcu1N=474W, pFe=231W, p0=82.5W.当额定运行时求： 1)sN; 2)f2; 3)Pmec; 4)pcu2; 5)P1; 6)N; 7)I1N; 8)T2N; 9)T0; 10)T; 11)转子电流产生的磁场相对于转子的速度n2;相对于定子的速度n2。,解：,n1=1000rpm,sN=(n1-nN)/n1 =0.04,f2=sf1=2Hz,Pmec = PN

11、+p0=7.5825KW,Pem= Pmec /(1-s)=7898.4W,pcu2=sPmec =316W,P1=Pem +pFe +pcu1N =8603.4W,N =P2 /P1 =87.2%,T2N =P2N/N =74.61Nm,T0 =p0/N =0.82Nm,上,下,结束,上,下,T =Pmec/N = Pem/1 =75.43Nm,n2 =sn1 =40rpm,n2 =n+n2 =1000rpm,结束,第七节 异 步 机 的 参 数 测 定,一、空载实验,1、实验目的,测出pFe,rm,xm,2、实验条件,加额定U，无载,3、实验线路,4、实验步骤,1）接线。,2）电源电压调至

12、零。,3）合闸运行，缓慢将电压调至额定。,4）空转几分钟后，开始测量。,上,下,电机装配,结束,4、测量数据：p0,U1,I0,5、计算,上,下,结束,r1用直流或电桥的方法测量出。,x1通过堵转实验测量出。,上,下,结束,6、空载特性,小电机该摩擦损耗比重较大,空载运行实际等效电路,为了准确测量参数，需将摩擦损耗功率分离。,实验测出的p0=pcu1+pFe+pmec,测量空载特性：使U1=U1N起，逐步降低，直到电流开始回升；每次测量出p0,U1,I0,作曲线：p0=f(U1), p0=f(I0),上,下,结束,摩擦损耗功率分离：,实验测出的p0=pcu1+pFe+pmec,先分离定子铜耗功

13、率,p0= p0 -3I02r1=pFe+pmec,基本不变,正比于U12,作曲线p0=pFe+pmec =f(U12),pmec,测出额定U时p0：,p0 -3I02r1-pmec = 3I02rm,上,下,结束,二、短路堵转实验,1、实验目的,测出pk,rk,xk,2、实验条件,转子堵转加低压，使I1=I1N,3、实验线路,4、实验步骤,1）接线,将转子卡住。,2）电源电压调至零。,3）合闸运行，缓慢调电压，使电流达到额定值。,上,下,结束,4、测量数据：pk,Uk,Ik,t,5、计算,堵转时， Uk 很小，励磁电流很小，励磁支路可以看作开路。,上,下,结束,将电阻折至75值：,上,下,结束,第八节 异 步 机 的 工 作 特 性,指异步电动机在额定状态即U1=U1N ，f=fN时：n,T,cos1,I1,和P2的关系。,一、转速特性n=f(P2),转速特性n=f(P2)为下垂的曲线