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1、1,第九章 三相异步电动机的运行原理,2,第一节 转子不动时的异步电动机第二节 转子旋转时的异步电动机,概 述,3,异步电机单边励磁，转子边电流由感应产生。异步电机与变压器相似，定子绕组相当于变压器一次绕组，转子绕组相当于变压器二次绕组。因此，可以把分析变压器的理论用到分析异步电机中来。异步电机三相定、转子绕组对称，对称运行时，各相电磁过程相同，分析时可只讨论一相，如电动势方程、等效电路等，根据一相计算结果，再考虑相位后推广到其它两相。,概述,4,第一节 转子不动时的异步电动机,与变压器二次侧短路时的运行状态非常相似。,5,1、参考方向的规定,图91 三相绕线式异步电机参考方向规定,当三相异步
2、电机定子绕组接交流电源时，转子不动可分为转子绕组开路和转子堵转两种情况。,6,2.转子绕组开路时异步电机的电磁关系,定子（三相对称电流I通入三相对称绕组）,圆形旋转磁场(n1=60f1/P),以n1 切割定子绕组;以n1 切割转子绕组,谐波，漏磁,7,转子绕组开路，转子回路无电流，不产生磁动势。此时，气隙磁动势只有定子磁动势 ，称为励磁磁动势，相应的定子电流 称为励磁电流。,励磁磁动势,2.转子绕组开路时异步电机的电磁关系,(1). 磁动势和磁通,电机中合成基波旋转磁动势,8,主磁通和定子漏磁通,图92 异步电机的主磁通和漏磁通,主磁通：同时交链定子和转子绕组的磁通。定子漏磁通：不交链转子绕组
3、只交链定子绕组的磁通。 漏磁通主要有槽部漏磁通和端部漏磁通。,2.转子绕组开路时异步电机的电磁关系,9,主磁通：,异步电动机磁通,定子漏磁通：,实现定转子之间能量传递。,只产生压降。,主磁通和定子漏磁通,2.转子绕组开路时异步电机的电磁关系,主磁通同时交链定子和转子绕组，分别在其上感应电动势，异步电动机就是依靠主磁通实现定、转子之间能量传递的。漏磁通只与自身绕组交链，只起电压降作用，不传递能量。,10,转子不动时，交变的主磁通将在定、转子相绕组中感应同频率的感应电动势 和 ，有效值为：,（2）感应电动势,定、转子一相感应电动势有效值的比值，称为电动势比，用 表示。,2.转子绕组开路时异步电机的
4、电磁关系,11,漏电动势用漏抗压降来表示，有：,定子每相绕组漏电抗，用简化符号 表示。,（3）电压平衡方程,转子一相绕组的电压方程为：,定子一相绕组的电压方程为：,2.转子绕组开路时异步电机的电磁关系,12,三相异步电机转子绕组开路时，定子和转子都静止，内部电磁关系与三相变压器空载运行时相似。,图93 三相异步电动机转子绕组开路时的电磁关系示意图,2.转子绕组开路时异步电机的电磁关系,13,(4) 等效电路,2.转子绕组开路时异步电机的电磁关系,将异步电机主磁通感应的电动势用励磁电流在励磁阻抗上的压降来表示，则,定子绕组一相电压平衡方程为：,14,定子每相绕组与主磁通对应的电抗，为激磁电抗。由
5、于主磁通同时交链定子和转子绕组，激磁电抗实质上是互感电抗。,表征主磁路参数的阻抗。,激磁电抗的性质和物理意义,大小随铁心饱和程度的不同而不同，额定电压时，可认为是常数。,反映铁耗的等效电阻，为激磁电阻。,异步电机有气隙，主磁导小，而电抗与磁导成正比，所以异步电机电抗小。,15,图94 转子绕组开路时三相异步电机等效电路,(4) 等效电路,2.转子绕组开路时异步电机的电磁关系,16,3.转子绕组堵转时异步电机的电磁关系,定、转子磁动势关系,定子（三相对称电流I通入三相对称绕组）,圆形旋转磁场(n1=60f1/P),以n1 切割定子绕组;以n1 切割转子绕组,谐波，漏磁,17,转子感应电动势的频率
6、为： 与定子电流频率相同。转子磁场旋转速度： 转子旋转磁动势和定子旋转磁动势在空间以同转向、同速度旋转，即二者相对静止。,3.转子绕组堵转时异步电机的电磁关系,18,(旋转),n1=60f1/p,f2=pn/60=pn1/60=f1,n2=60f2/p=n1,n为转子绕组与磁场相对速度。,转子磁势与定子磁势同转向，同转速旋转，空间上保持相对静止，只有二者保持相对静止才能共同作用在一个磁路上，建立所需要的旋转磁场，实现机电能量转换。,3.转子绕组堵转时异步电机的电磁关系,定、转子磁动势关系,19,电压平衡方程,漏电动势用漏抗压降来表示，有：,定、转子回路电动势方程为：,3.转子绕组堵转时异步电机
7、的电磁关系,20,异步电机转子不动时，其定子电流和转子电流分别产生同转向、同转速的旋转磁动势 和 ，二者在空间保持相对静止。只有 和 相对静止才能共同作用在一个磁路上，建立所需要的旋转磁场，以实现机电能量转换。如果合成磁动势用 表示，则可得到与变压器类似的磁动势平衡方程。,磁动势平衡方程,3.转子绕组堵转时异步电机的电磁关系,21,磁动势平衡方程,3.转子绕组堵转时异步电机的电磁关系,22,，称为异步电机的电流变比；,，为定子绕组电流的负载分量。,3.转子绕组堵转时异步电机的电磁关系,23,负载分量 ：所产生的磁势用以平衡转子磁势，以维持主磁通所需磁势。转子电流增加，将引起定子电流增加。,激磁
8、分量 ：用来产生磁势，其大小决定于感应电势所需主磁通的大小（ ）及主磁路的磁阻,定子电流,异步电机中主磁通两次经过气隙，磁阻大，激磁电流大，可达额定电流的20%-60%，电机容量越小，激磁电流分量越大。,3.转子绕组堵转时异步电机的电磁关系,24,转子绕组的折算,3.转子绕组堵转时异步电机的电磁关系,要得到异步电机的等效电路（定子和转子边既有磁的联系，又有电的联系）必须进行折算。,折算方法：将实际转子绕组折算到定子侧等效绕组。,折算原则：折算前后转子绕组保持原有的电磁性能和平衡关系，即转子磁势和相位不变。,25,（1）电流的折算,保持折算前后磁动势,转子绕组的折算,26,（2）电动势及电压的折
9、算,保持折算前后电磁功率不变，有：,为电动势变比。,转子绕组的折算,27,（3）阻抗的折算折算前后绕组的铜耗不变，有：,根据折算前后功率因数不变的原则，有：,转子绕组的折算,28,经过折算后异步电机的基本方程为：,转子绕组的折算,29,等效电路,折算后定转子侧的电势相等,30,异步电动机定子上有三相交流绕组，通以三相交流电，定子绕组有电流流过。,(旋转),n1=60f1/p,电磁力，转矩T,转子转动，速度n,第二节 转子旋转时的异步电动机,31,第二节 转子旋转时的异步电动机,当转子以转速n旋转后，电机主磁通仍以同步转速切割定子绕组，产生感应电动势，所以定子回路电动势平衡方程不变。而转子绕组以
10、相对速度 n2 = n1 - n切割主磁通，所以转子中感应电动势的频率、大小及漏抗都将发生变化。,32,设转子旋转速度为n，转子绕组相对定子旋转磁场的速度为n1-n。 定子旋转磁场在转子绕组中感应出电势的频率为,转差率 :s=(n1-n)/n1,f2又称转差频率，电动机正常运行时，s往往很小，约为0.02-0.06，所以电动机额定运行时转差频率很低，约为1-3周/秒。,转子旋转对转子各物理量的影响,转子电流和电势的频率,33,定子侧 电流相序ABC，磁场F1的旋转方向ABC，旋转磁场转速为n1(相对定子）。转子侧 定子磁场依次切割转子绕组abc，转子电流相序为abc，转子产生磁势F2 ，方向为
11、abc。转子磁势F2相对转子的转速：,转子电流产生的旋转磁势的转速,34,n1,F1,注意：n2为转子电流产生的磁势F2相对转子的转速，亦即F2相对转子的速度为n1-n，而转子本身以转速n旋转，所以F2相对静止的定子的速度为n1-n+n= n1 。,结论：定子磁势F1与转子磁势F2方向相同，速度相同，保持相对静止，满足交流电机稳定运行的条件。,转子电流产生的旋转磁势的转速,转子磁势F2相对转子的转速：,35,1.转子感应电动势,由于频率改变，所以转子感应电动势也变化，有效值为：,36,2.转子电动势平衡方程,因为转子回路不变，所以电动势方程形式不变，为：,转子漏抗为：,定子电势方程：转子是否转
12、动，对其无影响。,37,转子旋转时，转子磁动势相对于定子的旋转速度不变，定子磁动势和转子磁动势相对静止，表明电机转子旋转时内部电磁过程和转子不动时相似，不同的是转子回路的频率，由 变为 。,转子旋转时，磁动势平衡方程仍为：,。,3.磁动势平衡方程,38,4.频率折算,如何把旋转电机折算为静止电机？频率折算原因：转子不动时，转子绕组电势频率与定子绕组电势频率一样，均为f1 。转子转动时，转子绕组电势频率为f2 ，定子绕组电势频率为f1，二者不相等，不能直接将定转子连在一起得到等效电路。转子电流频率大小只影响转子旋转磁势相对转子的转速，相对于定子的相对转速不变，总是n1，与转子电流频率无关，而定子
13、、转子之间是通过磁势相连，所以只要保持转子磁势不变，电流频率大小无影响。,39,折算前后转子电流大小和相位不变，即磁势 不变。,折算原则,由 可见，只要折算前后转子电流 大小和相位不变，就不会对定子边各量造成影响，也不会影响合成磁势 。,对转子频率折算，将转动的转子折算为不动的转子，不影响定子边各量。,4.频率折算,40,转子转动后转子电流为：,只要等效的静止转子满足 ，则完成了频率折算。二者虽然幅值相同，但频率已经从f2变为f1,4.频率折算,41,讨论： 进行频率折算后，电动势由 变为 ，电抗由 变为 ，而电阻则由 变为 。,4.频率折算,频率折算的物理意义：用一个静止的电阻为 的等效转子
14、去代替电阻为 的实际旋转转子，等效转子与实际转子产生相同的旋转磁势。,42,转子磁势 的转速：,实际转子：转子转速为n，产生的磁势相对转子的转速为n2，所以磁势在空间以同步转速旋转。,等效转子：转子静止，转子电流频率为f1，静止转子产生的磁势在空间仍以同步转速旋转。,的幅值,的相位,结论：频率折算前后，转子电流幅值及阻抗角未改变，转子磁势的幅值和相位也未改变，折算对定子侧各量无影响，旋转的实际转子和等效的静止转子效果相同。,4.频率折算,43,频率折算后，转子电阻分解为两项：,4.频率折算,频率折算后的转子电阻为,技术处理,44,右边第一项：转子本身电阻，要完成转子的频率折算只需在转子回路中串
15、入一附加电阻 即可。附加电阻： ，在转子电路中将消耗功率，代表了实际电机轴上所产生的总机械功率，这就是附加电阻的物理意义，即 是异步电动机轴上总机械功率的等效电阻。,4.频率折算,电阻大小与电机的转差率有关。,45,当电机所带负载变化时，电机的转速随之变化，s变化， 变化，所以 反应了电机机械负载变化的大小，而此电阻上消耗的功率 代表了电机产生的总的机械功率。,4.频率折算,46,经过频率折算后，再考虑转子绕组的折算，最终得到异步电机的基本方程为:,4.频率折算,47,5.等效电路,T等效电路,由上述电路可见，异步电机为感性电路。,48,5.等效电路,电机轻载时：,电机副边相当于开路，转子电流
16、接近于零。定子电流全部为激磁电流，用于产生磁通，定子功率因素很低，与变压器空载运行相似。,49,5.等效电路,电机起动时：,等效电阻被短接，副边支路阻抗很小， 很大，相当于变压器副边短路状态。原边电流也大，原副边功率因数均低。,50,转差s很小，s=0.02-0.06, 时， 大，转子电路基本为电阻性。,5.等效电路,电机额定负载时：,转子电流不大，同时转子电流频率低，所以电阻较电抗大很多，定转子边功率因数均较高，转子边接近1，定子边可达0.8-0.95。,异步电机有气隙，激磁电抗较小，所以激磁电流较大。,51,复 习,转子不动，转子绕组开路时，异步电机的运行原理，电磁关系，等效电路；转子堵转
17、时的电磁关系，等效电路；绕组折算，频率折算；转子旋转时的转子侧各物理量的变化，电磁关系，等效电路。,52,1、异步电动机气隙大小对电机性能有哪些影响？2、异步电动机空载运行时，功率因数高还是低？起动时呢？额定负载运行时呢？3、异步电动机转子旋转时，转子磁场相对于定子绕组的速度是多少？4、异步电动机对于电网来说，是什么性质的负载？5、为什么异步电机要进行频率折算？如何折算？附加电阻代表什么物理意义？,53,(2),6. 相量图,54,动画,6. 相量图,55,6. 相量图,56,6. 相量图,异步电机定子电流总是滞后电源电压,主要因为激磁电流和定转子间漏抗引起。要维持气隙中主磁场和定转子间漏磁场都需要一定无功功率，它们从电源输入，所以定子电流滞后于电源电压。,激磁电流越大，或定转子漏抗越大，电机功率因数越低。,57,7. T型等效电路的简化,定子电流,转子电流,激磁电流,修正系数,58,7. T型等效电路的简化,正常运行时,型近似等效电路,59,7. T型等效电路的简化,简化等效电路 令C1=1 简化电路,60,本章内容结束谢谢大家,
