第七章异步电机(二)-三相异步电动机的运行原理及单相异步电动机详解课件

第七章异步电机(二)--三相异步电动机的运行原理及单相异步电动机1◆负载时定子绕组接三相电源U1A/B/C三相交流电流I1A,I1B,I1C旋转磁动势F1气隙主磁场Bm感应电动势E1A/B/C和E2A/B/C转子电流I2A/B/C产生电磁转矩转子沿旋转磁场方向转动切割定、转子绕组第一节三相异步电动机运行的电磁过程

一、异步电动机负载时的物理情况

2各物理量下标规定1---定子；2----转子s---表示转子电动势的频率与定子不同◆空载时电磁转矩很小,转子转速n≈ns,可认为旋转磁场不切割转子绕组,E2s≈0,I2≈0。此时,建立气隙主磁场Bm的磁动势Fm0为三相基波合成磁动势F10,Fm0=F10,空载时电磁关系可表示为:3当电机带有机械负载后：n<ns,I2增大。转子电流I2A/B/C产生电磁转矩转子沿旋转磁场方向转动产生磁动势F2F2性质,与F1关系,对主磁场影响转子绕组中电流是什么电流？4Bxxττττwt=0wt=π/6nsnv转子绕组沿磁场旋转方向以转速n旋转=s·f15axbycznsnAXBYZCBm(F1)绕线型三相异步电动机6(一)转子磁动势F2无论转子是绕线型还是笼型,转子磁动势F2都是旋转磁动势。1.F2的旋转方向和转速转子旋转磁动势F2的方向与定子磁动势F1方向相同。◆转速(转子转速+F2相对转子转速)◆转向感应电动势的频率正比于导体与磁场的相对切割速度,极对数为p的电动机转子绕组中感应的多相电动势和电流频率为:7转子磁动势F2相对于转子的转速为：则转子磁动势F2的转速为：n2=Δn+n=ns-n+n=ns※可见,转子磁动势F2和定子磁动势F1的转速是相同的,即F1与F2在空间保持相对静止,无相对运动。---f2为转差频率

转子不转:n=0,s=1,f2=f1理想空载:n≈ns,s≈0,f2≈08转子磁动势F2与定子磁动势F1相对静止,得到合成磁动势F1+F2负载时空载时电动机从空载到负载,定子绕组的感应电动势E1变化很小,差不多和电源电压相平衡。所以，可以近似认为于是(二)磁动势平衡9(三)电磁关系主磁通Фm与定子、转子绕组相交链,进行能量的传递,其分别在定、转子绕组中感应出对称的定子电动势E1和转子磁动势E2s,有效值分别为:E1和E2s在相位上均滞后Фm90°电角度,其相量表达式为:10定、转子的漏磁通在各自绕组中感应产生漏电动势此外,定、转子绕组还存在电阻,电流I1和I2产生电压降I1R1和I2R2.其电磁关系如右图。11二、基本方程式(一)磁动势平衡方程式F1+F2=Fm式中m1、m2为定子、转子的相数；Im为对应于励磁磁动势的励磁电流。12令可得异步电动机的电流比,则有励磁电流负载电流13(二)电动势平衡方程式异步电动机负载时定子、转子绕组的电动势平衡方程式:RΩ---转子绕组中的外加电阻与变压器类似,将定子感应电动势E1和漏电动势E1σ、E2σs作为电压降来处理,即:E1=-ImZm=-Im(Rm+jZm)E1σ=-jI1X1E2σs=-jI2X2s励磁阻抗定子漏电抗转子漏电抗14E2σs=4.44f2N2kW2Ф2σ

=4.44f1N2kW2Ф2σs因此E2σs=E2σ

sX2s=X2sE2s=E2s电动势比E2:转子静止时电动势E2σ15异步电动机负载时的基本方程式列出如下miIIkI&&&=+211E2=E1/ke

161.转子电动势的频率感应电动势的频率正比于导体与磁场的相对切割速度,故转子电动势的频率为:转子不转时,空载时,2.转子绕组的感应电动势转子旋转时的感应电动势:转子不转时的感应电动势:二者关系为:转子绕组各电磁量173.转子绕组的漏阻抗电抗与频率成正比,转子旋转时转子漏电抗:二者关系:转子绕组的漏阻抗:4.转子绕组的电流转子绕组为闭合绕组,转子电流为转子不转时转子漏电抗:当转速降低时,转差率增大,转子电流也增大.185.转子绕组的功率因数转子功率因数与转差率有关,转差率增大,功率因数减小。6.转子旋转磁动势转子绕组流过三相或多相对称电流时产生圆形旋转磁动势.1)幅值2)转向转子电流相序与定子旋转磁动势方向相同,转子旋转磁动势的方向与转子电流相序一致.转子旋转磁动势相对定子的速度为可见,无论转子转速怎样变化,定、转子磁动势总是以同速、同向在空间旋转，两者在空间上总是保持相对静止。19第二节三相异步电动机的等效电路及相量图

求解异步电动机物理量时,一共有5个基本方程式,在给定端电压U1及参数Z1、Z2、Zm的条件下,对应一定的转差率s,可由5个基本方程式求解E1、E2、I1、I2、Im5个未知数。在求解这些未知量时,计算十分复杂,由于转子电路频率f2和定子频率f1不同,直接联立求解这些频率不同的电路相量方程式是没有物理意义的。解决方法:将耦合电路中的一个电路归算到另一个电路中,导出等效电路。20一、异步电动机的等效电路异步电动机进行归算时,除了进行绕组归算外,必须先进行频率折算。(一)频率归算频率归算——保持整个电磁系统的电磁性能不变,把一种频率的参数和物理量换算成另一种频率的参数和物理量。在这里,是用一个具有定子频率f1而等效于转子的电路代换实际转子电路(f2)。(用静止的转子来等效转动的转子)等效需满足的条件：1)进行代换后,转子电路对定子电路的电磁效应不变。2)等效的转子电路的电磁性能(有功功率、无功功率、铜耗等)必须和实际转子电路一样。21若RΩ

=0,

则E2和X2表示静止转子电路中的电动势和漏电抗,则I2''代表静止转子电路中的电流,I2''的有效值和相位角均与I2相等,即用静止转子电路代替实际的转子电路,除改变与频率有关的参数和电动势外,要用R2/s代替R2,可达到保持I2,F2不变。1)

电磁效应不变(F2不变)22实际的旋转转子轴上有机械损耗和机械功率输出。频率折算后，转子静止，没有机械损耗和机械功率输出，但电路中多了一个附加电阻。根据能量守恒关系，该电阻消耗的功率等效机械损耗和机械功率之和——总的机械功率。在附加电阻上产生的功耗,实质上表征了异步电动机的机械功率.

异步电动机做电动机运行时,0<s<1,转子电阻由R变为R/s,相当于转子回路串入了一个附加电阻2)

功率不变23频率归算后异步电动机的定子、转子电路图频率归算前异步电动机的定子、转子电路图24频率折算后电机的基本方程式列出如下miIIkI&&&=+211E2=E1/ke

25(二)绕组归算◆用一个相数和有效匝数与定子绕组相同的转子绕组去等效代替实际的转子绕组。◆等效的原则：保证电磁效应和功率关系不变。262728(三)等效电路经过归算后，定子、转子的电动势方程式磁动势方程式励磁支路的电动势方程式由以上等式可导出U1和I1的关系29异步电动机的T形等效电路异步电动机的近似等效电路30异步电动机的T形等效电路31异步电动机的T形等效电路变压器的T形等效电路32几种异步电动机的典型运行情况1.空载运行2.额度负载下运行转子电路基本上是电阻性的，功率因数较高。3.电机不转时总机械功率为0,电机处于短路状态。4.异步发电运行转差率为负,附加电阻也为负值。表示从转子轴上输入(而不是输出)机械功率。电机相当于开路33在等效电路中负载的变化是用转差率s来体现的3435二、异步电动机的相量图异步电动机的相量图36第三节三相异步电动机的功率和转矩

能量转换关系功率关系一、功率转换过程37定子转子38二、功率方程式394041P1=pCu1+pFe+pCu2+p0+P2pCu2=s·pem=s/(1-s)·

Pm42三、转矩方程式由功率关系Pm=P2+p0可得Te=T2+T0T2—输出的机械转矩T0—空载转矩T2=9.55P2/nT0=9.55p0/n43四、电磁转矩公式由有CT1---转矩常数单位:I2---A,Фm---Wb,Te---N·m注意:只有电流的有功分量才能产生转矩2πns/6044第四节三相异步电动机的工作特性及其测取方法

45一、工作特性的分析异步电动机的工作特性曲线1、转速特性2、定子电流特性3、功率因数特性4、电磁转矩特性n=9.55·P2/T25、效率特性当可变损耗等于不变损耗时,异步电动机效率达最大46二、工作特性的求取两种方法:①直接负载法；②等效电路计算47◆三相异步电动机的主要性能指标48第五节三相异步电动机参数的测定

异步电机中有两种参数：（1）励磁参数：励磁阻抗(Zm,Rm,Xm),非线性（2）堵转参数：定子漏阻抗(Z1)、转子漏阻抗(Z2'),线性491.空载试验s≈050取额定值U1NR0=R1+RmX0=X1+Xm伏安法测量51异步电机空载时,输入功率补偿定子铜耗、铁耗、机械损耗：铁耗正比于电压平方，做出铁耗与机械损耗之和与电压平方的曲线；延长该曲线与纵轴的相交，该交点所对应的只就为机械损耗值；剩余部分就是铁耗值；可测基本不变◆分离铁耗PFe和机械损耗Pmech=f(U102)522.堵转(短路)试验s≈1|Zm|>>|Z2'|53按经验分离X1,X2'取额定电流IN543.试验步骤55第六节三相异步电动机的转矩与转差率的关系异步电机中电磁转矩计算为在近似等效电路中所以得到电磁转矩计算公式为56启动(堵转)转矩57临界转差率最大转