电机及拖动课件：三相异步电动机

1、第4章 三相异步电动机4.1 4.1 三相异步电动机的基本工作原理和结构三相异步电动机的基本工作原理和结构4.2 4.2 交流电机的绕组交流电机的绕组4.3 4.3 交流电机绕组的感应电动势交流电机绕组的感应电动势4.4 4.4 交流电机绕组的磁动势交流电机绕组的磁动势4.5 4.5 三相异步电动机的空载运行三相异步电动机的空载运行4.6 4.6 三相异步电动机的负载运行三相异步电动机的负载运行4.74.7三相异步电动机的等效电路和相量图三相异步电动机的等效电路和相量图. .4.84.8三相异步电动机的功率平衡、转矩平衡三相异步电动机的功率平衡、转矩平衡 三相异步电机主要用作电动机，拖动各种生

2、产机械。结构简单、三相异步电机主要用作电动机，拖动各种生产机械。结构简单、制造、使用和维护方便，运行可靠，成本低，效率高，得以广泛制造、使用和维护方便，运行可靠，成本低，效率高，得以广泛应用。但是，功率因数低、起动和调速性能差。应用。但是，功率因数低、起动和调速性能差。第4章 三相异步电动机4.1三相异步电动机的基本工作原理与结构4.1.14.1.1三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构一、定子部分1.1.定子铁心：由导磁性能很好的硅钢片叠成定子铁心：由导磁性能很好的硅钢片叠成导磁部分。导磁部分。2 2、定子绕组：放在定子铁心内圆槽内、定子绕组：放在定子铁心内圆槽内导电部分。导电部分

3、。3 3、机座：固定定子铁心及端盖，具有较强的机械强度和刚度。、机座：固定定子铁心及端盖，具有较强的机械强度和刚度。二、转子部分1 1、转子铁心：由硅钢片叠成，也是磁路的一部分。、转子铁心：由硅钢片叠成，也是磁路的一部分。2 2、转子绕组转子绕组： 1 1）鼠笼式转子：转子铁心的每个槽内插入一）鼠笼式转子：转子铁心的每个槽内插入一根裸导条，形成一个多相对称短路绕组。根裸导条，形成一个多相对称短路绕组。2 2）绕线式转子：转）绕线式转子：转子绕组为三相对称绕组，嵌放在转子铁心槽内。子绕组为三相对称绕组，嵌放在转子铁心槽内。 异步电动机的气隙是均匀的。大小为机械条件所能允许达异步电动机的气隙是均匀

4、的。大小为机械条件所能允许达到的最小值。到的最小值。三、气隙第4章 三相异步电动机第4章 三相异步电动机按转子结构分按转子结构分：绕线型异步电动机绕线型异步电动机鼠笼型异步电动机鼠笼型异步电动机继续继续第4章 三相异步电动机下面是它主要部件的拆分图。下面是它主要部件的拆分图。 右图是一台三相鼠笼型异步电右图是一台三相鼠笼型异步电动机的外形图。动机的外形图。第4章 三相异步电动机鼠笼型转子鼠笼型转子铁心和绕组铁心和绕组结构示意图结构示意图三相绕线型三相绕线型转子结构图转子结构图返回第4章 三相异步电动机第4章 三相异步电动机4.1.2 4.1.2 三相异步电动机的基本工作原理三相异步电动机的基本

5、工作原理U2U1W2V1W1V21nn一、转动原理1 1、电生磁、电生磁：三相对称绕组通三相对称绕组通往三相对称电流产生圆形旋转往三相对称电流产生圆形旋转磁场。磁场。2 2、磁生电、磁生电：旋转磁场切割旋转磁场切割转子导体感应电动势和电流。转子导体感应电动势和电流。3 3、电磁力、电磁力：转子载流（有功转子载流（有功分量电流）体在磁场作用下受分量电流）体在磁场作用下受电磁力作用，形成电磁转矩，电磁力作用，形成电磁转矩，驱动电动机旋转，将电能转化驱动电动机旋转，将电能转化为机械能。为机械能。第4章 三相异步电动机二、转差率11nnsn 转差率转差率是异步电机的一个基本物理量，它反映电机的各种是异

6、步电机的一个基本物理量，它反映电机的各种运行情况。运行情况。转子未转动时转子未转动时，;s,n10 电机理想空载时电机理想空载时，.s,nn01 作为电动机，转速在作为电动机，转速在10n范围内变化，转差率在范围内变化，转差率在0 0 1 1范围内变。范围内变。 负载越大，转速越低，转差率越大；反之，转差率越小。负载越大，转速越低，转差率越大；反之，转差率越小。转差率的大小能够反映电机的转速大小或负载大小。电机的转转差率的大小能够反映电机的转速大小或负载大小。电机的转速为：速为：11n = (- s)n 额定运行时，转差率一般在额定运行时，转差率一般在0.010.060.010.06之间，即电

7、机转速接之间，即电机转速接近同步速。近同步速。 同步转速与转子转速之差与同步转速的比值称为转差率，用同步转速与转子转速之差与同步转速的比值称为转差率，用s s表示，表示，即：即：第4章 三相异步电动机三、异步电机的三种运行状态根据转差率的大小和正负根据转差率的大小和正负, ,异步电机有三种运行状态异步电机有三种运行状态机械能转变为电机械能转变为电能能电能和机械能变电能和机械能变成内能成内能电能转变为机电能转变为机械能械能能量关系制动制动制动制动驱动驱动电磁转矩转差率转速外力使电机快速外力使电机快速旋转旋转外力使电机沿磁外力使电机沿磁场反方向旋转场反方向旋转定子绕组接对定子绕组接对称电源称电源实

8、现发电机发电机电磁制动电磁制动电动机电动机状态状态10 n n0n n10 s1s0s第4章 三相异步电动机4.1.3 4.1.3 型号和额定值型号和额定值一、型号例例: :第4章 三相异步电动机第4章 三相异步电动机额定值关系有：额定值关系有：3NNNNNPU I cos)VkV(UN或或额额定定电电压压额定运行状态时加在额定运行状态时加在定子绕组上的线电压定子绕组上的线电压. .)kW(PN额额定定功功率率额定条件下转轴上额定条件下转轴上输出的机械功率。输出的机械功率。)A(IN额额定定电电流流在额定运行状态下流在额定运行状态下流入定子绕组的线电流入定子绕组的线电流.min)/r(nN额定

9、转速额定转速额定运行时电额定运行时电动机的转速动机的转速.NNf额额定定效效率率额额定定频频率率额额定定功功率率因因数数Ncos二、额定值二、额定值第4章 三相异步电动机 三相异步电动机的定子部分在结构上和同步电动机三相异步电动机的定子部分在结构上和同步电动机的定子部分完全相同。的定子部分完全相同。 对中、小容量的低压异步电动机，通常定子三相绕对中、小容量的低压异步电动机，通常定子三相绕组的六个出线头都引出，这样可根据需要灵活组的六个出线头都引出，这样可根据需要灵活地接成地接成“Y”Y”形或形或“D”D”形。形。U1 V1 W1U1 V1 W1W2 U 2 V2W2 U2 V2D联结联结Y联结

10、联结三、接线三、接线第4章 三相异步电动机4.2交流电机的绕组4.2.1 交流绕组的基本知识一、基本要求和分类1 1）三相绕组对称；）三相绕组对称；2 2）力求获得最大的电动势和磁动势；）力求获得最大的电动势和磁动势；3 3）绕组的电动势和磁动势的波形力求接近正弦；）绕组的电动势和磁动势的波形力求接近正弦；4 4）节省用铜量；）节省用铜量；5 5）绕组的绝缘和机械强度可靠，散热条件好；）绕组的绝缘和机械强度可靠，散热条件好；6 6）工艺简单、便于制造、安装和检修。）工艺简单、便于制造、安装和检修。第4章 三相异步电动机二、交流绕组的基本概念二、交流绕组的基本概念1 1、极距、极距 两个相邻磁极

11、轴线之间沿定子铁心内表面的距离。若定子的两个相邻磁极轴线之间沿定子铁心内表面的距离。若定子的槽数为槽数为Z Z，磁极对数为，磁极对数为p p，则极距：，则极距：Z=2 p2 2、线圈节距、线圈节距y一个线圈的两个有效边之间所跨的距离称为线圈的节距。一个线圈的两个有效边之间所跨的距离称为线圈的节距。.y的的绕绕组组为为整整距距绕绕组组 3 3、电角度、电角度p电电角角度度机机械械角角度度.y的的绕绕组组为为短短距距绕绕组组 第4章 三相异步电动机4 4、槽距角、槽距角a相邻两个槽之间的电角度相邻两个槽之间的电角度：0360p=Z6 6、相带、相带 每个极面下的导体平均分给各相，则每一相绕组在每个

12、极每个极面下的导体平均分给各相，则每一相绕组在每个极面下所占的范围，用电角度表示称为相带。面下所占的范围，用电角度表示称为相带。 每一个极面下每相所占的槽数为每一个极面下每相所占的槽数为5 5、每极每相槽数、每极每相槽数q2Zq =pm第4章 三相异步电动机4.2.24.2.2 三相单层绕组三相单层绕组 单层绕组的每个槽内只放一个线圈边，电机的线圈总数等于单层绕组的每个槽内只放一个线圈边，电机的线圈总数等于定子槽数的一半。单层绕组分为链式、交叉式和同心式绕组。定子槽数的一半。单层绕组分为链式、交叉式和同心式绕组。一、单层链式绕组 单层链式绕组由形状、几何尺寸和节距相同的线圈连接而单层链式绕组由

13、形状、几何尺寸和节距相同的线圈连接而成，整个外形如长链。成，整个外形如长链。 链式绕组的每个线链式绕组的每个线圈节距相等并且制造方圈节距相等并且制造方便；线圈端部连线较短便；线圈端部连线较短并且省铜。主要用于并且省铜。主要用于q=2q=2的的4 4、6 6、8 8极小型三极小型三相异步电动机。相异步电动机。第4章 三相异步电动机二、单层交叉式绕组二、单层交叉式绕组 单层交叉式绕组由线圈数和节距不相同的两种线圈组构成，单层交叉式绕组由线圈数和节距不相同的两种线圈组构成，同一组线圈的形状、几何尺寸和节距均相同，各线圈组的端部互同一组线圈的形状、几何尺寸和节距均相同，各线圈组的端部互相交叉。相交叉。

14、 交叉式绕组由交叉式绕组由两大一小线圈交叉两大一小线圈交叉布置。线圈端部连布置。线圈端部连线较短，有利于节线较短，有利于节省材料，并且省铜。省材料，并且省铜。广泛用于广泛用于q1q1的且为的且为奇数的小型三相异奇数的小型三相异步电动机步电动机。第4章 三相异步电动机三、单层同心式绕组 同心式绕组由几个几何尺寸和节距不等的线圈连成同心同心式绕组由几个几何尺寸和节距不等的线圈连成同心形状的线圈组构成。形状的线圈组构成。 同心式绕组端同心式绕组端部连线较长，适用部连线较长，适用于于q=4q=4、6 6、8 8等偶等偶数的数的2 2极小型三相极小型三相异步电动机。异步电动机。第4章 三相异步电动机优点

15、优点不适宜于大中型电机元件少，结构简元件少，结构简单，嵌线方便，单，嵌线方便，槽内无层间绝缘槽内无层间绝缘广泛应用于广泛应用于10kW10kW以下的以下的异步电动机定子绕组异步电动机定子绕组单层绕组为单层绕组为整距绕组整距绕组缺点电动势和磁动电动势和磁动势波形较差势波形较差铁损和噪铁损和噪声较大声较大起动性能较差三相单层绕组的优缺点第4章 三相异步电动机4.2.3 4.2.3 三相双层绕组三相双层绕组 双层绕组每个槽内放上、下两层线圈的有效边，线圈的每双层绕组每个槽内放上、下两层线圈的有效边，线圈的每一个有效边放在某一槽的上层，另一个有效边则放置在相隔为一个有效边放在某一槽的上层，另一个有效边

16、则放置在相隔为y y 的另一槽的下层。的另一槽的下层。双层绕组分双层叠绕组（如图双层绕组分双层叠绕组（如图2a=12a=1）和双层波绕组（略）和双层波绕组（略）。第4章 三相异步电动机 双层绕组的特点：双层绕组的特点：1 1）线圈数等于槽数；）线圈数等于槽数；2 2）线圈数组数等于极数，也等于最大并联支路数）线圈数组数等于极数，也等于最大并联支路数；3 3）每相绕组的电动势等于每条支路的电动势。）每相绕组的电动势等于每条支路的电动势。优点可以选择最有利的节可以选择最有利的节距，使电动势和磁动距，使电动势和磁动势波形更接近正弦波势波形更接近正弦波所有线圈的形状所有线圈的形状和尺寸相同，便和尺寸相

17、同，便于实现机械化于实现机械化端部排列整齐端部排列整齐机械强度高机械强度高可组成较可组成较多的并联多的并联支路支路缺点嵌线困难用铜用铜量大量大第4章 三相异步电动机4.34.3交流电机绕组的感应电动势交流电机绕组的感应电动势4.3.1 4.3.1 线圈的感应电动势及短距系数线圈的感应电动势及短距系数一、一根导体的电动势二、整距绕组的电动势 每个整距绕组由每个整距绕组由N Nc c个相同和线匝组成，每个整距线圈的个相同和线匝组成，每个整距线圈的电动势电动势: :111444y (y)ctcEN E.fN电动势频率电动势频率: :60pnf 电动势大小电动势大小: :12 221cE.f电动势波形

18、电动势波形: :Blve 随时间变化的波形随时间变化的波形取决于气隙磁密在取决于气隙磁密在空间的分布波形空间的分布波形第4章 三相异步电动机三、短距线圈的电动势每个短距线圈的电动势每个短距线圈的电动势: :144411()cyE.fN kyy称为称为短距系数短距系数：线圈短距时电动线圈短距时电动势比整距时打的势比整距时打的一个折扣一个折扣090111y (y )yy (y )Eyksin()E第4章 三相异步电动机4.3.2 4.3.2 线圈组的感应电动势及分布系数线圈组的感应电动势及分布系数 一组线圈由一组线圈由q q个线圈组成个线圈组成, ,若若q q个线圈为集中绕组时个线圈为集中绕组时,

19、 ,各线圈各线圈电动势大小相等、相位相同，线圈组电动势为电动势大小相等、相位相同，线圈组电动势为: :11114.44q (q= )cyE=fqN k 若若q q个线圈为分布绕组个线圈为分布绕组, ,放在放在q q个槽内个槽内, ,各线圈电动势大小相各线圈电动势大小相同同, ,相位相差相位相差电角度电角度, ,电动势为电动势为: :111114 444 4411()cyqcE.fqN k k.fqN kqqw11122q (q1)qq (q=1)qasinEk=aEqsin称为称为基波分布系数基波分布系数:线圈组电动势等于集线圈组电动势等于集中线圈组电动势打的中线圈组电动势打的一个折扣一个折扣

20、.称为称为基波绕组基波绕组系数。系数。111wyqk= k k第4章 三相异步电动机4.3.3 4.3.3 一相绕组的基波感应电动势一相绕组的基波感应电动势 一绕组有一绕组有2a2a条支路，一条支路由若干个线圈组路串联组成。条支路，一条支路由若干个线圈组路串联组成。一相绕组的基波电动势为一条支路的基波电动势一相绕组的基波电动势为一条支路的基波电动势1114.44pwE=fNk一、一相绕组的基波电动势对单层绕组：对单层绕组：2cpqNN=a对双层绕组：对双层绕组：c2pqNN=2a第4章 三相异步电动机二、短距绕组、分布绕组对电动势波形的影响090224 44ksin()sinksinE.fNk

21、kyqpyqyqq对V次谐波：1pp nn p nff60第4章 三相异步电动机改善电动势波形的方法改善电动势波形的方法: :001 pyE,k,y时时采采用用.ky尽可能小尽可能小让让0 （）（）采用短距绕组来削弱高次谐波采用短距绕组来削弱高次谐波（）采用分布绕组来削弱高次谐波（）采用分布绕组来削弱高次谐波尽尽可可能能小小让让qk改善主磁极磁场的分布改善主磁极磁场的分布改善交流绕组的构成，削弱谐波电动势改善交流绕组的构成，削弱谐波电动势采用接线消除线电动势中的三及其倍数的奇次谐波采用接线消除线电动势中的三及其倍数的奇次谐波005455 pyE,k,y时时第4章 三相异步电动机4.4交流电机绕

22、组的磁动势4.4.1 4.4.1 单相绕组的磁动势单相绕组的磁动势一、整距集中绕组的磁动势 一台两极气隙均匀的交流电机一台两极气隙均匀的交流电机, ,一个整距一个整距绕组通入交流电流绕组通入交流电流, ,线圈磁动势在某瞬间的分线圈磁动势在某瞬间的分布如图布如图, ,由全电流定律得由全电流定律得: :iNiHdlc 忽略铁心磁阻忽略铁心磁阻, ,磁动势完全降落在两磁动势完全降落在两个气隙上个气隙上. .每个气隙的磁动势为每个气隙的磁动势为: :ttsinFsinINiNfcmcccc2121 空间分布为空间分布为矩形波矩形波, ,随时间按随时间按正弦规律正弦规律变变化化. .变化变化频率为电流频

23、率频率为电流频率。 空间位置不变而幅值和方向随时间变化的磁动势称为空间位置不变而幅值和方向随时间变化的磁动势称为脉动磁脉动磁动势动势。第4章 三相异步电动机矩形波磁动势可能分解为基波和一系列高次谐波矩形波磁动势可能分解为基波和一系列高次谐波: :133( , )sincossincos.sincos.ccccfx tFtxFtxFtx基波磁动势为基波磁动势为: :1420 92cccccFN I. N I 11( , )sincosccfx tFtx基波磁动势最大值为基波磁动势最大值为: : 整距绕组基波磁动势在空间按余弦分布，幅值位于绕组轴线，整距绕组基波磁动势在空间按余弦分布，幅值位于绕组

24、轴线，空间每一点的磁动势大小按正弦规律变化空间每一点的磁动势大小按正弦规律变化仍然为仍然为脉动磁动势脉动磁动势。第4章 三相异步电动机二、单相脉动磁动势1 1、整距分布绕组的磁动势、整距分布绕组的磁动势cqycyqpIkk)qN(kFF1111120.92 每个绕组由每个绕组由q q 个线圈串联构成，依次在定子圆周空间错开个线圈串联构成，依次在定子圆周空间错开槽距角槽距角,绕组的基波磁动势为绕组的基波磁动势为q q个线圈基波磁动势的空间矢量个线圈基波磁动势的空间矢量和：和：111qcqkqFF2 2、一组双层短距分布绕组的基波磁动势、一组双层短距分布绕组的基波磁动势 双层短距分布绕组的基波磁动

25、势为两个等效绕组基波磁动双层短距分布绕组的基波磁动势为两个等效绕组基波磁动势的相量和，用短距系数计及绕组短距的影响：势的相量和，用短距系数计及绕组短距的影响：第4章 三相异步电动机3 3、相绕组的磁动势、相绕组的磁动势 每个极下的磁动势和磁阻构成一条分支磁路。若电机有每个极下的磁动势和磁阻构成一条分支磁路。若电机有p p对磁极，就有对磁极，就有p p条并联的对称分支磁路，所以一相绕组的基波条并联的对称分支磁路，所以一相绕组的基波磁动势就是该绕组在一对磁极下线圈所产生的基波磁动势，若磁动势就是该绕组在一对磁极下线圈所产生的基波磁动势，若每相电流为每相电流为I Ip p: :xcostsinIpN

26、k.xcostsinFt)(x,fp1wpp9011 单相绕组的基波磁动势是在空间按余弦规律分布，单相绕组的基波磁动势是在空间按余弦规律分布，幅值大小随时间按正弦规律变化的幅值大小随时间按正弦规律变化的脉动磁动势脉动磁动势。第4章 三相异步电动机三、单相脉动磁动势的分解即一个脉动磁动势可以分解成两个幅值大小相等的磁动势。即一个脉动磁动势可以分解成两个幅值大小相等的磁动势。1111111122ppp+-ppf (x,t) F sincosxF sin(x)F sin(x)= f (x,t)+ f (x,t)pttt先分析)xtsin(F)t ,x(fpp 1121取幅值点分析2 xt;x,t22

27、0 时时;x,t02 时时;x,t22 时时xt)(x,f1p22第4章 三相异步电动机综上分析综上分析。)t ,x(f,x)t ,x(f)(pp向向旋旋转转磁磁动动势势称称为为正正故故轴轴正正方方向向移移动动朝朝随随着着时时间间推推移移 111。)t ,x(f)(p势势幅幅值值的的一一半半的的幅幅值值为为单单相相基基波波磁磁动动 12min)/(60)/(22)/(2)3(1rpfsrpfpfnsmfdtdxv旋转速度线速度为。x,)t ,x(f)t ,x(fpp的的负负方方向向只只是是旋旋转转方方向向是是性性质质基基本本一一致致的的性性质质与与 11第4章 三相异步电动机可见(1)(1)单

28、相绕组的基波磁动势为脉动单相绕组的基波磁动势为脉动, ,它可以分解为大小相等、它可以分解为大小相等、转速相同而转身相反的两个旋转磁场。转速相同而转身相反的两个旋转磁场。(2)(2)反之反之, ,满足上述性质的两个旋转磁动势的合成即为脉满足上述性质的两个旋转磁动势的合成即为脉动磁动势。动磁动势。（3）由于正方向或反方向的旋转磁动势在旋转过程中，大）由于正方向或反方向的旋转磁动势在旋转过程中，大小不变，两矢量顶点的轨迹为一圆形，所以这两个磁动势为小不变，两矢量顶点的轨迹为一圆形，所以这两个磁动势为圆形旋转磁动势。圆形旋转磁动势。第4章 三相异步电动机4.4.2 4.4.2 三相绕组基波合成磁动势三

29、相绕组基波合成磁动势旋转磁动势旋转磁动势三相的合成磁动势：三相的合成磁动势： 取取U U相绕组轴线位置作为空间坐标原点、以相序的方向作为相绕组轴线位置作为空间坐标原点、以相序的方向作为x x的参考方向、的参考方向、U U相电流为零时作为时间起点，则三相基波磁动相电流为零时作为时间起点，则三相基波磁动势为：势为：)xtsin(F)xtsin(F)xcos()tsin(Ff)xtsin(F)xtsin(F)xcos()tsin(Ff)xtsin(F)xtsin(FxcostsinFfpppWpppVpppU342121323234212132322121111111111111 11132pf (

30、x,t) =Fsin(t-x) = F sin(t-x)可见：三相合成磁动势也是一个可见：三相合成磁动势也是一个圆形旋转磁动势圆形旋转磁动势。 交流电机三相对称绕组交流电机三相对称绕组, , 通入三相对称电流，磁动势是三相通入三相对称电流，磁动势是三相的合成磁动势。的合成磁动势。第4章 三相异步电动机 为了分析旋转磁动势的旋转方向，设三相对称电流按余弦规为了分析旋转磁动势的旋转方向，设三相对称电流按余弦规律变化，律变化，U U 相电流最大时为计时点，电流取首进尾出为正，电相电流最大时为计时点，电流取首进尾出为正，电流波形和各时刻旋转磁动势的位置如图所示：流波形和各时刻旋转磁动势的位置如图所示：

31、U2U1W2V1W1V21n第4章 三相异步电动机用图解法分析用图解法分析不同时刻三相合成磁动势不同时刻三相合成磁动势 合成磁动势的转向是从载有超前电流的相转到载有滞后电合成磁动势的转向是从载有超前电流的相转到载有滞后电流的相。流的相。第4章 三相异步电动机 产生圆形旋转磁动势的条件：产生圆形旋转磁动势的条件：一是三相或多相对称绕组；二一是三相或多相对称绕组；二是三相或多相对称电流。两个条件有一个不满足，即产生椭圆形是三相或多相对称电流。两个条件有一个不满足，即产生椭圆形旋转磁动势。旋转磁动势。 三相对称绕组通入三相对称电流，产生的基波合成磁动势是一个幅值恒定不变的圆形旋转磁动势，它有以下主要

32、性质(1)(1)幅值是单相脉动磁动势最大幅值的幅值是单相脉动磁动势最大幅值的3/23/2倍。倍。(2)(2)转向由电流相序决定转向由电流相序决定, ,从载有超前电流相转到载有滞后电从载有超前电流相转到载有滞后电流相流相. .(3)(3)转速决定于电流的频率和电机的磁极对数转速决定于电流的频率和电机的磁极对数pfn601(4)(4)当某相电流达最大值时当某相电流达最大值时, ,旋转磁动势的波幅位置刚好转到该旋转磁动势的波幅位置刚好转到该相绕组的轴线位置上相绕组的轴线位置上第4章 三相异步电动机4.5.1 4.5.1 空载运行时的电磁关系空载运行时的电磁关系4.5三相异步电动机的空载运行一、主、漏

33、磁通的分布 为了便于分析，根据磁通路径和性质不同，异步电动机的为了便于分析，根据磁通路径和性质不同，异步电动机的磁通分为主磁通和漏磁通。磁通分为主磁通和漏磁通。 主磁通同时交链定、转子绕组，主磁通同时交链定、转子绕组，其路径为：定子铁心其路径为：定子铁心气隙气隙转子转子铁心铁心气隙气隙定子铁心。主磁通起定子铁心。主磁通起传递能量的作用。传递能量的作用。 除了主磁通以外的磁通称为漏除了主磁通以外的磁通称为漏磁通，它包括槽漏磁通、端漏磁通磁通，它包括槽漏磁通、端漏磁通和高次谐波磁通。漏磁通只起电抗和高次谐波磁通。漏磁通只起电抗压降作用。压降作用。第4章 三相异步电动机二、空载电流和空载磁动势异步电

34、动机空载运行时的定子电流称为空载电流异步电动机空载运行时的定子电流称为空载电流。.I,I:I,ar0000功功分分量量损损耗耗的的有有另另一一个个是是用用来来供供给给铁铁心心的的无无功功分分量量产产生生主主磁磁通通一一是是用用来来由由两两部部分分组组成成异异步步电电动动机机空空载载电电流流与与变变压压器器一一样样基基波波幅幅值值为为载载磁磁动动势势产产生生的的旋旋转转磁磁动动势势为为空空三三相相空空载载电电流流,FI000IpkNmF1w1100.92.IIIar000:即即.F，I，E，、,00022 于于是是乎乎为为零零转转子子之之间间相相对对速速度度几几定定接接近近同同步步速速转转子子转

35、转速速很很高高空空载载运运行行时时.II,I,IIrar00000 即即基基本本为为一一无无功功性性质质电电流流所所以以由由于于第4章 三相异步电动机三、电磁关系10RI1U ()三相系)(I三三相相系系统统0)(F三三相相合合成成01E011E02 E4.5.2 4.5.2 空载运行时的电压平衡方程空载运行时的电压平衡方程一、感应电动势与变压器一样与变压器一样, ,主、漏磁通在定子绕组上感应的电动势主、漏磁通在定子绕组上感应的电动势011114.44wkNfjE101XI jE可见，异步电动机空载时的电磁关系与变压器非常相似。可见，异步电动机空载时的电磁关系与变压器非常相似。第4章 三相异步

36、电动机二、电压平衡方程与等效电路 与变压器一样，根据基尔霍夫电压定律，可列出空载时与变压器一样，根据基尔霍夫电压定律，可列出空载时定子每相电压方程式：定子每相电压方程式：0111010110111IZEXI jRIERIEEU 同样也有：同样也有：100mmmE = - I (R + jX)= - I Z 根据上两式，可以作出空载时根据上两式，可以作出空载时等效电路。等效电路。第4章 三相异步电动机 尽管异步电动机的电磁关系与变压器相似，但它们之间还是尽管异步电动机的电磁关系与变压器相似，但它们之间还是有差别的：有差别的：1 1）主磁场性质不同：异步电动机为旋转磁场，变压器为脉动）主磁场性质不

37、同：异步电动机为旋转磁场，变压器为脉动磁场磁场.4 4）由于存在气隙）由于存在气隙, ,异步电动机漏抗较变压器的大异步电动机漏抗较变压器的大. .;I ,E,I ,E)000022222 变压器变压器异步电动机空载时异步电动机空载时%.%,%I,)102302030的的仅仅为为而而变变压压器器为为异异步步电电动动机机由由于于存存在在气气隙隙5)5)异步电动机通常采用短距和分布绕组异步电动机通常采用短距和分布绕组, ,计算时需考虑绕组计算时需考虑绕组系数系数, ,变压器则为整距集中绕组变压器则为整距集中绕组, ,可认为绕组系数为可认为绕组系数为1.1.第4章 三相异步电动机4.6.1 4.6.1

38、 负载运行时的电磁关系负载运行时的电磁关系4.6三相异步电动机的负载运行11IR11E22IR22E)(1三相系统U)(I三三相相系系统统1)(I多相系统多相系统21F2F0F01EsE2第4章 三相异步电动机4.6.2 4.6.2 转子绕组各电磁量转子绕组各电磁量一、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故转子电动势的频率为: :111211160p(n - n)n - npnf = sfnn转子不转时,.ff,s ,n1210 理想空载时,.f,s ,nn0021 二、转子绕组的感应电动势转子

39、旋转时的感应电动势转子旋转时的感应电动势: :02222444wskNf.E 转子不转时的感应电动势转子不转时的感应电动势: :02212444wkNf.E 二者关系为二者关系为: :22sE= sE第4章 三相异步电动机三、转子绕组的漏阻抗电抗与频率正比于电抗与频率正比于, ,转子旋转时转子漏电抗转子旋转时转子漏电抗: :2222LfXs二者关系二者关系: :22sX= sX .转子绕组的漏阻抗转子绕组的漏阻抗: :2222jsXRjXRZ2ss四、转子绕组的电流转子绕组为闭合绕组转子绕组为闭合绕组, ,转子电流为转子电流为222222222jsXREsjXREZEIssss转子不转时转子漏

40、电抗转子不转时转子漏电抗: :2222LfX当转速降低时当转速降低时, ,转差率增大转差率增大, ,转子电流也增大转子电流也增大. .第4章 三相异步电动机五、转子绕组的功率因数22222222222RRcos=R + XR + (sX) 转子功率因数与转差率有关转子功率因数与转差率有关, ,当转差率增大时当转差率增大时, ,转子功率因转子功率因数则减小。数则减小。六、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. .22222902IpkN.mFw 1)1)幅值幅值2)2)转向转向 转子电流相序与定子旋转磁动势方向相同转子

41、电流相序与定子旋转磁动势方向相同, ,转子旋转磁转子旋转磁动势的方向与转子电流相序一致动势的方向与转子电流相序一致. .1nnn)(nnn12转子旋转磁动势相对定子的速度为转子旋转磁动势相对定子的速度为 可见可见, ,无论转子转速怎样变化无论转子转速怎样变化, ,定、转子磁动势总是以同速、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。同向在空间旋转，两者在空间上总是保持相对静止。第4章 三相异步电动机4.6.3 4.6.3 磁动势平衡方程磁动势平衡方程021FFF磁动势的平衡方程为：磁动势的平衡方程为：可以改写为：可以改写为：LFF)F(FF10201.,F,F;,F

42、:L主主磁磁通通的的影影响响用用来来抵抵消消转转子子磁磁动动势势对对即即它它用用平平衡衡转转子子磁磁动动势势另另一一个个是是负负载载分分量量产产生生气气隙隙磁磁通通它它用用来来一一个个是是励励磁磁磁磁动动势势个个分分量量定定子子旋旋转转磁磁动动势势包包括括两两表表明明2100写成磁动势幅值公式写成磁动势幅值公式：011122221110.920.920.92IpkNmIpkNmIpkNmww1w:kNmkNmkwwi有有两两边边除除以以电电流流变变比比222111 021IkIIi第4章 三相异步电动机4.6.4 4.6.4 电动势平衡方程电动势平衡方程根据基尔霍夫电压定律可写出定、转子侧电动

43、势平衡方程：根据基尔霍夫电压定律可写出定、转子侧电动势平衡方程：111111111U = -E + I R + jI X = -E + I Z222222220ssss= E - I R - jI X= E + I Z:kEE:e之比称为电动势比之比称为电动势比与转子不转时电动势与转子不转时电动势其中其中21221121wwekNkNEEk第4章 三相异步电动机4.7.1 4.7.1 折算折算4.7三相异步电动机的等效电路和相量图 频率折算频率折算就是用一个等效的转子电路代替实际旋转的转子系就是用一个等效的转子电路代替实际旋转的转子系统统, ,而等效的转子回路应与定子电路有相同的频率。而等效的

44、转子回路应与定子电路有相同的频率。一、频率折算 在折算的过程中，电机的电磁效应不变，因而有在折算的过程中，电机的电磁效应不变，因而有两个条件两个条件：一个是保持转子磁动势不变；二是转子回路的功率不变。一个是保持转子磁动势不变；二是转子回路的功率不变。转子回路电流转子回路电流212s2s2222s2s22222EEsEEI =- sZR + jXR + jsXR + jX +Rs.F,Rss,不不变变同同时时保保持持转转子子磁磁动动势势为为定定子子频频率率就就可可以以将将转转子子频频率率折折算算电电阻阻在在转转子子回回路路中中串串联联一一个个用用一一个个不不转转的的转转子子并并且且可可见见221

45、 第4章 三相异步电动机222222s222I)sXj(REsI)jX(REUs2Rss1 实际的旋转转子轴上有机械损耗和机械功率输出。频率折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了一个附加电阻 。根据能量守恒关系，该电阻消耗的功。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率等效机械损耗和机械功率之和总的机械功率。总的机械功率。21Rss 从等效电路角度，可以把从等效电路角度，可以把 看成是异步电动机的看成是异步电动机的”电阻负载电阻负载”，其

46、上的压降可以看成是转子回路的端电压，其上的压降可以看成是转子回路的端电压:第4章 三相异步电动机二、绕组折算。k、Nmk、Nmww同同本本相相折折算算的的方方法法与与变变压压器器基基组组的的实实际际转转子子绕绕及及取取代代等等效效转转子子及及绕绕组组相相同同的的定定子子绕绕组组折折算算就就是是用用一一个个和和222111122EEkEe i22kII 2222XkkXRkkReiei 4.7.2 等效电路一、绕组后的基本方程111111XI jRIEU 222222XI jRIEU 021III 12EE 01I )jXR(Emm 2221RssIU 第4章 三相异步电动机二、T型等效电路和简化等效电路由基本方程可以作出等效电路由基本方程可以作出等效电路: :T T型等效电路型等效电路简化等效电路简化等效电路第4章 三相异步电动机从等效电路分析可知从等效电路分析可知: :;,I ,Rss,s ,nn,)电电机机相相当当于于开开路路总总机机械械功功率率近近似似为为零零理理想想空空载载时时0102220 ;,Rss,s ,n,)短短路路状状态态电电机机处处于于总总机