第九章 异步电动机运行原理_2016

1、1 转子静止时的异步电动机 转子旋转时的异步电动机 难点：频率折算与等效电路的理解难点：频率折算与等效电路的理解第九章第九章 三相异步电动机的运行原理三相异步电动机的运行原理2概述概述3第一节第一节 转子不动时的异步电动转子不动时的异步电动机机4pfn6015异步电机主磁通与变压器主磁通比较异步电机主磁通与变压器主磁通比较682211xI jExI jE21 为转子绕组漏电抗为转子绕组漏电抗为定子绕组漏电抗为定子绕组漏电抗21xx1E交交变变2I 2E 0111IHBE91E1E2E2I一、参考方向的规定一、参考方向的规定 图图9 91 1 三相绕线式异步电机参考方向规定三相绕线式异步电机参考

2、方向规定 定子定子转子转子111E1E20E 二二. .转子堵转且转子绕组转子堵转且转子绕组开路开路时异步电机的电磁关系时异步电机的电磁关系12 转子绕组开路时，转子回路没有转子绕组开路时，转子回路没有电流，不产生磁动势。电流，不产生磁动势。此时，电机气隙中的磁动势只有定此时，电机气隙中的磁动势只有定子磁动势子磁动势F0，因此称其为，因此称其为励磁磁动励磁磁动势势，相应的定子电流，相应的定子电流I0 称为励磁电称为励磁电流。流。 励磁磁动势励磁磁动势二二.转子堵转转子绕组开路时异步电机的电磁关系转子堵转转子绕组开路时异步电机的电磁关系(1).磁动势和磁通磁动势和磁通电机中合成基波旋转磁动势电机

3、中合成基波旋转磁动势 011109 . 02IpkNmFw13（2 2）感应电动势）感应电动势 11114.44wmEf N k201224.44wmEf N k 定、转子一相感应电动势有效值的比值，称为定、转子一相感应电动势有效值的比值，称为电动势比，用电动势比，用ke 表示表示: :2211201wwekNkNEEk二二. .转子堵转且转子绕组开路时异步电机的电磁关系转子堵转且转子绕组开路时异步电机的电磁关系 转子不动时，以转子不动时，以n1 1( ( ) )旋转的基波磁通将旋转的基波磁通将在定、转子相绕组中感应同频率（在定、转子相绕组中感应同频率（ ) )的感的感应电动势应电动势E1和和

4、E20 ，其有效值为：，其有效值为：1160Pnff1160 fnP14101xI jE二二. .转子堵转且转子绕组开路时异步电机的电磁关系转子堵转且转子绕组开路时异步电机的电磁关系i0 1 e1 线性关系，引入比例系数15mmmjxrZmxmr203FempI r为励磁阻抗；为励磁阻抗；为励磁电抗，对应于主磁通的电抗；为励磁电抗，对应于主磁通的电抗； 为励磁电阻，对应于铁心铁耗的等效电阻，即有：为励磁电阻，对应于铁心铁耗的等效电阻，即有：i0 e1，感应电势可看成为空载电流在阻抗上的感应电势可看成为空载电流在阻抗上的阻抗压降，即：阻抗压降，即： )(001mmmjxrIZIE二二. .转子堵

5、转且转子绕组转子堵转且转子绕组开路开路时异步电机的电磁关系时异步电机的电磁关系16101101011ZIExI jrIEU202EU二二. .转子堵转且转子绕组转子堵转且转子绕组开路开路时异步电机的电磁关系时异步电机的电磁关系17二二. .转子堵转且转子绕组转子堵转且转子绕组开路开路时异步电机的电磁关系时异步电机的电磁关系 图图9 94 4 转子绕组开路时三相异步电机等效电路转子绕组开路时三相异步电机等效电路 (4) (4) 等效电路等效电路 r1 x 0I 1U 1Ermxm101101011ZIExI jrIEU18三三. .转子堵转时异步电机的电磁关系转子堵转时异步电机的电磁关系( (转

6、子绕组转子绕组闭合闭合) ) 1E1E2E2E2I19三三. .转子堵转时异步电机的电磁关系转子堵转时异步电机的电磁关系( (转子绕组闭合转子绕组闭合) ) 20 1I 1F( (旋转旋转) )n1=60f1/p 2Ef2=pn/60=Pn1/60=f1 2I 2Fn2=60f2/p=n1 21FFFm 1F 2F三三. .转子堵转时异步电机的电磁关系转子堵转时异步电机的电磁关系( (转子绕组闭合转子绕组闭合) ) 为什么？为什么？21F1 1, ,逆时针逆时针感应电势及电流感应电势及电流相序相序ABCF2逆时针逆时针F F2 2 1F 2F旋转方向相同且转速相等：相对静止。旋转方向相同且转速

7、相等：相对静止。2212mFFF12()mFFF 111122112222wwwmN kN kN kmmmIIIPPP22212121111wmwim N kIIIIIm N kk1211()mmLiIIIIIk 三三. .转子堵转时异步电机的电磁关系转子堵转时异步电机的电磁关系( (转子绕组闭合转子绕组闭合) ) 23 LmimwwmIIKIIkNmkNmIII1211122221/222111WWiKNmKNmK 三三. .转子堵转时异步电机的电磁关系转子堵转时异步电机的电磁关系( (转子绕组闭合转子绕组闭合) ) 2411111111)(ZIEjrrIEU 2222

8、222)(0ZIEjrrIE m1 N1 Kw1m2 N2 Kw2三三. .转子堵转时异步电机的电磁关系转子堵转时异步电机的电磁关系( (转子绕组闭合转子绕组闭合) ) 11114.44wmEf N k21224.44wmEf N k从电路分析角从电路分析角度来看，转子度来看，转子不动时的异步不动时的异步电机的电路方电机的电路方程与次级侧短程与次级侧短路时的变压器路时的变压器的电路方程相的电路方程相似似11111111)(ZIEjrrIEU 2222222)(0ZIEjrrIE mmZIE 1三三. .转子堵转时异步电机的电磁关系转子堵转时异步电机的电磁关系( (转子绕组闭合转子绕组闭合) )

9、 26 2FiwwwwKIkNmkNmIIIpkNmIpkNm/9 . 029 . 0221112222222222111 三三. .转子堵转时异步电机的电磁关系转子堵转时异步电机的电磁关系( (转子绕组闭合转子绕组闭合) ) 2712221111221122211221222222222144. 444. 4 WWeWWeeWWKNfKNfKKNKNKEKKNKNEImIEmEIEmIEm 或者或者电势变比：电势变比：22UKUe l转子绕组的折算转子绕组的折算 282222222221rKKrrImrImie 22221221xKKxrxtgrxtgie l转子绕组的折算转子绕组的折算 )

10、()(0)(12121222211111mmmmmmjxrIZIEEEIIIjxrIEjxrIEU11111111)(ZIEjxxIEU 2222222)(0ZIEjxrIE mmZIE 1single-phase equivalent circuitsingle-phase equivalent circuit )()(0)(12121222211111mmmmmmjxrIZIEEEIIIjxrIEjxrIEUr1 x 1I 1Uxm mIrm 2I2x2r 21EE31 1xr1 x 1I 1Uxm mIrm 2I2x2r 21EE331E1EsE2 sI2 转差率转差率 :s=(n1-n

11、)/n1第二节第二节 转子旋转时的异步电动机转子旋转时的异步电动机3411111260)(60)(60sfnnnpnnnpnpf所以所以正常运行时，转子频率很低，正常运行时，转子频率很低，为为1-3Hz1-3Hz。一一. .转子感应电动势转子感应电动势E E2 2s s( (大小与频率大小与频率) )35 由于频率改变，所以由于频率改变，所以转子感应电动势转子感应电动势也变化，也变化，有效值为：有效值为：一一. .转子感应电动势转子感应电动势E E2 2s s( (大小与频率大小与频率) )2221222244. 444. 4sEKNsfKNfEmWmWs 36二二. .转子电动势平衡方程转子

12、电动势平衡方程2222()sssEIrjx 因为转子回路不变，所以电动势方程形式因为转子回路不变，所以电动势方程形式不变，为：不变，为： 此时，转子漏抗为：此时，转子漏抗为：22122222sxLsfLfxs 37三三. .磁动势平衡方程磁动势平衡方程( () )212116060fsfnsnnnppn1n2nF1F2需要注意的是需要注意的是：n n2 2为转子电流产生的为转子电流产生的F F2 2的转的转速，亦即速，亦即F F2 2相对于转子速度，相对于转子速度，则则F F2 2相对于定子的速度为：相对于定子的速度为：n n2 2 +n= n +n= n1 138112nnsnnn三三. .

13、磁动势平衡方程磁动势平衡方程( () )转子磁动波转子磁动波F2F2定子磁场定子磁场F1F1转子转子22ie22ienTe转子磁势波转子磁势波F F2 2定子磁场定子磁场F1F1转子转子nTe转子磁势与定子磁场在空间的相对位置转子磁势与定子磁场在空间的相对位置12()mFFF 40 转子旋转时，转子旋转时，转子磁动势相对于定子的旋转速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仍然保持相对度不变，定子磁动势和转子磁动势仍然保持相对静止静止， 这说明转子旋转时内部电磁过程和转子不动时这说明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，由相似，不同的是转子回路的频率

14、，由f f1 1 变为变为sfsf1 1。转子旋转时，磁动势平衡方程仍为：转子旋转时，磁动势平衡方程仍为：12()mFFF 三三. .磁动势平衡方程磁动势平衡方程412221222244. 444. 4sEKNsfKNfEmWmWs 22122222sxLsfLfxs 四四. .频率折算频率折算42m1 N1 Kw1m2 N2 Kw2四四. .频率折算频率折算)(02222sssjxrIE )(11111jxrIEU 2sI2sE43)(2121FFFFFFmm 四四. .频率折算频率折算m1 N1 Kw1m2 N2 Kw22sI2sE44四四. .频率折算频率折算45四四. .频率折算频率折

15、算2F2F22222222222 IjxsrEjsxrEsjxrEIsss221rsxtg 2F)(21FFFm sI2 mF四四. .频率折算频率折算22221rssIm 21rss 21rss 2221rssrsr 21rss 21rss 48 mmmZIEEIIIjxsrIEjxrIEU2121222211111)/(0)( mmmZIEEIIIjxrIEjxrIEU2121222211111)(0)(四四. .频率折算频率折算用一个静止的转子来模用一个静止的转子来模拟转动的转子拟转动的转子49对应主磁通的对应主磁通的励磁电抗励磁电抗定子铁耗的定子铁耗的等效电阻等效电阻附加电附加电阻阻r

16、1 x 1I 1Uxm mIrm 2I2x2r 21EE21rss 五五. .等效电路等效电路 mmmZIEEIIIjxsrIEjxrIEU2121222211111)/(0)(501r1x2x 2x 1I21rss 1UmI12EE感应电动机的感应电动机的T T形等效电路形等效电路2Irmxm五五. .等效电路等效电路5121rss 21rss ssrIm 12222r1 x 1I 1Uxm mIrm 2I2x2r 21EE21rss 52ssrIm122221, 0nns 21rss02 ImII 1222, 01, 1, 0rxxsssn 21rss r1 x 1I 1Uxm mIrm

17、2I2x2r 21EE21rss 01290mE E,滞后(2)12222222222(3)/xIEtgr sEI rsj I x滞后相角22xI j 2I m2 1ESrI22 21EE与电机参数与电机参数作参考相量作参考相量已知：已知：)(m (1) 以以 为参考量为参考量 m1)4( E六六. . 相量图相量图sxI j22 2I m2 1EsrI22 21EEmZEI10)5( )()6(201 III111111)7(xIjrIEU 2I 1I 0I11xIj 1 11rI 1U六六. . 相量图相量图56变压器：变压器：激磁阻抗大，激磁阻抗大，r rm m=1-5=1-5、x xm

18、 m=10=105050漏抗小，约为漏抗小，约为0.014-0.080.014-0.08异步电机：异步电机：存在气隙，激磁阻抗较小，存在气隙，激磁阻抗较小，标幺值标幺值r rm m=0.08-0.35=0.08-0.35、x xm m=2-5=2-5漏抗较大，漏抗较大，x x1 1,x,x2 2约为约为0.07-0.150.07-0.15 021222111 mmmZIIZIZIZZIU21112111221121211211111111ssmsmssmmsZCZUZZZZUIZCZZZUZZZZZZUI 七七.T.T型等效电路的简化型等效电路的简化 r1 x 1I 1Uxm mIrm 2I2x2r 21EE21rss 57mmXXZZC11111 则则0,2121 ZZZZmmZCU