电机与拖动基础课件：第7章 异步电动机原理-2

1、上次作业总结磁动势的单位：AT（安匝）三相合成基波磁动势的幅值：6.8交上来的作业，图仍然是错的。6.8其他方法：把所求时刻的电流值求出，进而得到该时刻的脉振磁动势幅值；最后把三相的脉振磁动势矢量合成。（多个单相绕组）粗心，把150o看成120o；计算错误。不要抄答案、抄作业！不抄题要扣分主要内容7.1异步电动机结构、额定数据与工作原理7.2三相异步电动机转子不转、转子绕组开路时的电磁关系 7.3三相异步电动机转子堵转时的电磁关系 7.4三相异步电动机转子旋转时的电磁关系 7.5三相异步电动机的功率与转矩7.6三相异步电动机的机械特性 7.7三相异步电动机的工作特性及其测试方法 7.8三相异步

2、电动机参数的测定 7.3三相异步电机转子堵转时的电磁关系规定正方向：将定、转子空间坐标纵轴选在A相绕组的轴线上，并使+A1与+A2重合。定子接三相额定电压，转子绕组短路，转子堵住不转。绕线式异步电动机转子短路且堵转时的接线图7.3.1磁通势与磁通1.定转子磁通势幅值2.磁场转向定子磁场：A1B1C1A1，逆时针 转子磁场：（气隙旋转磁密 逆时针旋转） A2B2C2A2 ，逆时针 Bd.转子堵转，转子磁动势旋转1磁通势3.磁场转速定子磁场转速：n1（定子电流频率）转子磁场转速：n2（转子电流频率）定转子电流频率 f2=f1，n2=n1转向与定子相同，因此定、转子磁动势相对静止或定、转子磁动势同步

3、旋转。 由于转子静止不动，定子磁动势切割转子的转速与切割定子的转速相同，因此转子电动势以及电流的频率也为-F2.4.瞬间位置定子磁通势与I1重合转子磁通势与I2重合：把转子电流相量I2理解为转子A2相绕组电流，当I2达正最大值时，转子旋转磁动势矢量F2应转到A2相绕组轴线上，即+A2轴上，即应使F2与I2重合。定、转子磁动势同步旋转：旋转方向相同，转速相等，一前一后。矢量叠加气隙主磁通1由定转子磁通势共同产生即合成旋转磁通势F0, 主磁通1感应出电动势E1 和E2+j+A1 +A2w1F0.时空相矢量图Bd.E2.F1.F2.I2.f2定子磁通势包括两个分量，-F2用来抵消转子旋转磁通势F2对

4、气隙主磁通1的影响；F0用来产生气隙旋转磁密Bd2漏磁通定、转子的电流分别要产生定子漏磁通s1和转子漏磁通s2。与定子漏磁通类似，转子漏磁通也包含槽漏磁通、端部漏磁通和谐波漏磁通。表现的电抗分别为X1、X2（转子不转时，转子一相的漏电抗）注意F0基本不变，与转子绕组开路时定子绕组的励磁磁动势相等。变压器主磁通随时间按正弦规律脉振，感应电动势称为变压器电动势；异步机主磁通是旋转磁通，其对应的磁密在气隙空间正弦分布，以同步速相对于定子旋转，所感应的电动势称为旋转电动势。E1基本不变，1基本不变，F0基本不变。7.3.2定转子回路方程转子堵转时的定、转子电路图.1U.1I1R1X.2I.1E.2E1

5、f1f111dpkNm222dpkNm0=n2R2X转子绕组的漏阻抗为转子绕组的漏抗 式中感应电动势E2、电流I2和漏抗X2的频率都是定子频率f1转子功率因数转子相电流 转子回路的功率因数角转子电流 滞后电动势 时间电角度 。时空相矢量图注意：上面公式为转子不转时！7.3.3转子绕组的折合 折合的目的：异步电动机定转子绕组没有电路上的联系，只有磁的耦合。它们之间的相互影响是通过气隙主磁场产生的。为了工程计算方便，在不改变电动机的电磁性能的条件下，将无电的联系的定、转子电路变换成纯电路的等效电路。折合的原则：转子对定子的作用是转子的旋转磁通势F2。只要保持F2不变，包括其大小和相位，从定子边看转

6、子是相同的。折合的方法：用一个相数为m1、匝数为N1kdp1的绕组，代替原来的转子绕组（转子绕组原来的相数为m2，匝数为N2kdp2）。折合的内容：电流、电动势、阻抗1.转子电流的折合 设转子为m2相绕组，绕组有效匝数N2kdp2 ，每相电流为I2，产生的空间基波磁通势为折合后新转子的三相绕组，有效匝数N1kdp1 ，折合后每相电流为I2，产生的磁通势为折合成与定子绕组相同绕组保持转子磁通势不变 电流变比 磁电磁通势的联系 等效电路上的联系 2.转子感应电动势折算前转子电势为：折算后转子电势为：式中ke为电势比：3.转子绕组漏阻抗折合 折合前后阻抗角不变、转子功率因数、功率关系不变（铜耗、无功

7、功率）。 绕组折算后的定、转子电路图.1U.1I1R1X.2I.1E.2E1f1f111dpkNm0=n2X2R111dpkNm7.3.4基本方程式折合后的T型等效电路异步电动机定、转子的漏阻抗比励磁阻抗小得多，可以忽略励磁阻抗，得到简化等效电路。相量图 电磁关系堵转情况分析堵转时，异步电动机的输入全部消耗在定、转子的铁损和铜损上，它相当于变压器的短路运行状态，它是异步电动机在起动瞬间的状况。异步电动机定、转子的漏阻抗比较小，直接启动时如果在定子绕组加额定电压，定、转子起动电流相当大（约为额定电流的47倍），过大的定、转子电流会使电动机铜损加大，绕组过热，危及绕组绝缘，如果电动机长期工作在这种

8、状态下，将使电动机损坏。转差率是指气隙中旋转磁场的同步转速和转子转速二者之差与同步转速的比值。当定子接电源时，站在定子绕组边看，首先看到气隙旋转磁密Bd的转向和旋转快慢（n1），其次是过气隙看转子本身的转向和转速（n）s是一个没有单位的数，n=0时，s=1；n=n1时，s=0；nn1时，s1时，转子转向与气隙磁密转向相反。正常运行的异步电动机，转差率s很小，一般为s=0.010.057.4三相异步电动机转子旋转时的电磁关系7.4.1转差率s异步电动机工作原理？直流电动机静差率7.4.2转子电动势 转子回路电压方程式 转子以转速n旋转时旋转磁场相对于转子的转速为： ，转子绕组中的感应电动势和电流

9、的频率为：转子旋转时的感应电动势和漏抗分别为：E2 X2为转子不转时转子绕组的感应电动势和转子漏电抗转子漏电抗随转速不同而变化转差频率7.4.3定转子磁通势及关系 定子磁通势A1B1C1逆时针转子磁通势电流A2B2C2（3）转速（1）幅值（2）转向电动机时，转子转向与气隙旋转磁密同向，只是nn1相对定子 n1相对定子 n1相对转子 n2=n1-n=sn1相对转子 n2转子电流（4）瞬间位置 定子磁通势 转子磁通势与I1重合 与I2重合F1、F2相对静止，同步旋转 从定子上看合成磁通势合成磁通势转子以转速n转动时，定、转子磁势关系仍未改变，只是每个磁势的大小和相位有所不同。这里所讨论的合成磁势F

10、0是异步电动机运行时的励磁磁势，与其对应的电流I0是励磁电流。对于一般异步电动机，励磁电流I0约为额定定子电流I1N的（2050）%。例题7-4一台三相异步电动机，定子绕组接到频率为f1=50Hz的三相对称电源上，已知它运行在额定转速nN=960r/min，求：（1）该电动机极对数p；（2）额定转差率sN；（3）额定转速运行时，转子电动势的频率f2。p1234n1 (r/min)3000150010007507.4.4转子绕组的频率折合 转子绕组对定子的影响是通过转子旋转磁通势F2。转子磁通势相对定子绕组的转速恒为同步速n1，与转子频率f2无关。转子绕组的频率f2只影响F2相对于转子本身的转速

11、。为了计算的方便，把转子频率折合为与定子边频率相同，要求磁通势F2的大小和相位保持不变，那么从定子方看转子情况没有变。1.频率折算的目的：把定、转子两个不同频率的电路转换成同一频率f1的电路。2.频率折算的方法：用一等效的静止转子代替实际转动的转子。3.频率折算的原则： 保持转子磁势F2的大小不变（即2s大小不变）；F2与F1之间在空间相差的空间电角度不变（即2s的相位不变），F2对F1的影响不变。3.频率折算的内容：电流、电动势、漏电抗电流等效I2s是转子旋转时转子绕组相电流，I2是转子不转时转子绕组的相电流。两个电流的有效值相同，相位角相等。I2与I2s等效。但是I2s的频率是f2，I2的

12、频率是f1。如果要保持磁动势的大小和相位不变，必须保证折算前后电流的大小和相位不变。等效电阻的变化 除了原有电阻R2，附加了电阻(1-s)/s*R2，附加电阻上消耗的电功率反映了电机输出的机械功率。当s=1，也就是转子不转，输出机械功率等于零。转子回路的阻抗角转子回路的功率因数转子旋转时频率折算后.1U.1I1R1X.2sI.1E1f2f111dpkNm222dpkNm.2sE2RsX20n再经绕组折算后.1U.1I1R1X.2I.1E1f1f111dpkNm222dpkNm.2E2RX221Rss-0=n.1U.1I1R1X.2I.1E.2E1f1f111dpkNm0=n2X2R111dpk

13、Nm21Rss-频率折合的实质把转子旋转时实际频率为f2的电路，用转子不转、频率为f1的电路来等效。两个电路的电流有效值相等，所产生的转子旋转磁通势的幅值与原来一致。频率折合后电路的电动势和漏电抗为转子不转时的值，而转子回路中相当于多串联电阻7.4.5基本方程式转子旋转时异步电机的T型等效电路： 异步电机的简化等效电路时空相矢量图已知， 与三相变压器负载运行时的相量图相似转子旋转时电磁关系7.4.6鼠笼转子鼠笼转子m2根鼠笼条，相数为m2，每相绕组匝数为1/2，绕组系数为1。鼠笼转子一对磁极范围内有m2根鼠笼条，转子就感应产生相对称的感应电动势和电流。鼠笼转子产生旋转磁通势的转向与绕线式转子的一样，也是与定子旋转磁通势转向一致，磁通势关系仍然满足平衡方程式。7.5.1功率关系 7.5三相异步电动机的功率和转矩1、输入功率 2、定子铜耗 3、定子铁耗 4、电磁功率 5、转子铜耗 6、机械功率 7、机械损耗 8、附加损耗 相电压、相电流转子铁耗很小，忽略不计9、输出功率 电磁功率、转子铜耗和机械功率关系为 反映了电磁功率的分配关系各