电气二-第五章电机

《电机学》第五章异步电机1§5.4转子静止时的异步电机异步电机正常运转时总是要旋转的，但是在转子不动时各种电磁关系也存在，先分析转子不动时的情况。电动机在转子静止时有两种情况：一种是转子绕组开路，另一种是转子绕组短路。分析过程中注意：定子电流→磁势→磁场→磁通→主磁通和漏磁通（经过的途径及性质不同）笼型：定转子极对数p相等；绕线型：定转子极对数p、相数m都相等。《电机学》第五章异步电机2一、定子绕组接电源，转子开路

注意：转子开路的三相异步电动机相当于副边空载的三相变压器，定子绕组对应于原边绕组，转子绕组对应于副边绕组，所不同的是异步电动机的磁路中多了气隙磁路。三相定子绕组流过三相对称电流，产生三相合成旋转磁动势，基波为正弦分布旋转磁动势，幅值：《电机学》第五章异步电机31、电磁关系磁动势F0产生旋转基波磁场，主磁通为Фm，定子一相中感应电动势：《电机学》第五章异步电机42、定子绕组电势平衡方程式以下标l和2区别定子和转子电路的各物理量，各种数量均取每相值。电路方程与次级开路时的变压器的电路方程相似。定子漏阻抗《电机学》第五章异步电机5定子的槽型越深越窄，槽漏磁的磁导越大，槽漏抗也越大I1为定子电流；X1σ为定子一相的漏磁电抗，简称定子漏抗；定子漏阻抗《电机学》第五章异步电机6（Rm<<Xm）-È1用励磁电流Ì0在励磁阻抗Zm上的压降表示：Rm：反映铁心损耗的等效电阻。铁耗pFe∝fβB2m。当f一定时，Φm有确定值→Rm有确定值。ppt见下页；书p221；类似于p128图3.12《电机学》第五章异步电机7旋转磁场Fm磁场和磁通密度波Bm，都以同步转速n1旋转的空间波。如果不考虑磁滞和涡流损耗，则Bm应和产生它的Fm在空间上同相位。实际上，总存在磁滞和涡流损耗，因此Bm波应在空间上滞后Fm波一个铁耗角αFe物理意义如下：当Fm波的波幅转到气隙圆周某一点，该点的励磁磁动势达到最大值，但由于磁滞和涡流的影响，该点磁通密度尚未达到最大，必须经过一段时间，等到Fm波转过αFe电角度，该点磁通密度才达到最大值。《电机学》第五章异步电机8定、转子每相基波感应电势之比：3、转子相电动势转子静止不动，旋转磁场以同步转速n1切割转子绕组把转子绕组的每相的有效匝数N2kN2换为定子绕组的有效匝数N1kN1。这时转子绕组每相电势的有效值为E’2——称为转子绕组电势折算到定子绕组时的折算值。电压比《电机学》第五章异步电机9等效电路和相量图Ì0《电机学》第五章异步电机10二、转子绕组短路开关K闭合，转子绕组短路，转轴被卡，定子外加电压。设定、转子都是具有极对数为p的三相对称绕组。相当于二次侧被短路的变压器。《电机学》第五章异步电机111、定子磁动势与转子磁动势相对静止定于绕组电流I1→磁势F1（顺时针，转速n1）→F1同时切割定、转子（顺序：a－b－c）→E1、E2（频率f1）→E2产生转子电流I2（相序abc依次滞后）→流过转子三相对称绕组产生磁势F2（顺时针，转速n2＝n1）。∵F1→E2→I2→F2∴F2的转向、转速、极对数与F1相一致。空间上相对静止。《电机学》第五章异步电机12定子电流产生合成的定子基波旋转磁势F1与转子旋转磁势F2同速、同方向在空间一前一后同步旋转，合成为Fm。气隙中实际的旋转磁场，转速和转向与F1一致转子中有电流时的磁通路径《电机学》第五章异步电机13定子转子定子绕组内转子绕组内电磁关系《电机学》第五章异步电机142、转子磁动势F2与α12无关自学p220《电机学》第五章异步电机15三、电动势平衡方程《电机学》第五章异步电机16四、磁势平衡式F1、F2空间相对静止，叠加成励磁磁动势合成磁势F0→气隙中的主磁通Φm；I1→定子漏磁通Φ1σ；I2→转子漏磁通Φ2σ（槽漏磁通、端部漏磁通和谐波漏磁通）定子磁势F1包含两部分：一部分是用来产生主磁通的F0分量；另一部分是与F2大小相等、方向相反的以抵消转子磁势对主磁通的影响的-F2分量。《电机学》第五章异步电机17五、转子绕组的折算异步电动机定、转子之间只有磁的耦合。定、转子磁路纯电路的等值电路。转子绕组的折算转子绕组折算的方法：相数m1、匝数N1kN1的绕组相数为m2、匝数为N2kN2代替原转子绕组:新转子绕组:折算的原则：保持折算前后转子磁势F2不变，转子上各种有功功率、无功功率不变。《电机学》第五章异步电机18①转子电势折算前转子电势为：折算后转子电势为：根据折算前后主磁通不变的原则：《电机学》第五章异步电机19②转子电流根据折算前后电动机磁势平衡关系不变的原则：为异步电动机的电流比《电机学》第五章异步电机20③转子漏阻抗根据折算前后有功无功功率不变的原则：④折算前后转子回路功率因数不变：《电机学》第五章异步电机21基本方程式、等值电路磁势平衡《电机学》第五章异步电机22相量图《电机学》第五章异步电机235.5转子旋转时的异步电动机一、转子旋转的电动势和电流转子转动后，转子绕组的电势和电流的频率与转子的转速有关——取决于气隙旋转磁场与转子的相对速度。F2F1《电机学》第五章异步电机24转子电势和电流的频率（转子频率，与转差率成正比，又称为转差频率）为∵电动机额定运行时，sN=0.01～0.04∴n≈n1；

f2很低；铁耗(pFe∝fβB2m)很小。《电机学》第五章异步电机251.转子转动后的每相电动势：定子频率下的2.转子转动时转子电抗：3.转子转动时转子电流（转子端电压U2=0，认为R2不变）：《电机学》第五章异步电机26定，转子耦合电路图（一相）﹡转子旋转时，定，转子电量频率不同，相数、有效匝数也不同，通过Φm耦合，无电直接联系。《电机学》第五章异步电机27二、定、转子磁动势相对静止转子磁动势F2相对于转子的转速（取决于f2）：转子本身以n转动，对于固定坐标，F2的绝对转速：F2F1《电机学》第五章异步电机28结论：定、转子磁动势在气隙中相对静止！（不管s、n为何值，电动机处于哪种运行状态）*

请同学们自己用p224～225的方法，证明此结论。转子磁动势波F2气隙磁场Bm转子《电机学》第五章异步电机29《电机学》第五章异步电机30……《电机学》第五章异步电机31转子绕组频率折算的目的：把定、转子两个不同频率的电路转换成同一频率的电路。转子绕组频率的折算方法：用一个等效的静止转子（s=1）代替实际转动的转子。原则：保持转子磁势F2不变

(转子电流Ì2的大小和相位不变)，Φm及能量关系均不变。三、频率折算※《电机学》第五章异步电机32可行性

转子电流转子静止和旋转时，F2相对定子转向相同，转速均为n1

《电机学》第五章异步电机33给转子绕组电阻中，计入一个附加电阻，即可以把原来旋转的转子看成静止的转子。——使转子绕组的频率与定子绕组一致附加电阻分析《电机学》第五章异步电机34旋转转子从定子吸收的有功＝转子电阻铜耗转轴上产生的总机械功率Pmec+等效静止转子从定子吸收的有功＝转子电阻铜耗模拟电阻所耗功率+虚拟损耗，实际转子中并不存在，但它却是表征实际转动的转子的总机械功率——内机械功率《电机学》第五章异步电机35对比三种运行状态：解释：异步电机自跟随《电机学》第五章异步电机36四、等效电路《电机学》第五章异步电机37《电机学》第五章异步电机38电阻的物理意义在实际转动的电机中，在转子回路中并无此项电阻，但有机械功率输出。在频率归算后的转子电路中，因已等效成静止转子，没有机械功率输出，但却串入附加电阻，其电功率为电功率模拟轴上的机械功率。《电机学》第五章异步电机39※分析:应用T型等效电路分析电动机运行感应电机空载时，转子转速接近同步转速：n→n1，s=0,相当于转子开路；可认为定子电流基本上是励磁电流，用以产生主磁通定子的功率因数定子回路接近感性。《电机学》第五章异步电机40感应电机负载运行时，sN＝0.02～0.05定子的功率因数转子边基本呈现电阻性《电机学》第五章异步电机41感应电机启动时，n＝0，s=1模拟电阻短接，转子边总阻抗大大减小《电机学》第五章异步电机42感应电机，n＝n1，s=0相当于转子边开路为理想空载状态《电机学》第五章异步电机43五、相量图已知：电动机参数和电源U1，I1，s。步骤：U1、I1、cosφ1→Ù1、Ì1；-È1ΦmÈ1、È′2(=-È1)R′2;X′2σφ2→Ì′2Ì1+(-Ì′2)=Ì′0《电机学》第五章异步电机44※考虑：相量图中，为什么I1总滞后U