电机学-第4章-异步电机

1第四章异步电机2第四章异步电机主要内容4.1异步电机的基本类型和基本结构4.2异步电动机的基本工作原理4.3转子静止时的异步电机4.4转子旋转时的异步电机及其等效电路4.5异步电动机的功率方程和转矩方程

3第一节异步电机的基本类型与结构前言

异步电机又称感应电机是交流电机的一种。优点：结构简单、制造、使用和维护方便，运行可靠，效率较高、价格较低。缺点：1.调速和起动性能不佳;

2.功率因数总是滞后的，增加了电力系统的无功负担。应用：总的来说：主要作为电动机使用，是当今应用最广，需要量最大的一种电机。结构：定子、转子、空气隙、端盖、轴承和机座等部件。456研究内容与方法定、转子间靠电磁感应作用，在转子内感应电流以实现机电能量转换的感应电机。感应电机一般都用作电动机，在少数场合下，亦有用作发电机的。本章先说明空载和负载时三相感应电动机内的磁动势和磁场，然后导出感应电动机的基本方程和等效电路，最后分析它的运行特性和起动，调速等问题。电磁关系——定性分析原理基本方程式——理论分析、推导等效电路——定量计算相量图——各物理量间的相位关系7第一节异步电机的基本类型与结构1、三相异步电机的基本结构

8910第一节异步电机的基本类型与结构绕组转子异步电机11121314151617第一节异步电机的基本类型与结构三、铭牌的额定值（1）型号（2）额定功率（PN）：指电动机在额定方式下运行时，转轴上输出的机械功率。单位为W和kW。（3）额定电压（UN）：指电动机在额定方式下运行时，定子绕组应加的线电压。单位为V和kV。18第一节异步电机的基本类型与结构（4）额定电流（IN）：指电动机在额定电压和额定功率状态下运行时，流入定子绕组的线电流。单位为A。（5）额定频率（fN）：额定状态下电源的交变频率，我国的电网频率为50Hz。（6）额定转速（nN）：指在额定状态下运行时的转子转速。单位为r/min。除上述数据外，还标出额定运行时，电机的功率因素以及相数、接线法、防护等级、绝缘等级与温升、工作方式等有关项目。1920第二节异步电机的基本原理一、异步电机的运行状态当对称三相电流流入异步电机三相定子绕组在气隙中便产生一旋转磁场，以同步速旋转转子绕组与其有相对运动（切割）在闭合的转子绕组产生感应电动势和感应电流，旋转磁场与转子导体中的电流互相作用产生电磁转矩。212223第二节异步电机的基本原理转差率是决定异步电机运行状态的重要变量：异步电动机的负载情况发生变化，转子导体中的电动势电流和电磁转矩相应变化则转子转速和转差率随之变化。24

25第二节异步电机的基本原理按照转差率大小正负，电机可分为三种状态：电动机运行发电机运行电磁制动1、电动机运行转速低于同步转速0<n<n0

1>S>0

bxn1FnFe026第二节异步电机的基本原理2、发电机运行

发电机状态转速大于同步转速

n>n0

S<027第二节异步电机的基本原理3、电磁制动相对转速大于同步转速n<0S>1（实际上异步电机主要作为电动机运行）bxn1FnFe02829第二节异步电机的基本原理二、异步电机的主磁通和漏磁通主磁通：穿过气隙，与定转子绕组交链漏磁通不属于主磁通的磁通（槽、端部，谐波）30感应电机中主磁通所经过的磁路31端部漏磁槽漏磁32第三节转子不动时的异步电机从电路的角度来看，转子不动时异步电机的电路方程与次级短路时的变压器的电路方程相似变压器的初级相当于异步电机的定子绕组次级绕组相当于转子绕组。尽管异步电机与变压器的的磁场性质、结构和运行方式不相同，但他们内部的电磁关系时相通的。所以在研究异步电机的等效电路时，可以借助变压器的电磁理论。

33第三节转子不动时的异步电机

转子不动时的定、转子电路34第三节转子不动时的异步电机

转子不动时的异步电机与变压器的等效35一、转子绕组开路36373839404142434445464748495051二、转子绕组短路5253545556575859606162636465666768697071第三节转子不动时的异步电机1、电压平衡方程定子绕组的电压平衡式和转子不动时转子绕组的电压平衡式分别为72第三节转子不动时的异步电机2、磁动势平衡方程

定子绕组磁动势转子绕组磁动势合成磁动势

磁动平衡式为73感应电动机的空载磁动势和磁场ACBXYZ74第三节转子不动时的异步电机3、绕组的归算一般将转子方面的各物理量归算到定子方面。（1）电流的归算根据归算前后转子磁动势保持不变，即：

式中为电流变比。

75第三节转子不动时的异步电机（2）电动势的归算根据归算前后转子视在功率保持不变，即

式中为电动势变比。76第三节转子不动时的异步电机（3）阻抗的归算根据归算前后转子铜耗保持不变，即

式中为阻抗变比。电阻变比也适用于转子电抗、阻抗的归算。77第四节转子转动时的异步电机及其等效电路1、转子转动后对转子各物理量的影响从电路角度看，转子转动后转子频率的变化将影响转子电动势和漏抗等参数的变化。转子电流的频率转子电动势转子漏抗转子转动后转子回路电压平衡式

78第四节转子转动时的异步电机及其等效电路2、频率归算由以上分析可知，转子转动后转子回路的参数频率为而定子回路参数的频率仍为电路中频率应相同，所以进行频率归算：79第四节转子转动时的异步电机及其等效电路

80第四节转子转动时的异步电机及其等效电路转动时的电路(频率归算前)转动时的电路(频率归算后)81第四节转子转动时的异步电机及其等效电路3、基本方程转子参数经频率归算后还应进行绕组归算，归算后异步电动机转子转动后的基本方程为82第四节转子转动时的异步电机及其等效电路4、等效电路根据上式可画出异步电机的型等效电路83第四节转子转动时的异步电机及其等效电路4、向量图与接有纯电阻负载时的变压器向量图类似。异步电机的模拟电阻压降相当于变压器的次级侧电压，其余部分没什么区别。84第五节异步电机的功率平衡式和

转矩平衡式一、功率平衡式

本节将用有效电路来分析异步电动机的能量关系见右图输入电功率定子铜耗定子铁耗转子铜耗总的机械功率异步电动机的各种损耗总的机械功率又称内功率。85第五节异步电机的功率平衡式和

转矩平衡式异步电动机的功率流程图异步电动机总的功率式正常运转的时候转子铁芯中磁通的变化的频率很低，仅有1~3Hz,所以转子铁耗可以略去不计。86第五节异步电机的功率平衡式和

转矩平衡式两个重要关系：因为电磁功率：转子铜耗：机械功率：所以：又叫转差功率87第五节功率平衡式和转矩平衡式二、转矩平衡式旋转电机的机械功率：＝电机的转矩与它的机械角速度乘积.总机械功率除以转子角速度得到转矩平衡式，即式中：为电动机轴上的输出机械转矩，即负载转矩；

：为电动机轴上的总机械转矩:Tem，即电磁转矩；为电动机空载(制动)转矩；88第五节功率平衡式和转矩平衡式三、关于电磁转矩电磁转矩与功率式中或为电机的同步角速度：注意：比较下式含义：具体例子详见书例（9-1）89第六节异步电机的参数异步电机的参数

基本方程式、等效电路图和向量图分析交流电机普遍方法。通过等效电路可以算出电机的电流、功率、功率因数、效率以及转矩。90第六节异步电机的参数两种参数励磁参数:

决定于电机主磁路的饱和程度.是一种非线性参数.短路参数:

基本上与电机的饱和程度无关,是一种线性参数.测定方法：两种试验空载试验短路试验91一空载试验与励磁参数的确定(一)空载试验:在UN、fN下,轴上不带负载。将电动机运转一段时间(30min)使其机械损耗达到稳定值,然后调节电源电压从(1.10~1.20)UN开始,逐渐降低到可能达到的最低电压值(约0.3UN).测量7~9点,每次记录端电压,空载电流,空载功率和转速.根据记录数据,绘制电动机的空载特性曲线.92一空载试验与励磁参数的确定(二)机械损耗和铁耗的分离93一空载试验与励磁参数的确定94二短路试验及短路参数之确定（1）短路试验:短路指T形电路中的附加电阻的状态.n=0,因此必须在电动机堵转情况下进行.故短路试验也称为堵转试验.试验方法一般从I1=1.2IN（或：U1=0.4UN）开始,逐步降低电压.到I1=0.3IN

测量5~7点,每次记录端电压,定子短路电流和短路功率,测量定子绕组的电阻.根据记录数据,绘制异步电动机的短路特性I1s=f(U1)