三相异步电动机-工作状态分析

三相异步电动机的等效电路和习题三相异步电动机的等效电路和习题

折算三相异步电动机的等效电路和相量图

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统,而等效的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。转子回路电流三相异步电动机的等效电路和习题

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，但电路中多了一个附加电阻。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——总的机械功率。

从等效电路角度，可以把看成是异步电动机的”电阻负载”，其上的压降可以看成是转子回路的端电压:三相异步电动机的等效电路和习题二、绕组折算

等效电路一、绕组后的基本方程三相异步电动机的等效电路和习题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:T型等效电路简化等效电路三相异步电动机的等效电路和习题

当异步电机的定子电压、频率及各参数都为定值时，改变转差率s的大小，根据用参数表示的电磁转矩计算公式可算出相应的电磁转矩T，可作出机械特性曲线，如图所示。三相异步电动机的等效电路和习题三相异步电动机的等效电路和习题

由图可见，当1≥s>0时，电磁转矩和转子的转速都为正，转子转速小于磁场的同步转速，电机处于电动机运行状态；当s<0时，转子的转速为正，转子转速大于磁场的同步转速，电磁转矩为负，电机处于发电机运行状态；当s>1时，转子的转速为负，电磁转矩为正，电机处于制动运行状态。三相异步电动机的等效电路和习题

通过机械特性曲线，可以看到三相异步电动机具有以下一些特点。

(1)在起动的瞬间，即s=1时的电磁转矩称为起动转矩。通过数学分析的方法可知，起动时，电动机的起动电流很大，但转子功率因数很小，而，故起动转矩并不很大。三相异步电动机的等效电路和习题(2)如果转子达到同步转速，即s=0，则转子电流I2=0，此时的电磁转矩T=0。三相异步电动机的等效电路和习题(3)当转差率s达到某一值时，电磁转矩达到最大值，称为最大转矩,对应于此时的转差率称为临界转差率，一般异步电动机的0.04～0.14。通过数学分析的方法可得到临界转差率和最大转矩的数学表达式如下：

可见，三相异步电动机的最大转矩与电网电压的平方成正比，最大转矩与转子电阻无关；临界转差率与转子电阻成正比。三相异步电动机的等效电路和习题(4)转子电阻对曲线的影响。异步电机转子回路中的电阻不同，其相应的机械特性曲线的形状也不同，起动转矩的大小也不同。当<1时，随着转子电阻的增加，起动转矩变大；要使起动转矩达到最大转矩，则=1，即：此时在转子回路中应串入电阻的折算值为。若转子回路串入的电阻超过该值，>l，说明电动机的起动转矩变小。三相异步电动机的等效电路和习题(5)对应于额定负载时转矩称为额定转矩，相应的转差率称为额定转差率。三相异步电动机的等效电路和习题(6)最大转矩与额定转矩之比，称为电动机的过载能力，它是衡量电动机过载能力的一个重要指标。一般三相异步电动机的过载能力=2～2.2。三相异步电动机的等效电路和习题(7)起动转矩与额定转矩之比，称为电动机起动转矩倍数

希望尽量大一些为好。JO2系列电动机的0.9～2，Y系列电动机的1.8～2.2。三相异步电动机的等效电路和习题习题

一、填空题

1.三相感应电动机，如使起动转矩到达最大，此时=()

2.感应电动机起动时，转差率()，此时转子电流的值()，（）因此起动转矩()。三相异步电动机的等效电路和习题3.感应电动机最大转矩公式().二、判断：1.三相感应电动机的功率因数总是滞后的。（）

三相异步电动机的等效电路和习题2.三相感应电动机的起动电流很大，所以其起动转矩也很大。 （）3.感应电动机空载运行时的功率因数很高。 （）等效电路和习题三、问答题：

1.普通笼型感应电动机在额定电压下起动时，为什么起动电流很大，而起动转矩并不大？三相异步电动机的等效电路和习题

答案一、1.12.1，很大，很小，不大

3.二、判断题：

1.答:对

2答错三相异步电动机的等效电路和习题

3.答错三、问答题：1.答起动时，，旋转磁场以同步速度切割转子，在短路的转子绕组中感应很大的电动势和电流，引起与它平衡的定子电流的负载分量急剧增加，以致定子电流很大；起动时，s=1,很小，电动机的等效阻抗很小，所以起动电流很大。由于，当s=1、f2=f1时，使转子功率因数角接近，很小，并不大；另外，因起动电流很大，定子绕组漏抗压降大，使感应电动势E1减小，与之成正比的也减小。起动时，减小，并不大，使得起动转矩并不大。

三相异步电动机的功率和转矩平衡关系三相异步电动机的功率和转矩平衡关系二、三相异步电动机的功率和转矩平衡关系

1.三相异步电动机中各项功率、损耗的含义电机是机电能量转换的机械，在能量转换过程中必然会有功率平衡关系，必然会有损耗。三相异步电动机的功率和转矩平衡关系

当三相异步电动机接在电网上稳定运行时，由电网供给的电功率称为三相异步电动机的输入功率P1。

三相异步电动机的功率和转矩平衡关系式中，U1—三相异步电动机定子绕组相电压；

I1—三相异步电动机定子绕组相电流；

—相电压U1与相电流I1之间的相位角；

—三相异步电动机功率因数。三相异步电动机的功率和转矩平衡关系

输入功率中的一小部分将消耗于定子绕组的电阻上，该部分称为定子绕组铜耗。式中

—三相异步电动机定子绕组相电阻。三相异步电动机的功率和转矩平衡关系

输入功率的另外一小部分将消耗于定子铁心上，该部分称为铁耗

转子铁心损耗可忽略不计。这是因为正常运行时，三相异步电动机转子转速接近旋转磁场的同步转速，转差率很小，转子铁心中磁通变化的频率很小，再加上转子铁心和定子铁心都是用硅钢片迭成，因而转子铁心中铁耗很小。所以，三相异步电动机的铁耗主要是定子铁心损耗。三相异步电动机的功率和转矩平衡关系

输入功率减去定子铜耗和铁耗以后，余下的功率全部送入转子，这部分功率称为电磁功率。电磁功率是借助电磁感应作用通过气隙旋转磁场由定子传递到转子的。

三相异步电动机的功率和转矩平衡关系

传递到转子的电磁功率，一部分将消耗于转子绕组中的电阻上，这部分功率称为转子绕组铜耗。三相异步电动机的功率和转矩平衡关系式中I2—三相异步电动机转子绕组相电流；

r2—三相异步电动机转子绕组相电阻。三相异步电动机的功率和转矩平衡关系

传递到转子的电磁功率减去转子铜耗后余下的功率称为全机械功率。

三相异步电动机的功率和转矩平衡关系

全机械功率减去机械损耗和杂散损耗以后，就是三相异步电动机转轴上输出的机械功率。用表示机械损耗和杂散损耗之和，则

三相异步电动机的功率和转矩平衡关系

铁耗、定子绕组铜耗、转子绕组铜耗都属于电磁损耗，这三项损耗主要与电机的电磁负荷有关，即与电机中的磁场强度、绕组中的电流大小、铁心和绕组的几何尺寸等有关。机械损耗主要与电机的转速、摩擦系数等因素有关。以上4项损耗属于电机的基本损耗。杂散损耗的值很小，一般可以忽略不计。三相异步电动机的功率和转矩平衡关系2.三相异步电动机的功率平衡关系三相异步电动机从电网吸收电功率，从转轴上输出机械功率，其功率流程图如下。三相异步电动机的功率和转矩平衡关系三相异步电动机的功率和转矩平衡关系2.三相异步电动机的功率平衡方程：三相异步电动机的功率和转矩平衡关系电动机的总损耗：电磁功率:三相异步电动机的功率和转矩平衡关系

全机械功率:

转子绕组铜耗与电磁功率之比等于异步电机的转差率

上式表明：转差率越大，电磁功率中转变为转子铜耗的部分就越大。

三相异步电动机的功率和转矩平衡关系三相异步电动机的功率和转矩平衡关系三相异步电动机的功率和转矩平衡关系3.三相异步电动机的转矩平衡方程

(1)由两边都除以转子的机械角速度,得转矩平衡方程式

(2)三相异步电动机的功率和转矩平衡关系

三相异步电动机的转矩平衡方程表明，电动机稳定运行时，电磁转矩减去空载转矩后，才是电动机转轴上的输出转矩。三相异步电动机的功率和转矩平衡关系

上式表明:作用在转子上的电磁转矩与通过气隙旋转磁场传递到转子的电磁功率成正比.三相异步电动机运行特性三相异步电动机运行特性三相异步电动机的运行特性三相异步电动机运行特性

空载时，转子电流很小，转子铜耗很小，转差率接近0,转子转速接近同步转速。随着负载的增大，转速会略有下降，这样旋转磁场便以较大的转差切割转子导体，使转子导体中的感应电动势及电流增加，转子电流的增加，会产生较大的电磁转矩，从而与机械阻力转矩相平衡。三相异步电动机运行特性

转速特性曲线是一条微微下倾的曲线。随着负载的增大，转子电流增大，（转子铜耗）和（电磁功率）也相应增大。但是，转子铜耗与转子电流的平方成正比，而电磁功率近似与转子电流的一次方成正比，转子铜耗比电磁功率增大的快。所以，随着负载的增大，转差率s也增大，即转速n稍有下降。三相异步电动机运行特性三相异步电动机运行特性2、转矩特性三相异步电动机运行特性

从空载到额定负载之间，空载转矩T0可认为不变，则转矩特性为一条直线。实际上，随着P2的增加，电动机的转速略有下降，所以，转矩特性是一条比直线略有上翘的曲线。三相异步电动机运行特性3、定子电流特性三相异步电动机运行特性

空载运行时，转子电流近似为0，此时定子电流几乎全部为励磁电流。励磁电流是定子电流中用来产生旋转磁场主磁通的电流分量；定子电流中的另一部分称为定子电流的有功分量，定子电流的有功分量用来与转子电流相平衡。当负载增加以后，输出功率增大，转子转速下降，转子电流增加，以产生足够的电磁转矩与负载转矩相平衡，通过电磁感应的关系，定子电流也随着增加，输入功率增大，从而满足功率平衡方程要求。三相异步电动机运行特性4.功率因素特性三相异步电动机在额定电压及额定频率下，输出功率变化时，定子功率因数的变化规律曲线称为功率因数特性。三相异步电动机运行特性

空载运行时，定子电流中的大部分是励磁电流，由于励磁电流中的主要成分是无功的磁化电流，所以空载时的功率因素很低。小于0.2。加上负载后，由于要输出一定的机械功率，因此，定子电流中的有功分量增加，电动机的功率因素逐渐提高。一般电动机在额定功率附近，功率因素将达到最大数值。三相异步电动机运行特性5.效率特性三相异步电动机在额定电压及额定频率下，输出功率变化时，效率的变化规律曲线为效率特性。三相异步电动机的效率为输出功率与输入功率之比。

三相异步电动机运行特性

空载时，输出功率为0，效率为0。随着负载的增大，效率也相应增大。异步电动机在运行过程中的转速及气隙磁通是近似不变的，故机械损耗和定子铁耗之和基本上是常数，称为不变损耗；定、转子铜耗与电流平方成正比，随电流的变化而变化，称为可变损耗。当不变损耗与可变损耗相等时，出现最大效率。

三相异步电动机运行特性

出现最大效率后，若负载继续增大，电动机的效率就要下降。三相异步电动机运行特性

四、三相异步电动机的机械特性异步电动机输出机械功率主要表现在输出转矩和转速上，因此转速或转差率是异步电动机的基本变量之一。当三相异步电动机的外加定子电压及频率不变，转差率s变化时，电磁转矩的变化规律曲线

称为机械特性。通过数学分析，可以得到用参数表示的电磁转矩的计算公式如下：

三相异步电动机运行特性式中—极对数;—

电动机相电压；

—定子频率；、—定子绕组的电阻和电抗；、—转子绕组的折算电阻和电抗。以下插入电机的折算作为电动机工行状态分析作为电动机工行状态分析

产生圆形旋转磁动势的条件：一是三相对称绕组；二是三相对称电流。两个条件有一个不满足，即产生椭圆形旋转磁动势。

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，它有以下主要性质(1)幅值是单相脉动磁动势最大幅值的3/2倍。(2)转向由电流相序决定,从载有超前电流相转到载有滞后电流相。(3)转速决定于电流的频率和电机的磁极对数。(4)当某相电流达最大值时,合成磁势的波幅就与该相绕组的轴线重合。作为电动机工行状态分析一、三相异步电机的工作原理作为电动机工行状态分析1.三相异步电机为电动机运行三相异步电机作为电动机运行是其最普遍的工作状态.三相电流流入三相定子绕组,产生旋转磁势,并在气隙中产生相应的旋转磁场.旋转磁转也是以同步转速n1在旋转。作为电动机工行状态分析

当旋转磁场切割转子导体时，在其中产生感应电势，使转子导体中有电流流过。其方向可利用右手定则判断。转子电流与旋转磁场作用而产生电磁转矩，使转子以转速旋转，从而把电能转换成机械能，作电动机运行。由左手定则判断可知：转子方向与磁场旋转方向相同，如图8-15(b)所示。作为电动机工行状态分析

当异步电机作为电动机运行时，为了克服负载的阻力转矩，三相异步电动机的转速总是略低于同步转速，以便气隙中的旋转磁场能够切割转子导体而在其中产生感应电势和感应电流，从而能够产生足够的电磁转矩来拖动转子旋转。如果转子的转速与同步转速相等，转向又相同，则气隙旋转磁场与转子导体之间没有相对运动，因而转子导体中就不会产生感应电势和电流，电机的电磁转矩也将为零。可见，异步电机产生电磁转矩的必要条件是，磁场的同步转速和转子的转速不相等，即：作为电动机工行状态分析

把同步转速和转子转速的差值称为转差，转差与同步转速的比值称为转差率，转差率用s来表示，即作为电动机工行状态分析

转差率是异步电机的一个基本变量，它可以表示异步电机的各种不同运行状态。

(1)在电机刚起动时，转子转速n=0，则，s=1,转子切割旋转磁场的相对速度为最大，转子中的电势及电流也最大。如果电动机产生的电磁转矩足以克服机械负载的阻力转矩，转子就开始旋转，转速会不断上升。作为电动机工行状态分析

随着转子转速n的上升，转差率s减小，转子切割旋转磁场的相对速度减小，转子中的电动势及电流也减小。在额定状态下，转差率s的数值通常都是很小的，中小型异步电动机的转差率约为0.01～0.07，转子转速与同步转速相差并不很大。而空载时，因阻力矩很小，转子转速很高，转差率则更小，约为0.004～0.007，可以认为转于转速近似等于同步转速。作为电动机工行状态分析(3)假设n=n1，则转差率s=0，此时转子导体不切割旋转磁场，转子中就没有感应电势及电流，也不产生电磁转矩。可见，作为电动机运行时，转速在0～n1的范围内变化，而转差率则在1～0的范围内变化。三相异步电动机的转速可用转差率来计算，即n=(1-s)n1作为电动机工行状态分析

转子以转速n恒速旋转时，转子绕组的感应电动势、电流的频率用f2表示。异步电动机运行时，转子的转向与旋转磁场的转向一致，它们之间的相对转速为n2=n1-n，表现在