第五章 异步电机(2).ppt

1、第五章 异步电机（2）,5.1三相异步电动机的电磁过程,5.2.1 空载运行时的电磁关系,一、主、漏磁通的分布,主磁通同时交链定转子绕组，其路 径为： 定子铁心气隙转子铁心气隙 定子铁心。 主磁通起传递能量的作用。,基波旋转磁场产生的经过气隙，同时匝链定子和转子绕组的磁通叫主磁通。 转子绕组切割主磁通并在产生感应电流； 感应的转子电流在磁场中受到电磁力的作用而形成驱动转矩，使电机旋转。,除了主磁通以外的磁通称为漏磁通，漏磁通只起电抗压降作用。,一、主、漏磁通的分布,槽漏磁通：由槽的一壁横越至槽的 另一壁的漏磁通。 端部漏磁通：匝联绕组端部的漏磁通。,谐波漏磁通： 谐波磁势会产生谐波磁通。 电机

2、正常运转时，谐波磁通不会产生有用的转矩。 尽管谐波磁通也能同时匝链定子和转子绕组，也将其归入漏磁通。 漏电抗： 漏磁通在定子绕组中会感应漏磁电势，该电势用漏抗压降 表示： 其中 称为漏电抗。 转子绕组通过电流时，也会有漏磁通。对应的漏抗电势：,一、主、漏磁通的分布,影响漏电抗电小的因素 漏电抗对电机的性能有很大的影响。 电抗公式： 电流频率，绕阻匝数，漏磁路的磁阻是决定漏磁通大小的主要因素。 比如，槽口宽在槽口漏磁通小；端部长，则端部漏磁通大。,二、空载电流和空载磁动势,异步电动机空载运行时的定子电流称为空载电流。,5.1.1 空载运行时的电磁关系,三、电磁关系,四、感应电动势,与变压器一样,

3、主、漏磁通在定子绕组上感应的电动势分别为：,可见，异步电动机空载时的电磁关系与变压器非常相似。,五、空载运行时的电压平衡方程与等效电路,与变压器一样，根据基尔霍夫电压定律，可列出空载时定子每相电压方程式：,同样也有：,根据上两式，可以作出空载时等效电路。,5.1.1 空载运行时的电磁关系,尽管异步电动机的电磁关系与变压器相似，但它们之间还是有差别的：,1）主磁场性质不同：异步电动机为旋转磁场，变压器为脉动磁场.,4）由于存在气隙，异步电动机漏抗较变压器的大.,5)异步电动机通常采用短距和分布绕组，计算时需考虑绕组系数,变压器则为整距集中绕组，可认为绕组系数为1.,五、空载运行时的电压平衡方程与

4、等效电路,5.1.2 负载运行时的电磁关系,5.1.3 转子绕组各电磁量,一、转子电动势的频率,感应电动势的频率正比于导体与磁场的相对切割速度，故转子电动势的频率为:,转子不转时,理想空载时,二、转子绕组的感应电动势,转子旋转时的感应电动势:,转子不转时的感应电动势:,二者关系为:,5.1.3 转子绕组各电磁量,三、转子绕组的漏阻抗,电抗与频率正比于,转子旋转时转子漏电抗:,二者关系:,转子绕组的漏阻抗:,四、转子绕组的电流,转子绕组为闭合绕组，则转子电流为:,转子不转时转子漏电抗:,当转速降低时，转差率增大，转子电流也增大.,5.1.3 转子绕组各电磁量,五、转子绕组的功率因数,转子功率因数

5、与转差率有关,当转差率增大时,转子功率因数则减小.,六、转子旋转磁动势,转子绕组流过三相或多相对称电流时产生圆形旋转磁动势.,1)幅值,2)转向,转子电流相序与定子旋转磁动势方向相同，转子旋转磁动势的方向与转子电流相序一致.,转子旋转磁动势相对定子的速度为,可见,无论转子转速怎样变化，定、转子磁动势总是以同速、同向在空间旋转，两者在空间上总是保持相对静止。,5.1.4 磁动势平衡方程,磁动势的平衡方程为：,可以改写为：,写成磁动势幅值公式：,5.1.5 电动势平衡方程,电动势的平衡方程为：,根据基尔霍夫电压定律可写出定、转子侧电动势平衡方程：,5.2三相异步电动机的等效电路和相量图,5.2.1

6、电势平衡方程式,1、定子绕组电势平衡方程式 定子绕组接到交流电源上，与电源电压相平衡的电势（压降）包括： A 主电势（感应电势） B 漏磁电势（漏抗压降） C 电阻压降 定子绕组通入三相对称交流电流时，将会产生旋转的主磁通，同时被定子绕组和转子绕组切割，并在其中产生感应电势。 A 定子绕组感应电势的有效值： 漏磁电势（漏抗压降）:定子漏磁通：仅与定子绕组相匝链。 B 漏抗压降： C 电阻压降： 定子电势平衡方程式： (画定子一相的等效电路图),5.2.1电势平衡方程式,2、转子绕组的电势及电流 （1）转子绕组的感应电势 A. 转子绕组切割主磁通的转速 主磁通以同步速度旋转 转子以转速n旋转 转

7、子绕组导体切割主磁通的相对转速为 B.转子绕组中感应电势的频率公式 ： 结论：由于s很小，转子感应电势频率很低。0.5-3Hz,5.2.1电势平衡方程式,2、转子绕组的电势及电流 （1）转子绕组的感应电势 C. 转子感应电势的有效值 公式： 感应电势与转差率正比。 对绕线式异步电机，转子绕组每相串联匝数,相数计算方法同定子绕组的计算。 对笼型转子来说，由于每个导条中电流相位均不一样，所以，每个导条即为一相，可见相数等于导条数即转子槽数；每相串联匝数为半匝即1/2。,5.2.1电势平衡方程式,2、转子绕组的电势及电流 （2）转子绕组的阻抗 由于转子绕组是闭合的，所以有转子电流流过。同样会产生漏磁

8、电抗压降。 漏抗公式： 漏抗也与转差率正比。转速越高，漏抗越小。 考虑到转子绕组的相电阻后： （3）转子绕组中的电流 转子绕组短路，转子电压为0，感应电势全部加在转子阻抗上 转子回路方程： 转子电流： ， 讨论：转子电流随s的变化。,5.2.2 等效电路,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,5.2.2等效电路,一、频率折算,一、频率折算,一、频率折算,进一步讨论： 不论静止或者旋转的转子，其转子磁势

9、总以同步转速旋转，即转子磁势的转速不变，大小相位又没有变，故电机的磁势平衡依然维持。 静止的转子不再输出机械功率，即电机的功率平衡中少了一大块机械功率。 静止的转子中多了一个附加电阻，而电流又没有变，所以多了一个电阻功率。 分析证明：附加电阻上消耗的电功率等于电机输出的机械功率。,5.2.2等效电路,二、绕组折算,三、绕组折算后的基本方程,5.2.2 等效电路,四、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,5.2.2 等效电路,四、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,从等效电路分析可知:,5.2.2 等效电路,二、

10、T型等效电路和简化等效电路,3)三相异步电动机的功率因数永远滞后；,4)附加电阻不能用电感或电容来代替。,5)在等效电路中负载的变化是用转差率s来体现的,5.2.4 相量图,按照基本方程和等效电路可以作出异步电动机的相量图。,异步电动机的相量图类似于变压器相量图。 从转子电路方程出发可以一步一步作出异步电机相量图。,功率变换和传递是电动机的主要功用。,5.3感应电动机的功率方程和转矩方程,异步电动机的功率和损耗有：,一、功率平衡,输入功率,定子铁损,电磁功率,机械功率,输出功率,定子铜损,转子铜损,5.3三相异步电动机的功率平衡、转矩平衡,在等效电路上表示功率和损耗：,一、功率平衡,5.3三相异步电动机的功率平衡、转矩平衡,一、功率平衡,两个重要关系式,可见，从气隙传递到转子的电磁功率分为两部分，一小部分变为转子铜损耗，绝大部分转变为总机械功率。转差率越大