第5章 三相异步电动机的运行原理.ppt

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1、第五章第五章 异步电机（二）异步电机（二）三相异步电动机运行原理及单相异步电动机三相异步电动机运行原理及单相异步电动机第一节第一节 三相异步电动机运行时的电磁过程三相异步电动机运行时的电磁过程一、一、异步电动机负载时的物理情况异步电动机负载时的物理情况 当三相异步电动机的定子绕组接到对称三相电源时，定子绕组中当三相异步电动机的定子绕组接到对称三相电源时，定子绕组中就通过三相交流电流。若不计谐波和齿槽影响，这个对称三相交流就通过三相交流电流。若不计谐波和齿槽影响，这个对称三相交流电流将在气隙内形成按正弦规律分布、并且以同步转速电流将在气隙内形成按正弦规律分布、并且以同步转速n0旋转的旋旋转的旋转

2、磁动势转磁动势F1，由旋转磁动势，由旋转磁动势F1建立旋转的气隙主磁场建立旋转的气隙主磁场Bm。这个旋转磁场切割定子、转子绕组，分别在定子、转子绕组内感这个旋转磁场切割定子、转子绕组，分别在定子、转子绕组内感应出定子电动势和转子电动势。在转子电动势作用下转子回路中有应出定子电动势和转子电动势。在转子电动势作用下转子回路中有对称三相电流流过。于是，在气隙磁场和转子电流的相互作用下，对称三相电流流过。于是，在气隙磁场和转子电流的相互作用下，产生了电磁转矩，转子就顺着旋转磁场的方向转动。产生了电磁转矩，转子就顺着旋转磁场的方向转动。CBAIII111感应电机中旋转磁场感应电动机的空载磁动势和磁场Bm

3、A CB Y Z nF1n0CBAEEE111cbaEEE222cbaIII222感应电动机的空载磁动势和磁场BmA CB Y Z nF10n00s0nn 00nn02sE02I10FFmoFmo空载的情况下：空载的情况下：nn0,I200s0nn 02sE02I10FFmo 当电机带有机械负载后：当电机带有机械负载后：nn0,I2增大。增大。不论转子是不论转子是绕线型绕线型还是还是笼型笼型，转子磁动势转子磁动势F2都是一种旋转磁动都是一种旋转磁动势。势。笼型转子的磁动势（一）（一）转子磁动势分析转子磁动势分析 如果相序为如果相序为A-B-C的异步电动机定子电流所产生的旋转磁场的异步电动机定子

4、电流所产生的旋转磁场按逆时针方向旋转，因为按逆时针方向旋转，因为nn0，则转子电流相序为，则转子电流相序为a-b-c。则转子。则转子磁动势磁动势F2的旋转方向也按照相序的旋转方向也按照相序a-b-c，即：按逆时针方向。，即：按逆时针方向。1、转子磁动势、转子磁动势F2的旋转方向的旋转方向A-B-Ca-b-c2、F2转速的大小转速的大小 转子绕组内感应电动势和电流的频率为转子绕组内感应电动势和电流的频率为1000026060)(sfnnnpnnnpf转子电流形成的转子电流形成的转子磁动势转子磁动势F2的旋转的旋转方向与方向与F1的旋转方向相同，它相对于的旋转方向相同，它相对于转子的转速为转子的转

5、速为n，而相对于定子的转，而相对于定子的转速为速为pfn260nn 0pfn106000nnnsspf160f2为转差频率为转差频率n+n=n0nnn0（二）（二）磁动势平衡磁动势平衡转子磁动势转子磁动势F2与定子磁动势与定子磁动势F1相对静止，得到合成磁动势相对静止，得到合成磁动势F1+F2负载时负载时)(21mmmBFFF空载时空载时)(00010mmmBFF电动机从空载到负载，定子绕组的感应电动势的变化很小，差不电动机从空载到负载，定子绕组的感应电动势的变化很小，差不多和电源电压相平衡。所以，可以近似认为多和电源电压相平衡。所以，可以近似认为0mm1111ZIEUN10101ZIEUN于

6、是于是mmmFFFF021)(21FFFm负载时负载时)(21mmmBFFF空载时空载时)(00010mmmBFF0mm两极异步电动机的定子、转子绕组示意图负载时定子、转子磁动势和电流的相矢图转子电动势波转子电动势波气隙磁场气隙磁场Bm转子转子12iF22ienTe转子磁动势波转子磁动势波F2气隙磁场气隙磁场Bm转子转子nTe转子磁动势与气隙磁场在空间的相对位置转子磁动势与气隙磁场在空间的相对位置（三）（三）电磁关系电磁关系有效值有效值mWkNfE111144.4mWskNfE222244.4相量表达式相量表达式mWkNfjE111144.4skNfjkNfjEmWmWs221222244.4

7、44.4定、转子的漏磁通在各自绕组中感应产生漏电动势定、转子的漏磁通在各自绕组中感应产生漏电动势1111144.4WkNfjEskNfjkNfjEsWsWs22212222244.444.4异步电动机的负载运行时的电磁关系二、基本方程式二、基本方程式（一）（一）磁动势平衡方程式磁动势平衡方程式mFFF21222221111111129.029.029.0IpkNmFIpkNmFIpkNmFWmWmW式中式中m1、m2为定子、转子的相数；为定子、转子的相数；Im为对应于励磁磁动势的励磁为对应于励磁磁动势的励磁电流。电流。mWWWIpkNmIpkNmIpkNm1112222111129.029.0

8、29.0mWWWIpkNmIpkNmIpkNm1112222111129.029.029.022222111229.029.0IpkNmIpkNmFWW)(21IIIm励磁电流负载电流令令221IkIi则则mIII21222111WWikNmkNmk 异步电动机的电流比（二）（二）电动势平衡方程式电动势平衡方程式)()()()(222211111RrIEErIEEUssR为转子电阻的外加电阻为转子电阻的外加电阻)(1mmmmmjxrIZIE Zm为表征铁心磁化特性和铁耗的一个综合参数，称为励磁阻抗；为表征铁心磁化特性和铁耗的一个综合参数，称为励磁阻抗；xm称为励磁电抗；称为励磁电抗；rm为反映

9、铁耗的励磁电阻。为反映铁耗的励磁电阻。111xI jE定子漏电抗ssxI jE222转子漏电抗skNfkNfEsWsWs22212222244.444.4因此因此sxxs22sEEs2212sff 1,0ns当转子不动时，sWsWkNfkNfE22212222244.444.4sEEs22旋转时异步电动机的电路异步电动机负载时的基本方程式列出如下异步电动机负载时的基本方程式列出如下111111111ZIExI jrIEUsxI jRrIsEEs222222)(mmmmmZIjxrIE)(1miIIkI2111f1R 1X2Rn1U1I1E I2s 2sX2f2sE感应电动机定、转子耦合感应电动

10、机定、转子耦合电路图电路图)(21IIIm励磁电流负载电流令令221IkIi则则mIII21222111WWikNmkNmk 异步电动机的电流比第二节第二节 三相异步电动机的等效电路及相量图三相异步电动机的等效电路及相量图11112211221112212144.444.4EkEkNkNkNkNkNfjkNfjEeWWWWmWmW2211WWekNkNk 为电动势比为电动势比一、一、异步电动机的等效电路异步电动机的等效电路（一）（一）频率归算频率归算频率归算频率归算 保持整个电磁系统的电磁性能不变，把一保持整个电磁系统的电磁性能不变，把一种频率的参数和物理量换算成另一种频率的参数和物理量。种频

11、率的参数和物理量换算成另一种频率的参数和物理量。在这里，就是用一个具有定子频率而等效于转子的电路去在这里，就是用一个具有定子频率而等效于转子的电路去代换实际转子电路。代换实际转子电路。所谓所谓“等效等效”是指：是指：1）进行代换后，转子电路对定子电路的电磁效应不变。）进行代换后，转子电路对定子电路的电磁效应不变。2）等效的转子电路的电磁性能（有功功率、无功功率、）等效的转子电路的电磁性能（有功功率、无功功率、铜耗等）必须和实际转子电路一样。铜耗等）必须和实际转子电路一样。若若R=0sjxrsEI222212sff 12.1,0nffs当转子不动时，异步电动机负载时的基本方程式列出如下异步电动机

12、负载时的基本方程式列出如下111111111ZIExI jrIEUsxI jRrIsEEs222222)(mmmmmZIjxrIE)(1miIIkI2112222/jxsrEI 而静止转子电路中电流而静止转子电路中电流222222222222)()/(IsxrsExsrEI 频率归算后的定、转子电路22222/rsxarctgsrxarctg 在附加电阻在附加电阻 上产生的功耗，实质上表征了异步电动机的上产生的功耗，实质上表征了异步电动机的机械功率机械功率 21rsssjxrsEI22222222/jxsrEI 2221Irss2221rssrsr频率归算后感应电动机的定、转子频率归算后感应电

13、动机的定、转子电路图电路图1f1fR1X10 n1U1I1E2ImN kw111,m,N kw2221sRs2X22ER2（二）（二）绕组归算绕组归算222111WWikNmkNmk 2222211129.029.0IpkNmIpkNmWW由转子磁动势不变由转子磁动势不变221IkIi由转子总的视在功率不变由转子总的视在功率不变222221IEmIEm122EEkEe2211WWekNkNk 式中式中由转子铜耗和漏磁通储能不变由转子铜耗和漏磁通储能不变22222221rImrIm22rkkrie222222212121LImLIm22LkkLie22xkkxie1R 1X2R 0 n1U1I1

14、E21EE2I111,kwNm111,kwNm21Rss 2X频率和绕组归算后感应电动机的定、转子电路图频率和绕组归算后感应电动机的定、转子电路图（三）（三）异步电动机异步电动机 的等效电路的等效电路经过归算后，定子、转子的电动势方程式经过归算后，定子、转子的电动势方程式11111111)(ZIEjxrIEU22222222221)(1ZIssrIx jrIssrIE 21EE磁动势方程式磁动势方程式mIII21励磁支路的电动势方程式励磁支路的电动势方程式mmZIE11R 1X 2X 2R Rm1I2I21Rss 1UmIXm12EE感应电动机的感应电动机的T形等效形等效电路电路几种异步电动机

15、的典型运行情况几种异步电动机的典型运行情况1、空载运行、空载运行0s21rss2、额度负载下运行、额度负载下运行05.0Ns转子电路基本上是电阻性的，功率因数较高。转子电路基本上是电阻性的，功率因数较高。3、起动时的情况、起动时的情况0n1s012rss附加电阻为零，起动电流很大，功率因数较低。附加电阻为零，起动电流很大，功率因数较低。几种异步电动机的典型运行情况几种异步电动机的典型运行情况4、异步发电运行、异步发电运行 nn00s转差率为负，附加电阻也为负值。表示从转子轴上输入（而不是输转差率为负，附加电阻也为负值。表示从转子轴上输入（而不是输出）机械功率。出）机械功率。5、电磁制动状态运行

16、、电磁制动状态运行1s ，附加电阻为负值，表示从转子轴上输入（而不是输出），附加电阻为负值，表示从转子轴上输入（而不是输出）机械功率。机械功率。（四）（四）等效电路的简化等效电路的简化异步电机近似等效电路二、异步电动机的相量图二、异步电动机的相量图异步电动机的相量图11111111)(ZIEjxrIEU22222222221)(1ZIssrIx jrIssrIE 21EEmIII21mmZIE1异步电动机近似等效电路的相量图例例5-15-1一台一台2对极的三相异步电动机，有对极的三相异步电动机，有关数据如下：关数据如下：kWPN10VUN380min/1452rnN相/33.11r相/43.21x相/12.12 r相/4.42 x相/7mr相/90mx定子绕组为三角形接法，试求额定负载时的定子定子绕组为三角形接法，试求额定负载时的定子电流、转子电流、励磁电流、功率因数、输入功电流、转子电流、励磁电流、功率因数、输入功率和效率。率和效率。解解15001452150000nnnsN35032.012.12sr（1）用）用T形等效电路计算形等效电路计算15.74.35)4.435(22jx