华中科技大学电机学第五章异步电机ppt.ppt

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1、电机学电机学电机学电机学ElectricMachineryElectricMachinery（第（第5 5章章 异步电机）异步电机）异步电机的基本工作原理异步电机的基本工作原理异步电机的基本工作原理异步电机的基本工作原理异步电机的三种运行状态异步电机的三种运行状态异步电机的三种运行状态异步电机的三种运行状态异步电机的基本结构异步电机的基本结构异步电机的基本结构异步电机的基本结构异步电动机的额定值异步电动机的额定值异步电动机的额定值异步电动机的额定值5.15.1概述概述概述概述电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院3 三相异步电机主要用作电动机，拖动各种生产机械，例三相异步电机主要用作电动机，

2、拖动各种生产机械，例三相异步电机主要用作电动机，拖动各种生产机械，例三相异步电机主要用作电动机，拖动各种生产机械，例如：风机、泵、压缩机、机床、轻工及矿山机械、农业生产如：风机、泵、压缩机、机床、轻工及矿山机械、农业生产如：风机、泵、压缩机、机床、轻工及矿山机械、农业生产如：风机、泵、压缩机、机床、轻工及矿山机械、农业生产中的脱粒机和粉碎机、农副产品中的加工机械等等。中的脱粒机和粉碎机、农副产品中的加工机械等等。中的脱粒机和粉碎机、农副产品中的加工机械等等。中的脱粒机和粉碎机、农副产品中的加工机械等等。在民用生活中，电扇、洗衣机、电冰箱和空调器等一般在民用生活中，电扇、洗衣机、电冰箱和空调器等

3、一般在民用生活中，电扇、洗衣机、电冰箱和空调器等一般在民用生活中，电扇、洗衣机、电冰箱和空调器等一般由单相异步电动机来拖动。由单相异步电动机来拖动。由单相异步电动机来拖动。由单相异步电动机来拖动。电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院4优点：优点：优点：优点：结构简单、制造容易、价格低廉、运行可靠、坚固耐结构简单、制造容易、价格低廉、运行可靠、坚固耐结构简单、制造容易、价格低廉、运行可靠、坚固耐结构简单、制造容易、价格低廉、运行可靠、坚固耐用、运行效率较高并具有适用的工作特性。用、运行效率较高并具有适用的工作特性。用、运行效率较高并具有适用的工作特性。用、运行效率较高并具有适用的工作特性。缺

4、点：缺点：缺点：缺点：功率因数较差，电机在运行过程中必须从电网吸收感性功率因数较差，电机在运行过程中必须从电网吸收感性功率因数较差，电机在运行过程中必须从电网吸收感性功率因数较差，电机在运行过程中必须从电网吸收感性无功功率，因此它的功率因数总小于无功功率，因此它的功率因数总小于无功功率，因此它的功率因数总小于无功功率，因此它的功率因数总小于1 1 1 1；目前尚不能经济地目前尚不能经济地在较大范围内平滑调速。在较大范围内平滑调速。异步电机优缺点异步电机优缺点异步电机优缺点异步电机优缺点电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院5 异步电机分类异步电机分类异步电机分类异步电机分类定子相数定子相数定

5、子相数定子相数 单相异步电动机单相异步电动机单相异步电动机单相异步电动机 两相异步电动机两相异步电动机两相异步电动机两相异步电动机 三相异步电动机三相异步电动机三相异步电动机三相异步电动机 绕线型异步电动机绕线型异步电动机绕线型异步电动机绕线型异步电动机 鼠笼型异步电动机鼠笼型异步电动机鼠笼型异步电动机鼠笼型异步电动机转子结构转子结构转子结构转子结构电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院6一、异步电机的基本结构一、异步电机的基本结构异步电机外形图异步电机外形图异步电机结构图异步电机结构图电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院71.定子定子定子铁心：定子铁心：电机电机主磁路主磁路的组成部分，

6、并嵌放定子绕组。的组成部分，并嵌放定子绕组。由厚度为由厚度为0.5mm的硅钢片叠装而成。的硅钢片叠装而成。为为了了嵌嵌放放定定子子绕绕组组，在在定定子子冲冲片片内内圆圆周周上上均均匀匀地地冲冲制制若若干干个个形状相同的槽。形状相同的槽。电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院8定子槽形：定子槽形：半闭口槽半闭口槽适用于小型异步电机，其绕组是用圆导线绕成。适用于小型异步电机，其绕组是用圆导线绕成。半开口槽半开口槽适用于低压中型异步电机，其绕组是成型线圈。适用于低压中型异步电机，其绕组是成型线圈。开开口口槽槽适适用用于于高高压压大大中中型型异异步步电电机机，其其绕绕组组是是用用绝绝缘缘带带包包扎扎

7、并并浸漆处理过的成型线圈。浸漆处理过的成型线圈。电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院9定定子子绕绕组组：构构成成电电路路部部分分，用用来来感感应应电电动动势势、流流过过电电流流、实实现机电能量转换。现机电能量转换。通常采用通常采用双层短距绕组双层短距绕组，小型电机可采用单层绕组；，小型电机可采用单层绕组；对对中中、小小容容量量的的低低压压异异步步电电动动机机，通通常常定定子子三三相相绕绕组组的的六六个个出线头都引出，可根据需要灵活地接成出线头都引出，可根据需要灵活地接成“Y”形或形或“D”形形。U1 V1 W1U1 V1 W1W2 U 2 V2W2 U2 V2D D D D联结联结联结联结

8、Y Y Y Y联结联结联结联结电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院10机座：机座：固定和支撑定子铁心。固定和支撑定子铁心。要求有足够的机械强度。要求有足够的机械强度。电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院112.转子转子转子铁心：转子铁心：电机电机主磁路主磁路的组成部分，并放置的组成部分，并放置转子绕组转子绕组。由厚度为由厚度为0.5mm的硅钢片叠装而成；的硅钢片叠装而成；在转子外圆周上冲制均匀分布的形状相同的槽。在转子外圆周上冲制均匀分布的形状相同的槽。电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院12转子槽形转子槽形槽形的选择主要决定于对槽形的选择主要决定于对运行性能运行性能和和起动性能起

9、动性能的要求。的要求。常见转子槽型常见转子槽型电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院13鼠笼型转子铁心和绕组结构示意图鼠笼型转子铁心和绕组结构示意图鼠笼型转子铁心和绕组结构示意图鼠笼型转子铁心和绕组结构示意图笼笼型型绕绕组组：在在转转子子铁铁心心每每个个槽槽内内各各放放置置一一根根导导体体，在在铁铁心心两两端端放放置置两两个个端端环环，分分别别把把所所有有的的导导体体伸伸出出槽槽外外部部分分与与端端环环联联接起来。接起来。笼笼型型绕绕组组一一般般为为铝铝浇浇铸铸的的，对对中中大大型型电电机机为为减减小小损损耗耗、提提高高效率，往往采用效率，往往采用铜条焊接铜条焊接而成。而成。转子绕组：转子绕

10、组：构成电路部分，有构成电路部分，有笼型笼型和和绕线型绕线型两种绕组型式。两种绕组型式。斜槽形式电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院14绕绕线线型型绕绕组组：与与定定子子绕绕组组具具有有相相同同相相数数、极极数数的的三三相相对对称称绕绕组，一般采用双层波绕组或叠绕组。组，一般采用双层波绕组或叠绕组。一一般般接接成成星星形形，将将三三相相绕绕组组的的三三个个引引出出线线分分别别接接到到转转轴轴上上三三个个滑环滑环上，再通过上，再通过电刷电刷与外电路接通。与外电路接通。绕绕线线型型转转子子特特点点是是可可以以通通过过滑滑环环电电刷刷在在转转子子回回路路中中接接入入附附加加电阻电阻，以改善电动机

11、的起动性能、调节其转速。，以改善电动机的起动性能、调节其转速。电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院15支撑转子铁心支撑转子铁心和输出、输入机械转矩。和输出、输入机械转矩。转轴转轴电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院16定定义义：定定、转转子子之之间间的的间间隙隙，也也是电机主磁路的组成部分。是电机主磁路的组成部分。气气隙隙大大小小对对异异步步电电机机的的性性能能影影响响很大。很大。为为了了减减小小电电机机主主磁磁路路的的磁磁阻阻，降降低低电电机机的的励励磁磁电电流流，提提高高电电机机的的功率因数，功率因数，气隙应尽可能小气隙应尽可能小。异异步步电电机机气气隙隙长长度度应应为为定定、转转

12、子子在在运运行行中中不不发发生生机机械械摩摩擦擦所所允允许许的最小值。的最小值。中中、小小型型异异步步电电机机中中，气气隙隙长长度度一般为一般为0.20.21.5mm1.5mm。3 3、气隙、气隙气气隙隙大大：磁磁阻阻大大，励励磁磁电电流流（空空载载电电流流）大大，功功率率因因数数低低；气气隙隙磁磁场场谐谐波波含含量量（漏漏磁磁引引起起附附加加损损耗耗）减减少少，改改善善起起动动性性能。能。气气隙隙小小：受受加加工工可可能能及及机机械械安全所限制。安全所限制。电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院17二、异步电机的基本工作原理二、异步电机的基本工作原理二、异步电机的基本工作原理二、异步电机的

13、基本工作原理异步电机定子三相对称绕组接在三异步电机定子三相对称绕组接在三相对称交流电网上，转子绕组对称相对称交流电网上，转子绕组对称短路。短路。定子绕组中流过三相对称电流，在定子绕组中流过三相对称电流，在气隙中产生基波旋转磁场。气隙中产生基波旋转磁场。气隙旋转磁场在短路的转子绕组中气隙旋转磁场在短路的转子绕组中感应电动势并产生电流。感应电动势并产生电流。该感应电流与气隙中的旋转磁场相该感应电流与气隙中的旋转磁场相互作用产生电磁转矩，驱动转子旋互作用产生电磁转矩，驱动转子旋转，实现异步电机的运行。转，实现异步电机的运行。两极异步电动机示意图两极异步电动机示意图两极异步电动机示意图两极异步电动机示

14、意图 1n n电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院18三、异步电机的三种运行状态三、异步电机的三种运行状态1 1、异步电机的转差率、异步电机的转差率、异步电机的转差率、异步电机的转差率同步转速同步转速n1定子绕组中流过频率为定子绕组中流过频率为f1的三相对称电流，在气的三相对称电流，在气隙中产生的基波旋转磁场相对于定子绕组的转速隙中产生的基波旋转磁场相对于定子绕组的转速为同步转速，记为为同步转速，记为n1。同步转速大小取决于电流频率同步转速大小取决于电流频率f1和绕组极对数和绕组极对数p，转向为从超前电流相绕组转向滞后电流相绕组。转向为从超前电流相绕组转向滞后电流相绕组。转子转速转子转速n

15、转子的机械转速为转子转速，记为转子的机械转速为转子转速，记为n。转差率转差率s：同步转速：同步转速n1与转子转速与转子转速n之差对之差对同步转速同步转速n1之比值，记为之比值，记为s。电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院19 异异步步电电机机的的转转子子可可以以是是带带负负载载机机，也也可可以以是是由由原原动动机机驱驱动动，在在不不同同的的转转子子外外部部条条件件下下，异异步步电电机机将将运运行行于于不不同同的的转转速速和和不不同同的的转转差差率率，对对应应不不同同的的运运行行状状态态。根根据据转转差差率率的的正正负负、大大小小，异异步步电电机机分分别别对对应应于于电电动动机机、发发电电机

16、机、电电磁磁制制动动等等三三种种不不同同运运行状态。行状态。2、异步电机的三种运行状态、异步电机的三种运行状态0ns0：电动机状态：电动机状态右手定则右手定则-e2产生产生-i2与与e2同方向同方向左手定则左手定则-Tem产生产生-Tem与与n同转向，同转向，Tem为为驱动转矩驱动转矩旋转磁场拖动转子：电动机旋转磁场拖动转子：电动机电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院20nn1se2产生产生-i2与与e2同方向同方向左手定则左手定则-Tem产生产生-Tem与与n反转向，反转向，Tem为为制动转矩制动转矩转子拖动旋转磁场：发电机转子拖动旋转磁场：发电机 n1：电磁制动状态：电磁制动状态右手定

17、则右手定则-e2产生产生-i2与与e2同方向同方向左手定则左手定则-Tem产生产生-Tem与与n反转向，反转向，Tem为为制动转矩制动转矩旋转磁场阻碍转子运动：电磁制动状态旋转磁场阻碍转子运动：电磁制动状态电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院21状状态态电动机电动机发电机发电机电磁制动电磁制动n与与s关系关系nn10sn1s0n1Tem的性质的性质电磁驱动力矩电磁驱动力矩电磁阻力矩电磁阻力矩电磁阻力矩电磁阻力矩能量转换能量转换电能电能机械能机械能机械能机械能电能电能电能电能+机械能机械能内部损耗内部损耗（短路）（短路）异步电机只有在定子侧外加电源的情况下，转子侧电动势和异步电机只有在定子侧

18、外加电源的情况下，转子侧电动势和电流由气隙旋转磁场感应产生，因此也称为电流由气隙旋转磁场感应产生，因此也称为“感应电机感应电机”；而此；而此感应作用，只有在转子与气隙旋转磁场不同步，即感应作用，只有在转子与气隙旋转磁场不同步，即“异步异步”（s不不等于等于0），才可以产生，因此），才可以产生，因此“感应电机感应电机”又称又称“异步电机异步电机”。总结总结总结总结电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院22四、异步电动机的额定值四、异步电动机的额定值四、异步电动机的额定值四、异步电动机的额定值电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院23额定功率额定功率PN：是转轴上输出的：是转轴上输出的机械功率

19、机械功率，单位为，单位为W或或kW。额定电压额定电压UN：施加在定子绕组上的：施加在定子绕组上的线电压线电压，单位为，单位为V。额额定定电电流流IN：电电动动机机在在额额定定电电压压、额额定定频频率率下下，轴轴端端输输出出额额定功率时，定子绕组的定功率时，定子绕组的线电流线电流，单位为，单位为A。额定频率额定频率fN：我国电网频率：我国电网频率fN=50Hz。额额定定转转速速nN：电电动动机机在在额额定定电电压压、额额定定频频率率、轴轴端端输输出出额额定定功率时，转子的转速，单位为功率时，转子的转速，单位为r/min。额定效率额定效率N。额定功率因数额定功率因数cosN。三相异步电动机额定值之

20、间的关系三相异步电动机额定值之间的关系电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院242 2）如铭牌上标有）如铭牌上标有）如铭牌上标有）如铭牌上标有“380V380V、D D联结联结联结联结”时，表示电机正常运行时只时，表示电机正常运行时只时，表示电机正常运行时只时，表示电机正常运行时只能采用能采用能采用能采用“D”D”联结，但是在电动机起动过程中可接联结，但是在电动机起动过程中可接联结，但是在电动机起动过程中可接联结，但是在电动机起动过程中可接380V380V电源，绕电源，绕电源，绕电源，绕组采用组采用组采用组采用“Y”Y”联结，起动完毕，恢复联结，起动完毕，恢复联结，起动完毕，恢复联结，起动完

21、毕，恢复“D”D”联结。联结。联结。联结。2、对于中低压电动机、对于中低压电动机1 1）如铭牌上标有）如铭牌上标有）如铭牌上标有）如铭牌上标有“380/220V380/220V、Y/DY/D联结联结联结联结”时，表示电源电压为时，表示电源电压为时，表示电源电压为时，表示电源电压为380V380V时，电机绕组采用时，电机绕组采用时，电机绕组采用时，电机绕组采用“Y”Y”联结；电源电压为联结；电源电压为联结；电源电压为联结；电源电压为220V220V时，采用时，采用时，采用时，采用“D”D”联结。联结。联结。联结。提示：提示：提示：提示：1 1、对于高压电动机对于高压电动机对于高压电动机对于高压电

22、动机定子绕组只有三根出线，只要电源电压符合电动机铭牌电压值便定子绕组只有三根出线，只要电源电压符合电动机铭牌电压值便定子绕组只有三根出线，只要电源电压符合电动机铭牌电压值便定子绕组只有三根出线，只要电源电压符合电动机铭牌电压值便可使用。可使用。可使用。可使用。定、转子基波磁动势空间相对静止定、转子基波磁动势空间相对静止定、转子基波磁动势空间相对静止定、转子基波磁动势空间相对静止5.25.2三相异步电动机运行原理三相异步电动机运行原理三相异步电动机运行原理三相异步电动机运行原理转子静止时的异步电机转子静止时的异步电机转子旋转时的异步电机转子旋转时的异步电机异步电机参数测定异步电机参数测定内部电磁

23、关系内部电磁关系内部电磁关系内部电磁关系电压平衡方程式电压平衡方程式电压平衡方程式电压平衡方程式磁动势平衡方程式磁动势平衡方程式磁动势平衡方程式磁动势平衡方程式绕组折算与等效电路绕组折算与等效电路绕组折算与等效电路绕组折算与等效电路电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院26一、一、转子静止时的异步电动机转子静止时的异步电动机转子静止时的异步电机：转子静止时的异步电机：将异步电动机转轴卡住；将异步电动机转轴卡住；转子绕组短路；转子绕组短路；定子绕组施加三相对称电压。定子绕组施加三相对称电压。假设：气隙中只有基波磁通，定、转子绕组上只感应有基波电势假设：气隙中只有基波磁通，定、转子绕组上只感应有

24、基波电势电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院271定、转子基波磁动势空间相对静止定、转子基波磁动势空间相对静止定子侧：定子绕组施加三相对称电压定子侧：定子绕组施加三相对称电压定子三相对称绕组中，流过频率为定子三相对称绕组中，流过频率为f1的三相对称电流的三相对称电流I1；定定子子绕绕组组在在气气隙隙空空间间中中产产生生圆圆形形旋旋转转基基波波磁磁动动势势F1，相相对对于定子绕组的转速为同步转速于定子绕组的转速为同步转速n1，n160f1/p；圆圆形形旋旋转转基基波波磁磁动动势势F1转转向向为为从从超超前前电电流流相相绕绕组组轴轴线线转转向向滞后电流相绕组轴线（滞后电流相绕组轴线（A-B-C

25、）。）。电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院28转子侧：转子绕组短路，转轴固定转子侧：转子绕组短路，转轴固定圆圆形形旋旋转转磁磁场场切切割割转转子子绕绕组组，产产生生频频率率为为f2的的三三相相对对称称感应电动势（感应电动势（f2pn1/60，f2=f1）；）；三三相相对对称称感感应应电电动动势势在在闭闭合合的的转转子子绕绕组组中中产产生生三三相相对对称称电电流流I2；转转子子绕绕组组在在气气隙隙空空间间中中产产生生圆圆形形旋旋转转基基波波磁磁动动势势F2，相相对对于转子绕组的转速为于转子绕组的转速为n2，n260f2/pn1；圆圆形形旋旋转转基基波波磁磁动动势势F2转转向向为为从从超超前

26、前电电流流相相绕绕组组轴轴线线转转向向滞滞后后电电流流相相绕绕组组轴轴线线（A-B-C），即即与与定定子子旋旋转转磁磁动动势势F1同转向。同转向。F2与与F1同同转转速速、同同转转向向（n2n1），故故定定、转转子子基基波波磁磁动动势空间保持相对静止势空间保持相对静止电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院292 2内部电磁关系内部电磁关系内部电磁关系内部电磁关系气气隙隙中中的的旋旋转转磁磁场场由由F2与与F1共共同同建建立立，即即F2与与F1空空间间矢矢量可以合成为一个等效励磁磁动势量可以合成为一个等效励磁磁动势Fm：电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院303电压平衡方程式电压平衡方程式

27、正方向规定：电流流入为正，且电势方向与电流方向相同。正方向规定：电流流入为正，且电势方向与电流方向相同。R1、R2和和X1、X2分别为定、转子绕组的电阻和漏电抗。分别为定、转子绕组的电阻和漏电抗。电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院31定、转子绕组感应电动势定、转子绕组感应电动势电动势变比电动势变比ke：定、转子绕组电动势之比：定、转子绕组电动势之比定、转子侧电动势平衡方程定、转子侧电动势平衡方程从电路分析角度来看，转子从电路分析角度来看，转子静止时的异步电机电压方程静止时的异步电机电压方程与二次级侧短路时的变压器与二次级侧短路时的变压器电压方程相似电压方程相似电气工程与自动化学院电气工程

28、与自动化学院32由由于于定定、转转子子磁磁动动势势F1与与F2空空间间保保持持相相对对静静止止，故故可以合成为一等效的励磁磁动势：可以合成为一等效的励磁磁动势：3.3.磁动势平衡方程式磁动势平衡方程式类似于变压器磁动势，将上式改写为：类似于变压器磁动势，将上式改写为：异步电机气隙中，全部磁动势由定子产生；异步电机气隙中，全部磁动势由定子产生；Fm为励磁分量，用以产生气隙旋转基波磁场；为励磁分量，用以产生气隙旋转基波磁场；F1L为负载分量，用以平衡转子磁动势的作用，它与转子为负载分量，用以平衡转子磁动势的作用，它与转子磁动势大小相等方向相反。磁动势大小相等方向相反。电气工程与自动化学院电气工程与

29、自动化学院33选选择择F1与与I1同同相相位位、F2与与I2同同相相位位，Fm与与Im同同相相位位，用用电电流流在在时时间间上上的的相相位位关关系系表表示示磁磁动动势势在在空空间间上上的的相相位位关关系，则磁动势平衡方程系，则磁动势平衡方程可改写为：可改写为：定义电流比定义电流比则磁动势平衡方程式可表示为：则磁动势平衡方程式可表示为：异步电动机定子电流异步电动机定子电流I1分成分成Im和和I1L两个分量；两个分量；Im是励磁分量，用于建立电是励磁分量，用于建立电机铁心中的主磁通机铁心中的主磁通m；I1L是负载分量，用于建立磁是负载分量，用于建立磁动势动势F1L去平衡转子磁势去平衡转子磁势F2。

30、电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院34转子静止时的基本方程转子静止时的基本方程定子侧：定子侧：转子侧：转子侧：定、转子关联方程：定、转子关联方程：感应电动势方程：感应电动势方程：Zm=Rm+jXm为励磁阻抗；为励磁阻抗；Rm为励磁电阻，代表铁耗的等效电阻；为励磁电阻，代表铁耗的等效电阻；Xm为励磁电抗，反映主磁通在电路中的作用。为励磁电抗，反映主磁通在电路中的作用。4.4.4.4.绕组折算与等效电路绕组折算与等效电路绕组折算与等效电路绕组折算与等效电路 电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院35绕组折算绕组折算转转子子绕绕组组折折算算把把实实际际相相数数为为m2、绕绕组组匝匝数数为为N

31、2、绕绕组组系系数数为为kN2的的转转子子绕绕组组，折折算算成成与与定定子子绕绕组组有有相相同同相相数数m1、相同匝数相同匝数N1和相同绕组系数和相同绕组系数kN1转子绕组。转子绕组。折算原则：折算原则：气隙主磁通不变；气隙主磁通不变；定子各种物理量均不变，对电网等效；定子各种物理量均不变，对电网等效；转子磁动势不变，各种功率均不变（功率因数不变）。转子磁动势不变，各种功率均不变（功率因数不变）。绕组折算主要有电流折算、电动势折算和阻抗折算。绕组折算主要有电流折算、电动势折算和阻抗折算。电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院36电流折算电流折算 根据折算前后转子磁动势应保持不变原则根据折算前

32、后转子磁动势应保持不变原则电动势折算电动势折算 根据折算前后转子磁动势不变原则根据折算前后转子磁动势不变原则电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院37阻抗折算阻抗折算 根据折算前后转子铜耗保持不变原则根据折算前后转子铜耗保持不变原则 根据折算前后转子功率因数保持不变原则根据折算前后转子功率因数保持不变原则电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院38 折算到定子侧的异步电机基本方程式组为折算到定子侧的异步电机基本方程式组为 电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院39等效电路等效电路 经经折折算算后后，同同变变压压器器类类似似，可可得得异异步步电电动动机机在在转转子子静静止止时时的的T T型等

33、效电路。型等效电路。电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院40参数的物理意义参数的物理意义 异异步步电电动动机机中中，磁磁通通由由三三相相绕绕组组联联合合产产生生；变变压压器器中中，磁磁通通由由一相绕组一相绕组产生。产生。为定为定/转子漏抗，转子漏抗，由定由定/转子三相电流联合产转子三相电流联合产生的漏磁通，在定生的漏磁通，在定/转子每转子每一相上引起的电抗；一相上引起的电抗；Rm为励磁电阻，代表铁心损耗的等效电阻；为励磁电阻，代表铁心损耗的等效电阻；Xm为励磁电抗，反映主磁通在电路中的作用，非线性。为励磁电抗，反映主磁通在电路中的作用，非线性。R1/R2为定为定/转子绕组电阻；转子绕组电阻

34、；折算后，转子静止时的异步电机等效电路与二次级侧短路时的折算后，转子静止时的异步电机等效电路与二次级侧短路时的变压器等效电路相同。变压器等效电路相同。定、转子基波磁动势空间相对静止定、转子基波磁动势空间相对静止定、转子基波磁动势空间相对静止定、转子基波磁动势空间相对静止5.25.2三相异步电动机运行原理三相异步电动机运行原理三相异步电动机运行原理三相异步电动机运行原理转子静止时的异步电机转子静止时的异步电机转子旋转时的异步电机转子旋转时的异步电机异步电机参数测定异步电机参数测定内部电磁关系与基本方程内部电磁关系与基本方程内部电磁关系与基本方程内部电磁关系与基本方程频率折算与绕组折算频率折算与绕

35、组折算频率折算与绕组折算频率折算与绕组折算转子旋转对转子侧各量的影响转子旋转对转子侧各量的影响转子旋转对转子侧各量的影响转子旋转对转子侧各量的影响等效电路等效电路等效电路等效电路电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院42转子旋转时的异步电机：转子旋转时的异步电机：定子绕组施加三相对称电压；定子绕组施加三相对称电压；转子绕组短路；转子绕组短路；假设：气隙中只有基波磁通，定、转子绕组上只感应有基波电势。假设：气隙中只有基波磁通，定、转子绕组上只感应有基波电势。二、转子旋转时的异步电动机二、转子旋转时的异步电动机二、转子旋转时的异步电动机二、转子旋转时的异步电动机电气工程与自动化学院电气工程与自动

36、化学院431、转子旋转对转子各物理量的影响、转子旋转对转子各物理量的影响转子频率转子频率转转子子旋旋转转时时，转转子子绕绕组组的的电电动动势势和和电电流流的的频频率率与与转转子子的的转转速速有关，取决于气隙旋转磁场与转子的相对速度（有关，取决于气隙旋转磁场与转子的相对速度（n1-n）。）。转子电动势和电流的频率称为转子频率，有转子电动势和电流的频率称为转子频率，有因转子频率与转差率成正比，又称为转差频率。因转子频率与转差率成正比，又称为转差频率。异异步步电电动动机机额额定定负负载载时时，s通通常常在在0.020.05范范围围内内，即即当当f1=50Hz时时，f2=12.5Hz，由由此此可可知知

37、转转子子旋旋转转时时转转子子感感应应电电势和电流的频率很低，因而转子铁耗可以忽略。势和电流的频率很低，因而转子铁耗可以忽略。电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院44 转子相绕组感应电动势转子相绕组感应电动势转子相绕组感应电动势转子相绕组感应电动势 转子相绕组漏阻抗转子相绕组漏阻抗转子相绕组漏阻抗转子相绕组漏阻抗 转子相电流转子相电流转子相电流转子相电流电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院45转转子子转转动动后后，由由转转子子电电流流所所产产生生的的转转子子基基波波旋旋转转磁磁动动势势相相对对于转子绕组的转速为于转子绕组的转速为转子基波旋转磁势转子基波旋转磁势相对于定子绕组的转速为相对于

38、定子绕组的转速为转转子子基基波波旋旋转转磁磁动动势势和和定定子子基基波波旋旋转转磁磁动动势势没没有有相相对对运动，即运动，即定、转子磁动势空间仍相对静止定、转子磁动势空间仍相对静止。2、定、转子磁动势空间仍相对静止、定、转子磁动势空间仍相对静止电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院46不不论论转转子子静静止止还还是是旋旋转转，定定、转转子子磁磁动动势势与与在在空空间间上上总总相相对静止，都以同步速对静止，都以同步速n1旋转；旋转；和和仍仍可可空空间间矢矢量量合合成成，等等效效为为合合成成的的激激磁磁磁磁动动势势，即即磁势平衡方程式不变磁势平衡方程式不变电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院

39、47转子回路的频率转子回路的频率转子回路的频率转子回路的频率 。3 3、内部电磁关系与基本方程、内部电磁关系与基本方程气隙中的旋转磁场由气隙中的旋转磁场由F2与与F1共同建立；共同建立；F2与与F1空间相对静止，转速同为空间相对静止，转速同为n1；，电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院48转子旋转时的基本方程式转子旋转时的基本方程式 电压平衡方程式电压平衡方程式电压平衡方程式电压平衡方程式定子侧：定子侧：转子侧：转子侧：磁动势平衡方程式磁动势平衡方程式转子回路的频率转子回路的频率转子回路的频率转子回路的频率 ；转子电阻转子电阻转子电阻转子电阻 ；转子漏电抗和频率成正比，因此有转子漏电抗和频

40、率成正比，因此有转子漏电抗和频率成正比，因此有转子漏电抗和频率成正比，因此有 ；转子电动势大小和频率成正比，因此有转子电动势大小和频率成正比，因此有转子电动势大小和频率成正比，因此有转子电动势大小和频率成正比，因此有 。电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院49 通过分析可以得到定、转子回路的电动势方程和等效电路：通过分析可以得到定、转子回路的电动势方程和等效电路：4、频率折算与绕组折算、频率折算与绕组折算转子回路频率与定子回转子回路频率与定子回路频率不相同，导致二者基路频率不相同，导致二者基本方程式和等效电路均无法本方程式和等效电路均无法实现直接连通，无法得到统实现直接连通，无法得到统一的

41、等效电路。因此，需一的等效电路。因此，需寻寻求求“等效静止转子等效静止转子”，将转，将转子系统的频率折算为定子系子系统的频率折算为定子系统的频率。统的频率。电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院50 转子频率折算转子频率折算转子频率折算转子频率折算频频率率折折算算定定义义：用用一一等等效效的的静静止止转转子子回回路路替替代代实实际际转转动动的的转转子回路，使转子电路与定子电路有相同频率。子回路，使转子电路与定子电路有相同频率。频频率率折折算算原原则则：频频率率归归算算前前后后，保保持持转转子子磁磁动动势势不不变变，从从而而保保持持磁磁动动势势平平衡衡关关系系不不变变，进进而而定定子子电电流流

42、的的大大小小和和相相位位不不变变，且损耗和功率不变（对电网等效）。且损耗和功率不变（对电网等效）。转子旋转与否影响了转子绕组的频率，但是对转子磁动势相转子旋转与否影响了转子绕组的频率，但是对转子磁动势相对定子的转速（即同步速对定子的转速（即同步速 ）不会产生影响。现在寻求一个所）不会产生影响。现在寻求一个所谓的谓的“等效等效”静止转子，它产生的磁动势肯定和转子旋转时候的静止转子，它产生的磁动势肯定和转子旋转时候的磁动势相比是不变的，只是转子绕组的频率就由磁动势相比是不变的，只是转子绕组的频率就由 改变为改变为 而已，这就是转子绕组频率折算的思路。而已，这就是转子绕组频率折算的思路。电气工程与自

43、动化学院电气工程与自动化学院51 转子磁动势是由转子电流产生的，那么要保持折算前后转子转子磁动势是由转子电流产生的，那么要保持折算前后转子磁动势不变，只需折算前后转子电流有效值和相位不变（只是频磁动势不变，只需折算前后转子电流有效值和相位不变（只是频率改变）：率改变）：转子旋转时和转子静止时相转子旋转时和转子静止时相比，等效电路只在转子绕组比，等效电路只在转子绕组中多了中多了电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院52电阻电阻 的物理意义的物理意义在在实实际际转转动动的的电电机机中中，转转子子回回路路中中并并无无此此项项电电阻阻，但但有有机机械械功功率输出。率输出。频频率率折折算算后后的的转转

44、子子电电路路中中，因因已已等等效效成成静静止止转转子子，电电机机没没有有机机械功率输出，但却串入附加电阻械功率输出，但却串入附加电阻 ，其消耗电功率为，其消耗电功率为该电功率该电功率 用来模拟轴上的机械功率。用来模拟轴上的机械功率。电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院53进一步讨论进一步讨论不不论论静静止止或或者者旋旋转转的的转转子子，其其转转子子磁磁动动势势总总以以同同步步转转速速旋旋转转，即即转转子子磁磁动动势势的的绝绝对对转转速速不不变变，又又因因频频率率折折算算不不涉涉及及大大小小及及相相位位的的变变化化，故故频频率率折折算算前前后后电电机机的的磁磁动动势势平平衡衡依依然然维维持。

45、持。频频率率折折算算后后，静静止止的的转转子子不不再再输输出出机机械械功功率率，即即电电机机的的功功率率平衡中少了一项平衡中少了一项机械功率。机械功率。同同时时，静静止止的的转转子子回回路路中中多多了了一一个个附附加加电电阻阻，而而转转子子电电流流又又没有变，所以多了一项电阻功率。没有变，所以多了一项电阻功率。因此，附加电阻上消耗的电功率等于电机输出的机械功率因此，附加电阻上消耗的电功率等于电机输出的机械功率电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院54频率折算后的基本方程频率折算后的基本方程频率折算后的基本方程频率折算后的基本方程频频频频率率率率折折折折算算算算仅仅仅仅用用用用静静静静止止止止

46、转转转转子子子子回回回回路路路路代代代代替替替替旋旋旋旋转转转转转转转转子子子子回回回回路路路路，而而而而转转转转子子子子绕组（匝数、相数）保持不变。绕组（匝数、相数）保持不变。绕组（匝数、相数）保持不变。绕组（匝数、相数）保持不变。电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院55 绕组折算绕组折算绕组折算绕组折算为为了了简简化化计计算算，便便于于导导出出一一体体化化的的等等效效电电路路，须须将将频频率率折折算后的转子回路再通过绕组折算。算后的转子回路再通过绕组折算。绕绕组组折折算算方方法法：把把转转子子绕绕组组折折算算到到定定子子侧侧，用用一一个个相相数数为为m1、匝匝数数为为N1、绕绕组组系系

47、数数为为kN1(与与定定子子绕绕组组相相同同的的)的的等等效效转转子子绕绕组组来替代实际的转子绕组。来替代实际的转子绕组。绕绕组组折折算算原原则则：折折算算前前后后转转子子磁磁动动势势F2不不变变，且且转转子子的的各各种种功功率不变。率不变。各各物物理理量量的的折折算算值值：转转子子绕绕组组的的电电压压、感感应应电电动动势势乘乘以以电电动动势势变变比比ke，电电流流除除以以电电流流变变比比ki，阻阻抗抗乘乘以以电电动动势势变变比比ke和和电流变比电流变比ki，即，即电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院56绕组折算后的基本方程组绕组折算后的基本方程组绕组折算后的基本方程组绕组折算后的基本方程

48、组电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院575 5 5 5、异步电机等效电路、异步电机等效电路、异步电机等效电路、异步电机等效电路 T T T T型等效电路型等效电路型等效电路型等效电路 经过经过转子的频率折算和绕组折算，转子的频率折算和绕组折算，转子绕组电动势和定子绕转子绕组电动势和定子绕组电动势就完全相同了，因而可将定、转子回路分离的等效电路组电动势就完全相同了，因而可将定、转子回路分离的等效电路统一，得到异步电动机的统一，得到异步电动机的“T T”型等效电路如下：型等效电路如下：m电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院58参数的物理意义参数的物理意义为定子漏抗，由定子三为定子漏抗，由

49、定子三相电流联合产生的漏磁通，在相电流联合产生的漏磁通，在定子每一相上引起的电抗；定子每一相上引起的电抗；Rm为励磁电阻，代表铁心损耗的等效电阻；为励磁电阻，代表铁心损耗的等效电阻；Xm为励磁电抗，反映主磁通在电路中的作用，非线性。为励磁电抗，反映主磁通在电路中的作用，非线性。R1/为定子绕组电阻；为定子绕组电阻；R2为绕组折算后转子电阻；为绕组折算后转子电阻；为转子漏抗，由转子三相电流联合产生的漏磁通，在转子每为转子漏抗，由转子三相电流联合产生的漏磁通，在转子每一相上引起的电抗；一相上引起的电抗；为附加电阻，由频率折算产生，代表机械负载等效电阻；为附加电阻，由频率折算产生，代表机械负载等效电

50、阻；m电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院59相量图相量图电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院60 利用利用T T型等效电路可以分析异步电机不同的运行情况型等效电路可以分析异步电机不同的运行情况空载（电动机运行）：空载（电动机运行）：转速接近同步速，转速接近同步速，s-0，附加电阻，附加电阻-，转子处于开路；，转子处于开路；功率因数滞后，且很小。功率因数滞后，且很小。额定负载（电动机运行）：额定负载（电动机运行）：sN5%，附加电阻为，附加电阻为19R2，转子回路接近电阻性；，转子回路接近电阻性；功率因数较高（功率因数较高（），且滞后。），且滞后。发电机状态：发电机状态：转速大于同步速