三相异步电动机的运行原理要点.ppt

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1、第十九章第十九章 三相异步电动机的运行原理三相异步电动机的运行原理教学要求：教学要求：1 1、掌握三相异步电动机转子不转、转子绕组、掌握三相异步电动机转子不转、转子绕组开路时的电磁关系开路时的电磁关系 2 2、掌握三相异步电动机转子堵转时的电磁关系、掌握三相异步电动机转子堵转时的电磁关系 3 3、掌握三相异步电动机转子旋转时的电磁关、掌握三相异步电动机转子旋转时的电磁关系 分析异步电动机的运行原理，在方法上类似于变分析异步电动机的运行原理，在方法上类似于变压器的分析方法，因此在学习过程中要注意电磁关压器的分析方法，因此在学习过程中要注意电磁关系上和变压器的有何异同；在下面的分析过程中由系上和变

2、压器的有何异同；在下面的分析过程中由简至繁：先分析异步电动机转子绕组开路时的电磁简至繁：先分析异步电动机转子绕组开路时的电磁关系，再分析转子堵转时的，最后分析转子旋转时关系，再分析转子堵转时的，最后分析转子旋转时的电磁关系。的电磁关系。在分析中我们讨论绕线型异步电动机，最后说明在分析中我们讨论绕线型异步电动机，最后说明鼠笼型异步电动机的一些不同特点。鼠笼型异步电动机的一些不同特点。一、规定正方向一、规定正方向1.定转子电动势、电流正方向：首进尾出；定转子电动势、电流正方向：首进尾出；2.2.定子电压正方向：首端指向末端（电动机惯例）；定子电压正方向：首端指向末端（电动机惯例）；3.转子电压正方

3、向：末端指向首端（发电机惯例）；转子电压正方向：末端指向首端（发电机惯例）；4.定转子绕组轴线与电流正方向成右手关系；定转子绕组轴线与电流正方向成右手关系；5.电流为正序，旋转磁场方向为逆时针方向；电流为正序，旋转磁场方向为逆时针方向；6.磁动势，磁通正方向：由定子指向转子；磁动势，磁通正方向：由定子指向转子；7.假设转子位置超前定子位置任意电角度假设转子位置超前定子位置任意电角度 （）。）。第一节第一节 三相异步电动机转子不转、转三相异步电动机转子不转、转子绕组开路时的电磁关系子绕组开路时的电磁关系二、转子绕组开路时的基本电磁关系二、转子绕组开路时的基本电磁关系定子绕组接三相对称电源上，转子

4、绕组开路，相定子绕组接三相对称电源上，转子绕组开路，相当于变压器空载运行。当于变压器空载运行。说明：上图中说明：上图中 Es1 为定子绕组感应的漏电动势，为定子绕组感应的漏电动势，X1 为定子为定子绕组漏电抗，其物理意义和分析方法类同于变压器中对漏电绕组漏电抗，其物理意义和分析方法类同于变压器中对漏电动势和漏电抗。动势和漏电抗。三、各电磁量之间的关系三、各电磁量之间的关系 1 与与 之间的关系之间的关系幅值：幅值：转向：由电流相序决定，转向：由电流相序决定，为逆时针旋转；为逆时针旋转；转速：为同步转速转速：为同步转速在时空相矢图中，由于定子轴线在时空相矢图中，由于定子轴线+A1和时间轴和时间轴

5、+j1 重合，因此重合，因此F0与与 I0 也重合。也重合。2 与与 之间的关系之间的关系 假设电动机气隙均匀，基波旋转磁动势假设电动机气隙均匀，基波旋转磁动势 产生空产生空间正弦分布的气隙磁通密度间正弦分布的气隙磁通密度 ，在忽略铁心损耗情况，在忽略铁心损耗情况下，下，与与 同相位，如图所示。同相位，如图所示。横穿定子槽交链定子绕组端部定子的槽漏磁通和端部漏磁通，只交链定子绕组，与定子的槽漏磁通和端部漏磁通，只交链定子绕组，与转子绕组没有互感作用，不传递能量。转子绕组没有互感作用，不传递能量。3主磁通主磁通 与定子漏磁通与定子漏磁通定子漏磁通定子漏磁通气隙中每极主磁通量气隙中每极主磁通量 可

6、以表示为：可以表示为：其中：其中：为气隙平均磁密；为气隙平均磁密；为定子的极距；为定子的极距；为电机轴向为电机轴向有效长度有效长度主磁通在定转子绕组中引起的磁链用主磁通在定转子绕组中引起的磁链用 ，表示，这样容易求得表示，这样容易求得和定转子绕组交链的最大磁链。和定转子绕组交链的最大磁链。定子一相磁链最大值：定子一相磁链最大值：转子一相磁链最大值：转子一相磁链最大值：由于定转子静止，同步速旋转的气隙磁密引起的和定转子绕组由于定转子静止，同步速旋转的气隙磁密引起的和定转子绕组交链的磁链幅值随时间是正弦变化的，我们以上图中电流的瞬交链的磁链幅值随时间是正弦变化的，我们以上图中电流的瞬时位置作为时间

7、的起点，可得定转子时位置作为时间的起点，可得定转子A相磁链的时间表达式：相磁链的时间表达式：用相量表示为用相量表示为 ，。可以看出转子磁链。可以看出转子磁链 在时间相位上在时间相位上落后于定子磁链落后于定子磁链 一个电角度一个电角度 ，这是由于转子位置（，这是由于转子位置（+A2）在空间上超前于定子位置（）在空间上超前于定子位置（+A1）一个电角度）一个电角度 。具体相。具体相位关系见下图：位关系见下图：4感应电动势感应电动势 、（1）（2）的大小和相位：的大小和相位：用有效值表示：用有效值表示：在时间相位上落后于定子磁链在时间相位上落后于定子磁链 一个一个90o角。角。（3）的大小和相位：的

8、大小和相位：用有效值表示：用有效值表示：在时间相位上落后于定子磁链在时间相位上落后于定子磁链 一个一个90o角。角。根据前面分析可得：根据前面分析可得：定转子感应电动势有效值的比值为：定转子感应电动势有效值的比值为：（4）和和 之间的关系之间的关系 ke 称为异步电动机的电压变比。在相位关系上：在相位关系上：落后于落后于 时间电角度时间电角度 ，即：，即：5励磁电流励磁电流 和分析变压器空载运行时一样，转子开路时异步电动机和分析变压器空载运行时一样，转子开路时异步电动机的定子电流的定子电流 实质就是励磁电流。实质就是励磁电流。由于铁耗的存在，定子电流由于铁耗的存在，定子电流 和定子磁链和定子磁

9、链 就不同相就不同相位了，定子电流位了，定子电流 在时间相位上超前于定子磁链在时间相位上超前于定子磁链 一个一个很小的铁耗角。很小的铁耗角。四电压方程式和等效电路四电压方程式和等效电路 第二节第二节 三相异步电动机转子堵转三相异步电动机转子堵转时的电磁关系时的电磁关系 三相异步电动机的堵转运行状态类同于变压三相异步电动机的堵转运行状态类同于变压器的短路运行。器的短路运行。同步速旋转的气隙磁场切割转子绕组，在绕组中同步速旋转的气隙磁场切割转子绕组，在绕组中感应电动势感应电动势 ，产生转子电流，产生转子电流其频率为：其频率为：，相序和定子电流相序一样。，相序和定子电流相序一样。一、漏磁通一、漏磁通

10、变压器：脉动磁通，变压器：脉动磁通，m表示振幅；原、副绕组静止，磁通表示振幅；原、副绕组静止，磁通幅值按正弦变化，产生感应电势。幅值按正弦变化，产生感应电势。定子电流产生的漏磁通，表现的漏电抗为定子电流产生的漏磁通，表现的漏电抗为 ；转子电流产生的漏磁通，表现的漏电抗为转子电流产生的漏磁通，表现的漏电抗为 ；一般；一般情况虾，定、转子漏电抗均为常数。情况虾，定、转子漏电抗均为常数。主磁通：主磁通：异步电机：旋转磁通，沿气隙按正弦分布且以同步速旋转；异步电机：旋转磁通，沿气隙按正弦分布且以同步速旋转；主磁通与转子有相对运动，（磁通幅值不变化），转子中主磁通与转子有相对运动，（磁通幅值不变化），转

11、子中交链磁链变化，产生感应电势。交链磁链变化，产生感应电势。二、转子回路电压方程二、转子回路电压方程转子绕组回路的功率因数角幅值：幅值：转向：由电流相序决定，为逆时针旋转；转向：由电流相序决定，为逆时针旋转；转速：为同步转速转速：为同步转速瞬间位置：瞬间位置：三、转子磁动势三、转子磁动势在时空相矢图中，由于定子轴线在时空相矢图中，由于定子轴线+A1和时间轴和时间轴+j1 重合，因重合，因此此F1与与 I1 重合；但转子轴线重合；但转子轴线A2和时间轴和时间轴j2不重合，所不重合，所以以F2与与I2不重合。不重合。对时空相矢图进一步分析得到重要结论：和 不重合，相差了任意一个 角，但是 和气隙磁

12、密 之间的夹角为 与 大小无关。也就是说，不管转子位置如何，转子磁动势和气隙合成磁密之间夹角总等于 ，转子磁动势对气隙合成磁密的影响不会改变。四、定子磁动势四、定子磁动势 和励磁磁动势和励磁磁动势抵消转子磁动势产生主磁通的励磁磁动势五、转子位置角的折合五、转子位置角的折合 由于异步电动机定转子之间只存在电磁感应关系，仅有磁由于异步电动机定转子之间只存在电磁感应关系，仅有磁动势之间的联系，或者说转子对定子的影响是通过转子磁动势动势之间的联系，或者说转子对定子的影响是通过转子磁动势产生的，前面分析知道，转子的位置变化是不会影响磁动势对产生的，前面分析知道，转子的位置变化是不会影响磁动势对气隙磁密的

13、关系，那么我们人为地把定转子轴线气隙磁密的关系，那么我们人为地把定转子轴线A1和和A2重重合在一起，且都和时间轴合在一起，且都和时间轴j1、j2重合，不会影响电机运行重合，不会影响电机运行的本质。这样的处理方法称作为的本质。这样的处理方法称作为“转子位置角的折合转子位置角的折合”。这样。这样处理后处理后 和和 重合了，如下图所示：重合了，如下图所示：六、转子绕组的折合六、转子绕组的折合上式中，m2是转子绕组的相数，只有绕线型三相异步电动机转子绕组是三相，鼠笼式异步电动机转子绕组一般不是三相。如同变压器一样，要得到异步电动机的等效电路（即将定转如同变压器一样，要得到异步电动机的等效电路（即将定转

14、子只有磁联系而无电联系的定转子电路变换为既有磁联系又有电子只有磁联系而无电联系的定转子电路变换为既有磁联系又有电联系的统一的等效电路），则必须经过折算，将转子一侧的各物联系的统一的等效电路），则必须经过折算，将转子一侧的各物理量折算至定子一侧。理量折算至定子一侧。方法是，将转子绕组的相数为方法是，将转子绕组的相数为m2m2，有效匝数为，有效匝数为 的实际绕组，的实际绕组，折算到定子侧相数为折算到定子侧相数为3 3，有效匝数为，有效匝数为 的等效绕组。折算后的等效绕组。折算后的转子绕组应保持原来的电磁关系和平衡，即折算后转子磁动势的转子绕组应保持原来的电磁关系和平衡，即折算后转子磁动势的大小和相

15、位不变。为了区别原来转子侧的电磁量，折算后的电的大小和相位不变。为了区别原来转子侧的电磁量，折算后的电磁量都在其右上角打上磁量都在其右上角打上“”“”。下面讨论转子各电磁量折算的原则。下面讨论转子各电磁量折算的原则和方法。和方法。七基本方程式、等效电路和相量图七基本方程式、等效电路和相量图 第三节第三节 三相异步电动机转子旋转时的三相异步电动机转子旋转时的电磁关系电磁关系 一、一、转子回路电压方程转子回路电压方程转子转动后，转子绕组的电势和电流的频率与转子的转速有关转子转动后，转子绕组的电势和电流的频率与转子的转速有关取决于气隙旋转磁场与转子的相对速度。取决于气隙旋转磁场与转子的相对速度。转子

16、电势和电流的频率（转子频率，与转差率成正比，又称为转子电势和电流的频率（转子频率，与转差率成正比，又称为转差频率）为：转差频率）为：转子转动后的基本方程式转子转动后的基本方程式转子转动后的基本方程式转子转动后的基本方程式转子感应电势以及转子漏电抗均与转差率成正比。转子感应电势以及转子漏电抗均与转差率成正比。二、二、定、转子磁动势关系定、转子磁动势关系1、定子磁动势定子磁动势2、转子旋转磁动势转子旋转磁动势幅值：幅值：转向：由电流相序决定，为逆时针旋转；转向：由电流相序决定，为逆时针旋转；转速：转速：瞬间位置：瞬间位置：当转子绕组哪相电流达最大值，转子磁动势正当转子绕组哪相电流达最大值，转子磁动

17、势正好位于该相绕组轴线上。好位于该相绕组轴线上。3、励磁磁动势励磁磁动势幅值幅值转向：二者相对于定子都为逆时针旋转；转向：二者相对于定子都为逆时针旋转；转速：转速：转子转动后，由转子电流所产生的转子基波旋转磁势相对转子转动后，由转子电流所产生的转子基波旋转磁势相对于转子的转速为于转子的转速为转子基波旋转磁势相对于定子的转速为转子基波旋转磁势相对于定子的转速为由转子电流所产生的转子基波旋转磁势和由定子电流所由转子电流所产生的转子基波旋转磁势和由定子电流所产生的定子基波旋转磁势没有相对运动。（磁势平衡式产生的定子基波旋转磁势没有相对运动。（磁势平衡式不变）不变）4、转子时空相矢量图转子时空相矢量图

18、三、转子绕组频率折合三、转子绕组频率折合l频率归算用一等效的转子电路替代实际转动的转子电路，使与定子电路有相同频率。（转子静止转子静止）l保持频率归算后的转子电流的大小和相位不变保持频率归算后的转子电流的大小和相位不变，可保持磁势平衡不变，保持定子电流的大小和相位不变保持了损耗和功率不变。电阻电阻 的物理意义的物理意义l在实际转动的电机中，在转子回路中并无此项电阻，在实际转动的电机中，在转子回路中并无此项电阻，但有机械功率输出。但有机械功率输出。l在频率归算后的转子电路中，因已等效成静止转子，在频率归算后的转子电路中，因已等效成静止转子，没有机械功率输出，但却串入附加电阻没有机械功率输出，但却

19、串入附加电阻 ，其电功率为其电功率为 电功率电功率 模拟轴上的机械功率。模拟轴上的机械功率。进一步讨论l不论静止或者旋转的转子，其转子磁势总以同不论静止或者旋转的转子，其转子磁势总以同步转速旋转，即转子磁势的转速不变，大小相步转速旋转，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。位又没有变，故电机的磁势平衡依然维持。l静止的转子不再输出机械功率，即电机的功率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。平衡中少了一大块机械功率。l静止的转子中多了一个附加电阻，而电流有没静止的转子中多了一个附加电阻，而电流有没有变，所以多了一个电阻功率。有变，所以多了一个电阻功率。l分析证明：附加电阻上消耗的电功率等于电机分析证明：附加电阻上消耗的电功率等于电机输出的机械功率输出的机械功率四基本方程式四基本方程式五等效电路五等效电路 T形等效电路形等效电路各参数的物理意义各参数的物理意义：定子绕组的电阻r1、漏抗x1转子绕组归算后归算后的电阻r2、漏抗x2定子铁耗的等效电阻对应主磁通的励磁电抗等效机械负载的附加电阻