第4章 异步电机.ppt

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1、第第 4 章章 异步电机异步电机 4.1 三相异步电动机的基本结构与工作原理三相异步电动机的基本结构与工作原理 4.2 三相交流电机的绕组三相交流电机的绕组 4.3 三相交流绕组的磁动势三相交流绕组的磁动势 4.4 三相交流绕组的电动势三相交流绕组的电动势 4.5 三相异步电动机的等效电路三相异步电动机的等效电路 4.6 三相异步电动机的功率和转矩三相异步电动机的功率和转矩 4.7 三相异步电动机的工作特性和参数测定三相异步电动机的工作特性和参数测定 4.8 单相异步电动机单相异步电动机*4.9 三相异步发电机三相异步发电机第第 4 章章 异步电机异步电机 4.1 三相异步电动机的基本结构与工

2、作原理三相异步电动机的基本结构与工作原理 4.2 三相交流电机的绕组三相交流电机的绕组 4.3 三相交流绕组的磁动势三相交流绕组的磁动势 4.4 三相交流绕组的电动势三相交流绕组的电动势 4.5 三相异步电动机的等效电路三相异步电动机的等效电路 4.6 三相异步电动机的功率和转矩三相异步电动机的功率和转矩 4.7 三相异步电动机的工作特性和参数测定三相异步电动机的工作特性和参数测定 4.8 单相异步电动机单相异步电动机*4.9 三相异步发电机三相异步发电机大连理工大学电气工程系4.1 三相异步电机的基本结构与工三相异步电机的基本结构与工作原理作原理4.1.1 基本结构基本结构1.定子定子 定子

3、铁心、定子绕组、定子铁心、定子绕组、机座和端盖等。机座和端盖等。定子铁心的硅钢片定子铁心的硅钢片大连理工大学电气工程系 定子铁心定子铁心大连理工大学电气工程系 定子绕组定子绕组对称三相绕组。对称三相绕组。大连理工大学电气工程系 定子定子大连理工大学电气工程系 定子接线盒定子接线盒U1 V1 W1W2 U2 V2U1 V1 W1U2 V2 W2U1 V1 W1W2 U2 V 2星星形形(Y)联联结结3 U1 V1 W1W2 U2 V 2三三角角形形()联联结结3 大连理工大学电气工程系转子铁心、转子绕组、转轴、风扇等。转子铁心、转子绕组、转轴、风扇等。转子铁心冲片转子铁心冲片2.转子：转子：笼型

4、绕组笼型绕组铜条笼铜条笼型转子型转子铸铝笼铸铝笼型转子型转子大连理工大学电气工程系 笼型异步电动机的转子笼型异步电动机的转子第第 4 章章 异步电机的基本理论异步电机的基本理论大连理工大学电气工程系 绕线式异步电动机的转子绕线式异步电动机的转子 转子绕组转子绕组绕线式：绕线式：对称三相绕组。对称三相绕组。笼式：笼式：对称多相绕组。对称多相绕组。大连理工大学电气工程系 三相笼型异步电动机的部件图三相笼型异步电动机的部件图三相异步电动机的部件图三相异步电动机的部件图大连理工大学电气工程系 三相绕线型异步电动机的结构三相绕线型异步电动机的结构绕线异步电动机示意图绕线异步电动机示意图大连理工大学电气工

5、程系 三相笼型异步电动机的结构三相笼型异步电动机的结构大连理工大学电气工程系 大连理工大学电气工程系4.1.2 额定值额定值 三相异步电动机三相异步电动机型型 号号 Y132S6功功 率率 3 kW 频频 率率 50Hz电电 压压 380 V 电电 流流 7.2 A 联联 结结 Y转转 速速 960r/min 功率因数功率因数 0.76 绝缘等级绝缘等级 B2p=6轴上输出额轴上输出额定机械功率定机械功率P1N=3 UNIN cos NPN=NP1N=3 UNIN cos N N线电线电压压线电线电流流大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系V2 V14.1.3 三相异步电动机的工作原理三

6、相异步电动机的工作原理一、旋转磁场一、旋转磁场1.旋转磁场的产生旋转磁场的产生三相三相(多相多相)电流电流 三相三相(多相多相)绕组绕组 旋转磁场。旋转磁场。三相绕组：三相绕组：W2 W1U1 U2 大连理工大学电气工程系U1 V1 W1U2 V2 W2横截面横截面U1U2V1V2W2W1流出流出流入流入大连理工大学电气工程系U V WU1U2V1V2W2W1i1=Imsinti2=Imsin(t120O)i3=Imsin(t+120O)tOImi1 i2 i3t =0O 时时i1=0，i2 0，i3 0NS大连理工大学电气工程系U1U2V1V2W2W1t=0时时i1=0，i2 0，i30NS

7、U1U2V1V2W2W1NSt=120o 时时i10，i2=0，i3 0大连理工大学电气工程系U1U2V1V2W2W1U1U2V1V2W2W1NSNSt=240o 时时i1 0，i20，i3=0t=360o 时时i1=0，i2 0，i30大连理工大学电气工程系i 变化一周变化一周旋转磁场转一圈旋转磁场转一圈i 每秒钟变化每秒钟变化 50 周周旋转磁场转旋转磁场转 50 圈圈旋转磁场转旋转磁场转 3000 圈圈i 每分钟变化每分钟变化(5060)周周n1=3000=60 f1 (r/min)2.旋转磁场的转速旋转磁场的转速 n1 同步转速同步转速U1U2V1V2W2W1U1U2U3U4V1V4V

8、2V3W4W1W2W3每相绕组由一个线圈组成每相绕组由一个线圈组成每相绕组由两个线圈串联组成每相绕组由两个线圈串联组成大连理工大学电气工程系U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3t=0o 时时i1=0，i2 0，i3 0NSNS 磁极对数磁极对数 p p=2 电流变化一周电流变化一周 旋转磁场转旋转磁场转半半圈圈 n1=1500 当磁极对数当磁极对数 p=3 时时 n1=100060 f12=60 f13=60 f1pn1=大连理工大学电气工程系 f=50 Hz 时：时：1 2 3 4 5 6 3000 1500 1000 750 600 500pn1/(r/min)3.旋转磁场的转

9、向旋转磁场的转向(n1 的转向的转向)U(i1)V(i2)W(i3)怎样改变怎样改变 n1的方向的方向?V(i1)U(i2)W(i3)U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3NSNSU1U2V1V2W2W1NS大连理工大学电气工程系二、二、工作原理工作原理对称三相绕组对称三相绕组通入对称三相电流通入对称三相电流旋转磁场旋转磁场(磁场能量磁场能量)磁场线切割磁场线切割转子绕组转子绕组转子绕组中转子绕组中产生产生 e e 和和 i i转子绕组在磁场中转子绕组在磁场中受到电磁力的作用受到电磁力的作用转子旋转起来转子旋转起来机械负载机械负载旋转起来旋转起来三相交流电能三相交流电能感应感应电电磁

10、磁转转矩矩输出机械能量输出机械能量大连理工大学电气工程系NSn1n11.电磁转矩的产生电磁转矩的产生 n大连理工大学电气工程系M33M332.转子旋转的方向转子旋转的方向与旋转磁场的转向相同。与旋转磁场的转向相同。正正转转反反转转怎样改变转子的转向怎样改变转子的转向?nn大连理工大学电气工程系起动时：起动时：n=0,n=n1转差率转差率:起动时起动时:额定运行时额定运行时:3.转子转速转子转速 n 转子电磁感应最强转子电磁感应最强nn转子电磁感应消失转子电磁感应消失转子电磁感应减弱转子电磁感应减弱nn=n1电磁转矩电磁转矩 T=0n n1 nn=0，s=1sN=0.01 0.09s=n1nn1

11、100%理想空载时理想空载时:n=n1，s=0 正常运行时正常运行时:0nn1，1s0异步！异步！大连理工大学电气工程系 起动时：起动时：n=0，n=n0，I2=I2max，f2=f1。起动过程中起动过程中:nnI2(I1)f2。稳定运行时：稳定运行时：n=n1n 很小很小 f2=s f1 很低。很低。5.电磁转矩电磁转矩 Te的大小的大小 T ，I2cos 24.转子电路电量的变化转子电路电量的变化T=CTm I2cos 2大连理工大学电气工程系6.三相异步电机的四象限运行三相异步电机的四象限运行正向电动机状态：正向电动机状态：n 与与T 同方向同方向 0nn0 1s0nTO发电机状态：发电

12、机状态：n 与与T 反方向反方向 nn0 s0制动状态：制动状态：n 与与T 反方向反方向 n0 s1反向电动机状态反向电动机状态 表表3.1.2 异步电机的各种运行状态异步电机的各种运行状态 状态状态 制动状态制动状态 堵转状态堵转状态 电动机状态电动机状态 理想空载状态理想空载状态 发电机状态发电机状态转子转速转子转速转差率转差率n0 s1n=0s=10nn1 1s0n=n1s=0nn1s0大连理工大学电气工程系V2 V14.2 三相交流电机的绕组三相交流电机的绕组三相绕组三相绕组 W2 W1U1 U2 大连理工大学电气工程系1.基本概念基本概念(1)机械角度和电角度机械角度和电角度NSU

13、1U2U1U3U2U4 转子转一圈，转子转一圈，U 相绕组中相绕组中的感应电动势变化一周。的感应电动势变化一周。转子转一圈，转子转一圈，U 相绕组中相绕组中的感应电动势变化两周。的感应电动势变化两周。NNSS电角度电角度=机械角度机械角度极对数极对数大连理工大学电气工程系 三相电机三相电机:m=3(3)极对数极对数 p(4)槽数槽数 Q(5)槽距角槽距角：(6)极距极距：=p 360 Q相邻两个槽中心线之间的距离。相邻两个槽中心线之间的距离。相邻两磁极中心线间的距离。相邻两磁极中心线间的距离。=D2 p用尺寸表示：用尺寸表示：槽数槽数表示：表示：Q2 p=用电角度表示：用电角度表示：=(2)相

14、数相数 mNSU1U2V1V2W2W1大连理工大学电气工程系 线圈两线圈边的距离。线圈两线圈边的距离。其表示方法与极距的表示其表示方法与极距的表示方法一样也有三种。方法一样也有三种。(8)每极每相槽数每极每相槽数 qq=Q2 p m(7)线圈节距线圈节距 y1(9)(9)槽电动势星形图和相带槽电动势星形图和相带槽电动势星形图和相带槽电动势星形图和相带*每个极距内属于每相的槽所占的区域称相带每个极距内属于每相的槽所占的区域称相带*将槽将槽内导体电动势以相量内导体电动势以相量表示表示，把所有把所有槽导体电动槽导体电动势相量都画出来，构成一个辐射星形图，势相量都画出来，构成一个辐射星形图，称槽电动势

15、称槽电动势星形图星形图。NSU1U2V1V2W2W1大连理工大学电气工程系(9)(9)(9)(9)槽电动势星形图与相带槽电动势星形图与相带槽电动势星形图与相带槽电动势星形图与相带 （60606060 相带相带相带相带）U1U2W2W1V1V2Q Q3636，2 2p p4 4m=3 qm=3 q=3=3 =20=20 大连理工大学电气工程系2.交流绕组的种类交流绕组的种类(1)按相数分类按相数分类:单相绕组单相绕组、三相绕组三相绕组、两相绕组。两相绕组。整距绕组整距绕组:y1=短距绕组短距绕组:y1长距绕组长距绕组:y1 NSU1U2V1V2W2W1NSU1U2(2)按线圈节距分类按线圈节距分

16、类大连理工大学电气工程系(3)按每极每相槽数分类按每极每相槽数分类 集中绕组：集中绕组：q=1 分布绕组：分布绕组：q1 整数槽绕组：整数槽绕组：q q为整数为整数 分数槽绕组：分数槽绕组：q为分数为分数NSU1U2U3U4U5U6(4)按每个槽内线圈的层数分类按每个槽内线圈的层数分类单层绕组单层绕组双层绕组双层绕组大连理工大学电气工程系NS双层绕组双层绕组:双层集中绕组双层集中绕组外层外层(上层上层):U1、U3内层内层(下层下层):U2、U4U1U2U4U3NSU2U1U4U3 双层分布绕组双层分布绕组外层外层(上层上层):U1、U3内层内层(下层下层):U2、U4 (5)按线圈之间的联结

17、方式分类按线圈之间的联结方式分类:叠绕组、波绕组、同心绕组等。叠绕组、波绕组、同心绕组等。大连理工大学电气工程系例如：例如：Q=12，p=1，m=3，y=。每极每相槽数：每极每相槽数：z2 p mq=122 13=23.三相单层绕组三相单层绕组槽距角：槽距角：=p360 Q=1 36012=30线圈节距：线圈节距：Q2 py=12 22=6圈边圈边首端首端 尾端尾端12345678910 11 12三相单层绕组为整距绕组三相单层绕组为整距绕组三相单层绕组为整距绕组三相单层绕组为整距绕组大连理工大学电气工程系12345678910 11 12U1U2W2W1大连理工大学电气工程系12345678

18、910 11 12U1U2W2W1V1V2三相单层绕组三相单层绕组大连理工大学电气工程系NS例如：例如：Q=12，p=1，m=3，y=5。由计算得：由计算得：q=2，=30，y 。4.三相双层绕组三相双层绕组12345678910 11 121串联串联U1 U2 注：实线为上层线圈边，虚线为下层线圈边。注：实线为上层线圈边，虚线为下层线圈边。大连理工大学电气工程系NS12345678910 11 12U1 U218W2 W1310229大连理工大学电气工程系NS12345678910 11 12U1 U2W2 W1V1 V2三相双层绕组三相双层绕组大连理工大学电气工程系绕组磁动势实际上是绕组的

19、绕组磁动势实际上是绕组的气隙磁动势气隙磁动势1.单相绕组的磁动势单相绕组的磁动势 U1U2NS12Fyx=0OfyU1U2U1x4.3 三相交流绕组的磁动势三相交流绕组的磁动势1）整距线圈的磁动势）整距线圈的磁动势大连理工大学电气工程系3次次谐波谐波5次谐波次谐波整距线圈磁动势波形的分解整距线圈磁动势波形的分解由于对称关系，只存在由于对称关系，只存在基波和基波和3 3，5 5，7 7次谐波次谐波大连理工大学电气工程系结结 论论基波磁动势的幅值是矩形波磁动势的基波磁动势的幅值是矩形波磁动势的4/4/倍；倍；谐波磁动势幅值为基波幅值的谐波磁动势幅值为基波幅值的1/1/倍；倍；基波磁动势波长与原矩形

20、波长一样，磁极对数基波磁动势波长与原矩形波长一样，磁极对数亦相同；亦相同；谐波的波长为基波的谐波的波长为基波的1/1/，极对数为极波的，极对数为极波的倍。倍。基波幅值基波幅值线圈匝数线圈匝数基波基波大连理工大学电气工程系2 2）整距分布绕组的基波磁动势合成）整距分布绕组的基波磁动势合成线圈组磁动势幅值线圈组磁动势幅值分布因数分布因数大连理工大学电气工程系3 3）双层短距分布绕组的基波磁动势）双层短距分布绕组的基波磁动势双层短距等价为双层短距等价为两个整距绕组的两个整距绕组的磁动势合成磁动势合成两整距绕两整距绕组在空间组在空间错开角度错开角度分布因数分布因数线圈组磁动势幅值线圈组磁动势幅值大连理

21、工大学电气工程系4 4）单相绕组的磁动势基波单相绕组的磁动势基波相绕组的磁动势相绕组的磁动势=每对极下该相绕组的合成磁动势每对极下该相绕组的合成磁动势 绕组基波磁动势的幅值（统一公式）绕组基波磁动势的幅值（统一公式）绕组因数绕组因数每相串联匝数每相串联匝数N 2pqNy 双层双层 pqNy 单层单层基波磁动势基波磁动势大连理工大学电气工程系 单相绕组的脉振磁动势单相绕组的脉振磁动势 脉振磁磁动势：轴线不变，大小和方向随时间交变脉振磁磁动势：轴线不变，大小和方向随时间交变大连理工大学电气工程系三相基波磁动势的表达式为三相基波磁动势的表达式为 2.2.三相基波磁动势的合成三相基波磁动势的合成大连理

22、工大学电气工程系三相基波磁动势的分解三相基波磁动势的分解 单相脉振磁动势单相脉振磁动势可以分解为两个转速相等、转向相可以分解为两个转速相等、转向相反的旋转磁动势，每一个旋转磁动势的幅值为原脉反的旋转磁动势，每一个旋转磁动势的幅值为原脉振磁动势幅值的一半。振磁动势幅值的一半。大连理工大学电气工程系三相绕组基波磁动势的合成三相绕组基波磁动势的合成三相绕组基波磁动势幅值三相绕组基波磁动势幅值大连理工大学电气工程系旋转磁动势波旋转磁动势波大连理工大学电气工程系SNn0旋转磁动势波旋转磁动势波大连理工大学电气工程系结论结论(1)(1)极数：极数：基波旋转磁动势的极数与绕组的极数相基波旋转磁动势的极数与绕

23、组的极数相同。同。(2)(2)幅值：幅值：基波合成磁势的幅值保持恒定，为每相基波合成磁势的幅值保持恒定，为每相基波磁动势幅值的基波磁动势幅值的3/23/2倍。倍。(3)(3)转速：转速：基波旋转磁动势的转速就是磁场的同步基波旋转磁动势的转速就是磁场的同步转速。转速。波幅的旋转角速度波幅的旋转角速度磁动势旋转速度磁动势旋转速度大连理工大学电气工程系结论结论(4)(4)波幅位置：波幅位置：当某相电流达到最大值当某相电流达到最大值时，合成磁动势波幅就恰好移至该相绕组的轴线上。时，合成磁动势波幅就恰好移至该相绕组的轴线上。(5)(5)旋转方向：旋转方向：磁动势波的旋转方向是顺着磁动势波的旋转方向是顺着

24、x x增加的增加的方向。因此，三相合成基波磁动势的旋转方向决定于方向。因此，三相合成基波磁动势的旋转方向决定于三相电流的相序，总是由超前电流相转向滞后电流相。三相电流的相序，总是由超前电流相转向滞后电流相。(6)(6)单相脉振磁动势的分解：单相脉振磁动势的分解：可以分解为两个转速相可以分解为两个转速相等、转向相反的旋转磁动势，每一个旋转磁动势的幅等、转向相反的旋转磁动势，每一个旋转磁动势的幅值为原脉振磁动势幅值的一半。值为原脉振磁动势幅值的一半。大连理工大学电气工程系3、高次谐波磁动势、高次谐波磁动势 磁极的磁场磁极的磁场=基波磁场基波磁场+奇次谐波磁场奇次谐波磁场v 次谐波的极对数：次谐波的

25、极对数：pv=v pv 次谐波磁动势幅值：次谐波磁动势幅值：v 次谐波的绕组系数：次谐波的绕组系数：kwv=kyv kqv 基波极对数基波极对数 pv 次谐波的短距因数：次谐波的短距因数：v 次谐波的分布因数：次谐波的分布因数：kyv=sin v y90kqv=q 2 2sin vq sin v大连理工大学电气工程系 (1)在同步电机中，谐波磁动势所产生的磁场在同步电机中，谐波磁动势所产生的磁场在转子表面产生涡流损耗，使电机发热，在转子表面产生涡流损耗，使电机发热，。(2)在异步电机中，谐波磁场产生寄生转矩，在异步电机中，谐波磁场产生寄生转矩，影响其起动性能；损耗影响其起动性能；损耗，cos，

26、温升温升，。y=(0.8 0.83)改善气隙磁场分布；采用短距绕组和分布绕组。改善气隙磁场分布；采用短距绕组和分布绕组。谐波磁动势的影响：谐波磁动势的影响：大连理工大学电气工程系4 4、三相定子绕组建立的磁场、三相定子绕组建立的磁场主磁场气隙磁密主磁场气隙磁密大连理工大学电气工程系4.4 三相交流绕组的电动势三相交流绕组的电动势1.整距线圈的电动势整距线圈的电动势旋转磁场在整距线圈中产生的磁通旋转磁场在整距线圈中产生的磁通线圈线圈(串联匝数为串联匝数为Ny)的感应电动势的感应电动势 有效值有效值大连理工大学电气工程系2.短距的影响短距的影响 1）整距线圈的电动势）整距线圈的电动势SNy=EcE

27、cEcEcEcEy=EcEc=2Ec2）短距线圈的电动势短距线圈的电动势SNEcEcyEcEcEc y=180 y180oEy=EcEcEy=2Ec sin y 90=2Ec ky1 大连理工大学电气工程系Ey=4.44 f ky1 Nym 短距因数：短距因数：ky1=sin y90=短距线圈的电动势短距线圈的电动势整距线圈的电动势整距线圈的电动势3.分布绕组（线圈组）的感应电动势分布绕组（线圈组）的感应电动势 集中绕组：集中绕组：Eq=q 个线圈电动势的算术和个线圈电动势的算术和=q Ey 分布绕组：分布绕组：Eq=q 个线圈电动势的相量和个线圈电动势的相量和 q Ey大连理工大学电气工程系

28、已知：相邻两个线圈电动已知：相邻两个线圈电动 势的相位差为势的相位差为。如如：q=3，则：则：Ey1Ey2Ey3Ey1Ey2Ey3q 2REqEy=2R sin 2Eq=2R sinq 2Eq=Ey2q sin2sin=q Ey2q sin2q sin=q Ey kq1大连理工大学电气工程系分布因数：分布因数：kq1=2q sin2 q sin=分布绕组的电动势分布绕组的电动势集中绕组的电动势集中绕组的电动势Eq=4.44 f 1 ky1 kq1 q Nym 绕组因数绕组因数 kw：kw1=ky1 kq1 Eq=4.44 f1 kw q Nym4.每相绕组的电动势每相绕组的电动势E=4.44

29、f kw Nm 有效匝数有效匝数大连理工大学电气工程系4.5 三相异步电动机的等效电路三相异步电动机的等效电路异步电动机与变压器电磁作用过程相同，可采异步电动机与变压器电磁作用过程相同，可采用变压器的分析方法进行分析用变压器的分析方法进行分析 变压器变压器 与异步电动机电磁作用过程对比与异步电动机电磁作用过程对比 变压器变压器异步电动机异步电动机一次绕组、二次绕组一次绕组、二次绕组定子、转子定子、转子一次通电、二次感应一次通电、二次感应定子通电、转子感应定子通电、转子感应合成磁动势合成磁动势合成合成旋转旋转磁动势磁动势交变主磁通交变主磁通通过绕组的磁通交变通过绕组的磁通交变大连理工大学电气工程

30、系f2=p(n1n)60=s f1 转子电路的频率：转子电路的频率：E2s=4.44 s f1 kw2N2m 一、转子电路的电动势和磁动势一、转子电路的电动势和磁动势=p n160n1nn1=sE2 电压方程电压方程0=E2sZ2sI2s E2s=j4.44 f2 kw2N2m 式中：式中：E2=4.44 f1 kw2N2m 转子静止时的电动势。转子静止时的电动势。转差转差频率频率大连理工大学电气工程系X2s=2f2 L2式中：式中：X2=2f1 L2 转子静止时的漏电抗。转子静止时的漏电抗。转子每相电流：转子每相电流：I2s=E2sR2+jX2s=sE2R2+jsX2 =2s f1 L2 X

31、2s=s X2 大连理工大学电气工程系2.转子旋转磁动势转子旋转磁动势 幅值：幅值：F2=0.9 m2kw2N2 I2s2p转向：与转子电流的相序一致，即与转向：与转子电流的相序一致，即与 定子旋转磁通势的旋转方向一致。定子旋转磁通势的旋转方向一致。转速转速 (1)转子旋转磁动势相对于转子的转速：转子旋转磁动势相对于转子的转速：n2=p60 f2=s n1(2)转子旋转磁通势相对于定子的转速：转子旋转磁通势相对于定子的转速：n2+n=s n1+(1s)n1=n1大连理工大学电气工程系 结论结论(1)转子旋转磁动势与定子旋转磁动势在空转子旋转磁动势与定子旋转磁动势在空间是沿同一方向以同一速度旋转

32、的；间是沿同一方向以同一速度旋转的；(2)二者组成了统一的合成旋转磁通势，二者组成了统一的合成旋转磁通势，共同产生旋转磁场。共同产生旋转磁场。大连理工大学电气工程系3.磁动势平衡方程磁动势平衡方程(1)理想空载时：理想空载时：I2s=0，I1=I0旋转磁动势的幅值为：旋转磁动势的幅值为：F0=0.9 m1kw1N1 I02p(2)负载时：负载时：F1+F2=F0大连理工大学电气工程系二、定、转子电路的电压方程二、定、转子电路的电压方程 1.定子定子U1=E1+(R1+jX1)I1E1=j4.44 f 1kw1 N1m=E1+Z1 I1 定子绕组感应电动势的频率：定子绕组感应电动势的频率：f1=

33、pn160 与交流电源同频率。与交流电源同频率。NSU1U2U1U3U2U4NNSS2.转子转子0=E2sZ2sI2s 转子每相电流：转子每相电流：I2s=E2sR2+jX2s大连理工大学电气工程系E1I1R1 jX1 jX2 R2E2sI2sf1f2+U1m1、kw1N1 m2、kw2N2 频率折算频率折算I2s=sE2R2+jsX2=E2+jX2 R2 s=I2等效电路等效电路大连理工大学电气工程系 实际旋转的转子实际旋转的转子 等效静止的转子等效静止的转子 F2的转速的转速 F2的大小的大小F2的空间位置的空间位置 频率归算的物理含义：频率归算的物理含义：用一个静止的、电阻为用一个静止的

34、、电阻为 R2/s 的等效转子去代的等效转子去代替电阻为替电阻为 R2 的实际旋转的转子，等效转子与实的实际旋转的转子，等效转子与实际转子具有同样的转子磁通势际转子具有同样的转子磁通势 F2。0.9 m2kw2N2 I2s2p0.9 m2kw2N2 I22p n0 n0 取决于电流的相位。取决于电流的相位。i2s 与与 i2 的相位相同。的相位相同。频率归算后，定子的所有物理量不变，频率归算后，定子的所有物理量不变，定子传送到转子的功率也不变。定子传送到转子的功率也不变。大连理工大学电气工程系R2s=R2+1 ssR2转子所产生的机械功率相对应的等效电阻转子所产生的机械功率相对应的等效电阻 1

35、ssm2R2 I22总机械功率：总机械功率：+U1E1I1R1 jX1f1E21s sR2I2f1m1、kw1N1 m2、kw2N2jX2 R2大连理工大学电气工程系三、三、绕组折算绕组折算 用一个相数和有效匝数与定子绕组相同的转用一个相数和有效匝数与定子绕组相同的转子绕组去等效代替实际的转子绕组。子绕组去等效代替实际的转子绕组。等效代替：保证电磁效应和所有物理量保持等效代替：保证电磁效应和所有物理量保持不变。不变。(1)电动势的折算：电动势的折算：折算前：折算前：E2=4.44 f1 kw2N2m 折算后：折算后：E2=E1=4.44 f1 kw1N1m 定、转子的电动势之比：定、转子的电动

36、势之比：=kw1N1kw2N2E2E2ke=E1E2=大连理工大学电气工程系(2)电流的折算：电流的折算：折算前：折算前：折算后：折算后：F2=0.9 m2kw2N2 I22pF2=0.9 m1kw1N1 I22p=F2E2=E1=ke E2 电流比：电流比：=m1kw1N1m2kw2N2I2I2ki=0.9 m2kw2N2 I22p=0.9 m1kw1N1 I22pI2kiI2=第第 4 章章 异步电机的基本理论异步电机的基本理论大连理工大学电气工程系(3)阻抗的折算：阻抗的折算：折算前：折算前：Z2=+jX2R2s=E2I2折算后：折算后：Z2=+jX2R2 s=E2I2阻抗比：阻抗比：|

37、Z2|Z2|kZ=E2 I2E2 I2=ke ki Z2=kZ Z2 R2=kZ R2X2=kZ X2 第第 4 章章 异步电机的基本理论异步电机的基本理论大连理工大学电气工程系U1=E1+(R1+jX1 )I1=(Rm+jXm)Im异步电机的基本方程式异步电机的基本方程式E2=(+jX2 )I2R2 sE2=E1=Zm Im I1+I2=Im第第 4 章章 异步电机的基本理论异步电机的基本理论大连理工大学电气工程系四、异步电机的等效电路四、异步电机的等效电路R1 jX1 E1=E2I11s sR2I2jX2 R2ImRmXm+U1E1=E2I11s sR2I2ImRmR1Xm X1+U1R1

38、 jX1 R2 jX2 大连理工大学电气工程系相量图相量图E1=E2I2 2R2 sI2 jX2I2I2I0I1E1 R1I1jX1I1U1 设：设：E1=E2=E1 0o第第 4 章章 异步电机的基本理论异步电机的基本理论大连理工大学电气工程系1.极数极数 转子极数转子极数=定子极数定子极数 因为：转子中的电动势和电流是感应出来的。因为：转子中的电动势和电流是感应出来的。六、笼型绕组的相数和极数六、笼型绕组的相数和极数NSn0nNSSNNSSN NSp1=p2=p 如果两者不相等，如果两者不相等，则转子转不起来。则转子转不起来。大连理工大学电气工程系2.相数相数 笼型转子是对称多相绕组。笼型

39、转子是对称多相绕组。(1)转子槽数能被极对数整除时：转子槽数能被极对数整除时：m2=Q2p 每对极下的每一根导条就构每对极下的每一根导条就构成一相；成一相；各对极下占相同位置的导条各对极下占相同位置的导条可看作是属于一相的并联导条，可看作是属于一相的并联导条，即每相有即每相有 p 根导条并联。根导条并联。m2=6(2)转子槽数不能被极对数整除时：转子槽数不能被极对数整除时：m2=Q2 即每一根导条就构成一相。即每一根导条就构成一相。SSNN3.匝数匝数 N2=12（一根导条相当于半匝）（一根导条相当于半匝）kW21大连理工大学电气工程系4.6 三相异步电动机的功率和转矩三相异步电动机的功率和转

40、矩大连理工大学电气工程系一、三相异步电动机的功率一、三相异步电动机的功率 1.输入功率输入功率P1 P1=3 U1I1cos 12.定子铜损耗定子铜损耗 PCu1 PCu1=m1R1I12=3R1I123.铁损耗铁损耗 PFe（转子铁损耗忽略不计）转子铁损耗忽略不计）PFe=m1RmIm2=3RmIm2大连理工大学电气工程系4.电磁功率电磁功率PePe=P1PCu1PFePe=m2 E2 I2cos 2 =m1 E2 I2 cos 2R2 s=m1 I221ss=m1 R2I2 2+m1 R2I2 2 5.转子铜损耗转子铜损耗 PCu2 PCu2=m2 R2 I22 =m1 R2 I2 2 =

41、s Pe第第 3 章章 异步电机的基本理论异步电机的基本理论大连理工大学电气工程系8.输出功率输出功率 P2 P2=PmP0 =PePCu2P0 =P1PCu1PFePCu2P06.总机械功率总机械功率 PmPm=PePCu2 1ss Pm=m1 R2I22=(1s)Pe7.空载损耗空载损耗 P0 P0=Pfw+PadP1PCu1+PFePePCu2P0P2Pm机械损耗机械损耗附加损耗附加损耗第第 3 章章 异步电机的基本理论异步电机的基本理论大连理工大学电气工程系二、三相异步电动机的转矩二、三相异步电动机的转矩Pm=P2+P0Te =T2+T0 1.电磁转矩电磁转矩 TTe=PmPe0=T

42、=9.55 PmnPen1=9.55 2.空载转矩空载转矩 T0T0=P0P0n =9.55 3.输出转矩输出转矩 T2T2=P2P2n=9.55 第第 3 章章 异步电机的基本理论异步电机的基本理论大连理工大学电气工程系三、电磁转矩的物理表达式三、电磁转矩的物理表达式 由电磁功率导出由电磁功率导出 大连理工大学电气工程系电磁转矩的物理表达式电磁转矩的物理表达式 异步电动机的电磁转矩与每极磁通和转子异步电动机的电磁转矩与每极磁通和转子电流有功分量的乘积成正比。电流有功分量的乘积成正比。CT 异步电动机的转矩常数异步电动机的转矩常数 大连理工大学电气工程系根据简化等效电路根据简化等效电路 四、三

43、相异步电动机的转矩四、三相异步电动机的转矩转差率曲线转差率曲线1、转矩、转矩转差率特性转差率特性大连理工大学电气工程系转矩转矩转差率特性曲线转差率特性曲线Te大连理工大学电气工程系2.最大转矩和临界转差率最大转矩和临界转差率最大转矩最大转矩最大转矩最大转矩T Tmm的大小与转子电阻值无关，临界转的大小与转子电阻值无关，临界转的大小与转子电阻值无关，临界转的大小与转子电阻值无关，临界转差率差率差率差率smm则与转子电阻成正比。则与转子电阻成正比。则与转子电阻成正比。则与转子电阻成正比。大连理工大学电气工程系返回1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0 300250200150100 50 01

44、11111111111转子电阻增大时，临界转差率增大，但最大转矩转子电阻增大时，临界转差率增大，但最大转矩转子电阻增大时，临界转差率增大，但最大转矩转子电阻增大时，临界转差率增大，但最大转矩保持不变，此时保持不变，此时保持不变，此时保持不变，此时e e e e曲线的最大值将向左平移曲线的最大值将向左平移曲线的最大值将向左平移曲线的最大值将向左平移Te大连理工大学电气工程系3.起动转矩起动转矩起动转矩随转子电阻值的增加而增加，起动转矩随转子电阻值的增加而增加，直到达到最大转矩为止。直到达到最大转矩为止。大连理工大学电气工程系4.7 三相异步电动机的工作特性三相异步电动机的工作特性与参数测定与参数

45、测定当当 U1=U1N，f1=f1N 时，时，n=f(P2)I1=f(P2)Te=f(P2)cos 1=f(P2)=f(P2)P2 n I1(I2)Te 在额定功率附近，在额定功率附近，cos 1 和和 最高。最高。工作特性工作特性大连理工大学电气工程系一、空载试验一、空载试验空载特性曲线空载特性曲线1.1.试验目的试验目的:确定电动机的励磁参数、铁确定电动机的励磁参数、铁耗和机械损耗。耗和机械损耗。大连理工大学电气工程系2.损耗分离法损耗分离法PFeU12 PfwConstPFePfw大连理工大学电气工程系 3.空载空载参数计算参数计算 励磁电阻励磁电阻 空载电抗空载电抗励磁电抗励磁电抗大连

46、理工大学电气工程系 短路特性短路特性短路特性短路特性二、堵转试验二、堵转试验1.1.试验目的：确定异步电动机的漏阻抗。试验目的：确定异步电动机的漏阻抗。等效电路等效电路大连理工大学电气工程系2.参数计算参数计算大连理工大学电气工程系例例1 已知一台三相四极的笼型异步电动机，额定功率 PNl0kW，额定电压UN380V(三角形联结)，定子每相电阻R1=1.33,漏抗X12.43，转子电阻的归算值R2=1.12，漏抗归算值X2=4.4，激磁阻抗Rm712，Xm900，电动机的机械损耗 pfw=100W，额定负载时的杂散损耗 pad=100W。试求额定负载时电动机的转速，电磁转矩，输出转矩，定子和转

47、子相电流，定子功率因数和电动机的效率。大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系 定子功率因数为：定子功率因数为：（2 2）转子电流和励磁电流）转子电流和励磁电流 大连理工大学电气工程系（3）定，转子损耗）定，转子损耗（4）输出功率和效率）输出功率和效率大连理工大学电气工程系（5）额定负载时的转速）额定负载时的转速（6）电磁转矩和输出转矩）电磁转矩和输出转矩 大连理工大学电气工程系4.8 单相异步电动机单相异步电动机 一、单相异步电动机工作原理一、单相异步电动机工作原理 结构结构 定子：单相绕组（由单相电源供电）定子：单相绕组（由单相电源供电）转子：笼型转子：笼型 大连理工大学电气工程系定子

48、单相绕组产生的脉振磁动势可分解为两个大小定子单相绕组产生的脉振磁动势可分解为两个大小相等、转速相同、方向相反的旋转磁动势相等、转速相同、方向相反的旋转磁动势F+、F-。单相脉振磁动势的分解单相脉振磁动势的分解大连理工大学电气工程系ftOt1t2t3t4t5t6t7t8t=0FRmFFmt1FFmFRmF FFmt2FRmFm t3t4t5t6Fm t7t8脉振磁动势分解示意图脉振磁动势分解示意图大连理工大学电气工程系工作原理：单相异步电动机中存在着两台三相工作原理：单相异步电动机中存在着两台三相异步电动机作用异步电动机作用 对正转磁场而言：对正转磁场而言：转差率转差率:s=n1nn1 对反转磁

49、场而言：对反转磁场而言：转差率转差率:s=n1(n)n1=2s 当当 n=0时，时，s=s=1 当当 n=n1 时：时：s=0,s=2 当当 n=-n1 时：时：s=2,s=0 大连理工大学电气工程系单相绕组通电产生的电磁转矩单相绕组通电产生的电磁转矩1）电动机静止时，合成转矩为零，电动机无起动转矩；）电动机静止时，合成转矩为零，电动机无起动转矩；2）若外力拖动电动机正向或反向转动，撤去外力后，电动机）若外力拖动电动机正向或反向转动，撤去外力后，电动机将继续加速到接近同步转速。将继续加速到接近同步转速。11s2002s+s-TeTe+Te-大连理工大学电气工程系二、两相绕组的磁动势二、两相绕组

50、的磁动势 两相绕组两相绕组 电流相位电流相位大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系(1)圆形旋转磁动势圆形旋转磁动势 两相绕组电流幅值相等，相位差两相绕组电流幅值相等，相位差90，即即Fm=Fa=F，=90，则合成磁动势为则合成磁动势为大连理工大学电气工程系(2)椭圆形旋转磁动势椭圆形旋转磁动势 两相绕组电流幅值不相等，相位差两相绕组电流幅值不相等，相位差90，即即Fm Fa，=90，则合成磁动势为则合成磁动势为大连理工大学电气工程系合成磁动势合成磁动势大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系三、单相异步电动机的起动方法三、单相异步电动机的起动方法1.1.两相起动两相起动 定子绕组：