第5章 异步电机精选文档.ppt
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1、第5章 异步电机本讲稿第一页,共六十二页第一节第一节 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(1)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,这个对称三相交流电流将在气隙内形成按正弦规律分布、并三相交流电流,这个对称三相交流电流将在气隙内形成按正弦规律分布、并且以同步转速且以同步转速n0旋转的旋转磁动势旋转的旋转磁动势F1,由旋转磁动势,由旋转磁动势F1建立旋转的气隙主建立旋转的气隙主磁场磁场Bm。(2)这个旋转磁场切割定
2、子、转子绕组,分别在定子、转子绕组内感应出)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对称三相电流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,产生了电磁转矩,转子流过。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。就顺着旋转磁场的方向转动。本讲稿第二页,共六十二页空载的情况下:空载的情况下:nn0,I20 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。本讲稿第三页,共六十二页根据前一章的知识可知
3、,定子三相的感应电动势表根据前一章的知识可知,定子三相的感应电动势表达式为:达式为:若转子静止,转子三相的感应电动势表达式若转子静止,转子三相的感应电动势表达式为:为:本讲稿第四页,共六十二页下面分析转子运动时的转子感应电动势。下面分析转子运动时的转子感应电动势。当转子运动时,当转子运动时,-t是随着时间变化的(是随着时间变化的(为转子机械角速度,为转子机械角速度,rad/srad/s),根据前一章的推导,),根据前一章的推导,axax、byby、czcz绕组绕组所交链的磁通表达式为所交链的磁通表达式为根据电磁感应公式根据电磁感应公式本讲稿第五页,共六十二页可以求出转子运动时的感应电动势为可以
4、求出转子运动时的感应电动势为推导几个关系推导几个关系本讲稿第六页,共六十二页可以求出转子运动时的感应电动势为可以求出转子运动时的感应电动势为上式可以写为上式可以写为可以看出,不管转速为多少,感应电动势总是三相对称的。可以看出,不管转速为多少,感应电动势总是三相对称的。本讲稿第七页,共六十二页转子感应电动势的瞬时值为转子感应电动势的瞬时值为注意:定子和转子中的电动势是不同频率的,定子电动势频率为注意:定子和转子中的电动势是不同频率的,定子电动势频率为f,转子感应电,转子感应电动势为动势为sf考虑转子也采用了短距和分布线圈形式,转子感应电动势的有效值为考虑转子也采用了短距和分布线圈形式,转子感应电
5、动势的有效值为本讲稿第八页,共六十二页若转子回路闭合,则转子内将有电流流通,转子电流的频率与转若转子回路闭合,则转子内将有电流流通,转子电流的频率与转子感应电动势频率一致,并且也互差子感应电动势频率一致,并且也互差120120o o;因此因此转子也是对称三相对称电流流过对称三相绕组转子也是对称三相对称电流流过对称三相绕组,所产生的磁,所产生的磁动势也为旋转磁动势。动势也为旋转磁动势。2、F2转速的大小转速的大小 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按逆时针方向的异步电动机定子电流所产生的旋转磁场按逆时针方向旋转,因为旋转,因为nn0,则转子电流相序为,则转子电流相
6、序为a-b-c。则转子磁动势。则转子磁动势F2的旋转方向的旋转方向也按照相序也按照相序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 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f2为转差频率,转子电流形成的为转差频率,转子电流形成的转子磁动势转子磁动势F2的旋转方向与的旋转方向与F1的旋转方向的旋转方向相同,它相对于转子的转速为相同,它相对于转子的转速为n,而相对于定子的转速为,而相对于定子的转速为n+n=n0本讲稿第九页,共六十二页磁动势平衡关系磁动势平衡关系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
7、对静止,得到合成磁动势相对静止,得到合成磁动势F1+F2负载时负载时空载时空载时电动机从空载到负载,电动机从空载到负载,定子绕组的感应电动势的变化很小定子绕组的感应电动势的变化很小,差不多和,差不多和电源电压相平衡。所以,可以近似认为电源电压相平衡。所以,可以近似认为于是于是本讲稿第十页,共六十二页异步电机中时间相量和空间矢量的关系异步电机中时间相量和空间矢量的关系时间参考轴也取时间参考轴也取A相轴线。即相轴线。即A相电流相量相电流相量在起始时刻位于在起始时刻位于A相轴线上,此时相轴线上,此时A相电流相电流达到最大。达到最大。任何时刻某一相的电流瞬时值为该相量在该相轴任何时刻某一相的电流瞬时值
8、为该相量在该相轴线上的投影。线上的投影。时间相量与空间矢量的耦合在某一个线圈所交链时间相量与空间矢量的耦合在某一个线圈所交链的磁通是正弦变化的这一概念中得到了体现。的磁通是正弦变化的这一概念中得到了体现。在上一章的分析中,得出如下结论:在上一章的分析中,得出如下结论:当某一相电流达到最大值时,励磁磁动势的幅值与该相轴线相重合。因当某一相电流达到最大值时,励磁磁动势的幅值与该相轴线相重合。因此选择此选择A相轴线作为空间参考轴,表示空间位置的起点。相轴线作为空间参考轴,表示空间位置的起点。本讲稿第十一页,共六十二页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本讲稿第十二
9、页,共六十二页本讲稿第十三页,共六十二页电磁关系电磁关系定子、转子感应电动势有效值定子、转子感应电动势有效值相量表达式相量表达式定、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本讲稿第十四页,共六十二页异步电动机的负载运异步电动机的负载运行时的电磁关系行时的电磁关系本讲稿第十五页,共六十二页二、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电流。为对应于励磁磁动势的励磁电流。励磁电流负载电流令令则则异步电动机的电流比本讲稿第十六页,共六十二页(二)
10、(二)电动势平衡方程式电动势平衡方程式R为转子电阻的外加电阻为转子电阻的外加电阻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称为励称为励磁电抗;磁电抗;rm为反映铁耗的励磁电阻。为反映铁耗的励磁电阻。定子漏电抗转子漏电抗因此因此本讲稿第十七页,共六十二页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定子电压平衡方程:定子电压平衡方程:转子电压平衡方程:转子电压平衡方程:电动势方程:电动势方程:磁动势平衡方程:磁动势平衡方程:本讲稿第十八页,共六十二页第二节第二节 三相异步电动
11、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为电动势比为电动势比转子静止时异步电动机的定、转子感应电动势的关系转子静止时异步电动机的定、转子感应电动势的关系本讲稿第十九页,共六十二页一、一、异步电动机的等效电路异步电动机的等效电路(一)(一)频率归算频率归算异步电机中,由于转子是旋转的,随着转速不同,转子电动势的频率是不同异步电机中,由于转子是旋转的,随着转速不同,转子电动势的频率是不同的,这为问题的分析带来了麻烦,因此需要将不同的转速变换到一个特定的的,这为问题的分析带来了麻烦,因此需要将不同的转速变换到一个特定的转速下研究问题。转速下研究问题。频率归算频率归算 保持整个电磁系统的电
12、磁性能不变,把一种频率的参数和物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。在这里,就是用一个具有定子频率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代换实际转子电路。而等效于转子的电路去代换实际转子电路。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、铜耗等)必须)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。和实际转子电路一样。本讲稿第二十页,
13、共六十二页静止转子电路中电流静止转子电路中电流下面考虑两种转子电路下面考虑两种转子电路(1)静止;()静止;(2)以转差率)以转差率s旋转的转子;旋转的转子;以转差率以转差率s旋转的转子旋转的转子从旋转磁动势幅值的计算公式中可以看出,若保持两者电流幅值相等,从旋转磁动势幅值的计算公式中可以看出,若保持两者电流幅值相等,则可以使两者产生的旋转磁动势幅值为相等。则可以使两者产生的旋转磁动势幅值为相等。x2指指50Hz下的电抗值。下的电抗值。若将转子改为静止以后,同时修若将转子改为静止以后,同时修改转子电阻和电抗值,则可以保改转子电阻和电抗值,则可以保证转子转子电流幅值不变证转子转子电流幅值不变。本
14、讲稿第二十一页,共六十二页转子真实电阻为转子真实电阻为r2,但在等效静止转子中电阻为,但在等效静止转子中电阻为r2/s,出现了一个附加电阻。,出现了一个附加电阻。附加电阻上产生的功耗,实质上表征了异步电动机的机械功率附加电阻上产生的功耗,实质上表征了异步电动机的机械功率变压器模型变压器模型本讲稿第二十二页,共六十二页(二)(二)绕组归算绕组归算经过频率归算以后,异步电机变成了变压器模型。后面的处理过程与变压器经过频率归算以后,异步电机变成了变压器模型。后面的处理过程与变压器的处理过程完全一致,只是需要注意要在转子产生的磁场中要考虑三相的合的处理过程完全一致,只是需要注意要在转子产生的磁场中要考
15、虑三相的合成磁场。成磁场。用一个假想的转子绕组替代真实的转子绕组,它与定子绕组具有相同的参数。用一个假想的转子绕组替代真实的转子绕组,它与定子绕组具有相同的参数。假想转子绕组和真实绕组需要产生同样的旋转磁动势。假想转子绕组和真实绕组需要产生同样的旋转磁动势。假想绕组流过假想电流所假想绕组流过假想电流所产生的磁动势。产生的磁动势。真实转子绕组流过真实转子真实转子绕组流过真实转子绕组所产生的磁动势。绕组所产生的磁动势。本讲稿第二十三页,共六十二页由转子由转子总的视在功率总的视在功率不变不变式中式中本讲稿第二十四页,共六十二页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转子铜耗不变转子铜耗不
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