華中科技大學(xué)_電機(jī)學(xué)_第五章_異步電機(jī)(完美解析)

1、電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué)Electric Machinery（第（第5 5章章 異步電機(jī)）異步電機(jī)）異步電機(jī)的基本工作原理異步電機(jī)的基本工作原理異步電機(jī)的三種運(yùn)行狀態(tài)異步電機(jī)的三種運(yùn)行狀態(tài)異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)異步電動機(jī)的額定值異步電動機(jī)的額定值5.1 概述概述34目前尚不能經(jīng)濟(jì)地目前尚不能經(jīng)濟(jì)地在較大范圍內(nèi)平滑調(diào)速。在較大范圍內(nèi)平滑調(diào)速。56一、異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)一、異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)異步電機(jī)外形圖異步電機(jī)外形圖 異步電機(jī)結(jié)構(gòu)圖異步電機(jī)結(jié)構(gòu)圖71. 定子定子定子鐵心：定子鐵心：電機(jī)電機(jī)主磁路主磁路的組成部分，并嵌放定子繞組。的組成部分，并嵌放定子繞組。 由厚度為由厚度為0.5mm的硅鋼片疊

2、裝而成。的硅鋼片疊裝而成。 為了嵌放定子繞組，在定子沖片內(nèi)圓周上均勻地沖制若干為了嵌放定子繞組，在定子沖片內(nèi)圓周上均勻地沖制若干個(gè)形狀相同的槽。個(gè)形狀相同的槽。8定子槽形：定子槽形： 半閉口槽半閉口槽適用于小型異步電機(jī)，其繞組是用圓導(dǎo)線繞成。適用于小型異步電機(jī)，其繞組是用圓導(dǎo)線繞成。 半開口槽半開口槽適用于低壓中型異步電機(jī)，其繞組是成型線圈。適用于低壓中型異步電機(jī)，其繞組是成型線圈。 開口槽開口槽適用于高壓大中型異步電機(jī)，其繞組是用絕緣帶包扎并適用于高壓大中型異步電機(jī)，其繞組是用絕緣帶包扎并浸漆處理過的成型線圈。浸漆處理過的成型線圈。 9 定子繞組：定子繞組：構(gòu)成構(gòu)成電路部分電路部分，用來感應(yīng)

3、電動勢、流過電流、實(shí)，用來感應(yīng)電動勢、流過電流、實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換?，F(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。 通常采用通常采用雙層短距繞組雙層短距繞組，小型電機(jī)可采用單層繞組；，小型電機(jī)可采用單層繞組； 對中、小容量的低壓異步電動機(jī)，通常定子三相繞組的六個(gè)對中、小容量的低壓異步電動機(jī)，通常定子三相繞組的六個(gè)出線頭都引出，可根據(jù)需要靈活地接成出線頭都引出，可根據(jù)需要靈活地接成“Y”形或形或“D”形形。U1 V1 W1U1 V1 W1W2 U 2 V2W2 U2 V210 機(jī)座：機(jī)座：固定和支撐定子鐵心。固定和支撐定子鐵心。 要求有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。要求有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。112. 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子鐵心：轉(zhuǎn)子鐵心：電機(jī)電機(jī)主磁路

4、主磁路的組成部分，并放置的組成部分，并放置轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組。 由厚度為由厚度為0.5mm的硅鋼片疊裝而成；的硅鋼片疊裝而成； 在轉(zhuǎn)子外圓周上沖制均勻分布的形狀相同的槽。在轉(zhuǎn)子外圓周上沖制均勻分布的形狀相同的槽。 12轉(zhuǎn)子槽形轉(zhuǎn)子槽形槽形的選擇主要決定于對槽形的選擇主要決定于對運(yùn)行性能運(yùn)行性能和和起動性能起動性能的要求。的要求。常見轉(zhuǎn)子槽型常見轉(zhuǎn)子槽型13 籠型繞組籠型繞組：在轉(zhuǎn)子鐵心每個(gè)槽內(nèi)各放置一根導(dǎo)體，在鐵心兩：在轉(zhuǎn)子鐵心每個(gè)槽內(nèi)各放置一根導(dǎo)體，在鐵心兩端放置兩個(gè)端放置兩個(gè)端環(huán)端環(huán)，分別把所有的導(dǎo)體伸出槽外部分與端環(huán)聯(lián)，分別把所有的導(dǎo)體伸出槽外部分與端環(huán)聯(lián)接起來。接起來。 籠型繞組一般為籠

5、型繞組一般為鋁澆鑄鋁澆鑄的，對中大型電機(jī)為減小損耗、提高的，對中大型電機(jī)為減小損耗、提高效率，往往采用效率，往往采用銅條焊接銅條焊接而成。而成。 轉(zhuǎn)子繞組：轉(zhuǎn)子繞組：構(gòu)成電路部分，有構(gòu)成電路部分，有籠型籠型和和繞線型繞線型兩種繞組型式。兩種繞組型式。斜槽形式14 繞線型繞組繞線型繞組：與：與定子繞組具有相同相數(shù)、極數(shù)的三相對稱定子繞組具有相同相數(shù)、極數(shù)的三相對稱繞繞組，一般采用雙層波繞組或疊繞組。組，一般采用雙層波繞組或疊繞組。 一般接成一般接成星形星形，將三相繞組的三個(gè)引出線分別接到轉(zhuǎn)軸上三，將三相繞組的三個(gè)引出線分別接到轉(zhuǎn)軸上三個(gè)個(gè)滑環(huán)滑環(huán)上，再通過上，再通過電刷電刷與外電路接通。與外電路

6、接通。 繞線型轉(zhuǎn)子特點(diǎn)是可以通過滑環(huán)電刷在轉(zhuǎn)子回路中繞線型轉(zhuǎn)子特點(diǎn)是可以通過滑環(huán)電刷在轉(zhuǎn)子回路中接入附加接入附加電阻電阻，以改善電動機(jī)的起動性能、調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速。，以改善電動機(jī)的起動性能、調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速。 15支撐轉(zhuǎn)子鐵心支撐轉(zhuǎn)子鐵心和輸出、輸入機(jī)械轉(zhuǎn)矩。和輸出、輸入機(jī)械轉(zhuǎn)矩。 轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸16 定義：定義：定、轉(zhuǎn)子之間的間隙定、轉(zhuǎn)子之間的間隙，也，也是電機(jī)主磁路的組成部分。是電機(jī)主磁路的組成部分。 氣隙大小對異步電機(jī)的性能影響氣隙大小對異步電機(jī)的性能影響很大。很大。 為了減小電機(jī)主磁路的磁阻，降為了減小電機(jī)主磁路的磁阻，降低電機(jī)的勵(lì)磁電流，提高電機(jī)的低電機(jī)的勵(lì)磁電流，提高電機(jī)的功率因數(shù)，功率因數(shù)，氣隙應(yīng)

7、盡可能小氣隙應(yīng)盡可能小。 異步電機(jī)氣隙長度應(yīng)為定、轉(zhuǎn)子異步電機(jī)氣隙長度應(yīng)為定、轉(zhuǎn)子在運(yùn)行中不發(fā)生機(jī)械摩擦所允許在運(yùn)行中不發(fā)生機(jī)械摩擦所允許的最小值。的最小值。 中、小型異步電機(jī)中，氣隙長度中、小型異步電機(jī)中，氣隙長度一般為一般為0.20.21.5mm1.5mm。3 3、氣隙、氣隙氣隙大：磁阻大，勵(lì)磁電流氣隙大：磁阻大，勵(lì)磁電流（空載電流）大，功率因數(shù)低（空載電流）大，功率因數(shù)低；氣隙磁場諧波含量（漏磁引；氣隙磁場諧波含量（漏磁引起附加損耗）減少，改善起動起附加損耗）減少，改善起動性能。性能。氣隙?。菏芗庸た赡芗皺C(jī)械氣隙小：受加工可能及機(jī)械安全所限制。安全所限制。17二、異步電機(jī)的基本工作原理二

8、、異步電機(jī)的基本工作原理異步電機(jī)定子三相對稱繞組接在三異步電機(jī)定子三相對稱繞組接在三相對稱交流電網(wǎng)上，轉(zhuǎn)子繞組對稱相對稱交流電網(wǎng)上，轉(zhuǎn)子繞組對稱短路。短路。定子繞組中流過三相對稱電流，在定子繞組中流過三相對稱電流，在氣隙中產(chǎn)生基波旋轉(zhuǎn)磁場。氣隙中產(chǎn)生基波旋轉(zhuǎn)磁場。氣隙旋轉(zhuǎn)磁場在短路的轉(zhuǎn)子繞組中氣隙旋轉(zhuǎn)磁場在短路的轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電動勢并產(chǎn)生電流。感應(yīng)電動勢并產(chǎn)生電流。該感應(yīng)電流與氣隙中的旋轉(zhuǎn)磁場相該感應(yīng)電流與氣隙中的旋轉(zhuǎn)磁場相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)異步電機(jī)的運(yùn)行。轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)異步電機(jī)的運(yùn)行。1n n1nSN18三、異步電機(jī)的三種運(yùn)行狀態(tài)三、異步電機(jī)的三種

9、運(yùn)行狀態(tài)1、異步電機(jī)的轉(zhuǎn)差率、異步電機(jī)的轉(zhuǎn)差率同步轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速n1定子繞組中流過頻率為定子繞組中流過頻率為f1的三相對稱電流，在氣的三相對稱電流，在氣隙中產(chǎn)生的基波旋轉(zhuǎn)磁場相對于定子繞組的轉(zhuǎn)速隙中產(chǎn)生的基波旋轉(zhuǎn)磁場相對于定子繞組的轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速，記為為同步轉(zhuǎn)速，記為n1。同步轉(zhuǎn)速大小取決于電流頻率同步轉(zhuǎn)速大小取決于電流頻率f1和繞組極對數(shù)和繞組極對數(shù)p，轉(zhuǎn)向?yàn)閺某半娏飨嗬@組轉(zhuǎn)向滯后電流相繞組。轉(zhuǎn)向?yàn)閺某半娏飨嗬@組轉(zhuǎn)向滯后電流相繞組。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n轉(zhuǎn)子的機(jī)械轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，記為轉(zhuǎn)子的機(jī)械轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，記為n 。pfn116011nnns轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率s：同步轉(zhuǎn)速：同步轉(zhuǎn)速n1與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與

10、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n之差對之差對同步轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速n1之比值，記為之比值，記為s。19 異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子可以是帶負(fù)載機(jī)，也可以是由原動機(jī)驅(qū)異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子可以是帶負(fù)載機(jī)，也可以是由原動機(jī)驅(qū)動，在不同的轉(zhuǎn)子外部條件下，異步電機(jī)將運(yùn)行于不同的轉(zhuǎn)動，在不同的轉(zhuǎn)子外部條件下，異步電機(jī)將運(yùn)行于不同的轉(zhuǎn)速和不同的轉(zhuǎn)差率，對應(yīng)不同的運(yùn)行狀態(tài)。根據(jù)轉(zhuǎn)差率的正速和不同的轉(zhuǎn)差率，對應(yīng)不同的運(yùn)行狀態(tài)。根據(jù)轉(zhuǎn)差率的正負(fù)、大小，異步電機(jī)分別對應(yīng)于負(fù)、大小，異步電機(jī)分別對應(yīng)于電動機(jī)電動機(jī)、發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)、電磁制動電磁制動等三種不同運(yùn)行狀態(tài)。等三種不同運(yùn)行狀態(tài)。2、異步電機(jī)的三種運(yùn)行狀態(tài)、異步電機(jī)的三種運(yùn)行狀態(tài) 0ns0：電動機(jī)狀態(tài)：電動機(jī)

11、狀態(tài) 右手定則右手定則 - e2產(chǎn)生產(chǎn)生 - i2與與e2同方向同方向 左手定則左手定則 - Tem產(chǎn)生產(chǎn)生 - Tem與與n同轉(zhuǎn)向，同轉(zhuǎn)向，Tem為為驅(qū)動轉(zhuǎn)矩驅(qū)動轉(zhuǎn)矩 旋轉(zhuǎn)磁場拖動轉(zhuǎn)子：電動機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場拖動轉(zhuǎn)子：電動機(jī)20 nn1 s e2產(chǎn)生產(chǎn)生 - i2與與e2同方向同方向 左手定則左手定則 - Tem產(chǎn)生產(chǎn)生 - Tem與與n反轉(zhuǎn)向，反轉(zhuǎn)向，Tem為制動轉(zhuǎn)矩為制動轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)子拖動旋轉(zhuǎn)磁場：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子拖動旋轉(zhuǎn)磁場：發(fā)電機(jī) n1：電磁制動狀態(tài)：電磁制動狀態(tài) 右手定則右手定則 - e2產(chǎn)生產(chǎn)生 - i2與與e2同方向同方向 左手定則左手定則 - Tem產(chǎn)生產(chǎn)生 - Tem與與n反轉(zhuǎn)向，反轉(zhuǎn)向，T

12、em為為制動轉(zhuǎn)矩制動轉(zhuǎn)矩 旋轉(zhuǎn)磁場阻礙轉(zhuǎn)子運(yùn)動：電磁制動狀態(tài)旋轉(zhuǎn)磁場阻礙轉(zhuǎn)子運(yùn)動：電磁制動狀態(tài)21狀狀 態(tài)態(tài)電動機(jī)電動機(jī)發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)電磁制動電磁制動n與與s關(guān)系關(guān)系nn10sn1s0n1Tem的性質(zhì)的性質(zhì)電磁驅(qū)動力矩電磁驅(qū)動力矩電磁阻力矩電磁阻力矩電磁阻力矩電磁阻力矩能量轉(zhuǎn)換能量轉(zhuǎn)換電能電能機(jī)械能機(jī)械能機(jī)械能機(jī)械能電能電能電能電能+機(jī)械能機(jī)械能內(nèi)部損耗內(nèi)部損耗（短路）（短路） 異步電機(jī)只有在定子側(cè)外加電源的情況下，轉(zhuǎn)子側(cè)電動勢和異步電機(jī)只有在定子側(cè)外加電源的情況下，轉(zhuǎn)子側(cè)電動勢和電流由氣隙旋轉(zhuǎn)磁場感應(yīng)產(chǎn)生，因此也稱為電流由氣隙旋轉(zhuǎn)磁場感應(yīng)產(chǎn)生，因此也稱為“感應(yīng)電機(jī)感應(yīng)電機(jī)”；而此；而此感應(yīng)作用

13、，只有在轉(zhuǎn)子與氣隙旋轉(zhuǎn)磁場不同步，即感應(yīng)作用，只有在轉(zhuǎn)子與氣隙旋轉(zhuǎn)磁場不同步，即“異步異步”（s不等于不等于0），才可以產(chǎn)生，因此），才可以產(chǎn)生，因此“感應(yīng)電機(jī)感應(yīng)電機(jī)”又稱又稱“異步電機(jī)異步電機(jī)”?？偨Y(jié)總結(jié)22四、異步電動機(jī)的額定值四、異步電動機(jī)的額定值23 額定功率額定功率PN：是轉(zhuǎn)軸上輸出的：是轉(zhuǎn)軸上輸出的機(jī)械功率機(jī)械功率，單位為，單位為W或或kW。 額定電壓額定電壓UN：施加在定子繞組上的：施加在定子繞組上的線電壓線電壓，單位為，單位為V。 額定電流額定電流IN：電動機(jī)在額定電壓、額定頻率下，軸端輸出額：電動機(jī)在額定電壓、額定頻率下，軸端輸出額定功率時(shí)，定子繞組的定功率時(shí)，定子繞組的線

14、電流線電流，單位為，單位為A。 額定頻率額定頻率fN：我國電網(wǎng)頻率：我國電網(wǎng)頻率fN=50Hz。 額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速nN：電動機(jī)在額定電壓、額定頻率、軸端輸出額定：電動機(jī)在額定電壓、額定頻率、軸端輸出額定功率時(shí)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，單位為功率時(shí)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，單位為r/min。 額定效率額定效率N。 額定功率因數(shù)額定功率因數(shù)cosN。 三相異步電動機(jī)額定值之間的關(guān)系三相異步電動機(jī)額定值之間的關(guān)系NNNNNcos3IUP 242、對于中低壓電動機(jī)、對于中低壓電動機(jī)定、轉(zhuǎn)子基波磁動勢空間相對靜止定、轉(zhuǎn)子基波磁動勢空間相對靜止5.2 三相異步電動機(jī)運(yùn)行原理三相異步電動機(jī)運(yùn)行原理 轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的異步電機(jī)轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的

15、異步電機(jī) 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的異步電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的異步電機(jī) 異步電機(jī)參數(shù)測定異步電機(jī)參數(shù)測定內(nèi)部電磁關(guān)系內(nèi)部電磁關(guān)系電壓平衡方程式電壓平衡方程式磁動勢平衡方程式磁動勢平衡方程式繞組折算與等效電路繞組折算與等效電路26一、一、 轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的異步電機(jī)：轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的異步電機(jī)：將異步電動機(jī)轉(zhuǎn)軸卡?。粚惒诫妱訖C(jī)轉(zhuǎn)軸卡?。晦D(zhuǎn)子繞組短路；轉(zhuǎn)子繞組短路；定子繞組施加三相對稱電壓。定子繞組施加三相對稱電壓。假設(shè)：氣隙中只有基波磁通，定、轉(zhuǎn)子繞組上只感應(yīng)有基波電勢假設(shè)：氣隙中只有基波磁通，定、轉(zhuǎn)子繞組上只感應(yīng)有基波電勢271定、轉(zhuǎn)子基波磁動勢空間相對靜止定、轉(zhuǎn)子基波磁動勢空間

16、相對靜止定子側(cè)：定子繞組施加三相對稱電壓定子側(cè)：定子繞組施加三相對稱電壓定子三相對稱繞組中，流過頻率為定子三相對稱繞組中，流過頻率為f1的三相對稱電流的三相對稱電流I1；定子繞組在氣隙空間中產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)基波磁動勢定子繞組在氣隙空間中產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)基波磁動勢F1，相對，相對于定子繞組的轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速于定子繞組的轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速n1，n160f1/p；圓形旋轉(zhuǎn)基波磁動勢圓形旋轉(zhuǎn)基波磁動勢F1轉(zhuǎn)向?yàn)閺某半娏飨嗬@組軸線轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向?yàn)閺某半娏飨嗬@組軸線轉(zhuǎn)向滯后電流相繞組軸線（滯后電流相繞組軸線（A-B-C）。）。28轉(zhuǎn)子側(cè)：轉(zhuǎn)子繞組短路，轉(zhuǎn)軸固定轉(zhuǎn)子側(cè)：轉(zhuǎn)子繞組短路，轉(zhuǎn)軸固定圓形旋轉(zhuǎn)磁場圓形旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子

17、繞組，產(chǎn)生頻率為切割轉(zhuǎn)子繞組，產(chǎn)生頻率為f2的三相對稱的三相對稱感應(yīng)電動勢（感應(yīng)電動勢（ f2pn1/60， f2 =f1 ）；）；三相對稱感應(yīng)電動勢在閉合的轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生三相對稱電三相對稱感應(yīng)電動勢在閉合的轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生三相對稱電流流I2；轉(zhuǎn)子繞組在氣隙空間中產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)基波磁動勢轉(zhuǎn)子繞組在氣隙空間中產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)基波磁動勢F2，相對，相對于轉(zhuǎn)子繞組的轉(zhuǎn)速為于轉(zhuǎn)子繞組的轉(zhuǎn)速為n2，n260f2/pn1；圓形旋轉(zhuǎn)基波磁動勢圓形旋轉(zhuǎn)基波磁動勢F2轉(zhuǎn)向?yàn)閺某半娏飨嗬@組軸線轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向?yàn)閺某半娏飨嗬@組軸線轉(zhuǎn)向滯后電流相繞組軸線滯后電流相繞組軸線（A-B-C），即與定子旋轉(zhuǎn)磁動勢，即與定子旋轉(zhuǎn)磁動勢F1

18、同轉(zhuǎn)向。同轉(zhuǎn)向。 F2與與F1同轉(zhuǎn)速、同轉(zhuǎn)向（同轉(zhuǎn)速、同轉(zhuǎn)向（n2 n1），故定、轉(zhuǎn)子基波磁動），故定、轉(zhuǎn)子基波磁動勢空間保持相對靜止勢空間保持相對靜止292內(nèi)部電磁關(guān)系內(nèi)部電磁關(guān)系U1.I1.F1I2.F2FmBm.mE1.E2.N1N2.1E.1.2E.2+I1R1.+I2R2.氣隙中的旋轉(zhuǎn)磁場由氣隙中的旋轉(zhuǎn)磁場由F2與與F1共同建立，即共同建立，即F2與與F1空間矢空間矢量可以合成為一個(gè)等效勵(lì)磁磁動勢量可以合成為一個(gè)等效勵(lì)磁磁動勢Fm：12mFFF303電壓平衡方程式電壓平衡方程式正方向規(guī)定：電流流入為正，且電勢方向與電流方向相同。正方向規(guī)定：電流流入為正，且電勢方向與電流方向相同。R1

19、、R2和和X1、X2分別為定、轉(zhuǎn)子繞組的電阻和漏電抗。分別為定、轉(zhuǎn)子繞組的電阻和漏電抗。31 定、轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動勢定、轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動勢 電動勢變比電動勢變比ke：定、轉(zhuǎn)子繞組電動勢之比：定、轉(zhuǎn)子繞組電動勢之比 定、轉(zhuǎn)子側(cè)電動勢平衡方程定、轉(zhuǎn)子側(cè)電動勢平衡方程m111144. 4kNfjENm221244. 4kNfjEN.11112222NeeNN kEkEk EEN k， )(11111jXRIEU2222jXRIE從電路分析角度來看，轉(zhuǎn)子從電路分析角度來看，轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的異步電機(jī)電壓方程靜止時(shí)的異步電機(jī)電壓方程與二次級側(cè)短路時(shí)的變壓器與二次級側(cè)短路時(shí)的變壓器電壓方程相似電壓方程相似32

20、由于定、轉(zhuǎn)子磁動勢由于定、轉(zhuǎn)子磁動勢F1與與F2空間保持相對靜止，故空間保持相對靜止，故可以合成為一等效的勵(lì)磁磁動勢：可以合成為一等效的勵(lì)磁磁動勢：12mFFF3. 3. 磁動勢平衡方程式磁動勢平衡方程式121L()mmFFFFF 類似于變壓器磁動勢，將上式改寫為：類似于變壓器磁動勢，將上式改寫為：異步電機(jī)氣隙中，全部磁動勢由定子產(chǎn)生；異步電機(jī)氣隙中，全部磁動勢由定子產(chǎn)生；Fm為勵(lì)磁分量，用以產(chǎn)生氣隙旋轉(zhuǎn)基波磁場；為勵(lì)磁分量，用以產(chǎn)生氣隙旋轉(zhuǎn)基波磁場；F1L為負(fù)載分量，用以平衡轉(zhuǎn)子磁動勢的作用，它與轉(zhuǎn)子為負(fù)載分量，用以平衡轉(zhuǎn)子磁動勢的作用，它與轉(zhuǎn)子磁動勢大小相等方向相反。磁動勢大小相等方向相反

21、。33 選擇選擇F1與與I1同相位、同相位、 F2與與I2同相位，同相位， Fm與與Im同相位，同相位，用電流在時(shí)間上的相位關(guān)系表示磁動勢在空間上的相位關(guān)用電流在時(shí)間上的相位關(guān)系表示磁動勢在空間上的相位關(guān)系，則磁動勢平衡方程系，則磁動勢平衡方程 可改寫為：可改寫為：12()mFFF 1N11N12N211212222()mN kN kN kmmmIIIppp 21mm1i()LIIIIIk 111222NiNm N kkm N k定義電流比定義電流比則磁動勢平衡方程式可表示為：則磁動勢平衡方程式可表示為：異步電動機(jī)定子電流異步電動機(jī)定子電流I1分成分成Im和和I1L兩個(gè)分量；兩個(gè)分量；Im是勵(lì)

22、磁分量，用于建立電是勵(lì)磁分量，用于建立電機(jī)鐵心中的主磁通機(jī)鐵心中的主磁通m；I1L是負(fù)載分量，用于建立磁是負(fù)載分量，用于建立磁動勢動勢F1L去平衡轉(zhuǎn)子磁勢去平衡轉(zhuǎn)子磁勢F2。34 轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的基本方程轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的基本方程11011101(j)UEIRXEI Z 定子側(cè)：定子側(cè)：轉(zhuǎn)子側(cè)：轉(zhuǎn)子側(cè)：222222(j)UIRXI Z定、轉(zhuǎn)子關(guān)聯(lián)方程：定、轉(zhuǎn)子關(guān)聯(lián)方程：1221meiEk EIIIk感應(yīng)電動勢方程：感應(yīng)電動勢方程：1mmmmmjEI ZZRX Zm=Rm+jXm為勵(lì)磁阻抗；為勵(lì)磁阻抗； Rm為勵(lì)磁電阻，代表鐵耗的等效電阻；為勵(lì)磁電阻，代表鐵耗的等效電阻； Xm為勵(lì)磁電抗，反映主磁通在電路

23、中的作用。為勵(lì)磁電抗，反映主磁通在電路中的作用。4. 4. 繞組折算與等效電路繞組折算與等效電路 35繞組折算繞組折算 轉(zhuǎn)子繞組折算轉(zhuǎn)子繞組折算把實(shí)際相數(shù)為把實(shí)際相數(shù)為m2、繞組匝數(shù)為、繞組匝數(shù)為N2、繞組、繞組系數(shù)為系數(shù)為kN2的轉(zhuǎn)子繞組，折算成與定子繞組有相同相數(shù)的轉(zhuǎn)子繞組，折算成與定子繞組有相同相數(shù)m1、相同匝數(shù)相同匝數(shù)N1和相同繞組系數(shù)和相同繞組系數(shù)kN1轉(zhuǎn)子繞組。轉(zhuǎn)子繞組。折算原則：折算原則： 氣隙主磁通不變；氣隙主磁通不變； 定子各種物理量均不變，對電網(wǎng)等效；定子各種物理量均不變，對電網(wǎng)等效； 轉(zhuǎn)子磁動勢不變，各種功率均不變（功率因數(shù)不變）。轉(zhuǎn)子磁動勢不變，各種功率均不變（功率因數(shù)

24、不變）。繞組折算主要有電流折算、電動勢折算和阻抗折算。繞組折算主要有電流折算、電動勢折算和阻抗折算。36電流折算電流折算 根據(jù)折算前后轉(zhuǎn)子磁動勢應(yīng)保持不變原則根據(jù)折算前后轉(zhuǎn)子磁動勢應(yīng)保持不變原則電動勢折算電動勢折算 根據(jù)折算前后轉(zhuǎn)子磁動勢不變原則根據(jù)折算前后轉(zhuǎn)子磁動勢不變原則2222211122IpkNmIpkNmNN2221122122111112)44. 4(44. 4EkNkNkNfjkNkNkNfjENNmNNNmN21122122IkNkNmmINN221IkIi22EkEe37阻抗折算阻抗折算 根據(jù)折算前后轉(zhuǎn)子銅耗保持不變原則根據(jù)折算前后轉(zhuǎn)子銅耗保持不變原則 根據(jù)折算前后轉(zhuǎn)子功率因

25、數(shù)保持不變原則根據(jù)折算前后轉(zhuǎn)子功率因數(shù)保持不變原則22222221RImRIm22222RXRXtg2221122211122212222RkNkNkNmkNmRImImRNNNN22RkkRie2222XRRX22XkkXie38 折算到定子側(cè)的異步電機(jī)基本方程式組為折算到定子側(cè)的異步電機(jī)基本方程式組為 11112222m12121mmUEI ZEIRjXIIIEEEI Z 39 等效電路等效電路 經(jīng)折算后，同變壓器類似，可得異步電動機(jī)在轉(zhuǎn)子靜止時(shí)經(jīng)折算后，同變壓器類似，可得異步電動機(jī)在轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的的T T型等效電路。型等效電路。11111111()UEI RjXEI Z 2222EIRjX

26、m12III1mmm()mmEIRjXI Z 12EE40參數(shù)的物理意義參數(shù)的物理意義 異步電動機(jī)中，磁通由異步電動機(jī)中，磁通由三相繞組三相繞組聯(lián)合產(chǎn)生；變壓器中，磁通由聯(lián)合產(chǎn)生；變壓器中，磁通由一相繞組一相繞組產(chǎn)生。產(chǎn)生。 為定為定/轉(zhuǎn)子漏抗，轉(zhuǎn)子漏抗，由定由定/轉(zhuǎn)子三相電流聯(lián)合產(chǎn)轉(zhuǎn)子三相電流聯(lián)合產(chǎn)生的漏磁通，在定生的漏磁通，在定/轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)子每一相上引起的電抗；一相上引起的電抗；12/XXRm為勵(lì)磁電阻，代表鐵心損耗的等效電阻；為勵(lì)磁電阻，代表鐵心損耗的等效電阻；Xm為勵(lì)磁電抗，反映主磁通在電路中的作用，非線性。為勵(lì)磁電抗，反映主磁通在電路中的作用，非線性。R1/ R2為定為定/轉(zhuǎn)子繞組電阻

27、；轉(zhuǎn)子繞組電阻；折算后，轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的異步電機(jī)等效電路與二次級側(cè)短路時(shí)的折算后，轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的異步電機(jī)等效電路與二次級側(cè)短路時(shí)的變壓器等效電路相同。變壓器等效電路相同。定、轉(zhuǎn)子基波磁動勢空間相對靜止定、轉(zhuǎn)子基波磁動勢空間相對靜止5.2 三相異步電動機(jī)運(yùn)行原理三相異步電動機(jī)運(yùn)行原理 轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的異步電機(jī)轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的異步電機(jī) 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的異步電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的異步電機(jī) 異步電機(jī)參數(shù)測定異步電機(jī)參數(shù)測定內(nèi)部電磁關(guān)系與基本方程內(nèi)部電磁關(guān)系與基本方程頻率折算與繞組折算頻率折算與繞組折算轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)對轉(zhuǎn)子側(cè)各量的影響轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)對轉(zhuǎn)子側(cè)各量的影響等效電路等效電路42轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的異步電機(jī)：轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的異步電機(jī)：定子繞組施

28、加三相對稱電壓；定子繞組施加三相對稱電壓；轉(zhuǎn)子繞組短路；轉(zhuǎn)子繞組短路；假設(shè)：氣隙中只有基波磁通，定、轉(zhuǎn)子繞組上只感應(yīng)有基波電勢。假設(shè)：氣隙中只有基波磁通，定、轉(zhuǎn)子繞組上只感應(yīng)有基波電勢。二、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的異步電動機(jī)二、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的異步電動機(jī)431、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)對轉(zhuǎn)子各物理量的影響、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)對轉(zhuǎn)子各物理量的影響 轉(zhuǎn)子頻率轉(zhuǎn)子頻率轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組的電動勢和電流的頻率與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組的電動勢和電流的頻率與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速有關(guān)，取決于氣隙旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子的相對速度（速有關(guān)，取決于氣隙旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子的相對速度（n1-n）。）。轉(zhuǎn)子電動勢和電流的頻率稱為轉(zhuǎn)子頻率，有轉(zhuǎn)子電動勢和電流的頻率稱為轉(zhuǎn)子頻率，

29、有因轉(zhuǎn)子頻率與轉(zhuǎn)差率成正比，又稱為轉(zhuǎn)差頻率。因轉(zhuǎn)子頻率與轉(zhuǎn)差率成正比，又稱為轉(zhuǎn)差頻率。異步電動機(jī)額定負(fù)載時(shí)，異步電動機(jī)額定負(fù)載時(shí)，s通常在通常在0.020.05范圍內(nèi)，即當(dāng)范圍內(nèi)，即當(dāng)f1=50Hz時(shí)，時(shí)，f2=12.5Hz，由此可知轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子感應(yīng)電，由此可知轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢和電流的頻率很低，因而轉(zhuǎn)子鐵耗可以忽略。勢和電流的頻率很低，因而轉(zhuǎn)子鐵耗可以忽略。1111126060sfnpnnnnnpf44 轉(zhuǎn)子相繞組感應(yīng)電動勢轉(zhuǎn)子相繞組感應(yīng)電動勢 轉(zhuǎn)子相繞組漏阻抗轉(zhuǎn)子相繞組漏阻抗 轉(zhuǎn)子相電流轉(zhuǎn)子相電流2222m24.44sNEf N ksE22222sXf LsX2222sssEIRjX

30、45轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動后，由轉(zhuǎn)子電流所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子基波旋轉(zhuǎn)磁動勢轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動后，由轉(zhuǎn)子電流所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子基波旋轉(zhuǎn)磁動勢 相相對于轉(zhuǎn)子繞組的轉(zhuǎn)速為對于轉(zhuǎn)子繞組的轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)子基波旋轉(zhuǎn)磁勢轉(zhuǎn)子基波旋轉(zhuǎn)磁勢 相對于定子繞組的轉(zhuǎn)速為相對于定子繞組的轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)子基波旋轉(zhuǎn)磁動勢轉(zhuǎn)子基波旋轉(zhuǎn)磁動勢 和定子基波旋轉(zhuǎn)磁動勢和定子基波旋轉(zhuǎn)磁動勢 沒有相對沒有相對運(yùn)動，即運(yùn)動，即定、轉(zhuǎn)子磁動勢空間仍相對靜止定、轉(zhuǎn)子磁動勢空間仍相對靜止。11226060snpsfpfn112nnsnnn2、定、轉(zhuǎn)子磁動勢空間仍相對靜止、定、轉(zhuǎn)子磁動勢空間仍相對靜止2sF2sF2sF1F46不論轉(zhuǎn)子靜止還是旋轉(zhuǎn)，定、轉(zhuǎn)子磁動勢不論轉(zhuǎn)子靜止還是旋轉(zhuǎn)，定、轉(zhuǎn)子磁

31、動勢 與與 在空間上總在空間上總相對靜止，都以同步速相對靜止，都以同步速n1旋轉(zhuǎn)；旋轉(zhuǎn)； 和和 仍可空間矢量合成，等效為合成的激磁磁動勢仍可空間矢量合成，等效為合成的激磁磁動勢 ，即即磁勢平衡方程式不變磁勢平衡方程式不變1FmF2sF2sF1Fm21FFFsL1m1FFF4721fsf3 3、內(nèi)部電磁關(guān)系與基本方程、內(nèi)部電磁關(guān)系與基本方程11()If22sIf ( )21()F n11( )F nm1( )F n11()n21()nm1()Bn11()Ef22()sEf22()sEf11()Ef11111UEEI R 2222ssssEEI Rm1()n氣隙中的旋轉(zhuǎn)磁場由氣隙中的旋轉(zhuǎn)磁場由F2

32、與與F1共同建立；共同建立；F2與與F1空間相對靜止，轉(zhuǎn)速同為空間相對靜止，轉(zhuǎn)速同為n1；，48轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的基本方程式轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的基本方程式ssssXRIE2222j11111jXRIEU 電壓平衡方程式電壓平衡方程式定子側(cè)：定子側(cè)：轉(zhuǎn)子側(cè)：轉(zhuǎn)子側(cè)： 磁動勢平衡方程式磁動勢平衡方程式m21FFFs21fsf22sRR22sXsX22sEsE49 通過分析可以得到定、轉(zhuǎn)子回路的電動勢方程和等效電路：通過分析可以得到定、轉(zhuǎn)子回路的電動勢方程和等效電路：11111()UEI RjX 2222()ssssEIRjX1U1I1R1jX1E2sE2sI2sR2 sjX21fsf1f4、頻率折算與繞組折算、

33、頻率折算與繞組折算 轉(zhuǎn)子回路頻率與定子回轉(zhuǎn)子回路頻率與定子回路頻率不相同，導(dǎo)致二者基路頻率不相同，導(dǎo)致二者基本方程式和等效電路均無法本方程式和等效電路均無法實(shí)現(xiàn)直接連通，無法得到統(tǒng)實(shí)現(xiàn)直接連通，無法得到統(tǒng)一的等效電路。因此，需一的等效電路。因此，需尋尋求求“等效靜止轉(zhuǎn)子等效靜止轉(zhuǎn)子” ，將轉(zhuǎn)，將轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的頻率折算為定子系子系統(tǒng)的頻率折算為定子系統(tǒng)的頻率。統(tǒng)的頻率。50 轉(zhuǎn)子頻率折算轉(zhuǎn)子頻率折算頻率折算定義：用一等效的靜止轉(zhuǎn)子回路替代實(shí)際轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)頻率折算定義：用一等效的靜止轉(zhuǎn)子回路替代實(shí)際轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子回路，使轉(zhuǎn)子電路與定子電路有相同頻率。子回路，使轉(zhuǎn)子電路與定子電路有相同頻率。頻率折算原則：頻率歸

34、算前后，保持轉(zhuǎn)子磁動勢不變，從而頻率折算原則：頻率歸算前后，保持轉(zhuǎn)子磁動勢不變，從而保持磁動勢平衡關(guān)系不變，進(jìn)而定子電流的大小和相位不變保持磁動勢平衡關(guān)系不變，進(jìn)而定子電流的大小和相位不變，且損耗和功率不變（對電網(wǎng)等效）。，且損耗和功率不變（對電網(wǎng)等效）。 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)與否影響了轉(zhuǎn)子繞組的頻率，但是對轉(zhuǎn)子磁動勢相轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)與否影響了轉(zhuǎn)子繞組的頻率，但是對轉(zhuǎn)子磁動勢相對定子的轉(zhuǎn)速（即同步速對定子的轉(zhuǎn)速（即同步速 ）不會產(chǎn)生影響?，F(xiàn)在尋求一個(gè)所）不會產(chǎn)生影響?，F(xiàn)在尋求一個(gè)所謂的謂的“等效等效”靜止轉(zhuǎn)子，它產(chǎn)生的磁動勢肯定和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)候的靜止轉(zhuǎn)子，它產(chǎn)生的磁動勢肯定和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)候的磁動勢相比是不變的，只是

35、轉(zhuǎn)子繞組的頻率就由磁動勢相比是不變的，只是轉(zhuǎn)子繞組的頻率就由 改變?yōu)楦淖優(yōu)?而已，這就是轉(zhuǎn)子繞組頻率折算的思路。而已，這就是轉(zhuǎn)子繞組頻率折算的思路。2f1f1n51 轉(zhuǎn)子磁動勢是由轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的，那么要保持折算前后轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子磁動勢是由轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的，那么要保持折算前后轉(zhuǎn)子磁動勢不變，只需折算前后轉(zhuǎn)子電流有效值和相位不變（只是頻磁動勢不變，只需折算前后轉(zhuǎn)子電流有效值和相位不變（只是頻率改變）：率改變）：11()sff2221RsRRss轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)和轉(zhuǎn)子靜止時(shí)相轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)和轉(zhuǎn)子靜止時(shí)相比，等效電路只在轉(zhuǎn)子繞組比，等效電路只在轉(zhuǎn)子繞組中多了中多了21sRs.22122221()()sssIfsfFFI

36、ff2222/jEIRsX2222222222/sssssEIRjXEsRsjXsERsjX52電阻電阻 的物理意義的物理意義在實(shí)際轉(zhuǎn)動的電機(jī)中，轉(zhuǎn)子回路中并無此項(xiàng)電阻，但有機(jī)械功在實(shí)際轉(zhuǎn)動的電機(jī)中，轉(zhuǎn)子回路中并無此項(xiàng)電阻，但有機(jī)械功率輸出。率輸出。頻率折算后的轉(zhuǎn)子電路中，因已等效成靜止轉(zhuǎn)子，電機(jī)沒有機(jī)頻率折算后的轉(zhuǎn)子電路中，因已等效成靜止轉(zhuǎn)子，電機(jī)沒有機(jī)械功率輸出，但卻串入附加電阻械功率輸出，但卻串入附加電阻 ，其消耗電功率為，其消耗電功率為該電功率該電功率 用來模擬軸上的機(jī)械功率。用來模擬軸上的機(jī)械功率。21Rss21RssssRImPR12222ssRIm1222253進(jìn)一步討論進(jìn)一步討

37、論不論靜止或者旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，其轉(zhuǎn)子磁動勢總以同步轉(zhuǎn)速旋不論靜止或者旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，其轉(zhuǎn)子磁動勢總以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，即轉(zhuǎn)子磁動勢的絕對轉(zhuǎn)速不變，又因頻率折算不涉及轉(zhuǎn)，即轉(zhuǎn)子磁動勢的絕對轉(zhuǎn)速不變，又因頻率折算不涉及大小及相位的變化，故頻率折算前后電機(jī)的磁動勢平衡依大小及相位的變化，故頻率折算前后電機(jī)的磁動勢平衡依然維持。然維持。 頻率折算后，靜止的轉(zhuǎn)子不再輸出機(jī)械功率，即電機(jī)的功頻率折算后，靜止的轉(zhuǎn)子不再輸出機(jī)械功率，即電機(jī)的功率平衡中少了一項(xiàng)率平衡中少了一項(xiàng)機(jī)械功率。機(jī)械功率。 同時(shí)，靜止的轉(zhuǎn)子回路中多了一個(gè)附加電阻，而轉(zhuǎn)子電流同時(shí)，靜止的轉(zhuǎn)子回路中多了一個(gè)附加電阻，而轉(zhuǎn)子電流又沒有變，所以多了一項(xiàng)電阻

38、功率。又沒有變，所以多了一項(xiàng)電阻功率。 因此，附加電阻上消耗的電功率等于電機(jī)輸出的機(jī)械功率因此，附加電阻上消耗的電功率等于電機(jī)輸出的機(jī)械功率54頻率折算后的基本方程頻率折算后的基本方程111122222m1121mmieUEI ZREIjXsIIIkEk EEI Z 1122NeNN kkN k頻率折算僅用靜止轉(zhuǎn)子回路代替旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子回路，而轉(zhuǎn)子頻率折算僅用靜止轉(zhuǎn)子回路代替旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子回路，而轉(zhuǎn)子繞組（匝數(shù)、相數(shù)）保持不變。繞組（匝數(shù)、相數(shù)）保持不變。111222NiNm N kkm N k55 繞組折算繞組折算 為了簡化計(jì)算，便于導(dǎo)出一體化的等效電路，須將頻率折為了簡化計(jì)算，便于導(dǎo)出一體化的等效電路

39、，須將頻率折算后的轉(zhuǎn)子回路再通過繞組折算。算后的轉(zhuǎn)子回路再通過繞組折算。繞組折算方法：把轉(zhuǎn)子繞組折算到定子側(cè)，用一個(gè)相數(shù)為繞組折算方法：把轉(zhuǎn)子繞組折算到定子側(cè)，用一個(gè)相數(shù)為m1、匝數(shù)為匝數(shù)為N1、繞組系數(shù)為、繞組系數(shù)為kN1(與定子繞組相同的與定子繞組相同的)的等效轉(zhuǎn)子繞組的等效轉(zhuǎn)子繞組來替代實(shí)際的轉(zhuǎn)子繞組。來替代實(shí)際的轉(zhuǎn)子繞組。 繞組折算原則：折算前后轉(zhuǎn)子磁動勢繞組折算原則：折算前后轉(zhuǎn)子磁動勢F2不變，且轉(zhuǎn)子的各種功不變，且轉(zhuǎn)子的各種功率不變。率不變。各物理量的折算值：轉(zhuǎn)子繞組的電壓、感應(yīng)電動勢乘以電各物理量的折算值：轉(zhuǎn)子繞組的電壓、感應(yīng)電動勢乘以電動勢變比動勢變比ke，電流除以電流變比，電

40、流除以電流變比ki，阻抗乘以電動勢變比，阻抗乘以電動勢變比ke和電流變比和電流變比ki，即，即22EkEeikII/2222RkkRie22XkkXie56繞組折算后的基本方程組繞組折算后的基本方程組111122221m2121mmjUEI ZREIXsIIIEEEI Z 575 5、異步電機(jī)等效電路、異步電機(jī)等效電路 T T型等效電路型等效電路 經(jīng)過經(jīng)過轉(zhuǎn)子的頻率折算和繞組折算，轉(zhuǎn)子的頻率折算和繞組折算，轉(zhuǎn)子繞組電動勢和定子繞轉(zhuǎn)子繞組電動勢和定子繞組電動勢就完全相同了，因而可將定、轉(zhuǎn)子回路分離的等效電路組電動勢就完全相同了，因而可將定、轉(zhuǎn)子回路分離的等效電路統(tǒng)一，得到異步電動機(jī)的統(tǒng)一，得到異

41、步電動機(jī)的“T T”型等效電路如下：型等效電路如下：m58參數(shù)的物理意義參數(shù)的物理意義 為定子漏抗，由定子三為定子漏抗，由定子三相電流聯(lián)合產(chǎn)生的漏磁通，在相電流聯(lián)合產(chǎn)生的漏磁通，在定子每一相上引起的電抗；定子每一相上引起的電抗；1XRm為勵(lì)磁電阻，代表鐵心損耗的等效電阻；為勵(lì)磁電阻，代表鐵心損耗的等效電阻； Xm為勵(lì)磁電抗，反映主磁通在電路中的作用，非線性。為勵(lì)磁電抗，反映主磁通在電路中的作用，非線性。R1/為定子繞組電阻；為定子繞組電阻；R2 為繞組折算后轉(zhuǎn)子電阻；為繞組折算后轉(zhuǎn)子電阻； 為轉(zhuǎn)子漏抗，由轉(zhuǎn)子三相電流聯(lián)合產(chǎn)生的漏磁通，在轉(zhuǎn)子每為轉(zhuǎn)子漏抗，由轉(zhuǎn)子三相電流聯(lián)合產(chǎn)生的漏磁通，在轉(zhuǎn)子每

42、一相上引起的電抗；一相上引起的電抗；2X 為附加電阻，由頻率折算產(chǎn)生，代表機(jī)械負(fù)載等效電阻；為附加電阻，由頻率折算產(chǎn)生，代表機(jī)械負(fù)載等效電阻；21Rssm59相量圖相量圖111122221m2121mmjUEI ZREIXsIIIEEEI Z 60 利用利用T T型等效電路可以分析異步電機(jī)不同的運(yùn)行情況型等效電路可以分析異步電機(jī)不同的運(yùn)行情況空載（電動機(jī)運(yùn)行）：空載（電動機(jī)運(yùn)行）： 轉(zhuǎn)速接近同步速，轉(zhuǎn)速接近同步速，s-0，附加電阻，附加電阻- ，轉(zhuǎn)子處于開路；，轉(zhuǎn)子處于開路； 功率因數(shù)滯后，且很小。功率因數(shù)滯后，且很小。額定負(fù)載（電動機(jī)運(yùn)行）：額定負(fù)載（電動機(jī)運(yùn)行）： sN5%，附加電阻為，附

43、加電阻為19R2，轉(zhuǎn)子回路接近電阻性；，轉(zhuǎn)子回路接近電阻性； 功率因數(shù)較高（功率因數(shù)較高（0.8-0.85），且滯后。），且滯后。發(fā)電機(jī)狀態(tài)：發(fā)電機(jī)狀態(tài)： 轉(zhuǎn)速大于同步速，轉(zhuǎn)速大于同步速，s0，附加電阻，附加電阻1，機(jī)械功率，機(jī)械功率X1，c1 1。65小結(jié)小結(jié)異步電機(jī)從基本電磁原理和分析方法來看與變壓器很相似，異步電機(jī)從基本電磁原理和分析方法來看與變壓器很相似，其電動勢、磁動勢平衡方程式、等效電路和相量圖的形式相其電動勢、磁動勢平衡方程式、等效電路和相量圖的形式相同，但有明顯差別，主要是磁場性質(zhì)不同。同，但有明顯差別，主要是磁場性質(zhì)不同。因定、轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢大小、頻率不同，異步電機(jī)的等效電因

44、定、轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢大小、頻率不同，異步電機(jī)的等效電路必須要同時(shí)進(jìn)行繞組歸算和頻率歸算。路必須要同時(shí)進(jìn)行繞組歸算和頻率歸算。T T型等效電路中，異步電動機(jī)輸出的機(jī)械功率在等效電路中型等效電路中，異步電動機(jī)輸出的機(jī)械功率在等效電路中用用模擬電阻（模擬電阻（ ）表示。表示。異步電機(jī)有氣隙存在，激磁電流較變壓器的大，等效電路的異步電機(jī)有氣隙存在，激磁電流較變壓器的大，等效電路的簡化應(yīng)作修正（簡化應(yīng)作修正（C1）。）。21Rss5.2 三相異步電動機(jī)運(yùn)行原理三相異步電動機(jī)運(yùn)行原理 轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的異步電機(jī)轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的異步電機(jī) 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的異步電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的異步電機(jī) 異步電機(jī)參數(shù)測定異步電機(jī)參數(shù)測定 空載實(shí)

45、驗(yàn)空載實(shí)驗(yàn) 短路實(shí)驗(yàn)短路實(shí)驗(yàn)67異步電機(jī)待測參數(shù)：異步電機(jī)待測參數(shù)：基本參數(shù)：基本參數(shù)：R1、X1、R2、X2、Rm、Xm運(yùn)行參數(shù)：轉(zhuǎn)差率運(yùn)行參數(shù)：轉(zhuǎn)差率sm同變壓器，異步電機(jī)可以通過同變壓器，異步電機(jī)可以通過空載試驗(yàn)空載試驗(yàn)和和堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)測定參數(shù)。測定參數(shù)。68m一、空載試驗(yàn)一、空載試驗(yàn)1 1）試驗(yàn)?zāi)康模簻y?。┰囼?yàn)?zāi)康模簻y取 、 、 。2 2）試驗(yàn)條件：異步電動機(jī)空載，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近同步速，則）試驗(yàn)條件：異步電動機(jī)空載，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近同步速，則s s0，轉(zhuǎn)子相當(dāng)于開路。轉(zhuǎn)子相當(dāng)于開路。mmmZRjXmecpFep0I1R1XmRmX1U12EE693）試驗(yàn)方法：試驗(yàn)時(shí)異步電動機(jī)空載（軸上不

46、帶負(fù)載），用三相）試驗(yàn)方法：試驗(yàn)時(shí)異步電動機(jī)空載（軸上不帶負(fù)載），用三相調(diào)壓器對電機(jī)供電，使定子端電壓從調(diào)壓器對電機(jī)供電，使定子端電壓從(1.11.3)UN開始，逐漸降低開始，逐漸降低電壓，空載電流逐漸減少，直到電動機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生明顯下降，空載電壓，空載電流逐漸減少，直到電動機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生明顯下降，空載電流明顯回升為止；在這個(gè)過程中，記錄電動機(jī)的端電壓電流明顯回升為止；在這個(gè)過程中，記錄電動機(jī)的端電壓U1、空、空載電流載電流I0、空載損耗、空載損耗p0、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速n，并繪制空載特性曲線如圖所示。，并繪制空載特性曲線如圖所示?？蛰d時(shí)從電源吸收的功率：空載時(shí)從電源吸收的功率：010CuFemecadPpp

47、pp從定子功率中減去定子銅耗：從定子功率中減去定子銅耗：0010CuFemecadPPpppp70損耗分離：損耗分離：機(jī)械損耗機(jī)械損耗pmec與電壓與電壓U1無關(guān)，無關(guān)，在電動機(jī)轉(zhuǎn)速變化不大時(shí)，可在電動機(jī)轉(zhuǎn)速變化不大時(shí)，可以認(rèn)為是常數(shù)。以認(rèn)為是常數(shù)。 pFe+pad0可以近似認(rèn)為與磁密可以近似認(rèn)為與磁密的平方成正比，因而可近似認(rèn)的平方成正比，因而可近似認(rèn)為與電壓的平方成正比。為與電壓的平方成正比。 曲線近似為直線。曲線近似為直線。 機(jī)械損耗機(jī)械損耗 和鐵耗和鐵耗 的測定的測定mecpFep00FemecadPpppp 延長線與縱軸交點(diǎn)即為機(jī)械損耗延長線與縱軸交點(diǎn)即為機(jī)械損耗pmec；p空載附加

48、損耗相對較小，可用其它試驗(yàn)將之與鐵耗分離，也空載附加損耗相對較小，可用其它試驗(yàn)將之與鐵耗分離，也可根據(jù)統(tǒng)計(jì)值估計(jì)可根據(jù)統(tǒng)計(jì)值估計(jì)pad0，從而得到鐵耗，從而得到鐵耗pFe。201()Pf U201()Pf U71根據(jù)空載時(shí)的等效電路和試驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)可以算出根據(jù)空載時(shí)的等效電路和試驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)可以算出: : 是測得的三相輸入功率；是測得的三相輸入功率； 、 分別為相電流和相電壓。分別為相電流和相電壓。00203mecPpRI22000XZR100UZI0P0I1U01mXXX01mRRR 勵(lì)磁阻抗參數(shù)的計(jì)算勵(lì)磁阻抗參數(shù)的計(jì)算0I1R1XmRmX1U12EE由此求出勵(lì)磁阻抗由此求出勵(lì)磁阻抗：72二

49、、短路試驗(yàn)二、短路試驗(yàn) 1）試驗(yàn)?zāi)康模簻y定短路阻抗、轉(zhuǎn)子電阻、定、轉(zhuǎn)子漏抗。）試驗(yàn)?zāi)康模簻y定短路阻抗、轉(zhuǎn)子電阻、定、轉(zhuǎn)子漏抗。2）試驗(yàn)方法：將轉(zhuǎn)子堵住，在定子端施加電壓，從）試驗(yàn)方法：將轉(zhuǎn)子堵住，在定子端施加電壓，從0.4UN開始開始逐漸降低，記錄定子繞組端電壓逐漸降低，記錄定子繞組端電壓Uk、定子電流、定子電流Ik、定子端輸入、定子端輸入功率功率Pk，作出異步電機(jī)的短路特性曲線，作出異步電機(jī)的短路特性曲線Ik=f(Uk)，Pk=f(Uk)。異步電動機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)等效電路圖異步電動機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)等效電路圖m73 是測得的三相輸入功率是測得的三相輸入功率 ； 、 分別為相電壓和相電流。分別為相電壓和相電流。

50、 短路阻抗參數(shù)的計(jì)算短路阻抗參數(shù)的計(jì)算11kkkUZI1213kkkPRI22kkkXZR1kP1kI1kU根據(jù)短路特性曲線，取額定電流點(diǎn)的根據(jù)短路特性曲線，取額定電流點(diǎn)的Uk(相電壓相電壓)、Ik(相電流相電流)、Pk(三相短路損耗三相短路損耗)。74 由于由于XmRm，忽略，忽略Rm，并近似認(rèn)為，并近似認(rèn)為X1=X2?？紤]到?？紤]到X0=Xm+X1(空載試驗(yàn)空載試驗(yàn))，可推導(dǎo)出，可推導(dǎo)出 對于大中型異步電機(jī)，對于大中型異步電機(jī)，由于由于Xm很大，勵(lì)磁支路可以很大，勵(lì)磁支路可以近似認(rèn)為開路，這時(shí)近似認(rèn)為開路，這時(shí)k001k2XXXRRRk2121XXX異步電動機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)等效電路圖異步電動機(jī)堵轉(zhuǎn)

51、時(shí)等效電路圖m21kRRR)(202200021XRXXXXXXk 異步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩異步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 異步電動機(jī)的功率平衡方程式異步電動機(jī)的功率平衡方程式 異步電動機(jī)的工作特性異步電動機(jī)的工作特性5.3 三相異步電動機(jī)運(yùn)行特性三相異步電動機(jī)運(yùn)行特性 異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩平衡方程式異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩平衡方程式76一、異步電動機(jī)功率平衡方程式一、異步電動機(jī)功率平衡方程式 異步電動機(jī)的功率和損耗在異步電動機(jī)的功率和損耗在T型等效電路中的反映如圖所型等效電路中的反映如圖所示示。77輸入電功率：輸入電功率：P1=m1U1I1cos1 在定子繞組中產(chǎn)生定子銅耗：在定子繞組中產(chǎn)生定子銅耗： pCu1=m1I1

52、2R1旋轉(zhuǎn)磁場在鐵心中產(chǎn)生鐵耗：旋轉(zhuǎn)磁場在鐵心中產(chǎn)生鐵耗： 轉(zhuǎn)子鐵心與磁場相對轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)子鐵心與磁場相對轉(zhuǎn)速為sn1很小，忽略轉(zhuǎn)子鐵耗很小，忽略轉(zhuǎn)子鐵耗定子鐵心與磁場相對轉(zhuǎn)速為定子鐵心與磁場相對轉(zhuǎn)速為n1較大，鐵耗主要為定子鐵耗較大，鐵耗主要為定子鐵耗 pFe=m1I02Rm通過氣隙磁場感應(yīng)到轉(zhuǎn)子繞組的功率稱為電磁功率：通過氣隙磁場感應(yīng)到轉(zhuǎn)子繞組的功率稱為電磁功率： Pem=P1-pCu1-pFePem= m1I222/s78電磁功率首先提供轉(zhuǎn)子銅耗：電磁功率首先提供轉(zhuǎn)子銅耗： pCu2= m1I222=sPem剩余的電磁功率全部轉(zhuǎn)化為剩余的電磁功率全部轉(zhuǎn)化為 機(jī)械功率：機(jī)械功率： Pmec=

53、m1I222(1-s)/s=(1-s) Pem機(jī)械功率一部分克服機(jī)械損耗機(jī)械功率一部分克服機(jī)械損耗pmec 和附加損耗和附加損耗pad 其余機(jī)械功率為輸出的機(jī)械功率：其余機(jī)械功率為輸出的機(jī)械功率： P2=Pmec-pmec-pad 79名稱名稱符號符號計(jì)算公式計(jì)算公式輸入電功率輸入電功率 P1 P1=m1U1I1cos1電磁功率電磁功率 Pem Pem= P1-pCu1-pFe =pCu2+Pmec=m1 I22 R2s借助于氣隙中旋轉(zhuǎn)磁場由定子傳遞給轉(zhuǎn)子的功率借助于氣隙中旋轉(zhuǎn)磁場由定子傳遞給轉(zhuǎn)子的功率總機(jī)械功率總機(jī)械功率 PmecPmec=m1 I22 R2(1-s)s輸出機(jī)械功率輸出機(jī)械功

54、率P2轉(zhuǎn)子軸上輸出的機(jī)械功率轉(zhuǎn)子軸上輸出的機(jī)械功率定子繞組銅耗定子繞組銅耗 pCu1 pCu1 =m1 I12 R1轉(zhuǎn)子繞組銅耗轉(zhuǎn)子繞組銅耗pCu2pCu2=m1 I22 R2鐵耗鐵耗 pFepFe=m1 I02 Rm正常運(yùn)行時(shí)，異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子電正常運(yùn)行時(shí)，異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子電流頻率很低流頻率很低(0.52Hz)，轉(zhuǎn)子鐵耗可以忽略，異步電動，轉(zhuǎn)子鐵耗可以忽略，異步電動機(jī)的鐵耗可近似認(rèn)為等于定子鐵耗。機(jī)的鐵耗可近似認(rèn)為等于定子鐵耗。機(jī)械損耗機(jī)械損耗 pmec包括軸承摩擦損耗和通風(fēng)損耗，主要與轉(zhuǎn)速有關(guān)包括軸承摩擦損耗和通風(fēng)損耗，主要與轉(zhuǎn)速有關(guān)附加損耗附加損耗 pad

55、難以準(zhǔn)確計(jì)算，通常估算約為電機(jī)額定功率的難以準(zhǔn)確計(jì)算，通常估算約為電機(jī)額定功率的0.5%1%。80功率平衡方程為：功率平衡方程為： P1= Pem+pcu1 + pFe Pem=pcu2+Pmec 機(jī)械功率平衡方程式：機(jī)械功率平衡方程式： Pmec=P2+pmec+pad電磁功率、轉(zhuǎn)子繞組回路銅耗、總機(jī)械功率三者之間的關(guān)電磁功率、轉(zhuǎn)子繞組回路銅耗、總機(jī)械功率三者之間的關(guān)系為：系為： Pem： pcu2 ：Pmec=1：s：(1-s)81 由機(jī)械功率平衡式由機(jī)械功率平衡式Pmec=P2+pmec+pad兩邊除以轉(zhuǎn)子機(jī)械角兩邊除以轉(zhuǎn)子機(jī)械角速度速度，得到轉(zhuǎn)矩平衡方程為，得到轉(zhuǎn)矩平衡方程為機(jī)械角速度

56、（機(jī)械角速度（rad/s）轉(zhuǎn)軸上總的機(jī)械轉(zhuǎn)矩，即電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)軸上總的機(jī)械轉(zhuǎn)矩，即電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)軸上輸出機(jī)械轉(zhuǎn)矩，即轉(zhuǎn)軸上輸出機(jī)械轉(zhuǎn)矩，即T2為負(fù)載轉(zhuǎn)矩；為負(fù)載轉(zhuǎn)矩；Tmec為機(jī)械損耗轉(zhuǎn)矩；為機(jī)械損耗轉(zhuǎn)矩；Tad為附加損耗轉(zhuǎn)矩；為附加損耗轉(zhuǎn)矩；T0=Tmec+Tad為空載轉(zhuǎn)矩。為空載轉(zhuǎn)矩。022TTTTTTadmecem二、異步電動機(jī)轉(zhuǎn)矩平衡方程式二、異步電動機(jī)轉(zhuǎn)矩平衡方程式11(1)mecmecememPPPTs1122(1)(1)6060nnss 旋轉(zhuǎn)磁場運(yùn)旋轉(zhuǎn)磁場運(yùn)動角速度動角速度82 1、物理表達(dá)式、物理表達(dá)式 異步電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的物理表達(dá)式描述了電磁轉(zhuǎn)矩與主磁異步電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的物理表達(dá)式描述了

57、電磁轉(zhuǎn)矩與主磁通、轉(zhuǎn)子有功電流的關(guān)系。通、轉(zhuǎn)子有功電流的關(guān)系。22222cos2NmmpN kI22222222111coscos2260MemPpm E ITm E Inf 211114.44NmEEf N k 三、異步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩三、異步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩22cosTmCI11122cos2NmmpN kI2222221111NiNm N kIIIkm N k 83 異步電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的大小與氣隙每極磁通量異步電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的大小與氣隙每極磁通量 、轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)子每相電流子每相電流 以及轉(zhuǎn)子功率因數(shù)以及轉(zhuǎn)子功率因數(shù) 三者的乘積有關(guān)。三者的乘積有關(guān)。m2I2cos22cosemTmTCI異步電動機(jī)的

58、電磁轉(zhuǎn)矩物理表達(dá)式異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩物理表達(dá)式2222TNmCpN k 是與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)，稱為轉(zhuǎn)矩因數(shù)是與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)，稱為轉(zhuǎn)矩因數(shù) 是轉(zhuǎn)子電流的有功分量是轉(zhuǎn)子電流的有功分量22cosI842、參數(shù)表達(dá)式、參數(shù)表達(dá)式 異步電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的參數(shù)表達(dá)式描述了電磁轉(zhuǎn)矩與參數(shù)的異步電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的參數(shù)表達(dá)式描述了電磁轉(zhuǎn)矩與參數(shù)的關(guān)系，由簡化等效電路推導(dǎo)出表達(dá)式如下關(guān)系，由簡化等效電路推導(dǎo)出表達(dá)式如下221221122111emem2XXsRRfsRpUmPT1. Tem與與U12成正比；成正比；2. Tem與與f1成反比；成反比；3. Tem與漏電抗與漏電抗Xk 成反比。成反比。221221

59、2122XXsRRUIsRImP2221empfn1112602851） Tem-s曲線曲線 在電壓在電壓U1、頻率頻率f1為常數(shù)時(shí)為常數(shù)時(shí)，電機(jī)的參數(shù)可，電機(jī)的參數(shù)可以認(rèn)為是常數(shù)，以認(rèn)為是常數(shù)，電磁轉(zhuǎn)矩僅與電磁轉(zhuǎn)矩僅與s有有關(guān)，其關(guān)系曲線關(guān)，其關(guān)系曲線Tem=f(s)如圖所示如圖所示。22122112211em2XXsRRfsRpUmT862）三個(gè)特殊點(diǎn)）三個(gè)特殊點(diǎn) 同步點(diǎn)：同步點(diǎn)：s=0，n=n1，旋，旋轉(zhuǎn)磁場相對于轉(zhuǎn)子靜止，轉(zhuǎn)磁場相對于轉(zhuǎn)子靜止，Tem=0。 最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)：最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)：s=sm，sm稱稱為臨界轉(zhuǎn)差率。為臨界轉(zhuǎn)差率。f1一定時(shí)，一定時(shí)， Tmax與與U12成正比；成正比；f1

60、一定時(shí)，一定時(shí)， Tmax與與Xk成反比；成反比；sm與與R2成正比，成正比， Tmax與與R2無關(guān)無關(guān)， R2增大時(shí)，增大時(shí)，sm增大，而增大，而Tmax不變，曲線左移；不變，曲線左移；TN=PN/N為額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩為額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tmax越大，過載能力越強(qiáng)越大，過載能力越強(qiáng)一般異步電動機(jī)一般異步電動機(jī)kM=1.62.5kM=TmaxTN 過載能力過載能力221212mXXRRs2212111211max4XXRRfpUmT 0ddsTem212XXR2112114XXfpUm212XXRsm211211max4XXfpUmT+ 電動機(jī)電動機(jī)- 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)872）三個(gè)特殊點(diǎn)）三個(gè)特殊點(diǎn) 起動點(diǎn)