第4章：三相異步電動機(jī)(1)

1、第第4章章 三相異步電動機(jī)三相異步電動機(jī) 電機(jī)拖動與控制電機(jī)拖動與控制4.1三相異步電動機(jī)的原理與結(jié)構(gòu)三相異步電動機(jī)的原理與結(jié)構(gòu) 4.1.1旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生的產(chǎn)生 定子鐵芯里有六個線槽，槽內(nèi)嵌放著三個結(jié)構(gòu)完全相同的繞組，其首端和末端分別用U1、V1、W1和U2、V2、W2表示，它們在空間上彼此互差120。將三個末端連在一起，三個首端接到三相對稱電源上，則繞組內(nèi)便流過三相對稱電流。在上圖a中，U相繞組電流為正最大；V、W相的電流均為負(fù)。根據(jù)右手螺旋定則，三相電流產(chǎn)生兩極合成磁場，位于U相繞組的軸線上。在上圖b中，V相繞組電流為正最大；U、W相繞組中的電流均為負(fù)；根據(jù)右手螺旋定則，合成磁場位

2、于V相繞組的軸線上，并在空間沿逆時針方向轉(zhuǎn)過了120。同理可得c、d圖繞組中電流及其產(chǎn)生合成磁場的方向。 tt=0=120t=240在兩極電機(jī)中，當(dāng)電流在時間上變化一個周期，磁場在空間正好旋轉(zhuǎn)一周，當(dāng)某相電流最大，合成磁場就位于該相繞組的軸線上。由于三相定子電流最大值是按照順序U、V、W的時間順序依次交替變化的，相應(yīng)的合成磁場也是按照UVW的順序逆時針方向旋轉(zhuǎn)。如果將定子繞組安排成四極，如圖4-3所示，觀察電流變化時磁場的變化，可以看出：當(dāng)電流變化120時，磁場在空間沿逆時針方向轉(zhuǎn)過了60，電流變化一個周期，磁場只在空間旋轉(zhuǎn)了半周。旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速與方向轉(zhuǎn)速與方向1.三相對稱繞組通以三

3、相對稱電流，可產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。2.當(dāng)電流變化一周期時，一對極磁場在空間旋轉(zhuǎn)一周，二對極磁場在空間旋轉(zhuǎn)半周。由此可推斷：當(dāng)有p對極時，電流變化一周，磁場在空間旋轉(zhuǎn)1/p周。因此可得出旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速與電流頻率及磁極對數(shù)的關(guān)系為pfn11603.磁場的旋轉(zhuǎn)方向取決于三相交流電的相序。當(dāng)交流電的相序?yàn)閁VW時，合成磁場就按UVW的順序旋轉(zhuǎn)；如果相序變?yōu)閁WV，則磁場的旋轉(zhuǎn)方向也將隨之改變?yōu)閁WV。 因此，若要改變旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向，只需將三相異步電動機(jī)的三根電源線中任意兩根對調(diào)即可。 4.1.2三相異步電動機(jī)的工作原理三相異步電動機(jī)的工作原理圖4-4 異步電動機(jī)工作原理圖 設(shè)該旋轉(zhuǎn)磁場以同步轉(zhuǎn)速沿逆時針方向

4、旋轉(zhuǎn)，如圖4-4。由于轉(zhuǎn)子繞組自成閉合回路，則在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流。轉(zhuǎn)子繞組的載流導(dǎo)體在旋轉(zhuǎn)磁場中將受到電磁力的作用，其方向由左手定則來判定。電磁力作用于轉(zhuǎn)子從而形成電磁轉(zhuǎn)矩，在電磁轉(zhuǎn)矩的作用下轉(zhuǎn)子逆時針方向旋轉(zhuǎn)，如圖4-4。 轉(zhuǎn)子的方向與旋轉(zhuǎn)磁場方向一致，因此欲改變轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動方向，需改變?nèi)嚯娏鞯南嘈?。即將三相電源線的任意兩根對調(diào)。 由于轉(zhuǎn)子電流是通過切割磁場感應(yīng)產(chǎn)生的，因此，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不可能達(dá)到同步轉(zhuǎn)速，否則，轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場之間便無相對運(yùn)動，就不會產(chǎn)生感應(yīng)電流，也就無法產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。故這兩種轉(zhuǎn)速的差異是電動機(jī)能夠工作的必要條件，這也就是異步電動機(jī)“異步”名稱的由來。因轉(zhuǎn)子電流是感應(yīng)產(chǎn)生的

5、，所以又稱感應(yīng)電動機(jī)。轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率 把同步轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之差稱為轉(zhuǎn)差或轉(zhuǎn)差速度，轉(zhuǎn)差與同步轉(zhuǎn)速的之比稱為轉(zhuǎn)差率11nnnss電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速可表示為1)1 (nsn)1 (601spf轉(zhuǎn)差率反映轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場之間相對運(yùn)動的快慢，對運(yùn)行性能有極大的影響。當(dāng)起動瞬間，轉(zhuǎn)差率為1；當(dāng)空載運(yùn)行時，因無負(fù)載轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)差率接近0 。所以異步電動機(jī)正常運(yùn)行時，轉(zhuǎn)差率的變化范圍為01。對普通的三相異步電動機(jī)，其額定轉(zhuǎn)速略低于同步轉(zhuǎn)速，額定轉(zhuǎn)差率一般為（0.020.06）。根據(jù)轉(zhuǎn)差率的大小和符號判斷根據(jù)轉(zhuǎn)差率的大小和符號判斷異步電動機(jī)的三種運(yùn)行狀態(tài)異步電動機(jī)的三種運(yùn)行狀態(tài) 4.1.3三相異步電

6、動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)1.定子定子：三相異步電動機(jī)的定子部分由機(jī)座、定子鐵芯和定子繞組三部分組成。定子繞組 三相異步電動機(jī)的定子繞組由結(jié)構(gòu)完全相同、在空間互差120電角度的三個繞組組成，每相繞組由許多線圈按一定規(guī)律嵌放在定子槽內(nèi)，有單、雙層之分。為接線方便，將三相繞組的六個出線端引到接線盒上，根據(jù)需要接成星形或三角形 。2.轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組、風(fēng)扇等。（1）轉(zhuǎn)子鐵芯：電動機(jī)磁路的一部分并要嵌放轉(zhuǎn)子繞組，所用材料和定子一樣，由0.5mm厚的沖有轉(zhuǎn)子槽形的硅鋼片疊壓而成。 （2）籠型轉(zhuǎn)子繞組：由槽內(nèi)的導(dǎo)條和短接這些導(dǎo)條的導(dǎo)電端環(huán)組成。除掉鐵心，整個轉(zhuǎn)子繞組的形狀像個籠子

7、，叫籠型轉(zhuǎn)子。 （3）繞線型轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)與定子繞組相同，由對稱的三相繞組組成。三相繞組連成星形，三個首端分別接到安裝在轉(zhuǎn)軸上的三個銅滑環(huán)（與轉(zhuǎn)軸絕緣）上，通過固定在定子上的電刷裝置與外電路相聯(lián)，可以串電阻或頻敏變阻器等，用以改善起動和調(diào)速性能 。3.氣隙氣隙大小對異步電動機(jī)性能影響極大。氣隙大，磁阻大，勵磁電流也就大，異步電動機(jī)功率因數(shù)就會降低。但氣隙過小，會造成裝配困難，且定、轉(zhuǎn)子易發(fā)生機(jī)械摩擦，出現(xiàn)“掃膛”現(xiàn)象。實(shí)際電機(jī)應(yīng)兼顧上述兩方面因素。 4 4三相異步電動機(jī)的銘牌三相異步電動機(jī)的銘牌(1)型號(2)額定功率NP(3)額定電壓NU (4)額定電流NI (5)額定轉(zhuǎn)速 Nn(6)絕緣等級

8、 (7)工作制 （8）額定效率 N%1003COSIUPNNN = 5 5三相異步電動的主要系列三相異步電動的主要系列Y系列：一般用途的小型籠型全封閉自冷式三相異步電動機(jī)。YR系列：三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)，用在起動靜止負(fù)載或慣性負(fù)載較大的機(jī)械上。YZ和YZR系列：起重和冶金用三相異步電動機(jī) YB系列：防爆式籠型異步電動機(jī)。YCT系列：電磁調(diào)速異步電動機(jī) . . （4）額定負(fù)載時的轉(zhuǎn)差率例4-1 一臺三相異步電動機(jī)，額定功率55Kw，頻率為50Hz，額定電壓380V，額定效率0.79，額定功率因數(shù)0.89，額定轉(zhuǎn)速570r/min，試求:5pAAUPINNNNN11979. 089. 03803

9、1055cos3305. 06005706001NNNnnns（1）同步轉(zhuǎn)速:因電動機(jī)額定運(yùn)行時轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速，所以同步轉(zhuǎn)速為600r/min。（2）極對數(shù):為10極電動機(jī)（3）額定電流4.2 4.2 交流電機(jī)的定子繞組交流電機(jī)的定子繞組 三相交流電機(jī)繞組安排的要求：2、三相繞組的合成磁勢和每相繞組所產(chǎn)生的感應(yīng)電勢的波形應(yīng)盡量接近正弦等。有單層、雙層繞組之分。 1、應(yīng)盡可能產(chǎn)生較大的磁勢和感應(yīng)電勢外，還要求三相繞組的匝數(shù)必須相等，每相繞組所產(chǎn)生的磁勢和感應(yīng)電勢必須對稱即大小相等、相位互差120。 一、交流繞組的幾個術(shù)語一、交流繞組的幾個術(shù)語7.每極每相槽數(shù)qZpa0360360ppmZq21

10、.繞組元件2.機(jī)械角度與電角度：電角度為3.極距4.節(jié)距y 5.槽距角6.相帶：為保證對稱，每個相帶則占60電角度，稱為60相帶。8.極相組每個磁極下同一相的q個線圈，按一定規(guī)律連接起來，就構(gòu)成極相組,將同一相的若干個極相組串聯(lián)或并聯(lián)，就構(gòu)成了一相繞組 。 兩極磁場 四極磁場 二、單層繞組二、單層繞組1.單層繞組的基本形式以一臺三相四極24槽異步電動機(jī)為例。62pz22pmzq303600zpa單層繞組是指一個槽內(nèi)僅放置一個線圈邊，因此定子總線圈數(shù)等于總槽數(shù)的一半。單層繞組結(jié)構(gòu)簡單、嵌線方便，但磁勢和電勢波形不如雙層繞組。因此單層繞組主要應(yīng)用于功率在10KW以下的小型三相異步電機(jī)和單相異步電機(jī)

11、的定子繞組中。表43 相帶與定子槽號對應(yīng)表相 序U1W2V1U2W1V2N1 S11，23，45，67，89，1011，12N2 S213，1415，1617，1819，2021，2223，24常用的三相單層繞組基本形式有：鏈?zhǔn)?、交叉?、同心式。對單層繞組而言，有幾對極就對應(yīng)幾個極相組。換句話說，極相組數(shù)等于極對數(shù)。2.交叉鏈?zhǔn)嚼@組以一臺三相四極36槽異步電動機(jī)為例。相 序U1W2VlU2WlV2Nl，S11,2,34,5,67,8,910,11,1213,14,1516,17,18N2，S219,20,2l22,23,2425,26,2728,29,3031,32,3334,35,3692

12、pz32pmzq2. 繞組展開圖 聯(lián)接規(guī)律：兩個相鄰的大線圈之間“首一尾”相聯(lián)，大線圈和小線圈之間“尾一尾”相聯(lián)，小線圈與大線圈之間“首一首”相聯(lián) 。嵌線步驟和規(guī)律為：三相輪著嵌，先嵌兩個大線圈的一邊，空一槽，再嵌一個小線圈的一邊，空兩槽，又嵌兩個大線圈，再空一槽，嵌一個小線圈，以此類推，直至嵌完。即“嵌二槽(大線圈)，空一槽，再嵌一槽(小線圈)，空兩槽”的規(guī)則下線。三.雙層繞組雙層繞組 以一臺三相四極24槽異步電動機(jī)為例。=6；q =2；=30。采用60相帶，其相帶與定子槽號劃分如下表： 相 序U1W2VlU2WlV2Nl，S11,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12N2，S21

13、3,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,雙層疊繞組U相繞組展開圖 4.34.3交流電機(jī)的磁動勢與磁場交流電機(jī)的磁動勢與磁場首先分析單個線圈磁勢，進(jìn)而分析相繞組的磁勢，最后分析三相繞組的磁勢。yyNi21一、單相繞組的磁勢磁力線兩次通過氣隙，兩段氣隙的磁阻相等，各消耗線圈磁勢的一半，即每極磁勢為 若線圈內(nèi)電流為tIiycos2tFtINNiyyyycoscos2221則矩形波磁勢表達(dá)式為 這種空間位置固定不動，而大小和極性隨電流交變的磁勢和磁場，稱為脈振磁勢和脈振磁場。脈振磁勢的頻率就是交流電流的頻率。 直接應(yīng)用矩形波來分析繞組的磁勢很不方便?？刹捎酶凳霞墧?shù)分析法，

14、將線圈的矩形波磁勢分解為基波磁勢和一系列諧波磁勢，其中包含有3、5、7無數(shù)多個奇次諧波。 取線圈的中心線為縱坐標(biāo)軸，在任意點(diǎn)處的磁勢可以表示為矩形波磁勢分解為基波磁勢和諧波磁勢 xFxFxFxfyyyy5cos3coscos)(531x 是與橫坐標(biāo)x對應(yīng)的電角度。Fy1是基波磁勢的幅值 yyyININF9 . 02241線圈磁勢在空間的分布情況表達(dá)式為 Fy3、Fy5分別表示3、5各奇次諧波的幅值和相位，以v表示諧波次數(shù)，則有2sin9 . 01vINvFyyv xxxxINxyy7cos715cos513cos31cos9 . 0)(f考慮磁勢隨時間變化，既是空間函數(shù)又是時間函數(shù)txxxxI

15、Ntxfyycos7cos715cos513cos31cos9 . 0),( 二、單相繞組的合成磁勢二、單相繞組的合成磁勢考慮電機(jī)采用分布系數(shù)、qkykyqNkkk1Nk每相繞組所產(chǎn)生基波磁勢幅值為1119 . 0NkpINF 次諧波磁勢的幅值為 NkpINF19 . 0單相繞組的磁勢方程式為 txkxkxkxkpINtxfNNNNcos7cos715cos513cos31cos9 . 0),(75311 定義磁勢繞組系數(shù) 短距系數(shù)單相繞組磁勢的幾點(diǎn)結(jié)論：單相繞組磁勢的幾點(diǎn)結(jié)論： 3）單相繞組諧波磁勢的幅值為基波磁勢幅值1/ ，并諧波磁勢繞組系數(shù)成正比。采用分布短距繞組可使諧波磁勢大為減小。1

16、）位置固定不動，而大小和極性隨電流交變的磁勢和磁場，稱為脈振磁勢和脈振磁場。脈振磁勢的頻率就是交流電流的頻率。 2）單相繞組磁勢既包含有基波，又包含有3、5無數(shù)多個奇次諧波。三、三相繞組基波合成磁勢三、三相繞組基波合成磁勢旋轉(zhuǎn)基波磁勢旋轉(zhuǎn)基波磁勢 三相對稱繞組通以三相對稱電流，在U、V、W三個繞組中分別產(chǎn)生幅值相等、時間互差120電角度的脈振磁勢，基波磁勢方程式分別為txFfUcoscos11)120cos()120cos(11txFfV)240cos()240cos(11txFfWxtFffftxfWVUcos23),(11111將上列三式相加，得到三相繞組的基波合成磁勢為1)cos(xtx

17、t三相繞組基波合成磁勢的幅值為單相繞組基波磁勢幅值的1.5倍，其值發(fā)生在 處，即在0t0 x當(dāng) 時（U相電流達(dá)最大），磁勢幅值出現(xiàn)在 位置（即U相繞組軸線上）； 當(dāng) 時（V相電流達(dá)最大），磁勢幅值出現(xiàn)在 位置（即V相繞組軸線上）； 120t120 x合成磁勢是一個幅值恒定，而位置隨時間按對應(yīng)角度變化的旋轉(zhuǎn)磁勢。由于其波幅頂點(diǎn)運(yùn)動軌跡是一個圓，故稱為圓形旋轉(zhuǎn)磁勢，相應(yīng)的磁場又稱為圓形旋轉(zhuǎn)磁場。當(dāng)相電流達(dá)最大時，三相繞組基波合成磁勢的幅值恰好位于該相繞組的軸線上。 三相基波合成磁勢的特點(diǎn)三相基波合成磁勢的特點(diǎn) （1）當(dāng)三相對稱電流通入三相對稱繞組時，基波合成磁勢為旋轉(zhuǎn)磁勢。電流相位變化的電角度，等

18、于基波合成磁勢在空間旋轉(zhuǎn)的電角度。 （2）改變?nèi)嗬@組中電流的相序，就能夠改變基波合成磁勢的旋轉(zhuǎn)方向。 （3）當(dāng)某相繞組電流達(dá)到最大值時，基波合成磁勢的幅值必然在該相繞組的中心線上，而且基波合成磁勢的方向與該相繞組的磁勢方向相同。 （4）由于基波合成磁勢幅值的軌跡是一個圓，稱為圓形旋轉(zhuǎn)磁勢。由此可以推論，如果對稱的m相繞組通以對稱的m相電流，同樣能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁勢，其基波旋轉(zhuǎn)磁勢的幅值為IpkNmFmFN111145. 02可將單相繞組的磁勢方程式如U相，分解為下式兩項(xiàng)之和：),(),()cos(21)cos(21coscos111111txftxfxtFxtFtxFfU上式的物理意義是：一個脈

19、振磁勢可以分解為兩個大小相等、旋轉(zhuǎn)方向相反的旋轉(zhuǎn)磁勢，分別稱為正向旋轉(zhuǎn)磁勢、反向旋轉(zhuǎn)磁勢。4-4 4-4 交流繞組的感應(yīng)電勢交流繞組的感應(yīng)電勢一、線圈有效邊中的感應(yīng)電勢設(shè)氣隙中距離起始位置x處的基波磁通密度為Bx=Bmsin?？傻镁€圈邊1中的基波感應(yīng)電勢為e=NyBxlv=NyBmlvsin。 12 fvtfvtx12若磁場不動，線圈邊1每秒移動的距離為2f1，即線速度為ttfxa12線圈邊基波電動勢的瞬時值為tEtlvBNecmysin2sin lvBNEmyc21一個極距內(nèi)基波磁通密度的平均值為 mavBB2lBavm每極磁通 線圈邊中的基波電勢有效值為myavycNflBNfE11122

20、. 22整距線圈的感應(yīng)電勢 myccNfEEE1111144. 422短距線圈基波電勢為 /0/111111ccccEEEEEmyycfkNyEE11111144. 490sin290sin)(2111yEkcy整距線圈電動勢短距線圈電動勢基波電勢短距系數(shù) 基波電勢短距系數(shù)基波電勢短距系數(shù) 次諧波電勢短距系數(shù)為 90sin1yky由于為奇數(shù)， )11 (1y0yk可見，選擇適當(dāng)?shù)木€圈節(jié)距，可使某次諧波的短距系數(shù)為零或接近于零，從而達(dá)到消除或削弱該次諧波電勢的目的。 采用短距線圈，雖然其基波電勢比整距線圈來有所減小，但諧波電勢被削弱得更大，使電動勢波形大為改善。所以，雙層繞組多采用短距線圈，不但

21、可節(jié)約線圈端接部分使用的銅線，且能較好的改善電勢的波形。諧波電勢短距系數(shù)諧波電勢短距系數(shù)若選線圈的節(jié)距 二、線圈組的感應(yīng)電勢與分布系數(shù) 線圈組由匝數(shù)相同、空間相隔一個槽距角的q個線圈串聯(lián)組成。 22321REEE2sin21qREq線圈組的基波合成電勢有效值 11112sin2sinqqkqEqqqEE2sin2sin111qqqEEkqq成電勢）（集中線圈組的基波合成電勢）（分布線圈組的基波合短距、分布線圈組的電勢 mNymqyyqkqNfkkqNfE11111144. 444. 4111qyNkkkqNy是線圈組的總匝數(shù)。KN1稱為基波繞組系數(shù)，表示線圈組基波電勢減小的系數(shù)，等于基波短距系

22、數(shù)與基波分布系數(shù)的乘積，即 4.4.54.4.5相繞組的感應(yīng)電勢相繞組的感應(yīng)電勢相繞組的電勢等于相繞組一條并聯(lián)支路中串聯(lián)線圈組電勢的相量和。設(shè)相繞組的每條支路串聯(lián)線圈總匝數(shù)為 N1，則相繞組電勢基波的有效值為mNkNfE111144. 4對單層繞組 bNpqNy11對雙層繞組 bNpqNy112b為支路數(shù) 相繞組電勢中除了基波電勢外，還有一系列高次諧波電勢，并產(chǎn)生高次諧波電流，帶來附加損耗、引起振動與噪音，使電機(jī)性能變差。因此應(yīng)削弱高次諧波電勢分量。 主要方法有：將對稱三相繞組連接為Y或可消除線電勢中3次及3的奇數(shù)倍諧波電勢；采用短距和分布繞組削弱高次諧波電勢，一般選取541y,使5次、7次諧

23、波得到較大的削弱。還可在電機(jī)結(jié)構(gòu)上采用斜槽等。 4.54.5三相異步電動機(jī)的電路分析三相異步電動機(jī)的電路分析 一、三相異步電動機(jī)的空載運(yùn)行一、三相異步電動機(jī)的空載運(yùn)行1. 空載電流和空載磁動勢空載電流大部分用來產(chǎn)生氣隙磁場，稱勵磁電流（無功分量）；另一部分用來供給鐵損耗，稱鐵耗電流（有功分量）。由于無功分量遠(yuǎn)大于有功分量，所以空載電流近似等于勵磁電流。異步電動機(jī)與同容量變壓器相比其空載電流要大，這是因?yàn)楫惒诫妱訖C(jī)磁路中有氣隙的緣故?？蛰d旋轉(zhuǎn)磁動勢 ，0F0111045. 0IpKNmFN其基波幅值為 異步電動機(jī)空載運(yùn)行特點(diǎn)：異步電動機(jī)空載運(yùn)行特點(diǎn)： 1nn 轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場之間幾乎沒有相對運(yùn)動

24、02E0s02I02F氣隙磁場完全由定子空載磁動勢 0F同時與定、轉(zhuǎn)子繞組相交鏈，這部分磁通稱為主磁通 m在定、轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢 1E2E、mNKNfE111144. 4，（勵磁磁動勢）產(chǎn)生 mNKNfE222244. 4一小部分只與定子繞組相交鏈的磁通，稱為定子漏磁通 1在定子繞組中產(chǎn)生漏磁電動勢 1E101xIjE 定子繞組每相漏電抗 1112Lfx電壓平衡方程式 11111011)(zIEjxrIEU定子繞組每相阻抗 111jxrz10zI空載時阻抗壓降，為額定電壓25，可忽略不計 mNKNfEU1111144. 4當(dāng)電源頻率一定時，電動機(jī)的主磁通僅與外加電壓成正比 )(001m

25、mmjxrIzIEmz勵磁阻抗 勵磁電阻，反映鐵芯損耗的等效電阻 mr勵磁電抗，與主磁通相對應(yīng)的等效電抗 mx空載時的等效電路 與變壓器比較不同之處：變壓器是靜止的，無機(jī)械損耗；變壓器磁路無氣隙，空載電流比異步電動機(jī)要小。二、三相異步電動機(jī)的負(fù)載運(yùn)行二、三相異步電動機(jī)的負(fù)載運(yùn)行異步電動機(jī)負(fù)載運(yùn)行是指定子接三相電源，轉(zhuǎn)子軸帶機(jī)械負(fù)載。由于負(fù)載增加，電動機(jī)轉(zhuǎn)速下降，旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子的相對轉(zhuǎn)速加大，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢增大、轉(zhuǎn)子電流、電磁轉(zhuǎn)矩隨之加大，當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩加大到與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相等時，電動機(jī)就在較底轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)行。轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢的頻率 11260)(sfnnpf12ff 當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止時，n=0、s=1, 運(yùn)轉(zhuǎn)

26、時轉(zhuǎn)速越高，轉(zhuǎn)差率越小，轉(zhuǎn)子電勢頻率越低 額定運(yùn)行時，額定轉(zhuǎn)差率通常在（0.020.06）之間，若電源頻率為50 Hz ，則轉(zhuǎn)子電動勢的頻率僅在13Hz轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電動勢 221222244. 444. 4sEKsfKNfEmNmNs轉(zhuǎn)子不動時轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢 mNKNfE221244. 4當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時,轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢隨轉(zhuǎn)差率的減小而減小。 轉(zhuǎn)子繞組的漏抗 22122222sxLsfLfxs轉(zhuǎn)子不動時的轉(zhuǎn)子漏抗 2122Lfx轉(zhuǎn)子繞組的電流 0)(2222sssjxrIE繞線轉(zhuǎn)子異步機(jī)給出了轉(zhuǎn)子額定電勢 NE2NI22222222jsxrEsxrEIsSs有效值為 222222)(sxrsEI

27、s當(dāng)電動機(jī)起動瞬間，轉(zhuǎn)差率為1，轉(zhuǎn)子電流最大 轉(zhuǎn)子回路功率因數(shù) 222222)(cossxrr當(dāng)電動機(jī)起動瞬間，轉(zhuǎn)差率為1，轉(zhuǎn)子功率因數(shù)最低 異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子各量都是轉(zhuǎn)差率的函數(shù) 負(fù)載時磁動勢平衡方程式轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動勢2F1F空載時，主磁通由空載電流產(chǎn)生的定子磁動勢0F負(fù)載時，主磁通由定子磁動勢當(dāng)電源電壓不變時，主磁通基本不變，所以負(fù)載時磁動勢與空載時磁動勢應(yīng)相等 021FFF)(201FFF1F2F定子磁動勢有兩個分量:勵磁分量（產(chǎn)生氣隙主磁通),負(fù)載分量(用來抵消轉(zhuǎn)子磁動勢對定子磁動勢的去磁作用，以保持氣隙中主磁通不變)。 同方向、同轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn) 與定子磁動勢建立和轉(zhuǎn)子磁動勢共同建立 111114

28、5. 0IpKNmFw2222245. 0IpKNmFw根據(jù)磁動勢平衡方程式，可以得到定、轉(zhuǎn)子電流之間關(guān)系為 )(211122201IKNmKNmIINN異步電動機(jī)的定子電流隨著轉(zhuǎn)子電流而變化，所以異步電動機(jī)和變壓器一樣，通過磁勢平衡，使能量由定子傳遞到轉(zhuǎn)子。 異步電動機(jī)的等效電路可仿照變壓器通過繞組折算求其等效電路的方法，得到異步電動機(jī)的等效電路。首先必須進(jìn)行頻率折算，然后再進(jìn)行繞組折算。在等效折算過程中，同樣要保持磁動勢平衡關(guān)系不變，各種功率不變。 （1）頻率折算實(shí)質(zhì)就是把旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子等效成靜止的轉(zhuǎn)子。 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的轉(zhuǎn)子電流為2222222jsxrEsjxrEIsSs2222/jxsrEI2

29、221rssrsr經(jīng)過頻率折算后，等效的靜止轉(zhuǎn)子中串入了附加電阻 21rss在附加電阻上消耗的電功率22221rssIm可見該附加電阻是異步電動機(jī)軸上總機(jī)械功率的等效負(fù)載電阻，又稱為模擬電阻。 代替了實(shí)際旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子軸上所產(chǎn)生的總機(jī)械功率繞組折算 將相數(shù)為 、2m2N1Nk折算后，定、轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢相等，則a與a和b與b是等電位點(diǎn)，可將等電位點(diǎn)分別連接起來，這樣將定子電路和轉(zhuǎn)子電路合并成一個電路，得到異步電動機(jī)的T形等效電路。 折算成與定子繞組完全相同的等效繞組,折算后轉(zhuǎn)子各量均為折算值，用“”表示。 每相匝數(shù)為、繞組系數(shù)為的轉(zhuǎn)子繞組)(22212x jsrIEE)(201IIIT形等效電路 T

30、 型等效電路是一個混聯(lián)電路。實(shí)際應(yīng)用時，可將勵磁支路前移將電路簡化為并聯(lián)電路，稱等效電路為 。用等效電路計算出的轉(zhuǎn)子各量是折算值，不是實(shí)際值。欲求實(shí)際值，可用折算值與實(shí)際值之間的關(guān)系式求得。 1、堵轉(zhuǎn)短路狀態(tài)：2、空載運(yùn)行：轉(zhuǎn)差率接近于零，附加電阻很大，轉(zhuǎn)子電流很小，定子電流基本上等于勵磁電流，空載功率因數(shù)很低。 3、額定負(fù)載運(yùn)行：轉(zhuǎn)差率約0.020.06 ，轉(zhuǎn)子回路總電阻約為轉(zhuǎn)子漏抗的20倍左右，轉(zhuǎn)子回路功率因數(shù)較高，轉(zhuǎn)子電流絕大部分為有功分量，異步電動機(jī)的功率因數(shù)也較高，一般在0.80.9之間。用等效電路分析異步電機(jī)運(yùn)行狀況 012rss定、轉(zhuǎn)子電流都很大。由于附加電阻為零，轉(zhuǎn)子功率因數(shù)較

31、低，起動轉(zhuǎn)矩較小。4、電磁制動：轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向與旋轉(zhuǎn)磁場的方向相反，轉(zhuǎn)差率大于1，附加電阻上的模擬損耗為負(fù)，說明電動機(jī)既吸收機(jī)械功率也吸收電功率，都轉(zhuǎn)化為電機(jī)銅損耗。 5、發(fā)電運(yùn)行：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過同步轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)差率小于0 ，附加電阻上的損耗為負(fù)，說明電動機(jī)輸出的機(jī)械功率為負(fù)，電機(jī)吸收機(jī)械功率，并轉(zhuǎn)化為電能送給電網(wǎng)。 異步電動機(jī)相量圖異步電動機(jī)相量圖4.64.6功率與電磁轉(zhuǎn)矩功率與電磁轉(zhuǎn)矩 三相異步電動機(jī)運(yùn)行時，從電源輸入的功率為P1 1111cos3IUP 定子銅耗 12113rIpcuT形等效電路 定子鐵耗（定子鐵芯中造成磁滯和渦流） mFerIp203由于電動機(jī)正常運(yùn)行時，轉(zhuǎn)子電流的頻率很低（

32、約為13Hz），轉(zhuǎn)子鐵耗可忽略不計。輸入功率減去定子銅輸入功率減去定子銅耗、鐵耗后，就是傳遞到轉(zhuǎn)子上的功率，稱為電磁功率耗、鐵耗后，就是傳遞到轉(zhuǎn)子上的功率，稱為電磁功率。 FecuemppPP11222222cos33IEsrIPem轉(zhuǎn)子銅耗 emcusPrIp22223emCuemmPsrssIpPP)1132222（電磁功率減去轉(zhuǎn)子銅耗，即轉(zhuǎn)子軸上總的機(jī)械功率mP smmppPP2軸上輸出的機(jī)械功率 機(jī)械損耗(摩擦損耗和風(fēng)阻損耗) ) mp附加鐵耗(高次諧波、轉(zhuǎn)子中的橫向電流等引起) spsmcuFecuPppppPP2121)1 ( :1:2ssPpPemcuem：當(dāng)電磁功率一定時，電動

33、機(jī)轉(zhuǎn)速越高、轉(zhuǎn)差率越小，消耗在轉(zhuǎn)子繞組回路的銅損耗越小，機(jī)械功率就越大，電動機(jī)的效率就越高。 二、轉(zhuǎn)矩平衡方程式、轉(zhuǎn)矩平衡方程式 2PppPsmm2PppPsmmTPsPsPememm11)1 ()1 (電磁轉(zhuǎn)矩 0Tppadm空載轉(zhuǎn)矩 LTP2負(fù)載轉(zhuǎn)矩 LTTT0三、電磁轉(zhuǎn)矩三、電磁轉(zhuǎn)矩1）電磁轉(zhuǎn)矩物理表達(dá)式12221cos3IEPTempf /211mNKNfE111244. 422cosICTmt異步電動機(jī)磁通一定時 ，電磁轉(zhuǎn)矩正比于電流的有功分量 22cosI2)電磁轉(zhuǎn)矩參數(shù)表達(dá)式pfsrIPTem/2/3122212212112)(xxSrrUI)()(23/2/3221221122

34、112221xxsrrfsrpUpfsrIPTem當(dāng)定子相電壓、電源頻率不變，電機(jī)定、轉(zhuǎn)子每相繞組電阻和其漏抗為常值，電磁轉(zhuǎn)矩是轉(zhuǎn)差率的函數(shù)。 例42 一臺籠型三相異步電動機(jī)，已知：額定功率5.5kW，額定電壓 380V，額定轉(zhuǎn)速1460r/min，繞組三角形連接，額定負(fù)載運(yùn)行時定子銅耗300W，鐵耗200W，機(jī)械損耗與附加損耗合計80W。計算額定負(fù)載運(yùn)行時的以下參數(shù)：1）額定轉(zhuǎn)差率；2）轉(zhuǎn)子銅耗；3）電磁轉(zhuǎn)矩；4）輸出轉(zhuǎn)矩；5）額定效率。 027. 011nnnsNN解 1）額定轉(zhuǎn)差率 2）總機(jī)械功率 WPppPNsmm5580WsPspNmNCu155123）電磁轉(zhuǎn)矩 mNnPTNNL.3

35、64）輸出轉(zhuǎn)矩 5）效率 88. 0211smcuFecuNNNpppppPPPP轉(zhuǎn)子銅耗 mNnPTNm.5 .3655. 94.7 4.7 工作特性工作特性1.轉(zhuǎn)速特性在額定電壓和額定頻率條件下，)(2Pfn 的關(guān)系曲線。 隨著負(fù)載的增大，轉(zhuǎn)子電流加大， 銅損和電磁功率相應(yīng)增大。銅損比電磁功率增加得快，所以隨著負(fù)載的增加，轉(zhuǎn)差率增加，轉(zhuǎn)速下降 。 2.定子電流特性在額定電壓和額定頻率條件下，的關(guān)系曲線。 )(21PfI 空載時轉(zhuǎn)子電流近似為零，定子電流為空載電流，主要用于勵磁。隨著負(fù)載增大，轉(zhuǎn)子電流相應(yīng)增大，從而定子電流隨之增大 。 3.電磁轉(zhuǎn)矩特性在額定電壓和額定頻率條件下，)(2PfT

36、 的關(guān)系曲線。 LTTT002TPT電磁轉(zhuǎn)矩與輸出功率近似成正比增加，由于轉(zhuǎn)速略有下降，是一條接近直線略微上翹的曲線 4.功率因數(shù)特性在額定電壓和額定頻率條件下，)(cos21Pf的關(guān)系曲線。 空載時，定子電流主要是無功勵磁電流，有功電流分量很小，功率因數(shù)很低，通常不超過0.2。負(fù)載時，隨負(fù)載增大，轉(zhuǎn)子電流增大，定子電流中的有功分量增大，功率因數(shù)隨之增大，接近額定負(fù)載時，功率因數(shù)最高。若負(fù)載進(jìn)一步增大，引起轉(zhuǎn)差率迅速增大，導(dǎo)致電流中的無功分量增長較快，使定、轉(zhuǎn)子的功率因數(shù)反而下降 。5.效率特性在額定電壓和額定頻率條件下，)(2Pf的關(guān)系曲線。 smcuFecupppppPP2122空載時，輸

37、出功率為0則效率為0當(dāng)輸出功率增大時，可變損耗增加較慢，效率上升很快，當(dāng)可變損耗等于不變損耗時，電動機(jī)效率最高。 若負(fù)載繼續(xù)增加，可變損耗增加較快，故效率反而降低。 異步電動機(jī)選型時，為了獲得較高的運(yùn)行效率和功率因數(shù)，應(yīng)盡量避免“大馬拉小車”的現(xiàn)象，使得異步電動機(jī)的容量與負(fù)載匹配。對于已經(jīng)出現(xiàn)“大馬拉小車”情況，可通過外加變頻器的方案來調(diào)整電動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，確保電動機(jī)實(shí)際輸出功率與負(fù)載匹配，使電動機(jī)運(yùn)行在高效、節(jié)能狀態(tài)。4.7.24.7.2三相異步電動機(jī)參數(shù)的測定三相異步電動機(jī)參數(shù)的測定空載實(shí)驗(yàn)?zāi)康?確定勵磁阻抗、鐵損耗和機(jī)械損耗。 實(shí)驗(yàn)方法為：在額定電壓、額定頻率下，讓電動機(jī)空載運(yùn)轉(zhuǎn)一段時間

38、，使其機(jī)械損耗達(dá)到穩(wěn)定。然后改變調(diào)壓器的輸出使得異步電動機(jī)定子繞組的電壓從（1.11.2）額定電壓開始逐漸降低，直至轉(zhuǎn)速發(fā)生明顯變化為止。 空載等效電路為定子漏阻抗與勵磁阻抗相串聯(lián)。此時電動機(jī)輸入功率消耗在定子銅耗、鐵耗和機(jī)械損耗上。 測量該過程中79個點(diǎn)，每次記錄電動機(jī)定子電壓、空載電流、空載輸入功率和轉(zhuǎn)速繪出空載特性曲線。 mFeppIP2003mFeppIP2003鐵耗正比于電壓的平方，而機(jī)械損耗僅與轉(zhuǎn)速有關(guān)（可看作常數(shù)）。作出上圖關(guān)系曲線。 00IUzN20003IpPrm20200rzx10rrrm10 xxxm 根據(jù)額定電壓時的一組測量數(shù)據(jù)，可求得 由此得勵磁參數(shù) 目的是確定電機(jī)的短路阻抗，轉(zhuǎn)子電阻和定、轉(zhuǎn)子漏電抗。堵轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)差率，等效電路中附加電阻為零，相當(dāng)于短路；可認(rèn)為勵磁支路開路。因此堵轉(zhuǎn)時的等效電路由短路電和短路電阻串聯(lián)組成。 。2.2.短路實(shí)驗(yàn)短路實(shí)驗(yàn)短路實(shí)驗(yàn)又稱堵轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)，即把轉(zhuǎn)子堵住不轉(zhuǎn)，將電動機(jī)接到三相對稱電源。為防電流過大，通常從0.4倍額定電壓開始，逐漸降低電壓，測57個點(diǎn)。