第5章異步電機(2)

1、電機學(xué)電機學(xué) Electric machineryElectric machineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT第五章第五章 異步電機（二）異步電機（二）Chapter 5 Chapter 5 Induction Machine(2Induction Machine(2) )電機學(xué)電機學(xué) Electric machineryElectric machineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepart

2、ment of Electrical Engineering, HFUT第一節(jié)第一節(jié) 三相異步電動機運行時的電磁過程三相異步電動機運行時的電磁過程一、一、異步電動機負載時的物理情況異步電動機負載時的物理情況（1）三相異步電動機的定子繞組接到對稱三相電源時，定子繞組）三相異步電動機的定子繞組接到對稱三相電源時，定子繞組中就通過三相交流電流，這個對稱三相交流電流將在氣隙內(nèi)形成按中就通過三相交流電流，這個對稱三相交流電流將在氣隙內(nèi)形成按正弦規(guī)律分布、并且以同步轉(zhuǎn)速正弦規(guī)律分布、并且以同步轉(zhuǎn)速n0旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁動勢旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁動勢F1，由旋轉(zhuǎn)磁，由旋轉(zhuǎn)磁動勢動勢F1建立旋轉(zhuǎn)的氣隙主磁場建立旋轉(zhuǎn)的氣隙主磁

3、場Bm。 （2）這個旋轉(zhuǎn)磁場切割定子、轉(zhuǎn)子繞組，分別在定子、轉(zhuǎn)子繞組）這個旋轉(zhuǎn)磁場切割定子、轉(zhuǎn)子繞組，分別在定子、轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)感應(yīng)出定子電動勢和轉(zhuǎn)子電動勢。在轉(zhuǎn)子電動勢作用下轉(zhuǎn)子回路內(nèi)感應(yīng)出定子電動勢和轉(zhuǎn)子電動勢。在轉(zhuǎn)子電動勢作用下轉(zhuǎn)子回路中有對稱三相電流流過。于是，在氣隙磁場和轉(zhuǎn)子電流的相互作用中有對稱三相電流流過。于是，在氣隙磁場和轉(zhuǎn)子電流的相互作用下，產(chǎn)生了電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子就順著旋轉(zhuǎn)磁場的方向轉(zhuǎn)動。下，產(chǎn)生了電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子就順著旋轉(zhuǎn)磁場的方向轉(zhuǎn)動。電機學(xué)電機學(xué) Electric machineryElectric machineryDepartment of Electrical Engin

4、eering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT空載的情況下：空載的情況下：nn0, I20 當電機帶有機械負載后：當電機帶有機械負載后：nn0, I2增大。增大。AUAIBUBICUCIAFBFCF1FmBABCAEBECEabcaEbEbEaIbIcIaFbFcF2F電機學(xué)電機學(xué) Electric machineryElectric machineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT)240sin

5、(2)120sin(2sin2111111tNfetNfetNfeyCyByA根據(jù)前一章的知識可知，定子三相的感應(yīng)電根據(jù)前一章的知識可知，定子三相的感應(yīng)電動勢表達式為：動勢表達式為：若轉(zhuǎn)子靜止，轉(zhuǎn)子三相的感應(yīng)電動勢表若轉(zhuǎn)子靜止，轉(zhuǎn)子三相的感應(yīng)電動勢表達式為：達式為：)240sin(2)120sin(2)sin(2121012101210tNfetNfetNfeycybya電機學(xué)電機學(xué) Electric machineryElectric machineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Eng

6、ineering, HFUT下面分析轉(zhuǎn)子運動時的轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢。下面分析轉(zhuǎn)子運動時的轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢。當轉(zhuǎn)子運動時，當轉(zhuǎn)子運動時，-t是隨著時間變化的（是隨著時間變化的（ 為轉(zhuǎn)子機械角速為轉(zhuǎn)子機械角速度，度，rad/srad/s），根據(jù)前一章的推導(dǎo)，），根據(jù)前一章的推導(dǎo)，axax、byby、czcz繞組所交鏈的磁通表達式為繞組所交鏈的磁通表達式為)240cos()120cos()cos(111ttttttcba根據(jù)電磁感應(yīng)公式根據(jù)電磁感應(yīng)公式dtdNecbaycba,2,電機學(xué)電機學(xué) Electric machineryElectric machineryDepartment of Electr

7、ical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT240)sin()(120)sin()()sin()(121212tNetNetNeycybya可以求出轉(zhuǎn)子運動時的感應(yīng)電動勢為可以求出轉(zhuǎn)子運動時的感應(yīng)電動勢為fssnnnpfnpfffss26060221111推導(dǎo)幾個關(guān)系推導(dǎo)幾個關(guān)系電機學(xué)電機學(xué) Electric machineryElectric machineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineer

8、ing, HFUT240)sin()(120)sin()()sin()(121212tNetNetNeycybya可以求出轉(zhuǎn)子運動時的感應(yīng)電動勢為可以求出轉(zhuǎn)子運動時的感應(yīng)電動勢為240sin2120sin2sin2121121121tsNfsetsNfsetsNfseycybya上式可以寫為上式可以寫為可以看出，不管轉(zhuǎn)速為多少，感應(yīng)電動勢總是三相對稱的?？梢钥闯觯还苻D(zhuǎn)速為多少，感應(yīng)電動勢總是三相對稱的。電機學(xué)電機學(xué) Electric machineryElectric machineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment

9、of Electrical Engineering, HFUT240sin2120sin2sin2121121121tsNfsetsNfsetsNfseycybya轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢的瞬時值為轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢的瞬時值為注意：定子和轉(zhuǎn)子中的電動勢是不同頻率的，定子電動勢頻率為注意：定子和轉(zhuǎn)子中的電動勢是不同頻率的，定子電動勢頻率為f，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢為轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢為sf考慮轉(zhuǎn)子也采用了短距和分布線圈形式，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢的有效值考慮轉(zhuǎn)子也采用了短距和分布線圈形式，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢的有效值為為12211221244. 422wwskNsfkNfsE電機學(xué)電機學(xué) Electric machineryElect

10、ric machineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT若轉(zhuǎn)子回路閉合，則轉(zhuǎn)子內(nèi)將有電流流通，轉(zhuǎn)子電流的頻若轉(zhuǎn)子回路閉合，則轉(zhuǎn)子內(nèi)將有電流流通，轉(zhuǎn)子電流的頻率與轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢頻率一致，并且也互差率與轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢頻率一致，并且也互差120120o o；因此因此轉(zhuǎn)子也是對稱三相對稱電流流過對稱三相繞組轉(zhuǎn)子也是對稱三相對稱電流流過對稱三相繞組，所產(chǎn)，所產(chǎn)生的磁動勢也為旋轉(zhuǎn)磁動勢。生的磁動勢也為旋轉(zhuǎn)磁動勢。2、F2轉(zhuǎn)速的大小轉(zhuǎn)速的大小 如果相序為如果相序為A-B-

11、C的異步電動機定子電流所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場按的異步電動機定子電流所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場按逆時針方向旋轉(zhuǎn)，因為逆時針方向旋轉(zhuǎn)，因為nn0，則轉(zhuǎn)子電流相序為，則轉(zhuǎn)子電流相序為a-b-c 。則轉(zhuǎn)子磁。則轉(zhuǎn)子磁動勢動勢F2的旋轉(zhuǎn)方向也按照相序的旋轉(zhuǎn)方向也按照相序a-b-c，即：按逆時針方向。，即：按逆時針方向。1、轉(zhuǎn)子磁動勢、轉(zhuǎn)子磁動勢F2的旋轉(zhuǎn)方向的旋轉(zhuǎn)方向 轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)感應(yīng)電動勢和電流的頻率為轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)感應(yīng)電動勢和電流的頻率為1000026060)(sfnnnpnnnpff2為轉(zhuǎn)差頻率，轉(zhuǎn)子電流形成的為轉(zhuǎn)差頻率，轉(zhuǎn)子電流形成的轉(zhuǎn)子磁動勢轉(zhuǎn)子磁動勢F2的旋轉(zhuǎn)方向與的旋轉(zhuǎn)方向與F1的旋的旋轉(zhuǎn)方向相同，它相對于轉(zhuǎn)子

12、的轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)方向相同，它相對于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為n，而相對于定子的轉(zhuǎn)速為，而相對于定子的轉(zhuǎn)速為n+n=n0電機學(xué)電機學(xué) Electric machineryElectric machineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT磁動勢平衡關(guān)系磁動勢平衡關(guān)系轉(zhuǎn)子磁動勢轉(zhuǎn)子磁動勢F2與定子磁動勢與定子磁動勢F1相對靜止，得到合成磁動勢相對靜止，得到合成磁動勢F1+F2負載時負載時)(21mmmBFFF空載時空載時)(00010mmmBFF電動機從空載到負載，電動機從空載到負載

13、，定子繞組的感應(yīng)電動勢的變化很小定子繞組的感應(yīng)電動勢的變化很小，差不，差不多和電源電壓相平衡。所以，可以近似認為多和電源電壓相平衡。所以，可以近似認為0mm于是于是mmmFFFF021)(21FFFm電機學(xué)電機學(xué) Electric machineryElectric machineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT異步電機中時間相量和空間矢量的關(guān)系異步電機中時間相量和空間矢量的關(guān)系時間參考軸也取時間參考軸也取A相軸線。即相軸線。即A相電流相相電流相量在起始時

14、刻位于量在起始時刻位于A相軸線上，此時相軸線上，此時A相相電流達到最大。電流達到最大。任何時刻某一相的電流瞬時值為該相量任何時刻某一相的電流瞬時值為該相量在該相軸線上的投影。在該相軸線上的投影。時間相量與空間矢量的耦合在某一個線時間相量與空間矢量的耦合在某一個線圈所交鏈的磁通是正弦變化的這一概念圈所交鏈的磁通是正弦變化的這一概念中得到了體現(xiàn)。中得到了體現(xiàn)。在上一章的分析中，得出如下結(jié)論：在上一章的分析中，得出如下結(jié)論：當某一相電流達到最大值時，勵磁磁動勢的幅值與該相軸線相重合。當某一相電流達到最大值時，勵磁磁動勢的幅值與該相軸線相重合。因此選擇因此選擇A相軸線作為空間參考軸，表示空間位置的起點

15、。相軸線作為空間參考軸，表示空間位置的起點。)cos(1t電機學(xué)電機學(xué) Electric machineryElectric machineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT兩極異步電動機的定子、轉(zhuǎn)子繞組示意圖負載時定子、轉(zhuǎn)子磁動勢和電流的相矢圖電機學(xué)電機學(xué) Electric machineryElectric machineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrica

16、l Engineering, HFUTmB)(mMFIsE2)(11FI)(22FI電機學(xué)電機學(xué) Electric machineryElectric machineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT電磁關(guān)系電磁關(guān)系定子、轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢有效值定子、轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢有效值mWkNfE111144. 4mWskNfE222244. 4相量表達式相量表達式mWkNfjE111144. 4mWmWskNsfjkNfjE221222244. 444. 4定、轉(zhuǎn)子的漏磁通

17、在各自繞組中感應(yīng)產(chǎn)生漏電動勢定、轉(zhuǎn)子的漏磁通在各自繞組中感應(yīng)產(chǎn)生漏電動勢1111144. 4WkNfjEskNfjkNfjEsWsWs22212222244. 444. 4電機學(xué)電機學(xué) Electric machineryElectric machineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT異步電動機的負載異步電動機的負載運行時的電磁關(guān)系運行時的電磁關(guān)系電機學(xué)電機學(xué) Electric machineryElectric machineryDepartment o

18、f Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT二、基本方程式二、基本方程式（一）（一）磁動勢平衡方程式磁動勢平衡方程式mFFF21222221111111129 . 029 . 029 . 0IpkNmFIpkNmFIpkNmFWmWmW式中式中m1、m2為定子、轉(zhuǎn)子的相數(shù)；為定子、轉(zhuǎn)子的相數(shù)；Im為對應(yīng)于勵磁磁動勢的勵磁電為對應(yīng)于勵磁磁動勢的勵磁電流。流。mWWWIpkNmIpkNmIpkNm1112222111129 . 029 . 029 . 022222111229 . 029 . 0Ip

19、kNmIpkNmFWW)(21IIIm勵磁電流負載電流令令221IkIi則則mIII21222111WWikNmkNmk 異步電動機的電流比電機學(xué)電機學(xué) Electric machineryElectric machineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT（二）（二）電動勢平衡方程式電動勢平衡方程式1111 12222()()()()ssUEEI rEEIrR R為轉(zhuǎn)子電阻的外加電阻為轉(zhuǎn)子電阻的外加電阻)(1mmmmmjxrIZIEZm為表征鐵心磁化特性和鐵

20、耗的一個綜合參數(shù)，稱為勵磁阻抗；為表征鐵心磁化特性和鐵耗的一個綜合參數(shù)，稱為勵磁阻抗；xm稱為勵磁電抗；稱為勵磁電抗；rm為反映鐵耗的勵磁電阻。為反映鐵耗的勵磁電阻。111xI jE定子漏電抗ssxI jE222轉(zhuǎn)子漏電抗skNfkNfEsWsWs22212222244. 444. 4因此因此sEEs22sxxs22sEEs22電機學(xué)電機學(xué) Electric machineryElectric machineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT旋轉(zhuǎn)時異步電動機

21、的電路異步電動機負載時的基本方程式列出如下異步電動機負載時的基本方程式列出如下111111111ZIExI jrIEUsxI jRrIsEEs222222)(mmmmmZIjxrIE)(1miIIkI211定子電壓平衡方程：定子電壓平衡方程：轉(zhuǎn)子電壓平衡方程：轉(zhuǎn)子電壓平衡方程：電動勢方程：電動勢方程：磁動勢平衡方程：磁動勢平衡方程：電機學(xué)電機學(xué) Electric machineryElectric machineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT第二節(jié)第二節(jié)

22、 三相異步電動機的等效電路及相量圖三相異步電動機的等效電路及相量圖mWkNfjE221244. 4221121WWekNkNkEE為電動勢比為電動勢比轉(zhuǎn)子靜止時異步電動機的定、轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢的關(guān)系轉(zhuǎn)子靜止時異步電動機的定、轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢的關(guān)系mWkNfjE111144. 4電機學(xué)電機學(xué) Electric machineryElectric machineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT一、一、異步電動機的等效電路異步電動機的等效電路（一）（一）頻率歸算頻率

23、歸算異步電機中，由于轉(zhuǎn)子是旋轉(zhuǎn)的，隨著轉(zhuǎn)速不同，轉(zhuǎn)子電動勢的頻異步電機中，由于轉(zhuǎn)子是旋轉(zhuǎn)的，隨著轉(zhuǎn)速不同，轉(zhuǎn)子電動勢的頻率是不同的，這為問題的分析帶來了麻煩，因此需要將不同的轉(zhuǎn)速率是不同的，這為問題的分析帶來了麻煩，因此需要將不同的轉(zhuǎn)速變換到一個特定的轉(zhuǎn)速下研究問題。變換到一個特定的轉(zhuǎn)速下研究問題。頻率歸算頻率歸算 保持整個電磁系統(tǒng)的電磁性能不變，把一種頻率的參保持整個電磁系統(tǒng)的電磁性能不變，把一種頻率的參數(shù)和物理量換算成另一種頻率的參數(shù)和物理量。在這里，就是用一數(shù)和物理量換算成另一種頻率的參數(shù)和物理量。在這里，就是用一個具有定子頻率而等效于轉(zhuǎn)子的電路去代換實際轉(zhuǎn)子電路。個具有定子頻率而等效于

24、轉(zhuǎn)子的電路去代換實際轉(zhuǎn)子電路。所謂所謂“等效等效”是指：是指：1）進行代換后，轉(zhuǎn)子電路對定子電路的電磁效應(yīng)不變。）進行代換后，轉(zhuǎn)子電路對定子電路的電磁效應(yīng)不變。2）等效的轉(zhuǎn)子電路的電磁性能（有功功率、無功功率、銅耗等）等效的轉(zhuǎn)子電路的電磁性能（有功功率、無功功率、銅耗等）必須和實際轉(zhuǎn)子電路一樣。必須和實際轉(zhuǎn)子電路一樣。電機學(xué)電機學(xué) Electric machineryElectric machineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUTsjxrsEI222222

25、22/jxsrEI 靜止轉(zhuǎn)子電路中電流靜止轉(zhuǎn)子電路中電流222222222222)()/(IsxrsExsrEI 下面考慮兩種轉(zhuǎn)子電路下面考慮兩種轉(zhuǎn)子電路（1）靜止；（）靜止；（2）以轉(zhuǎn)差率）以轉(zhuǎn)差率s旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子；旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子；以轉(zhuǎn)差率以轉(zhuǎn)差率s旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子222222229 . 02IpkNmFmFW從旋轉(zhuǎn)磁動勢幅值的計算公式中可以看出，若保持兩者電流幅值相從旋轉(zhuǎn)磁動勢幅值的計算公式中可以看出，若保持兩者電流幅值相等，則可以使兩者產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁動勢幅值為相等。等，則可以使兩者產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁動勢幅值為相等。x2指指50Hz下的電抗下的電抗值。值。若將轉(zhuǎn)子改為靜止以后，同時若將轉(zhuǎn)子改為靜止以后

26、，同時修改轉(zhuǎn)子電阻和電抗值，則可修改轉(zhuǎn)子電阻和電抗值，則可以保證轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子電流幅值不變以保證轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子電流幅值不變。電機學(xué)電機學(xué) Electric machineryElectric machineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT22222/rsxarctgsrxarctg 轉(zhuǎn)子真實電阻為轉(zhuǎn)子真實電阻為r2，但在等效靜止轉(zhuǎn)子中電阻為，但在等效靜止轉(zhuǎn)子中電阻為r2 /s，出現(xiàn)了一個附，出現(xiàn)了一個附加電阻。加電阻。21rss附加電阻上產(chǎn)生的功耗，實質(zhì)上表征了異步電

27、動機的機械功率附加電阻上產(chǎn)生的功耗，實質(zhì)上表征了異步電動機的機械功率變壓器模型變壓器模型電機學(xué)電機學(xué) Electric machineryElectric machineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT（二）（二）繞組歸算繞組歸算222111WWikNmkNmk 2222211129 . 029 . 0IpkNmIpkNmWW經(jīng)過頻率歸算以后，異步電機變成了變壓器模型。后面的處理過程經(jīng)過頻率歸算以后，異步電機變成了變壓器模型。后面的處理過程與變壓器的處理過

28、程完全一致，只是需要注意要在轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁場與變壓器的處理過程完全一致，只是需要注意要在轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁場中要考慮三相的合成磁場。中要考慮三相的合成磁場。用一個假想的轉(zhuǎn)子繞組替代真實的轉(zhuǎn)子繞組，它與定子繞組具有相用一個假想的轉(zhuǎn)子繞組替代真實的轉(zhuǎn)子繞組，它與定子繞組具有相同的參數(shù)。同的參數(shù)。假想轉(zhuǎn)子繞組和真實繞組需要產(chǎn)生同樣的旋轉(zhuǎn)磁動勢。假想轉(zhuǎn)子繞組和真實繞組需要產(chǎn)生同樣的旋轉(zhuǎn)磁動勢。221IkIi假想繞組流過假想電假想繞組流過假想電流所產(chǎn)生的磁動勢。流所產(chǎn)生的磁動勢。真實轉(zhuǎn)子繞組流過真實轉(zhuǎn)子真實轉(zhuǎn)子繞組流過真實轉(zhuǎn)子繞組所產(chǎn)生的磁動勢。繞組所產(chǎn)生的磁動勢。電機學(xué)電機學(xué) Electric machine

29、ryElectric machineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT由轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子總的視在功率總的視在功率不變不變222221IEmIEm122EEkEe2211WWekNkNk 式中式中電機學(xué)電機學(xué) Electric machineryElectric machineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT由轉(zhuǎn)子銅耗和漏磁通儲

30、能不變由轉(zhuǎn)子銅耗和漏磁通儲能不變22222221rImrIm22rkkrie222222212121LImLIm22LkkLie22xkkxie轉(zhuǎn)子銅耗不變轉(zhuǎn)子銅耗不變由漏磁通儲能不變由漏磁通儲能不變計算出參數(shù)歸算關(guān)系為計算出參數(shù)歸算關(guān)系為異步電機歸算的總結(jié)異步電機歸算的總結(jié)電機學(xué)電機學(xué) Electric machineryElectric machineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT（三）（三）異步電動機的等效電路異步電動機的等效電路電機學(xué)電機學(xué) El

31、ectric machineryElectric machineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT經(jīng)過歸算后，定子、轉(zhuǎn)子的電動勢方程式經(jīng)過歸算后，定子、轉(zhuǎn)子的電動勢方程式11111111)(ZIEjxrIEU22222222221)(1ZIssrIx jrIssrIE 21EE磁動勢方程式磁動勢方程式mIII21勵磁支路的電動勢方程式勵磁支路的電動勢方程式mmZIE1電機學(xué)電機學(xué) Electric machineryElectric machineryDep

32、artment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT二、異步電動機的相量圖二、異步電動機的相量圖 根據(jù)根據(jù)T T形等效電路，可以畫出相應(yīng)的相量圖。形等效電路，可以畫出相應(yīng)的相量圖。m1EsRI22mI21EE22XI j2I1I1U11XI j11RI12mIII211111ZIEU22221ZIssRIEmmZIE1mwNfkjEE112144.4電機學(xué)電機學(xué) Electric machineryElectric machineryDepartment of Electrical E

33、ngineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT幾種異步電動機的典型運行情況幾種異步電動機的典型運行情況1、空載運行、空載運行0s21rss2、額度負載下運行、額度負載下運行05. 0Ns轉(zhuǎn)子電路基本上是電阻性的，功率因數(shù)較高。轉(zhuǎn)子電路基本上是電阻性的，功率因數(shù)較高。3、起動時的情況、起動時的情況0n1s012rss附加電阻為零，起動電流很大，功率因數(shù)較低。附加電阻為零，起動電流很大，功率因數(shù)較低。4、異步發(fā)電運行、異步發(fā)電運行 nn00s轉(zhuǎn)差率為負，附加電阻也為負值。表示從轉(zhuǎn)差率為負，附加電阻也為負值。表示從轉(zhuǎn)子軸上輸入轉(zhuǎn)子

34、軸上輸入（而不是輸（而不是輸出）機械功率。出）機械功率。5、電磁制動狀態(tài)運行、電磁制動狀態(tài)運行1s附加電阻為負值，表示從附加電阻為負值，表示從轉(zhuǎn)子軸上輸入轉(zhuǎn)子軸上輸入（而不是輸出）機械功率。（而不是輸出）機械功率。電機學(xué)電機學(xué) Electric machineryElectric machineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT（四）（四）等效電路的簡化等效電路的簡化異步電機近似等效電路電機學(xué)電機學(xué) Electric machineryElectric ma

35、chineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUTkWPN10VUN380min/1452rnN相/33. 11r相/43. 21x相/90mx定子繞組為三角形接法，試求額定負載時的定子電流、轉(zhuǎn)子電流、定子繞組為三角形接法，試求額定負載時的定子電流、轉(zhuǎn)子電流、勵磁電流、功率因數(shù)、輸入功率和效率。勵磁電流、功率因數(shù)、輸入功率和效率。例例5-15-1一臺一臺2對極的三相異步電動機，有關(guān)數(shù)據(jù)如下：對極的三相異步電動機，有關(guān)數(shù)據(jù)如下：相/7mr相/4 . 42x相/12.

36、 12r電機學(xué)電機學(xué) Electric machineryElectric machineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT解：解：032. 015001452150000nnnsN35032. 012. 12sr電機額定運行時轉(zhuǎn)差率為電機額定運行時轉(zhuǎn)差率為電機轉(zhuǎn)子電阻（含負載等效電阻）為電機轉(zhuǎn)子電阻（含負載等效電阻）為（1）用）用T形等效電路計算形等效電路計算電機學(xué)電機學(xué) Electric machineryElectric machineryDepart

37、ment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT轉(zhuǎn)子支路阻抗為：轉(zhuǎn)子支路阻抗為：15. 74 .35)4 . 435(22jx jsr54.854 .90)907(jjxrZmmm)89.136 .27(54.854 .9015. 74 .3554.854 .9015. 74 .35)/()/(2222jZx jsrZx jsrmm43.2923.33)/()/(22221mmZx jsrZx jsrZ勵磁支路阻抗為：勵磁支路阻抗為：轉(zhuǎn)子支路和勵磁支路并聯(lián)阻抗為：轉(zhuǎn)子支路和勵磁支路并聯(lián)阻

38、抗為：定子支路和（轉(zhuǎn)子支路和勵磁支路并聯(lián)）的串聯(lián)阻抗為：定子支路和（轉(zhuǎn)子支路和勵磁支路并聯(lián)）的串聯(lián)阻抗為：電機學(xué)電機學(xué) Electric machineryElectric machineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT設(shè)設(shè) ，定子電流，定子電流VU03801AAZx jsrZx jsrZUImm43.2942.1143.2923.330380)/()/(2222111定子線電流有效值定子線電流有效值A(chǔ)A8 .1942.113定子功率因數(shù)定子功率因數(shù))(8

39、7. 043.29coscos1滯后定子輸入功率定子輸入功率WWIUP1132687. 042.113803cos31111電機學(xué)電機學(xué) Electric machineryElectric machineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUTAAZx jsrZIImm97. 95 .1034 .9042.11)/(2212轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電流 和勵磁電流和勵磁電流2ImIAAZx jsrx jsrIImm91. 35 .1034 .3542.11)/(/22221

40、效率效率%26.88%100113301000012PP電機學(xué)電機學(xué) Electric machineryElectric machineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT（2）用近似等效電路計算）用近似等效電路計算負載支路阻抗負載支路阻抗6 .101 .37)83. 643.36()4 . 41 .3543. 233. 1 (/221jjjx jsrZ勵磁支路阻抗勵磁支路阻抗54.854 .90)907(jjxrZmmm電機學(xué)電機學(xué) Electric ma

41、chineryElectric machineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT轉(zhuǎn)子電流（即負載電流）轉(zhuǎn)子電流（即負載電流）6 .1024.106 .101 .370380/22112 Ax jsrZUI勵磁電流勵磁電流AAZUImm54.852 . 454.854 .9003801定子電流定子電流AAjIIIm1 .2945.12)065. 6396.10(21 定子線電流有效值定子線電流有效值A(chǔ)A6 .2145.123定子功率因數(shù)定子功率因數(shù))(874.

42、 01 .29coscos1滯后電機學(xué)電機學(xué) Electric machineryElectric machineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT定子輸入功率定子輸入功率WWIUP12405874. 045.123803cos31111效率效率%6 .80%100124001000012PP電機學(xué)電機學(xué) Electric machineryElectric machineryDepartment of Electrical Engineering, HFU

43、TDepartment of Electrical Engineering, HFUT第三節(jié)第三節(jié) 三相異步電動機的功率和轉(zhuǎn)矩三相異步電動機的功率和轉(zhuǎn)矩一、功率轉(zhuǎn)換過程一、功率轉(zhuǎn)換過程功率關(guān)系能量轉(zhuǎn)換關(guān)系電機學(xué)電機學(xué) Electric machineryElectric machineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT二、功率方程式二、功率方程式emFeCuPppP1111111cosIUmP 12111rImpCummFerImp21srImIEmPem/

44、cos22212221U1定子相電壓；定子相電壓；I1 定子相電流；定子相電流； 定子功率因數(shù)角；定子功率因數(shù)角； 轉(zhuǎn)子功率因數(shù)角；轉(zhuǎn)子功率因數(shù)角；12電機學(xué)電機學(xué) Electric machineryElectric machineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUTmecCuemPsrImsrImsrImpP2221222122212)1 (2)(PppPmecmecemCusPsrIsmrImp222122212電磁功率分析電磁功率分析emFeCuPpp

45、P11輸入功率定子銅耗定子鐵耗電磁功率輸入功率定子銅耗定子鐵耗電磁功率電磁功率轉(zhuǎn)子銅耗總機械功率電磁功率轉(zhuǎn)子銅耗總機械功率總機械功率機械損耗功率附加損耗功率輸出機械功率總機械功率機械損耗功率附加損耗功率輸出機械功率電機學(xué)電機學(xué) Electric machineryElectric machineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT總機械功率總機械功率emCuemmecPssrImsrImsrImpPP)1 ()1 (2221222122212?:2mecCue

46、mPpP電磁功率：轉(zhuǎn)子銅耗：總機械功率電磁功率：轉(zhuǎn)子銅耗：總機械功率等于多少？等于多少？ssPpPmecCuem1:1:2電機學(xué)電機學(xué) Electric machineryElectric machineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT三、轉(zhuǎn)矩方程式三、轉(zhuǎn)矩方程式022TTTTTTmecem式中式中 電動機輸出的機械轉(zhuǎn)矩；電動機輸出的機械轉(zhuǎn)矩； 機械損耗轉(zhuǎn)矩；機械損耗轉(zhuǎn)矩； 附加損耗轉(zhuǎn)矩；附加損耗轉(zhuǎn)矩； 空載轉(zhuǎn)矩；空載轉(zhuǎn)矩； 電磁轉(zhuǎn)矩。電磁轉(zhuǎn)矩。2Tmec

47、TT0TemT異步電機總的機械轉(zhuǎn)矩（電磁轉(zhuǎn)矩）為：異步電機總的機械轉(zhuǎn)矩（電磁轉(zhuǎn)矩）為：0202000)1 ()1 (sppPPPsPsPTcucumecemememmecemmecemPTssPpPmecCuem: )1 ( :1:2電機學(xué)電機學(xué) Electric machineryElectric machineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT四、電磁轉(zhuǎn)矩公式四、電磁轉(zhuǎn)矩公式112022201022,260602cos1NkfEpfpfIEmPTweme

48、m22122111coscos2ICIkNpmTmTmWem21111WTkNpmC 轉(zhuǎn)矩常數(shù)轉(zhuǎn)矩常數(shù)電機學(xué)電機學(xué) Electric machineryElectric machineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT例例5-2 根據(jù)根據(jù)例例5-1中的數(shù)據(jù)，還知道電動機的機械損耗中的數(shù)據(jù)，還知道電動機的機械損耗 ，額定負載時的附加損耗，額定負載時的附加損耗 ，試計算各種功率和轉(zhuǎn)矩。，試計算各種功率和轉(zhuǎn)矩。Wpmec100Wp50WWrIpmmFe321791

49、. 33322WWrIpCu33512. 198. 93322222WWrIpCu52033. 142.113321211解解定子和轉(zhuǎn)子的銅耗、及定子鐵耗定子和轉(zhuǎn)子的銅耗、及定子鐵耗電機學(xué)電機學(xué) Electric machineryElectric machineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUTsradsradn/157/601500260200sradsradn/152/6014522602同步角速度同步角速度轉(zhuǎn)子機械角速度轉(zhuǎn)子機械角速度總機械功率總機械

50、功率WWppPPmecmec10150)5010010000(2電磁功率電磁功率WWpPPCumecem10485)33510150(2負載制動功率負載制動功率mNmNPT79.651521000022空載制動功率空載制動功率mNmNppTmec99. 01521500電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩mNmNTTTem78.66)99. 079.65(02或者或者mNmNPTemem78.66157104850mNmNPTmecem78.6615210150電機學(xué)電機學(xué) Electric machineryElectric machineryDepartment of Electrical Engineeri

51、ng, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT第四節(jié)第四節(jié) 三相異步電動機的工作特性及其測取方法三相異步電動機的工作特性及其測取方法一、工作特性的分析一、工作特性的分析1、轉(zhuǎn)速特性、轉(zhuǎn)速特性)(2Pfn 0)1 (nsn222122212cosIEmRImPPsemcu當電機處于空載運行時，電機轉(zhuǎn)速接近于同步轉(zhuǎn)速；當電機處于空載運行時，電機轉(zhuǎn)速接近于同步轉(zhuǎn)速；當電機負載增加時，轉(zhuǎn)速略為下降，轉(zhuǎn)子電流加大；當電機負載增加時，轉(zhuǎn)速略為下降，轉(zhuǎn)子電流加大；電機在額定負載時轉(zhuǎn)差率為電機在額定負載時轉(zhuǎn)差率為1.55，電機由空載到額定負載轉(zhuǎn)，電機由空載

52、到額定負載轉(zhuǎn)速變化很小。速變化很小。電機學(xué)電機學(xué) Electric machineryElectric machineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT2、定子電流特性、定子電流特性)(21PfI 根據(jù)電機磁動勢平衡方程根據(jù)電機磁動勢平衡方程當電機處于空載運行時，定子電流幾乎全部是勵磁電流；當電機處于空載運行時，定子電流幾乎全部是勵磁電流；當電機負載增加時，轉(zhuǎn)子電流加大，定子電流也相應(yīng)增加；當電機負載增加時，轉(zhuǎn)子電流加大，定子電流也相應(yīng)增加；磁動勢方程式磁動

53、勢方程式mIII21電機學(xué)電機學(xué) Electric machineryElectric machineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT3、功率因數(shù)特性、功率因數(shù)特性)(cos21Pf當電機處于空載運行時，定子電流幾乎全部是勵磁電流，功率因數(shù)當電機處于空載運行時，定子電流幾乎全部是勵磁電流，功率因數(shù)很低；很低；當電機負載增加時，轉(zhuǎn)子電流加大，定子電流中的有功分量逐漸增當電機負載增加時，轉(zhuǎn)子電流加大，定子電流中的有功分量逐漸增大；大；當負載超過額定值時，轉(zhuǎn)子的

54、功率因數(shù)變小，轉(zhuǎn)子的電流的無功分當負載超過額定值時，轉(zhuǎn)子的功率因數(shù)變小，轉(zhuǎn)子的電流的無功分量開始增加，功率因數(shù)開始下降。量開始增加，功率因數(shù)開始下降。電機學(xué)電機學(xué) Electric machineryElectric machineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT4、電磁轉(zhuǎn)矩特性、電磁轉(zhuǎn)矩特性)(2PfTem/20PTTem5、效率特性、效率特性)(2PfpppppPPmecCuFeCu2122由于異步電機在負載不超過額定值時，轉(zhuǎn)速變化很小，因此電磁轉(zhuǎn)由于

55、異步電機在負載不超過額定值時，轉(zhuǎn)速變化很小，因此電磁轉(zhuǎn)矩近似和輸出功率矩近似和輸出功率P2成正比。成正比。和變壓器一樣，異步電機的損耗可以分為不變損耗（鐵耗）和可變和變壓器一樣，異步電機的損耗可以分為不變損耗（鐵耗）和可變損耗（銅耗）兩個部分：損耗（銅耗）兩個部分：當電機空載時，輸出為零，電機此時效率非常低；當電機空載時，輸出為零，電機此時效率非常低；隨著電機負載加大，可變損耗開始上升，但相對輸出功率增加較慢，隨著電機負載加大，可變損耗開始上升，但相對輸出功率增加較慢，電機效率上升；電機效率上升；隨著電機負載進一步加大，可變損耗開始較之輸出功率增加變快，隨著電機負載進一步加大，可變損耗開始較之

56、輸出功率增加變快，電機效率開始下降。電機效率開始下降。電機學(xué)電機學(xué) Electric machineryElectric machineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT電機學(xué)電機學(xué) Electric machineryElectric machineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT二、工作特性的求取二、工作特性的求取工

57、作特性的求取工作特性的求取 可以用直接負載法，通過做實驗求??；也可以可以用直接負載法，通過做實驗求取；也可以利用等效電路進行計算。利用等效電路進行計算。電機學(xué)電機學(xué) Electric machineryElectric machineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT第五節(jié)第五節(jié) 三相異步電動機參數(shù)的測定三相異步電動機參數(shù)的測定異步電機中有兩種參數(shù)：異步電機中有兩種參數(shù)：（1）空載勵磁參數(shù)：勵磁電阻、勵磁電抗、勵磁阻抗）空載勵磁參數(shù)：勵磁電阻、勵磁電抗、勵磁

58、阻抗（2）堵轉(zhuǎn)參數(shù)：定子電阻、定子漏抗、轉(zhuǎn)子電阻、轉(zhuǎn)子電抗）堵轉(zhuǎn)參數(shù)：定子電阻、定子漏抗、轉(zhuǎn)子電阻、轉(zhuǎn)子電抗電機學(xué)電機學(xué) Electric machineryElectric machineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT1、空載試驗、空載試驗試驗條件：試驗條件：（1）軸上不帶任何負載；）軸上不帶任何負載；（2）異步電動機在額定頻率下運）異步電動機在額定頻率下運行；行；（3）電壓從）電壓從1.11.3倍額定值逐倍額定值逐漸降低，直到轉(zhuǎn)速發(fā)生明顯的變漸降低，

59、直到轉(zhuǎn)速發(fā)生明顯的變化（轉(zhuǎn)差率明顯增大）化（轉(zhuǎn)差率明顯增大）獲得數(shù)據(jù)：獲得數(shù)據(jù)：端電壓、空載電流、空載功率、端電壓、空載電流、空載功率、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速一、空載試驗及空載時參數(shù)的確定一、空載試驗及空載時參數(shù)的確定空載特性曲線電機學(xué)電機學(xué) Electric machineryElectric machineryDepartment of Electrical Engineering, HFUTDepartment of Electrical Engineering, HFUT2、勵磁參數(shù)與鐵耗及機械損耗的確定、勵磁參數(shù)與鐵耗及機械損耗的確定異步電機空載時，輸入功率補償定異步電機空載時，輸入功率補償定子銅耗、鐵耗、機械損耗：子銅耗、鐵耗、機械損耗：mechFeppRImP121110鐵耗正比于電壓平方，做出鐵耗與鐵耗正比于電壓平方，做