電氣二-第五章電機

《電機學(xué)》第五章異步電機1§5.4轉(zhuǎn)子靜止時的異步電機異步電機正常運轉(zhuǎn)時總是要旋轉(zhuǎn)的，但是在轉(zhuǎn)子不動時各種電磁關(guān)系也存在，先分析轉(zhuǎn)子不動時的情況。電動機在轉(zhuǎn)子靜止時有兩種情況：一種是轉(zhuǎn)子繞組開路，另一種是轉(zhuǎn)子繞組短路。分析過程中注意：定子電流→磁勢→磁場→磁通→主磁通和漏磁通（經(jīng)過的途徑及性質(zhì)不同）籠型：定轉(zhuǎn)子極對數(shù)p相等；繞線型：定轉(zhuǎn)子極對數(shù)p、相數(shù)m都相等?！峨姍C學(xué)》第五章異步電機2一、定子繞組接電源，轉(zhuǎn)子開路

注意：轉(zhuǎn)子開路的三相異步電動機相當于副邊空載的三相變壓器，定子繞組對應(yīng)于原邊繞組，轉(zhuǎn)子繞組對應(yīng)于副邊繞組，所不同的是異步電動機的磁路中多了氣隙磁路。三相定子繞組流過三相對稱電流，產(chǎn)生三相合成旋轉(zhuǎn)磁動勢，基波為正弦分布旋轉(zhuǎn)磁動勢，幅值：《電機學(xué)》第五章異步電機31、電磁關(guān)系磁動勢F0產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)基波磁場，主磁通為Фm，定子一相中感應(yīng)電動勢：《電機學(xué)》第五章異步電機42、定子繞組電勢平衡方程式以下標l和2區(qū)別定子和轉(zhuǎn)子電路的各物理量，各種數(shù)量均取每相值。電路方程與次級開路時的變壓器的電路方程相似。定子漏阻抗《電機學(xué)》第五章異步電機5定子的槽型越深越窄，槽漏磁的磁導(dǎo)越大，槽漏抗也越大I1為定子電流；X1σ為定子一相的漏磁電抗，簡稱定子漏抗；定子漏阻抗《電機學(xué)》第五章異步電機6（Rm<<Xm）-è1用勵磁電流ì0在勵磁阻抗Zm上的壓降表示：Rm：反映鐵心損耗的等效電阻。鐵耗pFe∝fβB2m。當f一定時，Φm有確定值→Rm有確定值。ppt見下頁；書p221；類似于p128圖3.12《電機學(xué)》第五章異步電機7旋轉(zhuǎn)磁場Fm磁場和磁通密度波Bm，都以同步轉(zhuǎn)速n1旋轉(zhuǎn)的空間波。如果不考慮磁滯和渦流損耗，則Bm應(yīng)和產(chǎn)生它的Fm在空間上同相位。實際上，總存在磁滯和渦流損耗，因此Bm波應(yīng)在空間上滯后Fm波一個鐵耗角αFe物理意義如下：當Fm波的波幅轉(zhuǎn)到氣隙圓周某一點，該點的勵磁磁動勢達到最大值，但由于磁滯和渦流的影響，該點磁通密度尚未達到最大，必須經(jīng)過一段時間，等到Fm波轉(zhuǎn)過αFe電角度，該點磁通密度才達到最大值?！峨姍C學(xué)》第五章異步電機8定、轉(zhuǎn)子每相基波感應(yīng)電勢之比：3、轉(zhuǎn)子相電動勢轉(zhuǎn)子靜止不動，旋轉(zhuǎn)磁場以同步轉(zhuǎn)速n1切割轉(zhuǎn)子繞組把轉(zhuǎn)子繞組的每相的有效匝數(shù)N2kN2換為定子繞組的有效匝數(shù)N1kN1。這時轉(zhuǎn)子繞組每相電勢的有效值為E’2——稱為轉(zhuǎn)子繞組電勢折算到定子繞組時的折算值。電壓比《電機學(xué)》第五章異步電機9等效電路和相量圖ì0《電機學(xué)》第五章異步電機10二、轉(zhuǎn)子繞組短路開關(guān)K閉合，轉(zhuǎn)子繞組短路，轉(zhuǎn)軸被卡，定子外加電壓。設(shè)定、轉(zhuǎn)子都是具有極對數(shù)為p的三相對稱繞組。相當于二次側(cè)被短路的變壓器?！峨姍C學(xué)》第五章異步電機111、定子磁動勢與轉(zhuǎn)子磁動勢相對靜止定于繞組電流I1→磁勢F1（順時針，轉(zhuǎn)速n1）→F1同時切割定、轉(zhuǎn)子（順序：a－b－c）→E1、E2（頻率f1）→E2產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流I2（相序abc依次滯后）→流過轉(zhuǎn)子三相對稱繞組產(chǎn)生磁勢F2（順時針，轉(zhuǎn)速n2＝n1）?！逨1→E2→I2→F2∴F2的轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速、極對數(shù)與F1相一致?？臻g上相對靜止。《電機學(xué)》第五章異步電機12定子電流產(chǎn)生合成的定子基波旋轉(zhuǎn)磁勢F1與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁勢F2同速、同方向在空間一前一后同步旋轉(zhuǎn)，合成為Fm。氣隙中實際的旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向與F1一致轉(zhuǎn)子中有電流時的磁通路徑《電機學(xué)》第五章異步電機13定子轉(zhuǎn)子定子繞組內(nèi)轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)電磁關(guān)系《電機學(xué)》第五章異步電機142、轉(zhuǎn)子磁動勢F2與α12無關(guān)自學(xué)p220《電機學(xué)》第五章異步電機15三、電動勢平衡方程《電機學(xué)》第五章異步電機16四、磁勢平衡式F1、F2空間相對靜止，疊加成勵磁磁動勢合成磁勢F0→氣隙中的主磁通Φm；I1→定子漏磁通Φ1σ；I2→轉(zhuǎn)子漏磁通Φ2σ（槽漏磁通、端部漏磁通和諧波漏磁通）定子磁勢F1包含兩部分：一部分是用來產(chǎn)生主磁通的F0分量；另一部分是與F2大小相等、方向相反的以抵消轉(zhuǎn)子磁勢對主磁通的影響的-F2分量?！峨姍C學(xué)》第五章異步電機17五、轉(zhuǎn)子繞組的折算異步電動機定、轉(zhuǎn)子之間只有磁的耦合。定、轉(zhuǎn)子磁路純電路的等值電路。轉(zhuǎn)子繞組的折算轉(zhuǎn)子繞組折算的方法：相數(shù)m1、匝數(shù)N1kN1的繞組相數(shù)為m2、匝數(shù)為N2kN2代替原轉(zhuǎn)子繞組:新轉(zhuǎn)子繞組:折算的原則：保持折算前后轉(zhuǎn)子磁勢F2不變，轉(zhuǎn)子上各種有功功率、無功功率不變。《電機學(xué)》第五章異步電機18①轉(zhuǎn)子電勢折算前轉(zhuǎn)子電勢為：折算后轉(zhuǎn)子電勢為：根據(jù)折算前后主磁通不變的原則：《電機學(xué)》第五章異步電機19②轉(zhuǎn)子電流根據(jù)折算前后電動機磁勢平衡關(guān)系不變的原則：為異步電動機的電流比《電機學(xué)》第五章異步電機20③轉(zhuǎn)子漏阻抗根據(jù)折算前后有功無功功率不變的原則：④折算前后轉(zhuǎn)子回路功率因數(shù)不變：《電機學(xué)》第五章異步電機21基本方程式、等值電路磁勢平衡《電機學(xué)》第五章異步電機22相量圖《電機學(xué)》第五章異步電機235.5轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的異步電動機一、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的電動勢和電流轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動后，轉(zhuǎn)子繞組的電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。F2F1《電機學(xué)》第五章異步電機24轉(zhuǎn)子電勢和電流的頻率（轉(zhuǎn)子頻率，與轉(zhuǎn)差率成正比，又稱為轉(zhuǎn)差頻率）為∵電動機額定運行時，sN=0.01～0.04∴n≈n1；

f2很低；鐵耗(pFe∝fβB2m)很小。《電機學(xué)》第五章異步電機251.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動后的每相電動勢：定子頻率下的2.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時轉(zhuǎn)子電抗：3.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時轉(zhuǎn)子電流（轉(zhuǎn)子端電壓U2=0，認為R2不變）：《電機學(xué)》第五章異步電機26定，轉(zhuǎn)子耦合電路圖（一相）﹡轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，定，轉(zhuǎn)子電量頻率不同，相數(shù)、有效匝數(shù)也不同，通過Φm耦合，無電直接聯(lián)系?！峨姍C學(xué)》第五章異步電機27二、定、轉(zhuǎn)子磁動勢相對靜止轉(zhuǎn)子磁動勢F2相對于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速（取決于f2）：轉(zhuǎn)子本身以n轉(zhuǎn)動，對于固定坐標，F(xiàn)2的絕對轉(zhuǎn)速：F2F1《電機學(xué)》第五章異步電機28結(jié)論：定、轉(zhuǎn)子磁動勢在氣隙中相對靜止！（不管s、n為何值，電動機處于哪種運行狀態(tài)）*

請同學(xué)們自己用p224～225的方法，證明此結(jié)論。轉(zhuǎn)子磁動勢波F2氣隙磁場Bm轉(zhuǎn)子《電機學(xué)》第五章異步電機29《電機學(xué)》第五章異步電機30……《電機學(xué)》第五章異步電機31轉(zhuǎn)子繞組頻率折算的目的：把定、轉(zhuǎn)子兩個不同頻率的電路轉(zhuǎn)換成同一頻率的電路。轉(zhuǎn)子繞組頻率的折算方法：用一個等效的靜止轉(zhuǎn)子（s=1）代替實際轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子。原則：保持轉(zhuǎn)子磁勢F2不變

(轉(zhuǎn)子電流ì2的大小和相位不變)，Φm及能量關(guān)系均不變。三、頻率折算※《電機學(xué)》第五章異步電機32可行性

轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子靜止和旋轉(zhuǎn)時，F(xiàn)2相對定子轉(zhuǎn)向相同，轉(zhuǎn)速均為n1

《電機學(xué)》第五章異步電機33給轉(zhuǎn)子繞組電阻中，計入一個附加電阻，即可以把原來旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子看成靜止的轉(zhuǎn)子?！罐D(zhuǎn)子繞組的頻率與定子繞組一致附加電阻分析《電機學(xué)》第五章異步電機34旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子從定子吸收的有功＝轉(zhuǎn)子電阻銅耗轉(zhuǎn)軸上產(chǎn)生的總機械功率Pmec+等效靜止轉(zhuǎn)子從定子吸收的有功＝轉(zhuǎn)子電阻銅耗模擬電阻所耗功率+虛擬損耗，實際轉(zhuǎn)子中并不存在，但它卻是表征實際轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子的總機械功率——內(nèi)機械功率《電機學(xué)》第五章異步電機35對比三種運行狀態(tài)：解釋：異步電機自跟隨《電機學(xué)》第五章異步電機36四、等效電路《電機學(xué)》第五章異步電機37《電機學(xué)》第五章異步電機38電阻的物理意義在實際轉(zhuǎn)動的電機中，在轉(zhuǎn)子回路中并無此項電阻，但有機械功率輸出。在頻率歸算后的轉(zhuǎn)子電路中，因已等效成靜止轉(zhuǎn)子，沒有機械功率輸出，但卻串入附加電阻，其電功率為電功率模擬軸上的機械功率?！峨姍C學(xué)》第五章異步電機39※分析:應(yīng)用T型等效電路分析電動機運行感應(yīng)電機空載時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速：n→n1，s=0,相當于轉(zhuǎn)子開路；可認為定子電流基本上是勵磁電流，用以產(chǎn)生主磁通定子的功率因數(shù)定子回路接近感性?！峨姍C學(xué)》第五章異步電機40感應(yīng)電機負載運行時，sN＝0.02～0.05定子的功率因數(shù)轉(zhuǎn)子邊基本呈現(xiàn)電阻性《電機學(xué)》第五章異步電機41感應(yīng)電機啟動時，n＝0，s=1模擬電阻短接，轉(zhuǎn)子邊總阻抗大大減小《電機學(xué)》第五章異步電機42感應(yīng)電機，n＝n1，s=0相當于轉(zhuǎn)子邊開路為理想空載狀態(tài)《電機學(xué)》第五章異步電機43五、相量圖已知：電動機參數(shù)和電源U1，I1，s。步驟：U1、I1、cosφ1→ù1、ì1；-è1Φmè1、è′2(=-è1)R′2;X′2σφ2→ì′2ì1+(-ì′2)=ì′0《電機學(xué)》第五章異步電機44※考慮：相量圖中，為什么I1總滯后U