CH9三相異步電動機(jī)的運(yùn)行原理

第九章三相異步電動機(jī)的運(yùn)行原理1第一節(jié)轉(zhuǎn)子不動時的異步電動機(jī)第二節(jié)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的異步電動機(jī)概述2異步電機(jī)單邊勵磁，轉(zhuǎn)子邊電流由感應(yīng)產(chǎn)生。異步電機(jī)與變壓器相似，定子繞組相當(dāng)于變壓器一次繞組，轉(zhuǎn)子繞組相當(dāng)于變壓器二次繞組。因此，可以把分析變壓器的理論用到分析異步電機(jī)中來。異步電機(jī)三相定、轉(zhuǎn)子繞組對稱，對稱運(yùn)行時，各相電磁過程相同，分析時可只討論一相，如電動勢方程、等效電路等，根據(jù)一相計(jì)算結(jié)果，再考慮相位后推廣到其它兩相。概述3第一節(jié)轉(zhuǎn)子不動時的異步電動機(jī)與變壓器二次側(cè)短路時的運(yùn)行狀態(tài)非常相似。轉(zhuǎn)子不動時異步電機(jī)與變壓器運(yùn)行比較：異步電機(jī)變壓器三相合成磁勢旋轉(zhuǎn)磁勢脈動磁勢有無氣隙有無空載激磁電流大小繞組形式分布繞組集中繞組41、參考方向的規(guī)定圖9－1三相繞線式異步電機(jī)參考方向規(guī)定

當(dāng)三相異步電機(jī)定子繞組接交流電源時，轉(zhuǎn)子不動可分為轉(zhuǎn)子繞組開路和轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)兩種情況。52.轉(zhuǎn)子繞組開路時異步電機(jī)的電磁關(guān)系定子（三相對稱電流I通入三相對稱繞組）圓形旋轉(zhuǎn)磁場(n1=60f1/P)以n1

切割定子繞組;以n1

切割轉(zhuǎn)子繞組諧波，漏磁6轉(zhuǎn)子繞組開路，轉(zhuǎn)子回路無電流，不產(chǎn)生磁動勢。此時，氣隙磁動勢只有定子磁動勢，稱為勵磁磁動勢，相應(yīng)的定子電流稱為勵磁電流。勵磁磁動勢2.轉(zhuǎn)子繞組開路時異步電機(jī)的電磁關(guān)系(1).磁動勢和磁通電機(jī)中合成基波旋轉(zhuǎn)磁動勢7主磁通和定子漏磁通

圖9－2異步電機(jī)的主磁通和漏磁通

主磁通：同時交鏈定子和轉(zhuǎn)子繞組的磁通。定子漏磁通：不交鏈轉(zhuǎn)子繞組只交鏈定子繞組的磁通。漏磁通主要有槽部漏磁通和端部漏磁通。2.轉(zhuǎn)子繞組開路時異步電機(jī)的電磁關(guān)系8主磁通：異步電動機(jī)磁通定子漏磁通：實(shí)現(xiàn)定轉(zhuǎn)子之間能量傳遞。只產(chǎn)生壓降。主磁通和定子漏磁通

2.轉(zhuǎn)子繞組開路時異步電機(jī)的電磁關(guān)系主磁通同時交鏈定子和轉(zhuǎn)子繞組，分別在其上感應(yīng)電動勢，異步電動機(jī)就是依靠主磁通實(shí)現(xiàn)定、轉(zhuǎn)子之間能量傳遞的。漏磁通只與自身繞組交鏈，只起電壓降作用，不傳遞能量。9轉(zhuǎn)子不動時，交變的主磁通將在定、轉(zhuǎn)子相繞組中感應(yīng)同頻率的感應(yīng)電動勢和，有效值為：（2）感應(yīng)電動勢

定、轉(zhuǎn)子一相感應(yīng)電動勢有效值的比值，稱為電動勢比，用表示。2.轉(zhuǎn)子繞組開路時異步電機(jī)的電磁關(guān)系10漏電動勢用漏抗壓降來表示，有：——定子每相繞組漏電抗，用簡化符號表示。

（3）電壓平衡方程

轉(zhuǎn)子一相繞組的電壓方程為：

定子一相繞組的電壓方程為：2.轉(zhuǎn)子繞組開路時異步電機(jī)的電磁關(guān)系11三相異步電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組開路時，定子和轉(zhuǎn)子都靜止，內(nèi)部電磁關(guān)系與三相變壓器空載運(yùn)行時相似。圖9－3三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子繞組開路時的電磁關(guān)系示意圖2.轉(zhuǎn)子繞組開路時異步電機(jī)的電磁關(guān)系12

(4)等效電路

2.轉(zhuǎn)子繞組開路時異步電機(jī)的電磁關(guān)系將異步電機(jī)主磁通感應(yīng)的電動勢用勵磁電流在勵磁阻抗上的壓降來表示，則定子繞組一相電壓平衡方程為：

13定子每相繞組與主磁通對應(yīng)的電抗，為激磁電抗。由于主磁通同時交鏈定子和轉(zhuǎn)子繞組，激磁電抗實(shí)質(zhì)上是互感電抗。表征主磁路參數(shù)的阻抗。激磁電抗的性質(zhì)和物理意義大小隨鐵心飽和程度的不同而不同，額定電壓時，可認(rèn)為是常數(shù)。反映鐵耗的等效電阻，為激磁電阻。異步電機(jī)有氣隙，主磁導(dǎo)小，而電抗與磁導(dǎo)成正比，所以異步電機(jī)電抗小。14

圖9－4轉(zhuǎn)子繞組開路時三相異步電機(jī)等效電路

(4)等效電路

2.轉(zhuǎn)子繞組開路時異步電機(jī)的電磁關(guān)系153.轉(zhuǎn)子繞組堵轉(zhuǎn)時異步電機(jī)的電磁關(guān)系

定、轉(zhuǎn)子磁動勢關(guān)系定子（三相對稱電流I通入三相對稱繞組）圓形旋轉(zhuǎn)磁場(n1=60f1/P)以n1

切割定子繞組;以n1

切割轉(zhuǎn)子繞組諧波，漏磁16轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢的頻率為：

與定子電流頻率相同。轉(zhuǎn)子磁場旋轉(zhuǎn)速度：轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動勢和定子旋轉(zhuǎn)磁動勢在空間以同轉(zhuǎn)向、同速度旋轉(zhuǎn)，即二者相對靜止。3.轉(zhuǎn)子繞組堵轉(zhuǎn)時異步電機(jī)的電磁關(guān)系

17(旋轉(zhuǎn))n1=60f1/pf2=pn/60=pn1/60=f1n2=60f2/p=n1n為轉(zhuǎn)子繞組與磁場相對速度。轉(zhuǎn)子磁勢與定子磁勢同轉(zhuǎn)向，同轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，空間上保持相對靜止，只有二者保持相對靜止才能共同作用在一個磁路上，建立所需要的旋轉(zhuǎn)磁場，實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。3.轉(zhuǎn)子繞組堵轉(zhuǎn)時異步電機(jī)的電磁關(guān)系

定、轉(zhuǎn)子磁動勢關(guān)系18電壓平衡方程漏電動勢用漏抗壓降來表示，有：定、轉(zhuǎn)子回路電動勢方程為：

3.轉(zhuǎn)子繞組堵轉(zhuǎn)時異步電機(jī)的電磁關(guān)系

19異步電機(jī)轉(zhuǎn)子不動時，其定子電流和轉(zhuǎn)子電流分別產(chǎn)生同轉(zhuǎn)向、同轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)磁動勢和，二者在空間保持相對靜止。只有和相對靜止才能共同作用在一個磁路上，建立所需要的旋轉(zhuǎn)磁場，以實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。如果合成磁動勢用表示，則可得到與變壓器類似的磁動勢平衡方程。磁動勢平衡方程3.轉(zhuǎn)子繞組堵轉(zhuǎn)時異步電機(jī)的電磁關(guān)系

20磁動勢平衡方程3.轉(zhuǎn)子繞組堵轉(zhuǎn)時異步電機(jī)的電磁關(guān)系

21，稱為異步電機(jī)的電流變比；，為定子繞組電流的負(fù)載分量。3.轉(zhuǎn)子繞組堵轉(zhuǎn)時異步電機(jī)的電磁關(guān)系

22負(fù)載分量：所產(chǎn)生的磁勢用以平衡轉(zhuǎn)子磁勢，以維持主磁通所需磁勢。轉(zhuǎn)子電流增加，將引起定子電流增加。激磁分量：用來產(chǎn)生磁勢，其大小決定于感應(yīng)電勢所需主磁通的大?。ǎ┘爸鞔怕返拇抛瓒ㄗ与娏鳟惒诫姍C(jī)中主磁通兩次經(jīng)過氣隙，磁阻大，激磁電流大，可達(dá)額定電流的20%-60%，電機(jī)容量越小，激磁電流分量越大。3.轉(zhuǎn)子繞組堵轉(zhuǎn)時異步電機(jī)的電磁關(guān)系

23轉(zhuǎn)子繞組的折算

3.轉(zhuǎn)子繞組堵轉(zhuǎn)時異步電機(jī)的電磁關(guān)系

要得到異步電機(jī)的等效電路（定子和轉(zhuǎn)子邊既有磁的聯(lián)系，又有電的聯(lián)系）必須進(jìn)行折算。折算方法：將實(shí)際轉(zhuǎn)子繞組折算到定子側(cè)等效繞組。折算原則：折算前后轉(zhuǎn)子繞組保持原有的電磁性能和平衡關(guān)系，即轉(zhuǎn)子磁勢和相位不變。24（1）電流的折算保持折算前后磁動勢

轉(zhuǎn)子繞組的折算

25（2）電動勢及電壓的折算保持折算前后電磁功率不變，有：為電動勢變比。轉(zhuǎn)子繞組的折算

26（3）阻抗的折算折算前后繞組的銅耗不變，有：根據(jù)折算前后功率因數(shù)不變的原則，有：

轉(zhuǎn)子繞組的折算

27經(jīng)過折算后異步電機(jī)的基本方程為：轉(zhuǎn)子繞組的折算

28等效電路折算后定轉(zhuǎn)子側(cè)的電勢相等29異步電動機(jī)定子上有三相交流繞組，通以三相交流電，定子繞組有電流流過。NXn1CYASn1ZBnff(旋轉(zhuǎn))n1=60f1/p電磁力，轉(zhuǎn)矩T轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，速度n第二節(jié)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的異步電動機(jī)30第二節(jié)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的異步電動機(jī)

當(dāng)轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)后，電機(jī)主磁通仍以同步轉(zhuǎn)速切割定子繞組，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，所以定子回路電動勢平衡方程不變。而轉(zhuǎn)子繞組以相對速度n2=n1-n切割主磁通，所以轉(zhuǎn)子中感應(yīng)電動勢的頻率、大小及漏抗都將發(fā)生變化。31設(shè)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度為n，轉(zhuǎn)子繞組相對定子旋轉(zhuǎn)磁場的速度為n1-n。定子旋轉(zhuǎn)磁場在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)出電勢的頻率為轉(zhuǎn)差率:s=(n1-n)/n1

f2又稱轉(zhuǎn)差頻率，電動機(jī)正常運(yùn)行時，s往往很小，約為0.02-0.06，所以電動機(jī)額定運(yùn)行時轉(zhuǎn)差頻率很低，約為1-3周/秒。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)對轉(zhuǎn)子各物理量的影響轉(zhuǎn)子電流和電勢的頻率32定子側(cè)電流相序ABC，磁場F1的旋轉(zhuǎn)方向ABC，旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速為n1(相對定子）。轉(zhuǎn)子側(cè)定子磁場依次切割轉(zhuǎn)子繞組abc，轉(zhuǎn)子電流相序?yàn)閍bc，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生磁勢F2

，方向?yàn)閍bc。轉(zhuǎn)子磁勢F2相對轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速：n1F1n2nF2轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁勢的轉(zhuǎn)速33n1F1n2nF2注意：n2為轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的磁勢F2相對轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，亦即F2相對轉(zhuǎn)子的速度為n1-n，而轉(zhuǎn)子本身以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)，所以F2相對靜止的定子的速度為n1-n+n=n1。結(jié)論：定子磁勢F1與轉(zhuǎn)子磁勢F2方向相同，速度相同，保持相對靜止，滿足交流電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的條件。轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁勢的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子磁勢F2相對轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速：341.轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢由于頻率改變，所以轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢也變化，有效值為：352.轉(zhuǎn)子電動勢平衡方程因?yàn)檗D(zhuǎn)子回路不變，所以電動勢方程形式不變，為：轉(zhuǎn)子漏抗為：定子電勢方程：轉(zhuǎn)子是否轉(zhuǎn)動，對其無影響。36轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子磁動勢相對于定子的旋轉(zhuǎn)速度不變，定子磁動勢和轉(zhuǎn)子磁動勢相對靜止，表明電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時內(nèi)部電磁過程和轉(zhuǎn)子不動時相似，不同的是轉(zhuǎn)子回路的頻率，由變?yōu)?。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，磁動勢平衡方程仍為：。3.磁動勢平衡方程374.頻率折算如何把旋轉(zhuǎn)電機(jī)折算為靜止電機(jī)？頻率折算原因：轉(zhuǎn)子不動時，轉(zhuǎn)子繞組電勢頻率與定子繞組電勢頻率一樣，均為f1

。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)子繞組電勢頻率為f2，定子繞組電勢頻率為f1，二者不相等，不能直接將定轉(zhuǎn)子連在一起得到等效電路。轉(zhuǎn)子電流頻率大小只影響轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁勢相對轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，相對于定子的相對轉(zhuǎn)速不變，總是n1，與轉(zhuǎn)子電流頻率無關(guān)，而定子、轉(zhuǎn)子之間是通過磁勢相連，所以只要保持轉(zhuǎn)子磁勢不變，電流頻率大小無影響。38折算前后轉(zhuǎn)子電流大小和相位不變，即磁勢不變。折算原則由可見，只要折算前后轉(zhuǎn)子電流大小和相位不變，就不會對定子邊各量造成影響，也不會影響合成磁勢。對轉(zhuǎn)子頻率折算，將轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子折算為不動的轉(zhuǎn)子，不影響定子邊各量。4.頻率折算39轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動后轉(zhuǎn)子電流為：只要等效的靜止轉(zhuǎn)子滿足，則完成了頻率折算。二者雖然幅值相同，但頻率已經(jīng)從f2變?yōu)閒1

4.頻率折算40討論：進(jìn)行頻率折算后，電動勢由變?yōu)椋娍褂勺優(yōu)?，而電阻則由變?yōu)椤?.頻率折算頻率折算的物理意義：用一個靜止的電阻為的等效轉(zhuǎn)子去代替電阻為

的實(shí)際旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子，等效轉(zhuǎn)子與實(shí)際轉(zhuǎn)子產(chǎn)生相同的旋轉(zhuǎn)磁勢。41轉(zhuǎn)子磁勢的轉(zhuǎn)速：實(shí)際轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為n，產(chǎn)生的磁勢相對轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為n2，所以磁勢在空間以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。等效轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子靜止，轉(zhuǎn)子電流頻率為f1，靜止轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁勢在空間仍以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。的幅值的相位結(jié)論：頻率折算前后，轉(zhuǎn)子電流幅值及阻抗角未改變，轉(zhuǎn)子磁勢的幅值和相位也未改變，折算對定子側(cè)各量無影響，旋轉(zhuǎn)的實(shí)際轉(zhuǎn)子和等效的靜止轉(zhuǎn)子效果相同。4.頻率折算42頻率折算后，轉(zhuǎn)子電阻分解為兩項(xiàng)：4.頻率折算頻率折算后的轉(zhuǎn)子電阻為

技術(shù)處理43右邊第一項(xiàng)：轉(zhuǎn)子本身電阻，要完成轉(zhuǎn)子的頻率折算只需在轉(zhuǎn)子回路中串入一附加電阻即可。附加電阻：，在轉(zhuǎn)子電路中將消耗功率，代表了實(shí)際電機(jī)軸上所產(chǎn)生的總機(jī)械功率，這就是附加電阻的物理意義，即是異步電動機(jī)軸上總機(jī)械功率的等效電阻。4.頻率折算——電阻大小與電機(jī)的轉(zhuǎn)差率有關(guān)。44當(dāng)電機(jī)所帶負(fù)載變化時，電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨之變化，s變化，變化，所以反應(yīng)了電機(jī)機(jī)械負(fù)載變化的大小，而此電阻上消耗的功率代表了電機(jī)產(chǎn)生的總的機(jī)械功率。4.頻率折算45

經(jīng)過頻率折算后，再考慮轉(zhuǎn)子繞組的折算，最終得到異步電機(jī)的基本方程為:4.頻率折算465.等效電路T等效電路由上述電路可見，異步電機(jī)為感性電路。475.等效電路電機(jī)輕載時：電機(jī)副邊相當(dāng)于開路，轉(zhuǎn)子電流接近于零。定子電流全部為激磁電流，用于產(chǎn)生磁通，定子功率因素很低，與變壓器空載運(yùn)行相似。485.等效電路電機(jī)起動時：等效電阻被短接，副邊支路阻抗很小，很大，相當(dāng)于變壓器副邊短路狀態(tài)。原邊電流也大，原副邊功率因數(shù)均低。49轉(zhuǎn)差s很小，s=0.02-0.06,時，大，轉(zhuǎn)子電路基本為電阻性。5.等效電路電