三相異步電機(jī)的等效電路

三相異步電機(jī)的等效電路第1頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月0-1概述

要求：掌握異步電機(jī)穩(wěn)態(tài)分析的基本方法---等效電路法異步電動機(jī)分析中，主要涉及四個量-----（輸入能量的）電端口：電壓與電流；（輸出能量的）機(jī)械端口：功率和轉(zhuǎn)速（或轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速）。第2頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)際中要解決的問題：主要是已知異步電動機(jī)電壓與輸出功率求解電流、轉(zhuǎn)速的問題；或已知電壓和轉(zhuǎn)速求電流和功率等問題。第3頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月為解決上述問題仍用等效電路法，要設(shè)法找出與變壓器相似的等效電路。本章要求掌握等效電路方面的要點(diǎn)：1）如何得到等效電路？掌握繞組歸算、轉(zhuǎn)子位置歸算與頻率歸算等；2）等效電路各元件各代表什么？等效哪些實(shí)際的物理量？第4頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月為了得到等效電路的過程，主要解決以下三個問題：1）設(shè)法用靜止轉(zhuǎn)子等效旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，以便借用變壓器的分析方法；2）在氣隙磁場作用下，定轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電勢之間的關(guān)系，引入電壓變比；3）定轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的磁勢如何合成，引入電流變比。

仿照變壓器的思路得到等效電路

第5頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月基本思路首先分析僅僅定子有電流而轉(zhuǎn)子沒有電流的情況——轉(zhuǎn)子繞組開路，轉(zhuǎn)子只有感應(yīng)電動勢，但無電流；然后分析，轉(zhuǎn)子繞組短路，但轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)的情況；最后分析轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的情況——采用等效靜止轉(zhuǎn)子代替實(shí)際旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子。第6頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月規(guī)定定、轉(zhuǎn)子各相電氣物理量的正方向；

規(guī)定磁動勢、磁通的正方向；確定定轉(zhuǎn)子繞組空間坐標(biāo)。

正方向的規(guī)定

第7頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月

正方向的規(guī)定（下頁圖）

第8頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月第9頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月第10頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月定子漏磁通不起傳遞能量的媒介作用，只起電抗壓降的作用；包括：槽部漏磁通、端部漏磁通和諧波磁通一轉(zhuǎn)子開路的異步電機(jī)主磁通和變壓器一樣起到傳遞能量的媒介作用；第11頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月1、基本電磁關(guān)系示意圖類比變壓器的空載運(yùn)行，說說它們的異同。第12頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月由于轉(zhuǎn)子開路，因此定子三相電流產(chǎn)生合成基波旋轉(zhuǎn)磁動勢用于建立主磁場，因此這個磁動勢亦稱為勵磁磁動勢。2、勵磁磁動勢及勵磁電流勵磁電流可看成由兩部分組成：提供鐵耗，是有功分量；建立磁動勢產(chǎn)生主磁場，是無功分量，即：第13頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月這樣得到定轉(zhuǎn)子每相電動勢變比（）：和變壓器一、二次繞組感應(yīng)電動勢的推導(dǎo)類似，得定、轉(zhuǎn)子每相電動勢有效值的大小：3、主磁通在定轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動勢第14頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月4、電動勢平衡方程

——定子一相繞組的漏阻抗第15頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月定子一相電動勢平衡式為：轉(zhuǎn)子回路開路，轉(zhuǎn)子回路電動勢平衡方程：與變壓器分析時一樣，如果用勵磁電流在參數(shù)上的壓降表示，則：——激磁阻抗；第16頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月5、時空相矢圖和等效電路：第17頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月第18頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月1、基本電磁關(guān)系示意圖二轉(zhuǎn)子不動（堵轉(zhuǎn)）時異步電機(jī)第19頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)全電流定律知道，產(chǎn)生氣隙磁密的磁動勢是作用在磁路上的所有磁動勢的總和。即認(rèn)為合成磁動勢產(chǎn)生氣隙磁密：

由于轉(zhuǎn)子短路，；由于轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)，頻率也為；旋轉(zhuǎn)速度為結(jié)論：與在定子內(nèi)圓空間同轉(zhuǎn)速、同轉(zhuǎn)向，即相對靜止。2、磁動勢分析第20頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月轉(zhuǎn)子角折合以后，在時空相矢圖中肯定有和、和、和都相互重合的關(guān)系。這樣就有：3、電流形式的磁動勢平衡方程第21頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月簡化后有：，其中：式中，，稱為電流比。根據(jù)，就可得：第22頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月目的：由于定轉(zhuǎn)子之間只有磁的聯(lián)系，沒有電路上的直接聯(lián)系，為了把定轉(zhuǎn)子電路直接連接起來構(gòu)成統(tǒng)一的的等效電路，必須像變壓器一樣，把異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)量歸算到定子側(cè)，或者說用一個等效的轉(zhuǎn)子來代替實(shí)際的轉(zhuǎn)子。等效轉(zhuǎn)子的相數(shù)為，有效匝數(shù)為。4、轉(zhuǎn)子繞組相數(shù)和有效匝數(shù)的折合原則：歸算后不能改變異步電機(jī)的電端口的電磁本質(zhì)。步驟：具體折合原則和步驟和處理變壓器的折合相似。第23頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月給出轉(zhuǎn)子側(cè)電流、電動勢和阻抗折合后的結(jié)果：第24頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月六、基本方程、等效電路和相量圖第25頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月第26頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月第27頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月第28頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)起來后（），轉(zhuǎn)子中仍會感應(yīng)電流，產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁動勢。由于→相對定子的轉(zhuǎn)速為；那么→相對定子的轉(zhuǎn)速為？另外，那么與還會保持靜止嗎？1、問題的提出結(jié)論：無論轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)與否，轉(zhuǎn)子磁動勢相對于定子磁動勢總是靜止的，也就是說轉(zhuǎn)子磁動勢轉(zhuǎn)速總是為。下面我們首先具體分析轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時磁動勢。三轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動后的異步電機(jī)第29頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月異步電動機(jī)額定負(fù)載時通常在0.02~0.05范圍內(nèi)，由此可知：轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢和電流的頻率很低，當(dāng)Hz時，Hz。1）轉(zhuǎn)子電流的頻率：其頻率取決于氣隙旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子繞組的相對轉(zhuǎn)速：，即：2、轉(zhuǎn)子回路的電流和磁動勢分析第30頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月2）磁動勢的轉(zhuǎn)速：相對于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為：，相對于定子的轉(zhuǎn)速就為：相對于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速加上轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，即：。結(jié)論：不論轉(zhuǎn)子靜止還是旋轉(zhuǎn)，與在空間上總相對靜止，都以同步速旋轉(zhuǎn)，所以得穩(wěn)定的磁動勢平衡關(guān)系：第31頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月說明：1）轉(zhuǎn)子回路的頻率為：；2）轉(zhuǎn)子電阻：；轉(zhuǎn)子漏電抗和頻率成正比，因此有：；轉(zhuǎn)子電動勢大小和頻率成正比，因此有：

3、基本電磁關(guān)系示意圖第32頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月通過分析可以得到定轉(zhuǎn)子回路的電動勢方程（已經(jīng)對轉(zhuǎn)子的空間位置、相數(shù)、有效匝數(shù)進(jìn)行了折合）和等效電路：由于定轉(zhuǎn)子回路的頻率不等，得不到實(shí)用的等效電路，因此下面研究轉(zhuǎn)子回路頻率折合的問題，即：尋求“等效靜止轉(zhuǎn)子”的問題。4、轉(zhuǎn)子繞組的折合第33頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月轉(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）不會產(chǎn)生影響?，F(xiàn)在尋求一個所謂的“等效”靜止轉(zhuǎn)子，它產(chǎn)生的磁動勢肯定和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時候的磁動勢相比是不變的，只是轉(zhuǎn)子繞組的頻率就由改變?yōu)槎?。這就是轉(zhuǎn)子繞組頻率折合的思路。1）轉(zhuǎn)子繞組頻率折合的思路第34頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月轉(zhuǎn)子磁動勢是由轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的，那么要保持折合前后轉(zhuǎn)子磁動勢不變，必然有折合前后轉(zhuǎn)子電流有效值和相位不變的關(guān)系（只是頻率改變了）：由于式中：，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時和轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時相比，只在轉(zhuǎn)子繞組等效電路中多了項(xiàng)。2）轉(zhuǎn)子繞組頻率的折合第35頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月經(jīng)過轉(zhuǎn)子繞組位置角、相數(shù)、有效匝數(shù)和頻率的折合后，轉(zhuǎn)子繞組電動勢和定子繞組電動勢就完全相同了。這樣可以把前面定轉(zhuǎn)子回路分離的等效電路統(tǒng)一起來，得到如下的異步電動機(jī)的“T”型等效電路。1）“T”型等效電路5、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時等效電路第36頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月有時為了工程計算的方便，常把“T”型等效電路簡化，得到如下圖所示的簡化等效電路。

2）簡化等效電路第37頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月六、基本方程和相量圖第38頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月第39頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月本章前面是以繞線型電機(jī)為例來分析的，這種電機(jī)轉(zhuǎn)子在設(shè)計制造時就確定了極對數(shù)、相數(shù)、有效匝數(shù)等數(shù)據(jù)。對于鼠籠轉(zhuǎn)子繞組由于轉(zhuǎn)子導(dǎo)條在轉(zhuǎn)子鐵心表面均勻布置，那么得到如下關(guān)系：1）轉(zhuǎn)子極對數(shù)自動恒等于定子極對數(shù)；2）轉(zhuǎn)子相數(shù)等于通常就認(rèn)為等于總的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條數(shù)；3）轉(zhuǎn)子的有效匝數(shù)：7、鼠籠轉(zhuǎn)子的問題第40頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月1)等效電路中為機(jī)械功率的等效電阻：當(dāng)轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時，，，此時無機(jī)械功率輸出；旋轉(zhuǎn)時，，此時有機(jī)械功率輸出，即對應(yīng)的功率等于機(jī)械功率——總功械功率。總結(jié)第41頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月空載時，，，轉(zhuǎn)子繞組2)旋轉(zhuǎn)的異步電動機(jī)和一臺副邊繞組接有電阻負(fù)載的變壓器相似：時，即剛起動瞬間，相當(dāng)于副邊短路的變壓器；近似開路，相當(dāng)于空載運(yùn)行的變壓器。第42頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月→↑→↑，3)機(jī)械負(fù)載的變化在等效電路中由轉(zhuǎn)差率