合肥工业大学：《电机及拖动基础》（顾绳谷）课件_第五章 异步电机（三相异步电动机运行原理及单相异步电动机）

人起火誉 Hefel University of Technology 第五章异步电机(二) 三相异步电动机运行原理及单相异步电动机 第一节三相异步电动机行时的电磁辽程 异步电动机负载时的物理情况 动盖担尼装动机的座柔终组擒到相电遵时:子經组中 苗楼接分料+月话量 这个旋转磁场切割定子、转子绕组,分别在定子、转子绕组内感 应面子电司利转字更动势,在转子动 小下转子回路中有 型圈转转蒙猪蝶楼汤的芳游

第五章 异步电机（二） ——三相异步电动机运行原理及单相异步电动机 第一节 三相异步电动机运行时的电磁过程 一、异步电动机负载时的物理情况 当三相异步电动机的定子绕组接到对称三相电源时，定子绕组中 就通过三相交流电流。若不计谐波和齿槽影响，这个对称三相交流 电流将在气隙内形成按正弦规律分布、并且以同步转速n0旋转的旋 转磁动势F1，由旋转磁动势F1建立旋转的气隙主磁场Bm。 这个旋转磁场切割定子、转子绕组，分别在定子、转子绕组内感 应出定子电动势和转子电动势。在转子电动势作用下转子回路中有 对称三相电流流过。于是，在气隙磁场和转子电流的相互作用下， 产生了电磁转矩，转子就顺着旋转磁场的方向转动

空载的情况下:nn。l2≈0 U1--i Ⅹ势空间分布波 El 转子 当电机带有机械负载后:n<ns 2增大。 转子磁动势F2 )转子磁动势分析 导条电流 不论转子是绕线型还是笼型 转子磁动势都是一种旋转动 ￠入区区 笼型转子 的磁动势 9290°

2 空载的情况下：n≈ns, I2≈0 当电机带有机械负载后：n<ns, I2增大。 不论转子是绕线型还是笼型， 转子磁动势F2都是一种旋转磁动 势。 笼型转子 的磁动势 （一）转子磁动势分析

B 1、转子磁动势F的旋转方向 如果相序为ABC的步电动机定子 电流所产生的旋转磁场逆时针方向旋转 的男裔疑 为9-bC。则转 邮:按逆时针芳简 相序a-b-c Xax agpa 2、F2转速的大小 转子绕组内感应电动势和电流的 频率为 p(n,n) pns,-n 60 60n 的转速为△n+n=ns

3 2、F2转速的大小 如果相序为A-B-C的异步电动机定子 电流所产生的旋转磁场按逆时针方向旋转， 因为n<n0，则转子电流相序为a-b-c 。则转 子磁动势F2的旋转方向也按照相序a-b-c， 即：按逆时针方向。 1、转子磁动势F2的旋转方向 转子绕组内感应电动势和电流的 频率为 2 1 ( ) 60 60 s s s s p n n pn n n f sf n − − = = = f2为转差频率，转子电流形成的转子磁 动势F2的旋转方向与F1的旋转方向相同， 它相对于转子的转速为Δn，而相对于定 子的转速为Δn+n=ns

(二)磁动势平衡 转子磁动势F2与定子磁动势F相对静止,得到合成磁动势F1+2 负载时F+F2=Fn→>Bn(n) 空载时F10=F0→>Bm(mo 妻电莹瞿单:B腰类的变化小,差不 于是F1+F2=Fm≈F→n F=Fn+(-F2) (fF2) 抵消F2 FI 产生 m

4 （二）磁动势平衡 转子磁动势F2与定子磁动势F1相对静止，得到合成磁动势F1+F2 负载时 ( ) F1 F2 Fm Bm  m + = →  空载时 ( ) F10 Fm0 Bm0  m0 = →  电动机从空载到负载，定子绕组的感应电动势的变化很小，差不 多和电源电压相平衡。所以，可以近似认为  m  m0    于是 F F Fm Fm  m + =  →  1 2 0 ( ) F1 = Fm + −F2

A相轴线 时间参考轴A相轴线 时间参考轴 F1 Z ● A Xop。x 两极异步电动机的定 子、转子绕组示意图 负载时定子、转子磁 动势和电流的相矢图 Bm(p) B 90°+92

5 两极异步电动机的定 子、转子绕组示意图 负载时定子、转子磁 动势和电流的相矢图

(三)电磁关系 RyrIE 有效值E1=444Nkm9nm F El E2s=4442N2kn2 F2 laRa 相量表达式 1444Nk④n 异步电动机的负载运 E2,=144N2km2④n=-1444N2k2nS 行时的电磁关系 定、转子的漏磁通在各自绕组中感应产生漏电动势 E 1444fNk1 E2o=-1444N2kn2①2=-]444N2kn2①2S 6

6 （三）电磁关系 有效值 W m E1 = 4.44 f 1 N1 k 1  s W m E2 = 4.44 f 2 N2 k 2  异步电动机的负载运 行时的电磁关系 相量表达式 W m E  f N k   1 44 1 1 1 = −j4. E f N k f N k s s W  m W  m    2 2 2 2 44 1 2 2 = −j4.44 = −j4. 定、转子的漏磁通在各自绕组中感应产生漏电动势 1 44 1 1 1 1 j4.   W E = − f N k E f N k f N k s 2s 2 2 W 2  2s 44 1 2 W 2  2s j4.44 j4.  = −  = − 

Nk 二、基本方程式 1W1 (一)磁动势平衡方程式 F=09 NK F1+F2= Nk F2=0.9 w2 2 式中m、m为定子、转子的相数;m为对应于励做篮动势的励磁 0.91,Kwl 61+0.9m2 N,k w2 。m1Nkm 0.9 2 则i+i;=k=mNk k 一邀 机 Nk F,=0.9 wI =0.9 Lw2 2 励磁电流 负载电流

7 二、基本方程式 （一）磁动势平衡方程式 F1 + F2 = Fm          = = = 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 2 0.9 2 0.9 2 0.9 I p m N k F I p m N k F I p m N k F W m W m W    式中m1、m2为定子、转子的相数；Im为对应于励磁磁动势的励磁 电流。 m W W W I p m N k I p m N k I p m N k   1 1 1  2 2 2 2 1 1 1 1 2 0.9 2 0.9 2 0.9 + = 2 2 2 2 2 1 1 1 2 2 0.9 2 0.9 I p m N k I p m N k F W  = W  =  ( ) 1 2 I I I m = + −     励磁电流 负载电流 令 2 2 1 I k I i  =   则 m I I I   =  +  1 2 2 2 2 1 1 1 W W i m N k m N k k = 异步电动机 的电流比

(二)电动势平衡方程式 U=(-E)+(-E)+R 中E2,=(E)+1(尺+R)R为转子电阻的外加电阻 E=-LmZm=-l (rm +j 为表征铁心磁化特性和铁耗的一个综合参数,称为励磁阻抗; Xm称为励磁电抗;Rm为反映铁耗的励磁电阻。 E,=-j,X1 定子漏电抗 转子漏电抗 E2o=4.44/2N2kn22a=444fN2km2①2S 因此 X2。=X2S E=ES

8 （二）电动势平衡方程式 1 1 1 1 1 2 2 2 2 ( ) ( ) ( ) ( ) s s U E E I R E E I R R   = − + − +   = − + +  RΩ为转子电阻的外加电阻 1 ( jX ) E I Z I R = − = − + m m m m m Zm为表征铁心磁化特性和铁耗的一个综合参数，称为励磁阻抗； Xm称为励磁电抗；Rm为反映铁耗的励磁电阻。 1 1 1 E I X j  = − 定子漏电抗 2 2 2 j E I X s s = − 转子漏电抗 E f N k f N k s 2s 2 2 W 2 2s 44 1 2 W 2 2s = 4.44 = 4. 因此 E E s 2s = 2 X X s 2 2 s = E E s 2s = 2

R2 旋转时异步电 动机的电路 异步电动机负载时的基本方程式列出如下 1=-E+R+X1=一E+1z1 Er =E,s=I(r2+Ro)+jl,,s E1二(Rn+)=-i1m

9 旋转时异步电 动机的电路 异步电动机负载时的基本方程式列出如下 1 1 1 1 1 1 1 1 1 U E I R I X E I Z = − + + = − + j 2 2 2 2 2 2 ( ) j E E s I R R I X s s = = + +  1 ( jX ) E I R I Z = − + = − m m m m m m i I I k I  +  =  1 2 1

第二节三粗异步电机的等放电路及粗子图 nk E2=j4.44/I, Pm=-j444/,N, kw,p nak w2 2W2 Nk w1 N k N k k Nkn2为电动势比 、异步电动机的等效电路 ()频率归算 频率归算—保持整个电磁系统的电磁性能不变,把一种频率的参 数和物理量换算 种频率的参数和物理量,在这里,就是用 个具有定子频率而等效 电路去代换实际转子电路 所谓“等效”是指: )进行代换后,转子电路对定子电路的电磁效应不变。 2)等效的转子电路的电磁性能(有功功率、无功功率、铜耗等) 必须和实际转子电路一样。 10

10 第二节 三相异步电动机的等效电路及相量图 1 1 1 1 2 2 1 1 2 2 2 1 2 2 1 1 1 1 j4.44 j4.44 E k E N k N k N k N k E f N k f N k W e W W W W m W m  = −  = −  =  =  2 2 1 1 W W e N k N k k = 为电动势比 一、异步电动机的等效电路 （一）频率归算 频率归算—— 保持整个电磁系统的电磁性能不变，把一种频率的参 数和物理量换算成另一种频率的参数和物理量。在这里，就是用一 个具有定子频率而等效于转子的电路去代换实际转子电路。 所谓“等效”是指： 1）进行代换后，转子电路对定子电路的电磁效应不变。 2）等效的转子电路的电磁性能（有功功率、无功功率、铜耗等） 必须和实际转子电路一样