第三篇异步电机 第九章异步电机的理论分析与二作特性 异步电机的基本结构 第二节异步电机的基本原理 第三节三相异步电机的等效电路 第四节异步电机的参数 第四节异步电动机的功率平衡式和转矩平衡式 第六节异步电动机的机械特性 第七节异步电动机的工作特性 第一节异步电机的基本结构 前言 异步电机又称愿应电机是交流加的 优点:结构简单、制造、使用和维护方便,运行可靠,效率较高、价格较低 缺点:1调速和起动性能不佳 2功率因数总是滞后的,增加了电力系统的无功负担。 应用:总的来说:主要作为电动机使用,是当今应用最广,需要量最大的一种电机。 结构:定子、转子、空气隙、端盖、轴承和机座等部件。 第一节异步电机的基本结构 异步电机定子主要包括定子绕组、和机座三部分。 二、转子 异步电机转子主要包括转子绕组、铁和转轴三部分。 异步电机的转子结构可以分为笼和绕线型两大类
第三篇 异步电机 第九章 异步电机的理论分析与工作特性 第一节 异步电机的基本结构 第二节 异步电机的基本原理 第三节 三相异步电机的等效电路 第四节 异步电机的参数 第四节 异步电动机的功率平衡式和转矩平衡式 第六节 异步电动机的机械特性 第七节 异步电动机的工作特性 第一节 异步电机的基本结构 前言 异步电机又称感应电机是交流电机的一种。 优点：结构简单、制造、使用和维护方便，运行可靠，效率较高、价格较低。 缺点：1.调速和起动性能不佳; 2.功率因数总是滞后的，增加了电力系统的无功负担。 应用：总的来说：主要作为电动机使用，是当今应用最广，需要量最大的一种电机。 结构：定子、转子、空气隙、端盖、轴承和机座等部件。 第一节 异步电机的基本结构 一、定子 异步电机定子主要包括定子绕组、铁芯和机座三部分。 二、转子 异步电机转子主要包括转子绕组、铁芯和转轴三部分。 异步电机的转子结构可以分为笼型和绕线型两大类
卡情了 绕组转子异步电机 H 集电环 Figure 6.1 Cutaway view of a three-phase and slip nnas 三、铭牌的额定值 (2)额定功率(ⅣN):指电动机在额定方式下运行时,转轴上输出的机械功率。单位为W和kW (3额定电压UN)指电动机在额定方式下运行时定子绕组应加的线电压。单位为V和kV (4)额定电流(Ⅰ):指电动机在额定电压和额定功率状态下运行时,流入定子绕组的线电流 单位为A (5)额定频率():额定状态下电源的交变频率,我国的电网频率为50Hz
绕组转子异步电机 三、铭牌的额定值 （1）型号 （2）额定功率（PN）：指电动机在额定方式下运行时，转轴上输出的机械功率。单位为 W 和 kW。 （3）额定电压（UN）：指电动机在额定方式下运行时，定子绕组应加的线电压。单位为 V 和 kV 。 （4）额定电流（IN）：指电动机在额定电压和额定功率状态下运行时，流入定子绕组的线电流。 单位为 A。 （5）额定频率（fN）：额定状态下电源的交变频率，我国的电网频率为 50 Hz
(6)额定转速(nN):指在额定状态下运行时的转子转速。单位为m。 除上述数据外,还标岀额定运行时,电机的功率因素以及相数、接线法、防护等级、绝缘等 级与温升、工作方式等有关项目 第二节异步电机的基本原理 异步电机的运行状态 当一对称三相电流流入异步电机三相定子绕组,在气隙中便产生一旋转磁场,以同 步速旋转。转子绕组与其有相对运动(切割),则在闭合的转子绕组产生感应电动势和感应电 流,旋转磁场与转子导体中的电流互相作用产生电磁转矩。所以正常情况下,异步电机的转子转 速总是略低于(电动机)或略高于(发电机)旋转磁场转速他们之间的差(n-n),称 为转差速度。我们定义转差速度与同步转速的比值为转差率,即 转差率是决定异步电机运行状态的重要变量,异步电动机的负载情况发生变化,转子导体 中的电动势电流和电磁转矩相应变化,则转子转速和转差率随之变化 相对动方向 按照转差率的大小正负,异步电机可分为电动机 运行、发电机运行 和电磁制动三种状态。 1、电动机运行
（6）额定转速（nN）：指在额定状态下运行时的转子转速。单位为 rpm。 除上述数据外，还标出额定运行时，电机的功率因素以及相数、接线法、防护等级、绝缘等 级与温升、工作方式等有关项目。 第二节 异步电机的基本原理 一、异步电机的运行状态 当一对称三相电流流入异步电机三相定子绕组，在气隙中便产生一旋转磁场，以同 步速 旋转。转子绕组与其有相对运动（切割），则在闭合的转子绕组产生感应电动势和感应电 流，旋转磁场与转子导体中的电流互相作用产生电磁转矩。所以正常情况下，异步电机的转子转 速 总是略低于（电动机）或略高于（发电机）旋转磁场转速 ，他们之间的差 ( ) n1 − n ，称 为转差速度。我们定义转差速度与同步转速的比值为转差率 ，即 1 1 n n n s − = 转差率是决定异步电机运行状态的重要变量，异步电动机的负载情况发生变化，转子导体 中的电动势电流和电磁转矩相应变化，则转子转速和转差率随之变化。 按照转差率的大小正负，异步电机可分为电动机 运行、发电机运行 和电磁制动三种状态。 1、电动机运行
电动机状态转速低于同步转速 0S>0 2、殚电机运行 发电机状态转速大于同步转速 Fsco n F 3、电磁制动 相对转速大于同步转速 n1 实际上异步电机主要作为电动机运行 相对运动方向 F Fe n 二、异步电机的主磁通和漏磁通 主磁通 穿过气隙,与定转子绕组交链 漏磁通 不属于主磁通的磁通 槽、端部,谐波)
电动机状态转速低于同步转速 0S>0 2、发电机运行 发电机状态转速大于同步转速 n > n0 S1 实际上异步电机主要作为电动机运行。 相对运动方向 二、异步电机的主磁通和漏磁通 主磁通： 穿过气隙，与定转子绕组交链 漏磁通 不属于主磁通的磁通 （槽、端部，谐波） b x n1 F n Fe 0 b x n1 F n Fe 0
图9.5两极机主磁通的磁路 邛三节三相异步电机的等效电路一、转子不动时的异步电机 从电路的角度来看,转子不动时异步电机的电路方程与次级短 路时的变压器的电路方程相似,变压器的初级相当于异步电机的定 子绕组,次级绕组相当于转子绕组。尽管异步电机与变压器的的磁 场性质、结构和运行方式不相同,但他们内部的电磁关系时相通的, 所以在研究异步电机的等效电路时,可以借助变压器的电磁理论 等效气障 1、电压平衡式 定子绕组的电压平衡式和转子不动时转子绕组的电压平衡式分别 为 U1=-E1+l1(1+jx1)0=E2-l2(2+jx2)2、磁动势平衡式 NK 定子绕组磁动势F1=×09×-M1
第三节 三相异步电机的等效电路一、转子不动时的异步电机 从电路的角度来看，转子不动时异步电机的电路方程与次级短 路时的变压器的电路方程相似，变压器的初级相当于异步电机的定 子绕组，次级绕组相当于转子绕组。尽管异步电机与变压器的的磁 场性质、结构和运行方式不相同，但他们内部的电磁关系时相通的， 所以在研究异步电机的等效电路时，可以借助变压器的电磁理论。 1、电压平衡式 定子绕组的电压平衡式和转子不动时转子绕组的电压平衡式分别 为 ( ) 1 1 1 1 1 U = −E + I r + jx 0 ( ) 2 2 2 2 = E − I r + jx 2、磁动势平衡式 定子绕组磁动势 1 1 1 1 1 0.9 2 I p m N K F N =
转子绕组磁动势F2209×-2N21 12 合成磁动势F.=m1×09xNK 磁动平衡式为 F1+F2=F 3、绕组的归算 一般将转子方面的各物理量归算到定子方面 1)电流的归算 根据归算前后转子磁动势保持不变,即 F=F12=mKn12=1/式中K,为电流变比 m,N,KNI (2)电动势的归算 根据归算前后转子视在功率保持不变,即 m2=m2=N,knE=k.E2式中人,为电动势变比 (3)阻抗的归算 根据归算前后转子铜耗保持不变,即 m码=m=m(NEy=KK 式中KK为阻抗变比。 电阻变比也适用于转子电抗、阻抗的归算 转子转动后的异步电机
转子绕组磁动势 2 2 2 2 2 0.9 2 I p m N K F N = 合成磁动势 m N m I p m N K F 1 1 1 0.9 2 = 磁动平衡式为 F F Fm + = 1 2 3、绕组的归算 一般将转子方面的各物理量归算到定子方面。 （1）电流的归算 根据归算前后转子磁动势保持不变，即： 2 ' F2 = F i N N I I k m N K m N K I 2 2 1 1 1 ' 2 2 2 2 = = 式中 Ki 为电流变比。 （2）电动势的归算 根据归算前后转子视在功率保持不变，即 2 2 2 ' 2 ' 1 2 m E I = m E I 2 2 2 2 1 1 2 E K E N K N K E e N N = = 式中 Ke 为电动势变比。 （3）阻抗的归算 根据归算前后转子铜耗保持不变，即 2 2 2 2 ' 2 '2 1 2 m I r = m I r 2 2 2 2 1 1 2 1 2 ( ) K K r N K N K m m r e i N N = = 式中 KeKi 为阻抗变比。 电阻变比也适用于转子电抗、阻抗的归算。 二、转子转动后的异步电机
1、转子转动后对转子各物理量的影响 从电路角度看,转子转动后转子频率的变化将影响转子电动 势和漏抗等参数的变化。 转子电流的频率f2=9f 转子电动势E2,=sE2 转子漏抗x2,=Sx2 转子转动后转子回路电压平衡式0=E2-12(12+x2,) 频率归算 由以上分析可知,转子转动后转子回路的参数频率为f2=$f1,而定子回路参数的 频率仍为f1 2.频率归算转子转动后转子回路的参数频率为2= 定子回路参数的频率仍为f 电路中频率应相同,所以进行频率归算 转子静止:0=E2-22-2x2→2=E2 转子转动:0=E2-12n1-ji2x2 E, E r2+Jxs F;+Jx2S /2 1-5转动时的电路(频率归算前) tyx, I+ F十JX 相位角相同:g=1=g2 2 图02 转动时的电路频率归算后)图03 3、基本方程 定子和转子构成一个等效电路,转子参数经频率归算后还应进行
1、转子转动后对转子各物理量的影响 从电路角度看，转子转动后转子频率的变化将影响转子电动 势和漏抗等参数的变化。 转子电流的频率 2 1 f = sf 转子电动势 2 2 E s = sE 转子漏抗 2 2 x sx s = 转子转动后转子回路电压平衡式 0 ( ) 2s 2 2 2s = E − I r + jx 2、频率归算 由以上分析可知，转子转动后转子回路的参数频率为 2 1 f = sf ，而定子回路参数的 频率仍为 1 f 2.频率归算转子转动后转子回路的参数频率为 2 1 f = sf 定子回路参数的频率仍为 1 f 电路中频率应相同，所以进行频率归算： 2 2 2 1 2 2 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 : 1 0 0 = = = + − + = + = + = + = = − − + = − − = − − r x s s r x r j x s s r E j x s r E r j x s sE r j x s E I E I r jI x r j x E E I r jI x I tg tg s s s 相位角相同 转子转动： 转子静止： 转动时的电路(频率归算前) 图 02 转动时的电路(频率归算后) 图 03 3、基本方程 定子和转子构成一个等效电路，转子参数经频率归算后还应进行
绕组归算,归算后异步电动机转子转动后的基本方程为 U1=-E1+l1(+jx) 0=E E=lzM=Im(m+jxm) 4、等效电路根据上式可画出异步电机的型等效电路 x1 r 2 2 E,=Ey 4、向量图 2→l212→2x2→E2=E1…图04 异步电动机的向量图与接有纯电阻负载时的变压器向量图类似。异步电机的 模拟电阻压降相当于变压器的次级侧电压,其余部分的画法与变压器向量图 的画法没什么区别。 第四节异步电机的参数异步电机的参数丌,x,,x,,x 利用基本方程式、等效电路图和向量图分析交流电机特性是电 机学中普遍采用的方法。 通过等效电路可以算出电机的电流、功率、功率因数、效率以及转矩, 两种参数 -励磁参数 决定于电机主磁路的饱和程度 是一种非线性参数
绕组归算，归算后异步电动机转子转动后的基本方程为 ( ) ( ) 0 ( ) ( ) 1 1 2 1 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 m m m m m m E I Z I r jx E E I I I jx s r E I U E I r jx − = = + = = + − + = − = − + + 4、等效电路 根据上式可画出异步电机的 型等效电路 4、向量图 2 ' 2 ' 2 ' 2 ' 2 ' 2 ' 2 ' 2 ' 1 2 1 r I r jI x E E s I I → → → = − → 图 04 异步电动机的向量图与接有纯电阻负载时的变压器向量图类似。异步电机的 模拟电阻压降相当于变压器的次级侧电压，其余部分的画法与变压器向量图 的画法没什么区别。 第四节 异步电机的参数异步电机的参数 m m r, x ,r , x ,r , x 1 1 2 2 利用基本方程式、等效电路图和向量图分析交流电机特性是电 机学中普遍采用的方法。 通过等效电路可以算出电机的电流、功率、功率因数、效率以及转矩。 两种参数 –励磁参数: •决定于电机主磁路的饱和程度. •是一种非线性参数
短路参数 基本上与电机的饱和程度无关 是一种线性参 测定方法:两种试验 载i 短路 空敢试验与励礅参教的确定 (-)空载试验 在UN、爪下轴上不带负载 将电动机运转一段时间(3omin)使其机械损耗达到稳定值, ■然后调节电源电压从(1.10~1.20)N开始逐渐降低到可能达到的最低电压值(约03UN) ■测量7~9点每次记录端电压空载电流空载功率和转速 根据记录数据,绘制电动机的空载特性曲线 (二)机械损耗和铁耗的分离 s≈0,l2≈0,此时p0≈m1l10+pa+pn →P0-m10≈Ph+pma 画出曲线p2+Pm=f(U12) 延长得Pn
–短路参数: •基本上与电机的饱和程度无关, •是一种线性参数. ◼测定方法：两种试验 –空载试验 –短路试验 一 空载试验与励磁参数的确定 (一)空载试验: ◼ 在UN、fN下,轴上不带负载。 ◼ 将电动机运转一段时间(30min)使其机械损耗达到稳定值, ◼ 然后调节电源电压从(1.10~1.20) UN开始,逐渐降低到可能达到的最低电压值(约0.3UN). ◼ 测量7~9点,每次记录端电压,空载电流,空载功率和转速. ◼ 根据记录数据,绘制电动机的空载特性曲线. (二)机械损耗和铁耗的分离 mec Fe mec Fe mec Fe mec p p p f U p m I r p p s I p m I r p p 延长得 画出曲线 此时 ( ) 0, 0, 2 1 1 2 10 1 10 1 2 2 10 1 10 + = − + + +
pFe pn+pwc=f(U2)曲线 (三)励磁参数的确定 空载时,s≈0,附加电阻(1-s)r2/s≈ 转子开路,有 式中x可由短路实验确定。 E1=E2 短路试验及短路参教之确定
2 1 10 0 1 1 10 2 1 0 2 10 1 1 0 2 0, 1 / ( ) m I p r x x x x I U r I U x x x s s r s Fe m m m = = − − + = = − 式中 可由短路实验确定。 转子开路，有 空载时， 附加电阻（ ） 三 励磁参数的确定 二 短路试验及短路参数之确定