第十二讲 三相异步电动机的运行原理

第十二章 三相异步电动机的运行原理

一、磁动势平衡方程式

??I1——F1 I2——F2

F1?F2?Fm

F1?Fm?(?F2)

1、F1、F2：旋转磁动势，方向和速度相同，在空间相对静止，它

?。 们共同建立主磁通?m?大小不变。 2、外施电压不变，主磁通?m二、三相异步电动机的主磁通和漏磁通

主磁通和漏磁通比较

符号 概念 ?主磁通?m： 漏磁通?? ?同时交链定、转子绕组，在气隙除去主磁通以外的磁通统称中以同步转速旋转的磁通。由为漏磁。由定子电流产生的，定、转子合成磁动势产生。 只与定子绕组交链的漏磁通?称为定子漏磁通?由转子?1 ，电流产生的，只与转子绕组交链的漏磁通称为转子漏磁通???2。 作用 在定、转子中感应电动势并进行不参与机、电能量转换，只起能量转换，产生有用转矩 隙、定子铁心 性质 大小

与励磁电流呈非线性关系 每极基波磁通量 电抗压降作用 磁 线性关系 路径、分类 定子铁心、气隙、转子铁心、气槽漏磁通、端部漏磁、谐波漏

第一节 转子静止时的三相异步电动机

一、转子静止时各物理量

转子静止时，异步电动机的内部电磁关系与变压器非常相似，定子绕组相当于变压器的原边绕组，转子绕组相当于副边绕组。定、转子绕组也是由主磁通耦合起来，进行能量传递。

r1

x1?

r2? x?2?

I?1 I?0 rm ? I?2～ ? U1??E?? E12xm ?? U2? ZL

变压器的T形等效电路

1、定、转子频率 f1 =f2 2、定、转子感应电动势

E1?4.44f1W1KW1?m E2=4.44f1w2kw2Φm

电动势变比：

ke=4.44f1W1kw1ΦW1kw1E1==E24.44f1W2kw2ΦW2kw2

说明：定、转子感应电动势频率相同，在相位上滞后主磁通90度。 3、定、转子漏电抗，漏电动势 定子漏电动势：E?1=-jI1x1 转子漏电动势：E?2=-jI2x2

注：异步电动机励磁阻抗比变压器小很多，漏抗通常比变压器大。 4、定、转子电路电压平衡方程式

....U1=-E1+I1(r1+jx1)

...E2?I2(r2?jx2)

E1=-Im(rm+jxm)

??5、励磁阻抗Zm 二、绕组折算

1、折算概念：用一个和定子绕组具有同样相数m1、匝数N1和绕组系数kw1的等效转子绕组，去代替实际转子绕组原来具有相数m2、匝数N2和绕组系数kN2。

2、折算条件：折算前后F2的大小和相位应保持不变；转子侧功率不变。

3、折算规律：转子电动势或电压乘以电压比ke；转子电流除以电流比ki；转子电阻和电抗乘以keki。

m1W1kw1k?电流变比：imWk

22w2'I2?Im2W2kw2I2?2m1W1kw1kiW1kw1E2?keE2

W2kw2

'E2?''r2?kekir2 x2?kekix2

二、折算后的等效电路

第二节 转子旋转时的三相异步电动机

一、 转子电路中的参数变化

E2、I?2、x2?——转子静止时的转子电动势、电流和漏抗。

E2s、I?2s、

x2?s——转子静止时的转子电动势、电流和漏抗。

1、 频率 f2?p(n1?n)n1?npn1???sf1 60n160注：异步电动机正常工作时，转子频率约为0.5-2.5HZ

2、转子感应电动势 E2s?4.44f2W2kN2?1?4.44sf1W2kN2?1?sE2 3、转子漏电抗 x2?s?2?f2L2??2?sf1L2??sx2?

E2SsE2I2??4、转子电流 r2?jx2Sr2?jsx2

5、定、转子电动势平衡方程式

???E??I?(r?jx)?U11111?? ??I?(r?jx)?0?E2s222?s?????二、 频率折算

1、频率折算概念：用一个等效的静止转子来代替实际旋转的转子使转子回路的频率与定子回路的频率相同。

2、原则：保持转子磁动势不变。频率折算后转子电流I?2的大小和相位不变，转子电路的阻抗角不变。 3、折算： 转子转动时的电流

??I2s??sEEE2S22???I2r2?jx2Sr2?jsx2r2 ?jx2s?转子静止时电流：

?E2?I2 r2?jx2 频率折算后转子回路的电阻变成了2。频率折算前，转子旋转，轴上有机械功率输出，折算后，轴上没有机械功率输出，2r1?s ?r2?r2，

ssrs1?s1?sr但转子附加了一个电阻s2，sr2上消耗的电功率等效于电动机所

产生的总的机械功率。 三、 T形等效电路

??E??，经频率折算和绕组折算后，E从而可得到异步电动机的“T”12型等效电路。如下图所示。

异步电动机的

r1 x1? ?I0 rm ? r2 x?2? 1?sr2? s? I1?? ?I2? U1 xm T型等效电路

由该等效电路可分析以下几种情况：

(1)当异步电动机空载运行时，n?n1，s?0，则1?sr2???，I?2??0，

s电动机的功率因数很低，产生的总机械功率也很小。

(2)当异步电动机带额定负载运行时，转差率为sN=0.01～0.05，此时转子回路电阻

cos?N也较高，一般在

r2?s??，转子功率因数较高，定子功率因数远大于x20.8～0.85。

s (3)当转子静止时，n?0，s?1，则1?sr2??0,相应的总机械功率也为零，此时的异步电动机的定、转子电流均很大。

第四节 三相异步电动机的功率与转矩

一、 功率变换与功率平衡方程式

? U1pCu1

r1 x1? pCu2

r2? ? ?I?2 x?2? I?1 P1 pFe rm 1?sr2? sPmec

Pem I?0 xm

P1: 输入的电功率 P1?3U1I1cos?1 pCu1: 定子绕组铜耗 pCu1?3I12r1，

pFe : 定子铁耗

2pFe?3I0rm

PM: 转子上的电磁功率，转子回路中全部电阻上的电功率。

PM?P1?(pFe?pCu1)

?(1?s)?2?2r2????PM?3I2?r2?r2??3I2ss ??pCu2 ： 转子绕组铜耗 pCu2?sPM

p?电机总机械功率 P??PM?pCu2?(1?s)PM

pm： 机械损耗，轴承及风阻等摩擦损耗

pad： 附加损耗，定、转子开槽以及存在谐波磁场。

P2： 轴上输出的机械功率。

P??P2?pm?pad?P2?p0

p0 ：空载损耗 p0?pm?pad

二、转矩方程

P?P2P0?????

TM?T2?T0

TM——电磁转矩，为驱动转矩。

T2 ——负载转矩，它是转子所拖动的负载反作用于转子的制动转

矩。

它是由机械损耗pmT0 ——空载转矩，矩。

?——转子机械角速度，??2?n。 60和附加损耗pad所引起的制动转

练 习

1、一台三相6极50HZ的异步电动机，其s=0.05，则转子转速为 r/min，转子磁动势相对于转子转速为 r/min，转子磁动势相对于定子转为 r/min，定子磁动势相对转子的转速为 r/min，定子磁动势相对转子磁动势的转速为 r/min

2、异步电动机的频率折算，就是用一个 等效转子来代替实际 的转子，使转子电路的频率与定子电路的频率 。 3、异步电动机的频率折算是通过在电机的转子绕组串一个电阻值为 的附加来实现的，此串联电阻所消耗的功率代表了电动机的 功率。

4、一台异步电动机的额定转差率为0.02，由经传递到转子侧的电磁功率PM中的 部分供给转子铜损， 部分供给总的机械功率。

5、异步电动机空载电流比同容量变压器大，其原因是 。

（A）异步电动机的损耗大； （B）异步电动机是旋转的； （C）异步电动机气隙较大；（D）异步电动机漏抗较大。 6、当异步电动机转速下降时，转子电流产生的转子基波磁动势相对于定子绕组的转速

（A）增大； （B）减小； （C）不变 （D）不定。 7、关于漏磁通正确的概念是 。

（A）漏磁通与机电能量转换有关，对电机的电磁性能有较大影响； （B）漏磁通与机电能量转换有关，对电机的电磁性能无影响。 （C）漏磁通与机电能量转换无关，对电机的电磁性能有较大影响。 （D）漏磁通与机电能量转换无关，对电机的电磁性能无影响。 （A）轴端输出的机械功率； （B）总机械功率； （C）电磁功率； (D)输入功率。 9、异步电动机的气隙为什么要求尽可能地小？

1?s8、异步电动机等效电路中的电阻sr2上消耗的功率为 。

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