第14章三相异步电机的运行原理讲义.ppt

目 录,,第一节,1,,2,第二节,第14章 三相异步电机的运行原理,先分析转子不转、转子绕组开路， 再分析转子绕组短路、转子堵转， 最后分析转子旋转以三相绕线转子异步电机为例14.1 三相异步电机转子不转时的电磁关系,1. 转子绕组开路时的电磁关系,参考方向规定,定子绕组电压和电流：电动机惯例 转子绕组电压和电流：发电机惯例 磁动势、磁通、磁通密度：出定子，进转子为正参考方向规定,空间坐标轴线（原点）取在定、转子的A 相绕组的轴线上 空间角度 以逆时针方向为正1)励磁磁动势,定子三相绕组接在交流三相对称电源上，定子绕组中流过三相对称电流 三相电流产生基波旋转磁动势F0 转子绕组开路，没有电流，所以此时磁路中只有定子磁动势F0 ，产生气隙磁场 F0称为励磁磁动势， 称为励磁电流幅值： 转向：沿A、B、C方向（逆时针） 转速： 瞬时位置：某相电流达到正最大值时，磁动势的正幅值就位于该相绕组轴线三相对称，只需考察一相（A相）励磁磁动势,转子A相轴线+A2在空间超前定子A相轴线+A1 的空间电角度为0 励磁磁动势F0与+A2轴之间的空间电角度为90＋0 （在作图时刻）励磁磁动势产生的气隙磁场,励磁磁动势F0 作用在磁路中产生基波气隙磁场，用基波磁通密度表示。

基波磁通密度在空间也按正弦分布，可用空间矢量 B 表示，转速也为1 由于气隙均匀，当不计磁滞、涡流损耗时，基波气隙磁通密度与励磁磁动势波形相同，相位相同（ B 与F0 同相） 气隙中每极磁通量（主磁通）,主磁通与漏磁通,作用 主磁通：同时交链定、转子绕组，起着定、转子间能量传递的媒介作用 漏磁通：只交链定子绕组自身，称为定子漏磁通，包括槽漏磁通、端部漏磁通和谐波漏磁通定、转子绕组的主磁链,气隙磁通密度波在空间上正弦分布，且是旋转的 定、转子绕组是静止的 所以定、转子绕组的磁通或磁链是随时间变化的 当磁通密度波的幅值在绕组轴线处时，绕组交链的磁链最大定、转子绕组的主磁链,定、转子一相绕组的主磁链也可用相量表示定、转子绕组的主磁链,以图中时刻作为计时起点N2 为转子绕组的每相串联匝数； kdp2 为转子绕组的基波绕组因数主磁通感应电动势,定子绕组的感应电动势（一相）,转子绕组的感应电动势（一相）,感应电动势的有效值和相位,电动势有效值与频率、绕组有效匝数和每极磁通量m成正比 电动势滞后产生它的主磁链 90 ＝,,,电压变比,比值ke称为电压变比，是定、转子相电动势之比 ke等于定、转子绕组有效匝数之比。

主磁通感应电动势,,感应电动势也可以用相量表示感应电动势相量滞后于磁链相量90励磁电流,,计及铁心的磁滞和涡流损耗时，励磁磁动势F0 超前磁通密度B 一个小角度；相应地，定子励磁电流相量超前定子磁链相量一个同样的小角度励磁电流可分解为两个分量：,有功分量 无功分量,,铁耗,,B,时空相矢量图,,将空间矢量图与时间相量图画在一起A1轴与定、转子的时轴+j1、 +j2重合 电流、磁链相量和磁动势、磁通密度矢量都重合在一起 电动势相量滞后于产生它的磁链相量90通过相矢量图可以方便地确定相量、矢量的位置漏磁感应电动势,定子绕组漏磁通在定子绕组中感应的漏磁电动势的瞬时值为,X1是表示E1与I0间线性关系的常系数，称为定子绕组每相漏电抗引入电抗参数表示定子漏磁电动势,电压方程式,定、转子绕组一相电压方程式,R1为定子绕组的每相电阻 分别是定、转子绕组的相电压定子漏阻抗,Z1＝R1＋j X1 ，称为定子绕组每相漏阻抗得到：,代入,电磁关系小结,转子绕组开路时的电磁关系,小结,既有电路的问题，也有磁路的问题，电与磁之间又有密切的联系 将这种复杂的电磁关系用熟悉的交流电路的形式表示出来，就可使分析和计算大为简化。

以上是建立等效电路的基本思路主磁通感应电动势的等效表示,考虑主磁通在铁心中引起的铁耗时，如何用电路的形式表示 与 之间的关系？,应引入一个阻抗Zm,Zm称为励磁阻抗； Xm称为励磁电抗，反映铁心磁路的磁化特性 ； Rm称为励磁电阻，对应于铁耗pFe的等效电阻电压方程式，等效电路,代入,得到,完全可用电路来描述一相等效电路,2. 转子堵转时的电磁关系,堵转：转子三相绕组短路（即绕组出线端短接），且转子堵住不转，定子接交流电源转子中就会流过电流，产生转子磁动势，与定子磁动势共同起作用转子磁动势,幅值： 转向：沿着A2－B2－C2方向旋转 转速： 瞬时位置：某相电流达到最大值，合成磁动势正幅值就位于该相绕组的轴线转子三相对称电流 流过对称三相绕组产生转子合成基波旋转磁动势F2 转子磁动势的转向,转子静止，气隙磁通密度波相对转子的转速为n1 ，方向为逆时针 转子感应电动势的相序为A2－B2－C2（正序）转子电流相序也为正序 转子磁动势F2由+A2轴转向+B2轴，再转向+C2轴（逆时针旋转）定、转子磁动势关系,定子磁动势F1 与转子磁动势F2 的转速、转向都相同，两者在空间保持相对静止。

作用在磁路中的磁动势是定、转子磁动势的合成，由合成磁动势产生气隙磁通密度波 合成磁动势仍用F0 表示，F0＝F1＋F2 F0 是励磁磁动势F0 ：产生气隙磁通密度B 的磁动势分量 （－F2）：与转子磁动势F2 相反，抵消F2对气隙磁通密度的影响；,定子磁动势和励磁磁动势,定子磁动势 F1 可看作由两部分组成：,F1 ＝F0 ＋（－F2）,F0 ＝F1 ＋F2,转子漏磁通在转子绕组中感应漏磁电动势，可以用漏电抗上的压降表示，,转子漏磁通,转子电流也要产生漏磁通，转子漏磁通只交链转子绕组X2 称为转子绕组每相漏电抗电压方程式,转子一相电压方程式,,转子感应电动势、电流的频率均为f1 定子一相电压方程式,堵转时的电磁关系,,转子位置角折合,转子只通过转子磁动势F2对定子起作用F2 与B 两者一起同步旋转，二者相距的空间电角度始终为90＋2 ，与转子A相（+A2轴）的位置无关，即与0 无关转子位置角折合,从定子侧考察F2的作用时，0 的大小是无关紧要的 为了简单，将转子A相轴线+A2与定子A相轴线+A1重合 —— 转子位置角折合 得到时空相矢量图转子绕组的折合,为了得到等效电路，需要像分析变压器时一样，对绕组进行折合。

通常将转子绕组折合为与定子绕组一样 转子只通过转子磁动势F2 对定子起作用，因此折合时需要保证F2 的大小和空间相位不变转子绕组的折合,折合后的转子绕组相数、每相串联匝数、绕组因数都和定子绕组的一样 转子磁动势F2 在折合后必须保持不变ki —— 电流变比,转子绕组的折合,F0 ＝F1 ＋ F2,,定、转子磁动势关系转变为定、转子电流关系，好像定、转子之间存在电路联系，为建立等效电路奠定了基础转子绕组的折合,转子相电动势的折合值,转子相电流的折合值,转子每相阻抗的折合值,折合后，转子绕组电阻铜耗和电抗上的无功功率都不变基本方程式、等效电路,等效电路,基本方程式,相量图,相量图与基本方程式相对应，是基本方程式的图形表示14.2 三相异步电机转子旋转时的电磁关系,三相异步电机的转子绕组通常是短路的笼型绕组本身是短路的；绕线型绕组通过集电环、电刷及附加电阻（如果有）短路 分析三相异步电机定子绕组接至三相对称电源，转子绕组短路（直接短路或经过附加电阻短路）且转子旋转时的电磁关系转差率,转子绕组短路的异步电机，要实现机电能量转换，转子转速n的大小或方向必须和同步转速n1的不同用转差率 s 描述转速n与同步转速n1的差别：,令n1＞0，则当n与n1同向时，n＞0；否则，n＜0。

转差率与运行状态,电动机状态 n1＞n＞0 1＞s＞0,发电机状态 n＞n1＞0 s＜0,电制动状态 n1＞0，n ＜0 s＞0,转子电压方程式,转子感应电动势、电流的频率,异步电机正常运行时，转差率s很小 通常s＝0.01～0.05，则 f2＝0.5Hz～2.5Hz气隙磁通密度B 相对转子的转速为 (n1－n) ； 转子感应电动势、电流的频率为,f2 称为转差频率转子电压方程式,转子回路电压方程式,,,E2 是转子不转时转子绕组的感应电动势，而不是堵转时的电动势，因为两种情况下的主磁通不同转子电压方程式,转子回路电压方程式,,X2s 是转子频率为f2 时的转子漏电抗，X2 是转子不转时（f2＝f1）的转子漏电抗 正常运行时， X2s X2 转子磁动势,幅值： 转向：沿A2－B2－C2方向 （逆时针） 转速（相对于转子）： 瞬时位置：某相电流达到最大值，合成磁动势正幅值就位于该相绕组的轴线转子以转差率s 旋转时，转子电流 （三相）产生基波旋转磁动势F2 转子磁动势的转向,气隙磁通密度波相对转子的转速为n1－n ，方向为逆时针 转子感应电动势的相序为A2－B2－C2 转子电流相序也为A2－B2－C2 。

转子磁动势F2由+A2转向+B2，再转向+C2 以电动机状态为例 n1n0,,定、转子磁动势关系,转向：逆时针 转速： 定子磁动势F1 ：相对于定子转速为n1 ； 转子磁动势F2 ：相对于转子转速为,F2 相对定子的转速为,结论：定、转子基波磁动势保持相对静止定、转子磁动势关系,转子以转差率s 旋转时，定、转子磁动势F1与F2 始终保持相对静止，二者共同产生气隙磁场 可对F1与F2进行矢量合成，得到合成磁动势F0 ，即 F1＋F2＝F0 ，F0是励磁磁动势转子旋转时的合成磁动势即励磁磁动势与堵转时的不同（幅值及空间相位）F2、B 相对转子的角速度都是2 ； 转子电动势、电流等相量的角频率为2 转子本身(+A2轴)在逆时针旋转，只能取某一时刻画图转子时空相矢量图,以电动机状态为例电磁关系小结,转子旋转时的电磁关系,转子电量的频率与定子不同，无法直接连接或者一起画相量图，无法得到等效电路转子绕组频率折合,转子通过其磁动势F2对定子起作用 不论转子频率f2为多少，F2 相对定子的转速始终为n1 因此，只要保证F2 的大小和空间相位不变，转子电流的频率是多少，对定子侧的关系并无影响据此可对转子频率进行变换 。

E2s＝sE2 X2s＝ sX2,转子绕组频率折合,转子电动势、电流的频率已由f2变为f1 ，用转子不转时的量来表示 转子电流的有效值和相位都未变化转子绕组频率折合,转子旋转时的实际电路,保持转子磁动势F2的幅值和相位不变，使转子频率由实际的f2变为f1 —— 转子绕组的频率折合等效电路（转子不转时）,I2＝I2s ， 2 不变,F2不变（幅值和相位）,,转子绕组的折合,频率折合后，定、转子的频率都是 f1 为了得到等效电路，还需用转子堵转时的处理方法，将转子绕组折合到定子侧，即进行转子绕组折合基本方程式、等效电路,,,基本方程式,在对转子进行频率折合和绕组折合后，可得转子旋转时的基本方程式基本方程式、等效电路,,,T型等效电路,时空相矢量图,,,,,讨 论,空载时，转差率s很小， ， 转子电流很小， 空载电流约等于励磁电流，定子功率因数很低额定负载运行时，通常转差率sN≤0.05，转子等效电路为电阻性，定、转子侧功率因数都较高，可达0.8 以上讨 论,,,定子漏阻抗Z1不大，从空载到额定负载时，I1Z1与电压U1相比都较小，定子电动势E1≈U1 主磁通m与电动势E1成正比。

只要电压U1不变，从空载到额定负载，m基本不变，励磁电流I0也基本不变起动或堵转时，主磁通m与额定负载时相比变化很大，约为空载时的一半鼠笼转子,相数为,,根鼠笼条,每相绕组匝数为,每相绕组系数为,。