三相异步电动机的运行原理.ppt

定子绕组接到对称三相电源时，通过对称三相交流电流 ，在气隙内形成空间上正弦规律分布，并以同步转速 n0 旋转的旋转 磁通势 F1，从而建立气隙主磁场 Bm 这个旋转磁场切割定、转子绕组，分别在定、转子绕组内感应出： 对称定子电动势 对称转子电动势 若转子回路闭合，转子回路中流过对称三相电流 在气隙磁场和转子电流的相互作用下，产生电磁转矩，使转子顺旋转 磁场方向转动第五章 三相异步电动机的运行原理 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1.空载情况下 电机转矩很小，转速接近同步转速，即 n @ n0 E2s @ 0 I2 @ 0 故异步电动机空载运行时，建立气隙磁场 Bm 的励磁磁通势 Fm0 就是定子上的三相基波合成磁通势 F10，即 Fm0 = F10转速就会降低，即 n n >n0 的范围，s 处于 -∞1 机械输出功率为负 表明实际机械功率输入，即异步电机从轴上吸收机械功率转子机械功率输入 + 定子输入电磁功率 = 转子铜耗（四）等效电路的简化 常把励磁支路移到输入端，使电路简化为单纯的并联电路， 这种等效电路称为异步电动机近似的等效电路二.异步电动机的相量图1.异步电动机 T 型等效电路相量图 画相量图时， 主磁通相量 Фm 画在铅直位置，定为参考量 相量 E1，相量 E2 均滞后于 Фm90° 电流相量 Im 超前于 Фm 电角度 αfe 电流相量 I2' 的大小和相位由相量 E2' 和总阻抗 r2'/s+jx2' 决定 画出相量 I2' 及相量 I2'r2'/s，jI2'x2'根据磁通势方程式:得出定子电流相量 I1 最后根据定子电动势方程式:得出定子电压相量U12.异步电动机简化等效电路相量图例5-1一台2p-4的三项异步电动机有关数据如下：定子绕组为三角形接法 试求额定负载时的定子电流，转子电流，励磁电流， 功率因数，输入功率和效率解 额定负载时的转差率 （！）用T性等效电路计算励磁阻抗总阻抗为：1）设 定子电流定子线电流有效值2）定子功率因数3）定子输入功率4）定子电流 和励磁电流 2用近似等效电路计算负载支路阻抗励磁支路阻抗1） 转子电流（即负载电流）2）励磁电流3）定子电流4）定子功率因数定子线电流有效值为效率定子输入功率效率第三节 三相异步电动机的功率和转矩三相异步电动机的机电能量转换过程为： * 由定子绕组输入电功率，扣除定子铜耗和铁心损耗以后，为电磁 功率， 然后经由气隙送给转子， * 扣除转子铜耗损耗以后，通过转子轴上输出总机械功率。

一.功率转换过程规定： * U1--定子相电压； * I1--定子相电流； * j1--定子功率因数角； * j2--转子功率因数角1. 从定子绕组输入电动机的功率2. 一小部分消耗在定子电阻上的定子铜耗3. 一小部分消耗在定子铁心中的铁耗4. 异步电动机的电磁功率余下的由定子传送到转子，这就是异步电动 机的电磁功率5.转子电阻上发生了转子铜耗由于正常运行时转差率很小，所以转子的铁耗可以略去不计 6.余下是使转子产生旋转运动的总机械功率 扣除机械损耗 pmec c 和附加损耗 pD 最终为转子轴上输出净机械功率P2异步电动机的功率图（图5-17）如果异步电动机的转差率较大，则 f2 较大，就应该考虑转子铁耗， 铁耗包括涡流损耗和磁滞损耗两部分在小型异步电动机中，满载时附加损耗 pD 可达 输出功率的 1% ~ 3% ,或更大些二.功率平衡方程式1.功率平衡方程式2.转差功率 sPem 异步电动机的转速 n 越低，转差率 s 越大， 或者说转差功率 sPem 越大，转子铜耗就越大 三.转矩方程在电机稳态运行时 因为 机械功率等于相应的转矩与机械角速度的乘积,所以 对机械功 率方程式 Pmec = P2 + pmec + pD 两边,除以转子的机械角速度 W 可以得出相应的稳态转矩方程式由得四.电磁转矩计算公式说明 总机械功率除以转子的机械角速度 与电磁功率除以旋转磁场的同步角速度相等。

所以电磁转矩既可以用转子的总机械功率除以转子机械角速度来计算 也可以用电磁功率除以同步角速度来计算用等效电路计算得到电磁转矩物理表达公式 5-435-44例题5-2根据例题5-1中的数据,还知道电动机的机械损耗 ,额定负载时的附加损耗 ,试求各种功率和转矩 解 (1)定子,转子的铜耗及定子铁耗(2)同步角速度(3)转子的机械角速度(4)总的机械功率(7)空载制动转矩(8) 电磁转矩(5) 电磁功率(6)负载制动转矩第四节 三相异步电动机的工作特性及测取方法异步电动机的工作特性 在额定电压和额定频率运行的情况下， * 电动机的转速 n、 * 定子电流 I1、 * 功率因数cosj1、 * 电磁转矩Tem、 * 效率 h 等 与输出功率 P2 的关系即 U1 = UN，f = fn 时的关系用数学表示大部 分很复杂见图5-18一.工作特性的分析(一) 转速特性输出功率变化时转速变化的曲线 n = f (P2) 转差率 s、转子铜耗 Pcu2 和电磁功率 Pem 的关系式负载增大时，必使转速略有下降，转子 电势 E2s 增大，所以转子电流 I 2 增大， 以产生更大一点的电磁转矩和负载转矩 平衡因此随着输出功率 P2 的增大，转差 率 s 也增大，则转速稍有下降，所以异 步电动机的转速特性为一条稍向下倾斜 的曲线 (二)定子电流特性 定子电流的变化曲线 I1= f (P2)定子电流几乎随 P2 按 正比例增加(三)功率因数特性定子功率因数的变化曲线 cos j1 = f(P2)(1)空载时 定子电流 I1 主要用于无功励磁， 所以功率因数很低，约为 0.1~ 0.2 (2)负载增加时 转子电流的有功分量增加， 使功率因数提高， (3)接近额定负载时 功率因数达到最大(4)负载超过额定值时 s 值就会变得较大，使转子电流中得无功分量增加， 因而使电动机定子功率因数又重新下降了(四)电磁转矩特性电磁转矩特性 Tem = f (P2) 接近于一条斜率为 1/W 的直线(五)效率特性 异步电动机的效率当可变损耗等于不变损耗时，异 步电动机的效率达到最大值.中 小型异步电机的最大效率出现在 大约为3/4的额定负载时 异步电动机的工作特性可用直 接负载法求取，也可利用等效 电路进行计算第五节 三相异步电动机参数的测定通过空载试验可以测定异步电动机的励磁参数，异步电动机的励磁 参数决定于电机主磁路的饱和程度，所以是一种非线性参数；通过 短路试验可以测定异步电动机的短路参数.异步电动机的短路参数 基本上与电机的饱和程度无关，是一种线性参数一.空载试验与励磁参数的确定(一) 空载试验1.异步电动机空载运行 指在额定电压和额定频率下，轴上不带 任何负载的运行状态 2.空载试验电路异步电动机空载试验电路3.空载试验的过程 定子绕组上施加频率为额定值的对称三相电压， 从 (1.10 ~ 1.30) 额定电压值开始调节电源电压， 逐渐降低到可能使转速发生明显变化的最低电压值为止 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) 励磁参数与铁耗及机械损耗的确定从空载特性可确定计算工作特性所需等值电 路中的励磁参数、铁耗和机械损耗1.机械损耗和铁耗的分离 空载试验时输入电动机的损耗有： 定子铜耗、铁耗和机械损耗其中定子铜耗和铁耗与电压大小有关，而机械损耗 仅与转速有关 上式改写为(4-59)(5-47)(5-48)由于可认为铁耗与磁密平方成正比，因而铁耗与端电压平方成正 比，绘制曲线 pFe + pmec = f (U12)作曲线延长线相交于直轴于 0ˊ点，过 0ˊ作 一水平虚线将曲线的纵坐标分为两部分，由于 空载状态下电动机的转速 n 接近 n0 ，可以认 为机械损耗是恒值,所以虚线下部纵坐标表示 与电压大小无关的机械损耗，虚线上部纵坐标 表示对应于某个电压 U1 的铁耗 2.励磁参数的确定(1)空载试验时的等效电路 (2)励磁参数计算公式(5-49)(5-50)(5-51)二. 短路试验与短路参数的确定(一) 短路试验 对异步电动机而言， 短路是指 T 形等效电路中的附加电阻(1-s)r2'/s = 0 的状态， 即电动机在外施电压下处于静止的状态1.短路试验电路2.短路试验的过程 短路试验在电动机堵转降低电源电压情况下进行， 一般从 U1 = 0.4 UN 开始，然后逐步降低电压， 测量 5~7 点，每次记录端电压、定子短路电流和短路功率， 并测量定子绕组的电阻。

根据记录数据，绘制电动机的短路特性 I1s = f (U1), p1s = f (U1)(二) 短路参数的确定1.电动机堵转时的等效电路2.短路参数计算公 式 由于 Zm>>Z2‘，可 以认为励磁 支路开路，Im≈0 ，铁耗可忽略不计 所以第六节 三相异步电动机转矩与转差率的关系电磁转矩公式：由三相异步电动机的近似等效电路得：可以绘出异步电动机的 Tem- s 曲线，在某一转差率 sm 时，转矩有一最大值 TemM， 称为异步电动机的最大转矩 令 dTem/ds =0，可求出产生 TemM 的转差率 sm(4-69) sm 称为临界转差率，对应的转矩为最大转矩,考虑到 r1<<(x1+x2ˊ),可近似有可以看出: (1)当电动机各参数及电源频率不变时，TemM 正比于 U12，sm与 U1无关并保持不变 (2)当电源频率及电压不变时，sm 和 TemM 近似地与（x1+x2ˊ)成反比 (3)TemM 与 r2'之值无关，sm 与 r2'成正比第七节 单相异步电动机一 由单相电源供电的一步电动机的运行。