异步电机运行原理

第第77章章异步电动机的运行原理异步电动机的运行原理第一节三相异步电机的运行的基本方程式第二节异步电动机的等效电路第三节异步电动机的功率平衡和转矩平衡第三节异步电动机的功率平衡和转矩平衡第四节异步电动机的工作特性分析第五节异步电动机参数的测定第五节异步电动机参数的测定第第77章章异步电动机的运行原理异步电动机的运行原理第一节三相异步电机的运行的基本方程式一、电势平衡方程式1定子绕组电势平衡方程式1、定子绕组电势平衡方程式定子绕组接到交流电源上，与电源电压相平衡的电势（压降）包括：：主电势（感应电势）：定子绕组通入三相对称交流电流时，将会产生旋转的主磁通，同时被定子绕组和转子绕组切割，并在其中产生感应电势。有效值：E1=4.44f1N1Φmkw1kw1是绕组的绕组因数漏磁电势（漏抗压降）漏磁电势（漏抗压降）定子漏磁通：仅与定子绕组相匝链。漏抗压将：E1=-jI1X1(5-15)漏抗压将：E1σjI1X1(515)电阻压降：R1I1方程式：U1=-E1+(R1+jX1)I1=-E1+Z1I1(5-19)第第77章章异步电动机的运行原理异步电动机的运行原理主电势（感应电势）：定子绕组通入三相对称交流电流时，将会产生旋转的主磁通，同时定子绕通入相对称交流电流时将会产旋转的磁通同时被定子绕组和转子绕组切割，并在其中产生感应电势。有效值：E1=444f1N1Φk1k1是绕组的绕组因数有效值：E14.44f1N1Φmkw1kw1是绕组的绕组因数第第77章章异步电动机的运行原理异步电动机的运行原理主电势（感应电势）：定子绕组通入三相对称交流电流时，将会产生旋转的主磁通，同时定子绕通入相对称交流电流时将会产旋转的磁通同时被定子绕组和转子绕组切割，并在其中产生感应电势。有效值：E1=444f1N1Φk1k1是绕组的绕组因数有效值：E14.44f1N1Φmkw1kw1是绕组的绕组因数第第77章章异步电动机的运行原理异步电动机的运行原理漏磁电势（漏抗压降）定子漏磁通：仅与定子绕组相匝链。定子漏磁通仅与定子绕组相匝链漏抗压将：E1σ=-jI1X1(5-15)电阻压降：R1I111方程式：U1=-E1+(R1+jX1)I1=-E1+Z1I1(5-19)第第77章章异步电动机的运行原理异步电动机的运行原理2、转子绕组的电势及电流转子绕组的感应电势转子绕组的感应电势转子绕组切割主磁通的转速主磁通以同步速度n0旋转,n0=60f1/p主磁通以同步速度n0旋转,n060f1/p转子以转速n旋转,n=(1-s)n0转子绕组导体切割主磁通的相对转速为(n0-n)=sn0频率频率：公式：f2=psn0/60=sf1(5-1)结论由于s很小转子感应电势频率很低053Hz结论：由于s很小，转子感应电势频率很低。0.5-3Hz有效值公式：E2s=4.44f2N2Φmkw2=4.44sf1N2Φmkw2=sE2(5-18)公式：2s22mw212mw22()感应电势与转差率正比。第第77章章异步电动机的运行原理异步电动机的运行原理转子绕组的阻抗闭合的转子绕组中有电流流过。同样会产生漏磁电抗压降。漏抗公式漏抗公式：X2s=2πf2L2σ=2πsf1L2σ=sX2(5-17)漏抗也与转差率正比。转速越高，漏抗越小。漏抗也与转差率正比。转速越高，漏抗越小。计入转子电阻后：Z2s=R2+jX2s转子绕组中的电流转子绕组短路，转子电压为0，感应电势全部加在转子阻抗上转子回路方程：E2s=I2Z2s讨论转子电流随的变化讨论:转子电流随s的变化。转子电流：转子电流：I2=E2s/Z2s=sE2/(R2+jsX2)有效值:I2=sE2/sqrt(R22+(sX2)2)有效值22/q(2(2))第第77章章异步电动机的运行原理异步电动机的运行原理转子电流：I2=E2s/Z2s=sE2/(R2+jsX2)有效值:I2=sE2/sqrt(R22+(sX2σ)2)第第77章章异步电动机的运行原理异步电动机的运行原理转子转动电路转子转动电路第第77章章异步电动机的运行原理异步电动机的运行原理二异步电动机的磁势平衡二、异步电动机的磁势平衡1、定子绕组的磁势有效值：F=m/2(09*NIkw/p)(5-6)有效值：F1m1/2(0.9*N1I1kw1/p)(56)转速：n0=60f1/p(4-2)2、转子绕组磁势有效值：F2=m2/2(0.9*N2I2kw2/p)(5-6)转速：转子电流的频率ff转子电流的频率f2=sf1转子电流产生的旋转磁势的相对于转子的转速：n=60f/p=s60f/p=sn(5-2)n260f2/ps60f1/psn0(52)转子磁势的绝对转速n2+n=sn0+n=(n0-n)+n=n0(5-3)2000结论：转子绕组的磁势与定子绕组的磁势转速相同，在空间相对静止静止。第第77章章异步电动机的运行原理异步电动机的运行原理第第77章章异步电动机的运行原理异步电动机的运行原理3磁势平衡方程式3、磁势平衡方程式励磁电流Im和励磁磁势Fm产生主磁通Φ所需要的电流称为励磁电流I；对应的磁势称为产生主磁通Φm所需要的电流称为励磁电流Im；对应的磁势称为励磁磁势：Fm=m1/2(0.9*N1Imkw1/p)(5-6)m11mw1励磁磁势近似不变由电势方程式：UE+(R+jX)IE+ZI(519)U1=-E1+(R1+jX1)I1=-E1+Z1I1(5-19)电源电压不变，阻抗压降很小，电势近似不变；由公式：E=444fNΦk，Φ近似不变；(5-5)由公式：E14.44f1N1Φmkw1，Φm近似不变；(55)可见，励磁磁势和励磁电流几乎不变。空载运行时，励磁磁势全部由定子磁势F0提供，即：F0=Fm00m负载运行时，转子绕组中有电流I2流过，产生一个同步旋转磁势F2，为了保持Fm不变，定子磁势F1除了提供励磁磁势Fm外，还必须抵消转子磁势F的影响即F(F+F)消转子磁势Fm的影响，即：F1=(-F2+Fm)第第77章章异步电动机的运行原理异步电动机的运行原理异步电动机的磁势平衡方程：F1+F2=Fm12mm1/2(0.9*N1I1kw1/p)+m2/2(0.9*N2I2kw2/p)=m1/2(0.9*N1Imkw1/p)(5-9)[()/()]()I1+[(m2N2kw2)/(m1N1kw1)]I2=I1+kiI2=Im(5-10)结论：空载运行时转子电流为0定子电流等于励磁电流；结论：空载运行时，转子电流为0，定子电流等于励磁电流；负载时，定子电流随负载增大而增大。第第77章章异步电动机的运行原理异步电动机的运行原理第二节异步电动机的等效电路第二节异步电动机的等效电路等效电路法是分析异步电动机的重要手段。在异步电动机中作等效电路遇到的两大障碍是：(1)定转子电路的频中，作等效电路遇到的两大障碍是：(1)定转子电路的频率不相同；(2)定转子边的相数/匝数/绕组系数等不相等。频率折算和绕组折算是解决以上问题的途径。第第77章章异步电动机的运行原理异步电动机的运行原理一、频率折算用静止的转子等效代替旋转的转子。转差率为s时转子电路频率f=sf转差率为s时，转子电路频率：f2=sf1转子静止时s=1，f2=sf1=f1频率折算后，希望磁势平衡不变，即转子电流不变:I2=sE2/(R2+jsX2)不变。转子电流不变:I2sE2/(R2jsX2)不变。将上式略作变化：I2=E2/(R2/s+jX2),(5-22)此式相当于转子不动而转子电阻为R2/s=（1-s)R2/s+R2异步电动机的转子电流，此电流和转子以转差率s旋转的，转子电阻为R的异步电动机转子电流相等电阻为R2的异步电动机转子电流相等。由以上原理可以得出频率折算的方法：给转子绕组电阻中，计由以上原理可以得出频率折算的方法：给转子绕组电阻中，计入一个附加电阻（1-s）R2/s(5-23)即可以把原来旋转的转子看成静止的转子。（看图）第第77章章异步电动机的运行原理异步电动机的运行原理E=444fNΦkE2s=4.44f2N2Φmkw2=4.44sf1N2Φmkw2=sE2sE2E1=4.44f1N1Φmkw1E2=4.44f1N2Φmkw2第第77章章异步电动机的运行原理异步电动机的运行原理进一步讨论：不论静止或者旋转的转子，其转子磁势总以同步转速旋转，即转子磁势的转速不变大小相位又没有变故电机的磁势即转子磁势的转速不变，大小相位又没有变，故电机的磁势平衡依然维持。静止的转子不再输出机械功率，即电机的功率平衡中少了一静止的转子不再输出机械功率，即电机的功率平衡中少了大块机械功率。静止的转子中多了一个附加电阻，而电流有没有变，所以多了一个电阻功率。分析证明：附加电阻上消耗的电功率等于电机输出的机械功率率。第第77章章异步电动机的运行原理异步电动机的运行原理二、绕组折算用绕组(m1N1kw1)等效替代绕组(m2N2kw2)的原则是：磁势平衡不变功率平衡不变电流折算：根据磁势不变:m1/2(0.9*N1I'2k1/p)=m2/2(0.9*N2I2k2/p)(5-24)m1/2(0.9N1I2kw1/p)m2/2(0.9N2I2kw2/p)(524)I'2=(m1N1kw1)/(m2N2kw2)=I2/ki(5-25)电势折算：磁通应不变:E'=444fNΦkE2=4.44f1N1Φmkw1E2=4.44f1N2Φmkw2E'2=(N1kw1)/(N2kw2)E2=keE2(5-27)阻抗折算功率不变阻抗折算：功率不变:m1I'22R'2=m2I22R2R'2=m2/m1(I2/I'2)2R2=m2/m1(m2N2kw2/m1N1kw1)2R2=kekiR2=kzR2(5-31)对漏电抗有同样的结论对漏电抗有同样的结论。折算后转子电路方程式：E'2/ke=kiI'2[R'2/(skeki)+jX'2/(keki)]→E'2=I'2[R'2/s+jX'2]2ei22(ei)j2(ei)222j2第第77章章异步电动机的运行原理异步电动机的运行原理三、等效电路励磁回路:Zm=Rm+jXm折算后的磁势方程式:折算后的磁势方程式:I1+(m2N2kw2/m1N1kw1)I2=I1+kiI2=Im→I1+I'2=II1I2Im等效电路：（T形等效电路，看图）经过频率折算和绕组折算后异步电动机的方程式:U1=-E1+I1(R1+jX1σ)E'EI'(R'/+jX')(532)E2=E1=I2(R2/s+jX2)(5-32)I1+I'2=Im-E1=I(R+jX)E1Im(Rm+jXm)第第77章章异步电动机的运行原理异步电动机的运行原理第第77章章异步电动机的运行原理异步电动机的运行原理等效电路：（T形等效电路，看图）第第77章章异步电动机的运行原理异步电动机的运行原理简化等效电路：（形等效电路看图）Γ第第77章章异步电动机的运行原理异步电动机的运行原理四、相量图类似于变压器相量图。假设电动机的参数和感应电势E'E为已知从转子电路方程假设电动机的参数和感应电势E2=E1为已知，从转子电路方程出发可以一步一步作出异步电机相量图。（看动画）参考相量：水平方向为Φ，垂直方向为E'（E）。参考相量：水平方向为Φ1，垂直方向为E2（E1）。步骤：在垂直方向做出E'2，2滞后arctan(R'2/(sX'2))做出I'2，根据E'2=I'2R'2/s+jX'2I'2做出电阻压降和漏抗压降相量。在水平方向做出Φ在水平方向做出Φ1超前某一角度做出励磁电流Im根据I1=I+(-I'2)做出I1根据I1Im+(I2)做出I1做出-E1=-E'2根据U1=-E1+I1(R1+jX1)做出U1第第77章章异步电动机的运行原理异步电动机的运行原理第三节异步电动机的功率平衡和转矩平衡一、功率平衡方程/效率功率流程。（等效电路：）输入功率:P1=m1U1I1cosφ111111定子铜耗:pCu1=m1I12R1铁耗：定子铁心与旋转磁场相对转速为n1较大，故铁耗主要为定子铁耗:pFe=m1Im2Rm转子铁心与旋转磁场相对转速为sn1较小，故转子1铁耗可以忽略不计。第第77章章异步