三相异步电动机运行原理

126.1.1空载运行时的电磁关系.00,,22I，E于是转子转速很高空载运行时6.1三相异步电动机的空载运行3101011XIjRIEU1111111144.4NkfEUEUw或6.1.2空载运行时的基本方程式空载时的等效电路mmmZIjXRIE001)(空载电流I0主要成份是建立旋转磁场的感性无功电流，空载时功率因数很低，一般cos00.2如果将定子感应电动势看作是励磁电流IO在励磁电路上的压降，则)(10100ZZIZIZImm101ZIE励磁电阻表征铁心损耗励磁电抗表征主磁通作用励磁阻抗4异步电动机与变压器的差别：1）主磁场性质不同：异步电动机为旋转磁场，变压器为脉动磁场.3）由于存在气隙,异步电动机漏抗较变压器的大.;0,0,0,0)22222IEIE变压器异步电动机空载时.I%)10~%2(,I%)30~%20(NN0为而变压器的仅为异步电动机I5)异步电动机通常采用短距和分布绕组,计算时需考虑绕组系数,变压器则为整距集中绕组,可认为绕组系数为1.56.2.1负载运行时的电磁关系11IR11E22IR22E)(1三相系统U)(1三相系统I)(2多相系统I1F2F0F01EsE26.2三相异步电动机的负载运行66.2.2转子各物理量与s的关系1．转子绕组感应电动势及电流的频率f2sfnnnpnnnpf1ssss26060可见：转子电动势及电流的频率f2与转差率s成正比。当n=0，s=1，f2=f1=f2max；n↑→s↓→f2↓当n=nN，由于sN=0.015～0.05，所以f2N=f1sNlHz～3Hz。2．转子旋转时转子绕组的电动势E2sE2s=4.44f2kw2N21=4.44sflkw2N21=sE2当n=0,s=1，静止时的E2s=E2为最大，n↑→s↓→E2s↓转子转动后，转子绕组的电势和电流的频率与转子的转速有关——取决于气隙旋转磁场与转子的相对速度。73.转子电抗X2sX2s=2f2L2=2f1sL2=sX24.转子电流I2sIErXsErsXsss22222222222当电动机起动瞬间，s=1，I2s为最大；n↑→s↓→I2s↓5.转子的旋转磁动势F2相对定子的转速sssssnnnnnnnsn注意:转子转动时，在上面的分析中f2、E2s、X2s、I2s均是转差率s的函数，而转子绕组的磁动势F2的转速ns却是一个与s无关的量。当n=0,s=1，静止时的X2s=X2为最大，n↑→s↓→X2s↓F2相对于转子的转速为ssnpsfpfn1226060F2相对定子的转速81.定、转子合成磁动势21FFF6.2.3负载运行时的基本方程式FsFsrFrsrSNsr定子磁轴转子磁轴srω1ω1图9-10定、转子磁动势的矢量关系1n1nns12ns11221292.磁动势平衡方程式F1+F2=F0F1=F0+(-F2)或负载分量，用于抵消F2的去磁作用，保证主磁通基本不变。励磁分量222222222222222XsrEsXrsEXrEIsssTLnI2sTeI1Te=TL103.电动势平衡方程式111111XIjrIEUEIrjXIZsssss222222实际电路定子侧：转子侧：)(1111jXrIE111ZIE定子、转子在频率上不一致，故仍不能使异步电动机形成统一的等效电路，其主要问题就在于转子电压方程式中转子感应电动势和漏电抗的值与转子频率有关。116.2.4负载运行时的等效电路频率折算因为f2=sf1，所以只有当s=1时，才有f2=f1。折算的原则是要保持折算前后的磁动势及功率关系不变。要保证折算前后转子磁动势不变，也就必需保证折算前后转子电流的大小和相位均不变。sssjXrEI222222222222)1(jXrssrEjXsrEI电流的数值仍是相等的，因此频率折算前后保证F2不变。频率为f2频率为f1实际运行的转子电流静止的转子电流。12频率折算后的异步电动机电路22222222)1(jXrssrEjXsrEI为了等效地将旋转着的转子折算成不动的转子，就必需在转子回路中串入一个实际上并不存在的虚拟电阻。这个虚拟电阻的损耗，实质上表征了异步电动机的机械功率。21rss13“新转子”，它的绕组相数、每相串联总匝数及绕组系数都分别和定子绕组的一样，并且所产生的转子旋转磁动势F2保持不变。同时保持功率守恒关系---------绕组折算的基本依据。绕组折算用绕组（m1、N1、kw1）等效替代绕组（m2、N2、kw2）14•电流折算：根据磁动势不变原则22w2221w11IkNmIkNm•电动势折算：44.444.42w12121w1112kNfEkNfE•阻抗折算：功率不变。22222221rrImIm电抗和漏阻抗可同样折算。22w111w22221IkIkNmkNmIi222w21w12EkEkNkNEe2222122rrIImm2222w221w1112rreikKkNmkNmmm2w21w1kNkNke2w221w11kNmkNmki15T型等效电路11111111)(ZIEjXrIEU'2'2'2'2jXsrIE0'21III)(01'2mmjXrIEE频率折算绕组折算T型等效电路基本方程式16等效电路的简化'21,211'211'2XXjsrrUZZUI2I’17附加电阻的物理意义在实际转动的电机中，在转子回路中并无此项电阻，但有机械功率输出。21rss2221rssI22211rssIm在频率归算后的转子电路中，因已等效成静止转子，没有机械功率输出，但却串入附加电阻其电功率为电功率模拟轴上的机械功率。21rss18有一台UN=380V，fN=50Hz，nN=1440r/min，Y联结的三相绕线转子异步电动机，其参数为Xm=40，r1=r2’=0.4，X1=X2’=1，忽略rm。已知定转子有效匝比为4()，试求额定负载时,1)额定转差率sN；2)根据简化等效电路求出I1、I2、I0和cos1；3)转子相电动势E2s的大小；4)转子电动势的频率f2N；5)总机械功率Pm解1)转差率sN04.0150014401500sNsnnnsN2)求出I2、I0、I1和cos1转子回路阻抗71.505.10)110()104.04.0('2,2'2jjjXsrZN例’4ek19Z’2与Z1串联阻抗89.1059.10)14.0110(1'2jjZZ设相电压为参考相量，则转子电流AAZZUI89.1027.2089.1059.10033801'21'2励磁电流AAjjZZUIm9035.51404.003380110定子电流AAIII47.2435.22)9035.589.1072.20(0'21’20于是各电流的有效值为AI35.221AI35.50kkei4绕线转子异步电动机的定、转子相数相等，所以该电动机的AAkIIi88.82)427.20(22功率因数（滞后）91.047.24coscos13)转子相电动势E2s的大小VVZIE18.524.20871.505.1089.1072.20'2'2'2转子实际电动势VVkEsEsEeNNs08.2424.20804.0'2224)转子电动势的频率f2NHzHzfsfNNN25004.025)总机械功率PmWWrssImPNNm37.12364)4.004.004.0127.203(12,22'21212E22IXj2I22IsR10I2I1I1E11IjX1U11IR6.3.3相量图226.4.1功率平衡和转矩平衡6.4.2三相异步电动机的工作特性6.4三相异步电动机的功率平衡、转矩平衡及工作特性23一、功率平衡方程式11111cosIUmP12111RImpcu6.4.1功率平衡和转矩平衡mmFeRImp21FecuemppPP11sIm222'1R三相异步电动机功率流程图2221cosIEm'22212RImpcuemcusPp224•总机械功率；•机械损耗和附加损耗osmppp•其余功率为输出的机械功率omsmmpPppPP2•异步电动机的功率平衡方程式：pPpppppPPsmcuFecu12112sIm'222'1emRPemcusPp2'222'12R11ssImPspPPemcuemm效率=P2/P1emPsP)1(mmCuemPpP::2)1(::1ss25•转矩平衡方程为02pPPmsemPT02PpPm电磁转矩从转子方面看，它等于总机械功率除以转子机械角速度；从定子方面看，它又等于电磁功率除以同步机械角速度。)1()1(sPsPTmm电磁转矩二、转矩平衡方程式)602(n)s1(s02TTTmPse)1(mPemPsP)1(m26电磁转矩物理表达式推导2111T1WkNpmC——转矩常数semPTpf260p60f260211ssn2e2e12122211cos2πssPRpTmImEIsf111w11'244.4ENkfE'2'211W1111cos)INk44f.4(mf2p'2'211W11cosI2Nkpm'2'21T1cosIC异步电动机的电磁转矩与每极磁通和转子电流有功分量的乘积成正比。27[例]一台2对极的三相异步电动机，有关数据如下：kW10NPV380NUmin/r1452Nn电动机的机械损耗100W，额定负载时的附加损耗50W。转子铜耗335W，试计算额定负载时总机械功率、电磁功率，负载转矩、空载转矩和电磁转矩。转子机械角速度rad/s152rad/s601452π260π2n总机械功率电磁功率负载转矩mN79.65mN1521000022PT解：空载转矩77Nm.65Nm1452109550nP9550T22或emechCu2(10150335)W10485WPPpms1PPmecem或mech2mechΔ(1000010050)W10150WPPppsmechΔ0150Nm0.99Nm152ppTs28电磁转矩:e20(65.790.99)Nm66.78NmTTTmee10485Nm=66.78Nm157SPTmm75Nm.66Nm150010.4859550nP9550Tsememmeche10150Nm66.78Nm152PTm同步角速度15002π2πrad/s157rad/s6060ssn方法一方法二方法四方法三291）转速特性工作特性:6.4.2三相异步电动机的工作特性).(:2PfnffUUNN时和在定义电动机在额定电压和额定频率下运行时,电动机的转速n、定子电流Is、功率因数、效率η、输出转矩T2与输出功率P2之间的关系.1cosssnnnsemCu2Pp2221