1、第十九章三相異步電動機的運行原理,0-1 概述,要求：掌握異步電機穩(wěn)態(tài)分析的基本方 法-等效電路法,異步電動機分析中，主要涉及四個量- （輸入能量的）電端口：電壓與電流；,（輸出能量的）機械端口：功率和轉(zhuǎn)速 （或轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速）。,實際中要解決的問題： 主要是已知異步電動機電壓與輸出功率求解電流、轉(zhuǎn)速的問題；或已知電壓和轉(zhuǎn)速求電流和功率等問題。,為解決上述問題仍用等效電路法，要設法找出與變壓器相似的等效電路。本章要求掌握等效電路方面的要點： 1）如何得到等效電路？掌握繞組歸算、轉(zhuǎn)子位置歸算與頻率歸算等； 2）等效電路各元件各代表什么？等效哪些實際的物理量？,為了得到等效電路的過程，主要解決以下三個

2、問題： 1）設法用靜止轉(zhuǎn)子等效旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，以便借用變壓器的分析方法； 2）在氣隙磁場作用下，定轉(zhuǎn)子繞組的感應電勢之間的關(guān)系，引入電壓變比； 3）定轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的磁勢如何合成，引入電流變比。,仿照變壓器的思路得到等效電路,基本思路,首先分析僅僅定子有電流而轉(zhuǎn)子沒有電流的情況轉(zhuǎn)子繞組開路，轉(zhuǎn)子只有感應電動勢，但無電流；,然后分析，轉(zhuǎn)子繞組短路，但轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)的情況；,最后分析轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的情況采用等效靜止轉(zhuǎn)子代替實際旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子。,規(guī)定定、轉(zhuǎn)子各相電氣物理量的正方向；,規(guī)定磁動勢、磁通的正方向；,確定定轉(zhuǎn)子繞組空間坐標。,正方向的規(guī)定,1）定、轉(zhuǎn)子繞組電流、電動勢及端電壓的正方向；,3）磁動勢、磁通密度從定子

3、內(nèi)圓出來進入氣隙為正（定子鐵心內(nèi)圓表面N極為正）。,2）繞組軸線的正方向：與電流、電動勢成右手螺旋關(guān)系,并假設轉(zhuǎn)子A相繞組軸線 在定子A相繞組軸線 前方 空間電角度；,正方向的規(guī)定（下頁圖）,定子漏磁通 不起傳遞能量的媒介作用，只起電抗壓降的作用； 包括：槽部漏磁通、端部漏磁通和諧波磁通,一、異步電動機的主磁通和定子漏磁通,第一節(jié) 轉(zhuǎn)子繞組開路時的電磁關(guān)系,主磁通 和變壓器一樣起到傳遞能量的媒介作用；,二、基本電磁關(guān)系示意圖,類比變壓器的空載運行，說說它們的異同。,由于轉(zhuǎn)子開路，因此定子三相電流 產(chǎn)生合成基波旋轉(zhuǎn)磁動勢 用于建立主磁場 ，因此這個磁動勢亦稱為勵磁磁動勢。,三、勵磁磁動勢及勵磁電

4、流,勵磁電流 可看成由兩部分組成： 提供鐵耗，是有功分量； 建立磁動勢產(chǎn)生主磁場 ，是無功分量，即：,這樣得到定轉(zhuǎn)子每相電動勢變比（ ）：,和變壓器一、二次繞組感應電動勢的推導類似，得定、轉(zhuǎn)子每相電動勢有效值的大小：,四、主磁通在定轉(zhuǎn)子繞組感應電動勢,轉(zhuǎn)子位置位于對應的定子位置前方 空間電角度，用相量 、 表示時，可得：,五、電動勢平衡方程, 定子一相繞組的漏阻抗,定子一相電動勢平衡式為：,轉(zhuǎn)子回路開路，轉(zhuǎn)子回路電動勢平衡方程：,與變壓器分析時一樣，如果用勵磁電流 在參數(shù) 上的壓降表示 ，則：,激磁阻抗；,六、時空相矢圖和等效電路：,一、基本電磁關(guān)系示意圖,第二節(jié) 轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時的電磁關(guān)系,根據(jù)全

5、電流定律知道，產(chǎn)生氣隙磁密 的磁動勢 是作用在磁路上的所有磁動勢的總和。即認為合成磁 動勢產(chǎn)生氣隙磁密：,由于轉(zhuǎn)子短路， ；由于轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)， 頻率也為 ；旋轉(zhuǎn)速度為,結(jié)論： 與 在定子內(nèi)圓空間同轉(zhuǎn)速、同轉(zhuǎn)向，即相對靜止。,二、磁動勢分析,所示時空向量圖對應于轉(zhuǎn)子軸線位于定子軸線前方 空間電角度的情況。分析發(fā)現(xiàn) 與 之間的夾角為 ，空間電角度（ 為轉(zhuǎn)子回路的功率因數(shù)角）和轉(zhuǎn)子的具體位置( )無關(guān)。為了分析問題的 簡化，把 軸和 軸人為的重合。,三、轉(zhuǎn)子位置角及其折合,轉(zhuǎn)子角折合以后，在時空相矢圖中肯定有 和 、 和 、 和 都相互重合的關(guān)系。這樣就有：,四、電流形式的磁動勢平衡方程,簡化后有： ，

6、其中： 式中， ，稱為電流比。,根據(jù) ，就可得：,目的：由于定轉(zhuǎn)子之間只有磁的聯(lián)系，沒有電路上的 直接聯(lián)系，為了把定轉(zhuǎn)子電路直接連接起來構(gòu)成統(tǒng)一 的的等效電路，必須像變壓器一樣，把異步電機的轉(zhuǎn) 子側(cè)量歸算到定子側(cè)，或者說用一個等效的轉(zhuǎn)子來代 替實際的轉(zhuǎn)子。等效轉(zhuǎn)子的相數(shù)為 ，有效匝數(shù)為 。,五、轉(zhuǎn)子繞組相數(shù)和有效匝數(shù)的折合,原則：歸算后不能改變異步電機的電端口的電磁本質(zhì)。,步驟：具體折合原則和步驟和處理變壓器的折合相似。,給出轉(zhuǎn)子側(cè)電流、電動勢和阻抗折合后的結(jié)果：,六、基本方程、等效電路和相量圖,當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)起來后（ ），轉(zhuǎn)子中仍會感應 電流 ，產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁動勢 。 由于 相對定子的轉(zhuǎn)速為 ； 那

7、么 相對定子的轉(zhuǎn)速為？ 另外，那么 與 還會保持靜止嗎？,一、問題的提出,結(jié)論： 無論轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)與否，轉(zhuǎn)子磁動勢 相對于定子 磁動勢 總是靜止的，也就是說轉(zhuǎn)子磁動勢 轉(zhuǎn)速 總是為 。 下面我們首先具體分析轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時磁動勢 。,第三節(jié) 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的電磁關(guān)系,異步電動機額定負載時 通常在0.020.05范圍內(nèi)，由此可知：轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)子感應電勢和電流的頻率很低，當 Hz時， Hz。,1）轉(zhuǎn)子電流的頻率 ： 其頻率取決于氣隙旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子繞組 的相對轉(zhuǎn)速： ， 即 ：,二、轉(zhuǎn)子回路的電流和磁動勢分析,2）磁動勢 的轉(zhuǎn)速：,相對于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為： ，,相對于定子的轉(zhuǎn)速就為： 相對于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn),速 加上轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速

8、，即： 。 結(jié)論：,不論轉(zhuǎn)子靜止還是旋轉(zhuǎn)， 與 在空 間上總相對靜止，都以同步速 旋轉(zhuǎn)，所以 得穩(wěn)定的磁動勢平衡關(guān)系：,說明： 1）轉(zhuǎn)子回路的頻率為： ； 2）轉(zhuǎn)子電阻： ；轉(zhuǎn)子漏電抗和頻率成正比，因 此有： ；轉(zhuǎn)子電動勢大小和 頻率成正比，因此有：,三、基本電磁關(guān)系示意圖,通過分析可以得到定轉(zhuǎn)子回路的電動勢方程（已 經(jīng)對轉(zhuǎn)子的空間位置、相數(shù)、有效匝數(shù)進行了折合） 和等效電路：,由于定轉(zhuǎn) 子回路的頻率 不等，得不到 實用的等效電 路，因此下面 研究轉(zhuǎn)子回路 頻率折合的問 題，即：尋求 “等效靜止轉(zhuǎn)子” 的問題。,四、轉(zhuǎn)子繞組的折合,轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)與否影響了轉(zhuǎn)子繞組的頻率，但是對 轉(zhuǎn)子磁動勢相對定子的

9、轉(zhuǎn)速（即同步速 ）不會 產(chǎn)生影響。現(xiàn)在尋求一個所謂的“等效”靜止轉(zhuǎn)子， 它產(chǎn)生的磁動勢肯定和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時候的磁動勢相比 是不變的，只是轉(zhuǎn)子繞組的頻率就由 改變?yōu)?而已。這就是轉(zhuǎn)子繞組頻率折合的思路。,1）轉(zhuǎn)子繞組頻率折合的思路,轉(zhuǎn)子磁動勢是由轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的，那么要保持折合前后轉(zhuǎn)子磁動勢不變，必然有折合前后轉(zhuǎn)子電流有效值和相位不變的關(guān)系（只是頻率改變了）：,由于式中： ，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時和轉(zhuǎn)子堵,轉(zhuǎn)時相比，只在轉(zhuǎn)子繞組等效電路中多了 項。,2）轉(zhuǎn)子繞組頻率的折合,經(jīng)過轉(zhuǎn)子繞組位置角、相數(shù)、有效匝數(shù)和頻率的 折合后，轉(zhuǎn)子繞組電動勢和定子繞組電動勢就完全相 同了。 這樣可以把前面定轉(zhuǎn)子回路分離的等效電路統(tǒng)一

10、 起來，得到如下的異步電動機的“T”型等效電路。,1）“T”型等效電路,五、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時等效電路,有時為了工程計算的方便，常把“T”型等效電路 簡化，得到如下圖所示的簡化等效電路。,2）簡化等效電路,六、基本方程和相量圖,本章前面是以繞線型電機為例來分析的， 這種電機轉(zhuǎn)子在設計制造時就確定了極對數(shù)、 相數(shù)、有效匝數(shù)等數(shù)據(jù)。 對于鼠籠轉(zhuǎn)子繞組由于轉(zhuǎn)子導條在轉(zhuǎn)子鐵 心表面均勻布置，那么得到如下關(guān)系： 1）轉(zhuǎn)子極對數(shù)自動恒等于定子極對數(shù)； 2）轉(zhuǎn)子相數(shù)等于 通常就認為等于總的轉(zhuǎn)子 導條數(shù)； 3）轉(zhuǎn)子的有效匝數(shù)：,七、鼠籠轉(zhuǎn)子的問題,1)等效電路中 為機械功率的等效電阻： 當轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時， ， ，此時無機械 功率輸出；旋轉(zhuǎn)時 ， ，此時有 機械功