電機(jī)第十九章 異步電動機(jī)的基本原理

1、第第十十九九章章運(yùn)運(yùn)行行原原理理三三相相異異步步電電機(jī)機(jī)的的把把19-1，19-2，19-3 的標(biāo)題比較一下，看看有什的標(biāo)題比較一下，看看有什么差異。么差異。1、轉(zhuǎn)子開路、轉(zhuǎn)子開路2、轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)3、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)210001EEFII0n2210001IEEFII0n2210001IEEFII0n磁動勢平衡磁動勢平衡磁動勢平衡磁動勢平衡定、轉(zhuǎn)子電動勢頻率不同定、轉(zhuǎn)子電動勢頻率不同19-1 三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)子繞組開路時的電磁關(guān)系子繞組開路時的電磁關(guān)系01A1B1C2A2B2C1U0I000 FI1E2E0F2E2E+1E1E定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子定子定子

2、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子348頁頁 轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)的三相異步電動機(jī)，相當(dāng)轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)的三相異步電動機(jī)，相當(dāng)于一臺二次繞組開路的三相變壓器，其于一臺二次繞組開路的三相變壓器，其中，定子繞組是一次繞組，轉(zhuǎn)子繞組是中，定子繞組是一次繞組，轉(zhuǎn)子繞組是是二次繞組，只是在磁路中，異步電動是二次繞組，只是在磁路中，異步電動機(jī)定轉(zhuǎn)子鐵心中多了一個氣隙磁路而已。機(jī)定轉(zhuǎn)子鐵心中多了一個氣隙磁路而已。0F2E+1E定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子0F+定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子1、勵磁磁動勢及旋轉(zhuǎn)速度、勵磁磁動勢及旋轉(zhuǎn)速度勵磁磁動勢：勵磁磁動勢：011022423IpKNFdp0F 相對定子的旋轉(zhuǎn)速度為：相對定子的旋轉(zhuǎn)速度為：0F2E+1E定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子pfn11

3、60同步轉(zhuǎn)速：1f 是定子電流頻率，也就是定子電流頻率，也就是電網(wǎng)頻率，是電網(wǎng)頻率，50Hz60211npp電角速度：勵磁磁動勢旋轉(zhuǎn)速度勵磁磁動勢旋轉(zhuǎn)速度三相異步電動機(jī)定子、轉(zhuǎn)子繞組都是交流電三相異步電動機(jī)定子、轉(zhuǎn)子繞組都是交流電電量是時間函數(shù)電量是時間函數(shù)磁量是空間函數(shù)磁量是空間函數(shù)定子時軸定子時軸轉(zhuǎn)子時軸轉(zhuǎn)子時軸轉(zhuǎn)子相軸轉(zhuǎn)子相軸定子相軸定子相軸注意：注意：在表達(dá)定轉(zhuǎn)子時空矢量圖時，最終，相軸在表達(dá)定轉(zhuǎn)子時空矢量圖時，最終，相軸和時軸重合，轉(zhuǎn)子和時軸重合，轉(zhuǎn)子a 相繞組和定子相繞組和定子A相繞組軸線相繞組軸線重合。重合。0001A1B1C2A2B2C定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子2E1A1B1C2A2B2

4、C1U0I1E定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子2U002 定子主磁通和定子漏磁通定子主磁通和定子漏磁通0F2E+1E定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子0F+定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子mF0lBm2定子一相磁鏈：定子一相磁鏈：轉(zhuǎn)子一相磁鏈：轉(zhuǎn)子一相磁鏈：tKNmdpA1111sintKNmdpA1222sin3、感應(yīng)電動勢、感應(yīng)電動勢tKNdtdemdp111111costKNdtdemdp122122cosmdpKNE111121：定子感應(yīng)電動勢有效值mdpKNE221221：轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢有效值mdpKNfE111144.4mdpKNfE221244.4mdpKNfjE111144.4mdpKNfjE221244.409011jeEE

5、09022jeEE電動勢變比：電動勢變比：09022jeEE09011jeEE2121EEEEKemdpmdpKNfKNf22111144.444.42211dpdpeKNKNK4、 勵磁電流勵磁電流00FIB0I0FraIII000aI0rI0 由于渦流損耗，由于渦流損耗，即鐵損耗，勵磁電流即鐵損耗，勵磁電流存在有供分量存在有供分量aI05、電動勢平衡方程式、電動勢平衡方程式定子定子電動勢平衡方程式電動勢平衡方程式：101XI jES 是漏電抗是漏電抗1X定子定子漏磁通感應(yīng)電動勢：漏磁通感應(yīng)電動勢：11011SERIEU101011XI jRIEU101ZIE111jXRZ6、異步電動機(jī)空載

6、時的等效電路、異步電動機(jī)空載時的等效電路和變壓器類似和變壓器類似)(01mmjxRIEmZIE01mx 是勵磁電抗是勵磁電抗)(01mmjxRIE11011SERIEU1R1jxmjxmR1U0I1E01A1B1C2A2B2C定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子2E1A1B1C2A2B2C1U0I1E定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子2U電路正方向規(guī)定電路正方向規(guī)定空載電磁關(guān)系空載電磁關(guān)系352頁頁01IU10RI1011XI jESSm1E2E101011XI jRIEU22EU19-2 三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時的電磁關(guān)系三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時的電磁關(guān)系堵轉(zhuǎn)堵轉(zhuǎn)000 FI001 FI2E1E空載空載02 I0n轉(zhuǎn)子比較：比較

7、：1E2E02 I0n轉(zhuǎn)子需要考慮磁動勢平衡關(guān)系需要考慮磁動勢平衡關(guān)系11FI2E1E0F2E+1E定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子2E1A1B1C2A2B2C1U1I1E定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子2I22FI0F1E2、 定子主磁通和定子漏磁通定子主磁通和定子漏磁通思考：思考：1、勵磁磁動勢及旋轉(zhuǎn)速度、勵磁磁動勢及旋轉(zhuǎn)速度3、感應(yīng)電動勢、感應(yīng)電動勢4、 勵磁電流勵磁電流5、電動勢平衡方程式電動勢平衡方程式6、異步電動機(jī)堵轉(zhuǎn)時的等效電路、異步電動機(jī)堵轉(zhuǎn)時的等效電路1、出現(xiàn)轉(zhuǎn)子漏磁場出現(xiàn)轉(zhuǎn)子漏磁場222XI jES2X轉(zhuǎn)子漏電抗：353 頁頁 在異步電動機(jī)里，雖然把磁通分成在異步電動機(jī)里，雖然把磁通分成主磁通和樓磁通的分

8、析方法一樣，但要注主磁通和樓磁通的分析方法一樣，但要注意，變壓器中的主磁通是脈振的，在異步意，變壓器中的主磁通是脈振的，在異步電動機(jī)中，氣隙里的主磁通是旋轉(zhuǎn)磁通，電動機(jī)中，氣隙里的主磁通是旋轉(zhuǎn)磁通，沿氣隙圓周方向正弦分布，以同步速沿氣隙圓周方向正弦分布，以同步速 相對于定子旋轉(zhuǎn)。相對于定子旋轉(zhuǎn)。1n2、轉(zhuǎn)子回路電壓方程、轉(zhuǎn)子回路電壓方程222XI jES222220XI jRIE2220ZIE2E1A1B1C2A2B2C1U0I1E定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子2U2222jxREI2I222arctanRx3、轉(zhuǎn)子磁動勢、轉(zhuǎn)子磁動勢（1）幅值）幅值222222423IpKNFdp（2）轉(zhuǎn)向）轉(zhuǎn)向222CB

9、A（3）轉(zhuǎn)速）轉(zhuǎn)速pfn2260pf1601n4、定子磁動勢和勵磁磁動勢、定子磁動勢和勵磁磁動勢210FFF011022423IpKNFdp111122423IpKNFdp222222242IpKNmFdp210FFF222211101122422242322423IpKNmIpKNIpKNdpdpdp021III21122223IKNKNmIdpdp21Iki21122223IKNKNmIdpdp21Iki電流變比：電流變比：222113dpdpiKNmKNk 轉(zhuǎn)子繞組相數(shù)轉(zhuǎn)子繞組相數(shù) ：2m繞線式轉(zhuǎn)子相數(shù)繞線式轉(zhuǎn)子相數(shù) 32m2m鼠籠式轉(zhuǎn)子相數(shù)鼠籠式轉(zhuǎn)子相數(shù) 等于鼠籠導(dǎo)條數(shù)。等于鼠籠導(dǎo)條數(shù)

10、。空載電磁關(guān)系空載電磁關(guān)系352頁頁01IU10RI1011XI jESSm1E2E101011XI jRIEU22EU359頁頁11IU11RI1111XI jESSmF01E2E111111XI jRIEU)(2222jxRIE1F2I2F22RI2222XI jESS5、三相異步電動機(jī)堵轉(zhuǎn)時的電磁關(guān)系、三相異步電動機(jī)堵轉(zhuǎn)時的電磁關(guān)系19-3 三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的電磁關(guān)系三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的電磁關(guān)系+0F1n+n1F2F1F0F2F 、 、 是否還是同是否還是同步旋轉(zhuǎn)？步旋轉(zhuǎn)？1E2E 、 是否還會同頻率？是否還會同頻率？若定子和轉(zhuǎn)子頻率不同若定子和轉(zhuǎn)子頻率不同2E轉(zhuǎn)子電路中與

11、頻率相關(guān)的轉(zhuǎn)子電路中與頻率相關(guān)的 、 、 怎樣改變？怎樣改變？2x2I+0F1n+n1E2EnIEF220轉(zhuǎn)子繞組相對于轉(zhuǎn)子繞組相對于 的轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速 ： 0Fnnn12注意區(qū)分：注意區(qū)分：1nn2n氣隙合成磁場氣隙合成磁場 的旋轉(zhuǎn)速度的旋轉(zhuǎn)速度0F轉(zhuǎn)子速度轉(zhuǎn)子速度轉(zhuǎn)子繞組相對于轉(zhuǎn)子繞組相對于 的轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速0F1、轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動勢的頻率、轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動勢的頻率2fnnn126022pnf60)(1nnp111)(60nnnpn12sff堵轉(zhuǎn)時：堵轉(zhuǎn)時：0n111nnns12sff1fmdpKNfE221244. 42122lfxsssjxREI2222正常運(yùn)轉(zhuǎn)時：正常運(yùn)轉(zhuǎn)時：1011nnns

12、12sffmdpsKNfsE221244. 42122lfsxs2222jxREI轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的異步電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的異步電機(jī)一、轉(zhuǎn)子電路一、轉(zhuǎn)子電路二、轉(zhuǎn)子頻率折算二、轉(zhuǎn)子頻率折算三、轉(zhuǎn)子磁動勢三、轉(zhuǎn)子磁動勢四、磁動勢關(guān)系和電動勢平衡方程式四、磁動勢關(guān)系和電動勢平衡方程式五、時空矢量圖五、時空矢量圖六、異步電機(jī)負(fù)載變化時的物理過程六、異步電機(jī)負(fù)載變化時的物理過程2、轉(zhuǎn)子回路電壓方程、轉(zhuǎn)子回路電壓方程12sffmdpsKNfsE221244. 42sEsssjxREI22222122lfsxs2sx222jsxREs 轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn)動 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n=0 n1n0 轉(zhuǎn)差率 s=（n1-n）/n1=1

13、0s1F2與旋轉(zhuǎn)磁場 n1 n=n1-n相對速度 轉(zhuǎn)子E2，I2變化頻率 E2 轉(zhuǎn)子功率角 22122122222212112244. 4602RxtgLfxjxREIkNfEfpnfmdp221222122 22222222222221111122244. 46060)(RsxtgsxLfsLfxjxrEjsxrEsIsEkNfEsfnnnpnnnpfsssmdps2F2F1F 可見可見 相對定子的轉(zhuǎn)速與相對定子的轉(zhuǎn)速與n 無關(guān)，無關(guān)， 和和 的的相對相對 關(guān)系與轉(zhuǎn)子靜止時一樣，他們相對靜止。關(guān)系與轉(zhuǎn)子靜止時一樣，他們相對靜止。 相對定子轉(zhuǎn)速）同轉(zhuǎn)向），1121(nFcbaFCBAF相對轉(zhuǎn)子

14、轉(zhuǎn)速 n=n1-n相對定子轉(zhuǎn)速 n +n=n12F轉(zhuǎn)子靜止 轉(zhuǎn)動1F2F ， 是否同 是 轉(zhuǎn)向，同轉(zhuǎn)速 pfnF110600F定子導(dǎo)體靜止定子導(dǎo)體靜止11FI1Fn相對定子相對定子旋轉(zhuǎn)1n相對轉(zhuǎn)子相對轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)nn 1轉(zhuǎn)子導(dǎo)體相對轉(zhuǎn)子靜止，相對定子旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子導(dǎo)體相對轉(zhuǎn)子靜止，相對定子旋轉(zhuǎn)。22FI相對定子相對定子n相對轉(zhuǎn)子相對轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)nn 12F轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子)(1nn 1n 例題例題： 一臺三相兩極籠型異步電動機(jī)，當(dāng)接一臺三相兩極籠型異步電動機(jī)，當(dāng)接在在fN = 50的電源上運(yùn)行時，轉(zhuǎn)差率的電源上運(yùn)行時，轉(zhuǎn)差率 s = 0.01，試，試問：問： 1) 轉(zhuǎn)子電流頻率轉(zhuǎn)子電流頻率f2 為多少？為多少？

15、2) 定子電流產(chǎn)生的基波旋轉(zhuǎn)磁動勢對定、轉(zhuǎn)子定子電流產(chǎn)生的基波旋轉(zhuǎn)磁動勢對定、轉(zhuǎn)子繞組的轉(zhuǎn)速各為多少？繞組的轉(zhuǎn)速各為多少？ 3) 轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的基波旋轉(zhuǎn)磁動勢對定轉(zhuǎn)子繞轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的基波旋轉(zhuǎn)磁動勢對定轉(zhuǎn)子繞組的組的 轉(zhuǎn)速為多少？轉(zhuǎn)速為多少？min/ 3000601rpfnN解：nnn12min/2970300099. 0)1 (1rnsnHzsff5 .05001.012min/30001rn 相對相對 定子定子1F 1相對轉(zhuǎn)子Fmin/30r22 nnn2F對于定子對于定子)(1nnnmin/3000 r2F對于轉(zhuǎn)子對于轉(zhuǎn)子min/30rnnn123、轉(zhuǎn)子電路的折算及等效電路、轉(zhuǎn)子電路的折算

16、及等效電路 在分析異步電機(jī)時，為什么要對轉(zhuǎn)子進(jìn)行繞組在分析異步電機(jī)時，為什么要對轉(zhuǎn)子進(jìn)行繞組折算和頻率折算？折算和頻率折算？使定、轉(zhuǎn)子回路由無電聯(lián)系變?yōu)橛须娐?lián)系。使定、轉(zhuǎn)子回路由無電聯(lián)系變?yōu)橛须娐?lián)系。021III使定、轉(zhuǎn)子電流關(guān)系為電路的節(jié)點電流關(guān)系使定、轉(zhuǎn)子電流關(guān)系為電路的節(jié)點電流關(guān)系轉(zhuǎn)子繞組折算包括繞組折算；頻率折算轉(zhuǎn)子繞組折算包括繞組折算；頻率折算121EEs ，轉(zhuǎn)子繞組的折算轉(zhuǎn)子繞組的折算 為了便于分析異步電機(jī)的性能，和變壓器為了便于分析異步電機(jī)的性能，和變壓器相似，可以把轉(zhuǎn)子繞組進(jìn)行折算。相似，可以把轉(zhuǎn)子繞組進(jìn)行折算。折算前折算前 m2，N2，kdp2；折算后折算后 m1，N1，kd

17、p1 折算要求：折算要求： 保證保證 折算前后轉(zhuǎn)子磁動勢不變折算前后轉(zhuǎn)子磁動勢不變（電機(jī)電（電機(jī)電磁平衡關(guān)系不變）。磁平衡關(guān)系不變）。 轉(zhuǎn)子對定子的影響是通過轉(zhuǎn)子磁動勢來轉(zhuǎn)子對定子的影響是通過轉(zhuǎn)子磁動勢來實現(xiàn)，所以保證電機(jī)中的電磁本質(zhì)關(guān)系不變。實現(xiàn)，所以保證電機(jī)中的電磁本質(zhì)關(guān)系不變。222RI 能量轉(zhuǎn)換關(guān)系不變能量轉(zhuǎn)換關(guān)系不變 有功功率有功功率 不變不變 無功功率無功功率 不變不變sxI22222112221122244. 444. 4dpdpmdpmdpkNkNkNfkNfEE( 1) 電動勢電動勢 E E2 2的折算的折算折算前后主磁通折算前后主磁通m不變不變)(22倍放大eekEkE22

18、11:dpdpekNkNk 電動勢變比(2) 電流電流 的折算的折算 2I22222113IKNmIKNdpdp21122223IKNKNmIdpdp221IKIi222113dpdpiKNmKNk 電流變比：電流變比： 22222221RImRIm( 3 )參數(shù)折算參數(shù)折算折算前后，傳到轉(zhuǎn)子上的有功功率應(yīng)保持不變。折算前后，傳到轉(zhuǎn)子上的有功功率應(yīng)保持不變。2222211112)(RkNmkNmmmdpdp2222122)(RIImmR222211112RkkNmkNmmmidpdpRkkei222xkx 對比變壓器對比變壓器siesxkkx22同理同理：總之，電動勢及電壓放大總之，電動勢及電

19、壓放大 ke倍；倍； 電流縮小電流縮小 ki倍倍 阻抗、電阻、電抗放大阻抗、電阻、電抗放大 keki倍。倍。siesszkkxjRz2222ssx jREI 2222（4）頻率折算）頻率折算：1）s1，n0，使，使 f1 等于等于f2， 使定、轉(zhuǎn)子相量使定、轉(zhuǎn)子相量圖能畫在一起；圖能畫在一起；2）使）使 電流平衡關(guān)系式有效電流平衡關(guān)系式有效頻率折算后，頻率折算后，I2 不變，不變， F2 不變，磁動勢平衡不變，磁動勢平衡式式 不變。不變。 021III 222x jsRE 222xjsREs謹(jǐn)記：謹(jǐn)記： 2222x jsREI頻率折算后：頻率折算后：22222xI jsRIEmZIEE021轉(zhuǎn)

20、子繞組匝數(shù)折算后異步電機(jī)的基本方程式：轉(zhuǎn)子繞組匝數(shù)折算后異步電機(jī)的基本方程式：22222xI jSRIE021III111111xI jRIEUmmXI jRI00轉(zhuǎn)子繞組經(jīng)頻率折算和匝數(shù)相數(shù)折算后異步電機(jī)等效電路1I21EE0ISR21U2x1xmR1RmX2I1I21EE0ISR21U2x1xmR1RmX2I2221RssRsR1I21EE0I2R 1U2x1xmR1RmX2I21Rss359頁頁1RmRsR21cupFep2cupMP2R21RSSmP定子銅耗定子銅耗定子鐵耗定子鐵耗電磁功率電磁功率轉(zhuǎn)子銅耗轉(zhuǎn)子銅耗機(jī)械功率機(jī)械功率 為外加負(fù)載電阻。增加為外加負(fù)載電阻。增加 附附加電阻，加

21、電阻， 相當(dāng)于堵住轉(zhuǎn)子，相當(dāng)于堵住轉(zhuǎn)子， f 2 = f 1（頻率（頻率折算到定子），實際折算到定子），實際旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)電動機(jī)等效為電動機(jī)等效為靜止靜止轉(zhuǎn)子，但向負(fù)載輸出機(jī)械功率。轉(zhuǎn)子，但向負(fù)載輸出機(jī)械功率。21Rss21Rss 形等效電路形等效電路mZZUI110校正系數(shù)：校正系數(shù)：2R 1U1E122CII 2x j 1jxmR1RmX1R1jx1I0I21RSSmZZC111 21EE1E1U11xI j11RI1IsRI222Fem(Bm)2F0I22xI j0F1F2I4、時空矢量圖、時空矢量圖2I 計算 ki，ke，SRxtg2212畫時空矢量圖步驟畫時空矢量圖步驟 ：已知已知： 1，2，p，1，