CH9三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理

第九章三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理1第一節(jié)轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)的異步電動(dòng)機(jī)第二節(jié)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的異步電動(dòng)機(jī)概述2異步電機(jī)單邊勵(lì)磁，轉(zhuǎn)子邊電流由感應(yīng)產(chǎn)生。異步電機(jī)與變壓器相似，定子繞組相當(dāng)于變壓器一次繞組，轉(zhuǎn)子繞組相當(dāng)于變壓器二次繞組。因此，可以把分析變壓器的理論用到分析異步電機(jī)中來(lái)。異步電機(jī)三相定、轉(zhuǎn)子繞組對(duì)稱(chēng)，對(duì)稱(chēng)運(yùn)行時(shí)，各相電磁過(guò)程相同，分析時(shí)可只討論一相，如電動(dòng)勢(shì)方程、等效電路等，根據(jù)一相計(jì)算結(jié)果，再考慮相位后推廣到其它兩相。概述3第一節(jié)轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)的異步電動(dòng)機(jī)與變壓器二次側(cè)短路時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)非常相似。轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)異步電機(jī)與變壓器運(yùn)行比較：異步電機(jī)變壓器三相合成磁勢(shì)旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)脈動(dòng)磁勢(shì)有無(wú)氣隙有無(wú)空載激磁電流大小繞組形式分布繞組集中繞組41、參考方向的規(guī)定圖9－1三相繞線(xiàn)式異步電機(jī)參考方向規(guī)定

當(dāng)三相異步電機(jī)定子繞組接交流電源時(shí)，轉(zhuǎn)子不動(dòng)可分為轉(zhuǎn)子繞組開(kāi)路和轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)兩種情況。52.轉(zhuǎn)子繞組開(kāi)路時(shí)異步電機(jī)的電磁關(guān)系定子（三相對(duì)稱(chēng)電流I通入三相對(duì)稱(chēng)繞組）圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)(n1=60f1/P)以n1

切割定子繞組;以n1

切割轉(zhuǎn)子繞組諧波，漏磁6轉(zhuǎn)子繞組開(kāi)路，轉(zhuǎn)子回路無(wú)電流，不產(chǎn)生磁動(dòng)勢(shì)。此時(shí)，氣隙磁動(dòng)勢(shì)只有定子磁動(dòng)勢(shì)，稱(chēng)為勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)，相應(yīng)的定子電流稱(chēng)為勵(lì)磁電流。勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)2.轉(zhuǎn)子繞組開(kāi)路時(shí)異步電機(jī)的電磁關(guān)系(1).磁動(dòng)勢(shì)和磁通電機(jī)中合成基波旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)7主磁通和定子漏磁通

圖9－2異步電機(jī)的主磁通和漏磁通

主磁通：同時(shí)交鏈定子和轉(zhuǎn)子繞組的磁通。定子漏磁通：不交鏈轉(zhuǎn)子繞組只交鏈定子繞組的磁通。漏磁通主要有槽部漏磁通和端部漏磁通。2.轉(zhuǎn)子繞組開(kāi)路時(shí)異步電機(jī)的電磁關(guān)系8主磁通：異步電動(dòng)機(jī)磁通定子漏磁通：實(shí)現(xiàn)定轉(zhuǎn)子之間能量傳遞。只產(chǎn)生壓降。主磁通和定子漏磁通

2.轉(zhuǎn)子繞組開(kāi)路時(shí)異步電機(jī)的電磁關(guān)系主磁通同時(shí)交鏈定子和轉(zhuǎn)子繞組，分別在其上感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，異步電動(dòng)機(jī)就是依靠主磁通實(shí)現(xiàn)定、轉(zhuǎn)子之間能量傳遞的。漏磁通只與自身繞組交鏈，只起電壓降作用，不傳遞能量。9轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)，交變的主磁通將在定、轉(zhuǎn)子相繞組中感應(yīng)同頻率的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和，有效值為：（2）感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

定、轉(zhuǎn)子一相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有效值的比值，稱(chēng)為電動(dòng)勢(shì)比，用表示。2.轉(zhuǎn)子繞組開(kāi)路時(shí)異步電機(jī)的電磁關(guān)系10漏電動(dòng)勢(shì)用漏抗壓降來(lái)表示，有：——定子每相繞組漏電抗，用簡(jiǎn)化符號(hào)表示。

（3）電壓平衡方程

轉(zhuǎn)子一相繞組的電壓方程為：

定子一相繞組的電壓方程為：2.轉(zhuǎn)子繞組開(kāi)路時(shí)異步電機(jī)的電磁關(guān)系11三相異步電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組開(kāi)路時(shí)，定子和轉(zhuǎn)子都靜止，內(nèi)部電磁關(guān)系與三相變壓器空載運(yùn)行時(shí)相似。圖9－3三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組開(kāi)路時(shí)的電磁關(guān)系示意圖2.轉(zhuǎn)子繞組開(kāi)路時(shí)異步電機(jī)的電磁關(guān)系12

(4)等效電路

2.轉(zhuǎn)子繞組開(kāi)路時(shí)異步電機(jī)的電磁關(guān)系將異步電機(jī)主磁通感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)用勵(lì)磁電流在勵(lì)磁阻抗上的壓降來(lái)表示，則定子繞組一相電壓平衡方程為：

13定子每相繞組與主磁通對(duì)應(yīng)的電抗，為激磁電抗。由于主磁通同時(shí)交鏈定子和轉(zhuǎn)子繞組，激磁電抗實(shí)質(zhì)上是互感電抗。表征主磁路參數(shù)的阻抗。激磁電抗的性質(zhì)和物理意義大小隨鐵心飽和程度的不同而不同，額定電壓時(shí)，可認(rèn)為是常數(shù)。反映鐵耗的等效電阻，為激磁電阻。異步電機(jī)有氣隙，主磁導(dǎo)小，而電抗與磁導(dǎo)成正比，所以異步電機(jī)電抗小。14

圖9－4轉(zhuǎn)子繞組開(kāi)路時(shí)三相異步電機(jī)等效電路

(4)等效電路

2.轉(zhuǎn)子繞組開(kāi)路時(shí)異步電機(jī)的電磁關(guān)系153.轉(zhuǎn)子繞組堵轉(zhuǎn)時(shí)異步電機(jī)的電磁關(guān)系

定、轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)關(guān)系定子（三相對(duì)稱(chēng)電流I通入三相對(duì)稱(chēng)繞組）圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)(n1=60f1/P)以n1

切割定子繞組;以n1

切割轉(zhuǎn)子繞組諧波，漏磁16轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率為：

與定子電流頻率相同。轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)速度：轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)和定子旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)在空間以同轉(zhuǎn)向、同速度旋轉(zhuǎn)，即二者相對(duì)靜止。3.轉(zhuǎn)子繞組堵轉(zhuǎn)時(shí)異步電機(jī)的電磁關(guān)系

17(旋轉(zhuǎn))n1=60f1/pf2=pn/60=pn1/60=f1n2=60f2/p=n1n為轉(zhuǎn)子繞組與磁場(chǎng)相對(duì)速度。轉(zhuǎn)子磁勢(shì)與定子磁勢(shì)同轉(zhuǎn)向，同轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，空間上保持相對(duì)靜止，只有二者保持相對(duì)靜止才能共同作用在一個(gè)磁路上，建立所需要的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。3.轉(zhuǎn)子繞組堵轉(zhuǎn)時(shí)異步電機(jī)的電磁關(guān)系

定、轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)關(guān)系18電壓平衡方程漏電動(dòng)勢(shì)用漏抗壓降來(lái)表示，有：定、轉(zhuǎn)子回路電動(dòng)勢(shì)方程為：

3.轉(zhuǎn)子繞組堵轉(zhuǎn)時(shí)異步電機(jī)的電磁關(guān)系

19異步電機(jī)轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)，其定子電流和轉(zhuǎn)子電流分別產(chǎn)生同轉(zhuǎn)向、同轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)和，二者在空間保持相對(duì)靜止。只有和相對(duì)靜止才能共同作用在一個(gè)磁路上，建立所需要的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，以實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。如果合成磁動(dòng)勢(shì)用表示，則可得到與變壓器類(lèi)似的磁動(dòng)勢(shì)平衡方程。磁動(dòng)勢(shì)平衡方程3.轉(zhuǎn)子繞組堵轉(zhuǎn)時(shí)異步電機(jī)的電磁關(guān)系

20磁動(dòng)勢(shì)平衡方程3.轉(zhuǎn)子繞組堵轉(zhuǎn)時(shí)異步電機(jī)的電磁關(guān)系

21，稱(chēng)為異步電機(jī)的電流變比；，為定子繞組電流的負(fù)載分量。3.轉(zhuǎn)子繞組堵轉(zhuǎn)時(shí)異步電機(jī)的電磁關(guān)系

22負(fù)載分量：所產(chǎn)生的磁勢(shì)用以平衡轉(zhuǎn)子磁勢(shì)，以維持主磁通所需磁勢(shì)。轉(zhuǎn)子電流增加，將引起定子電流增加。激磁分量：用來(lái)產(chǎn)生磁勢(shì)，其大小決定于感應(yīng)電勢(shì)所需主磁通的大?。ǎ┘爸鞔怕返拇抛瓒ㄗ与娏鳟惒诫姍C(jī)中主磁通兩次經(jīng)過(guò)氣隙，磁阻大，激磁電流大，可達(dá)額定電流的20%-60%，電機(jī)容量越小，激磁電流分量越大。3.轉(zhuǎn)子繞組堵轉(zhuǎn)時(shí)異步電機(jī)的電磁關(guān)系

23轉(zhuǎn)子繞組的折算

3.轉(zhuǎn)子繞組堵轉(zhuǎn)時(shí)異步電機(jī)的電磁關(guān)系

要得到異步電機(jī)的等效電路（定子和轉(zhuǎn)子邊既有磁的聯(lián)系，又有電的聯(lián)系）必須進(jìn)行折算。折算方法：將實(shí)際轉(zhuǎn)子繞組折算到定子側(cè)等效繞組。折算原則：折算前后轉(zhuǎn)子繞組保持原有的電磁性能和平衡關(guān)系，即轉(zhuǎn)子磁勢(shì)和相位不變。24（1）電流的折算保持折算前后磁動(dòng)勢(shì)

轉(zhuǎn)子繞組的折算

25（2）電動(dòng)勢(shì)及電壓的折算保持折算前后電磁功率不變，有：為電動(dòng)勢(shì)變比。轉(zhuǎn)子繞組的折算

26（3）阻抗的折算折算前后繞組的銅耗不變，有：根據(jù)折算前后功率因數(shù)不變的原則，有：

轉(zhuǎn)子繞組的折算

27經(jīng)過(guò)折算后異步電機(jī)的基本方程為：轉(zhuǎn)子繞組的折算

28等效電路折算后定轉(zhuǎn)子側(cè)的電勢(shì)相等29異步電動(dòng)機(jī)定子上有三相交流繞組，通以三相交流電，定子繞組有電流流過(guò)。NXn1CYASn1ZBnff(旋轉(zhuǎn))n1=60f1/p電磁力，轉(zhuǎn)矩T轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，速度n第二節(jié)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的異步電動(dòng)機(jī)30第二節(jié)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的異步電動(dòng)機(jī)

當(dāng)轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)后，電機(jī)主磁通仍以同步轉(zhuǎn)速切割定子繞組，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，所以定子回路電動(dòng)勢(shì)平衡方程不變。而轉(zhuǎn)子繞組以相對(duì)速度n2=n1-n切割主磁通，所以轉(zhuǎn)子中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率、大小及漏抗都將發(fā)生變化。31設(shè)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度為n，轉(zhuǎn)子繞組相對(duì)定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度為n1-n。定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)出電勢(shì)的頻率為轉(zhuǎn)差率:s=(n1-n)/n1

f2又稱(chēng)轉(zhuǎn)差頻率，電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，s往往很小，約為0.02-0.06，所以電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)差頻率很低，約為1-3周/秒。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)對(duì)轉(zhuǎn)子各物理量的影響轉(zhuǎn)子電流和電勢(shì)的頻率32定子側(cè)電流相序ABC，磁場(chǎng)F1的旋轉(zhuǎn)方向ABC，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速為n1(相對(duì)定子）。轉(zhuǎn)子側(cè)定子磁場(chǎng)依次切割轉(zhuǎn)子繞組abc，轉(zhuǎn)子電流相序?yàn)閍bc，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生磁勢(shì)F2

，方向?yàn)閍bc。轉(zhuǎn)子磁勢(shì)F2相對(duì)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速：n1F1n2nF2轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)的轉(zhuǎn)速33n1F1n2nF2注意：n2為轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的磁勢(shì)F2相對(duì)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，亦即F2相對(duì)轉(zhuǎn)子的速度為n1-n，而轉(zhuǎn)子本身以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)，所以F2相對(duì)靜止的定子的速度為n1-n+n=n1。結(jié)論：定子磁勢(shì)F1與轉(zhuǎn)子磁勢(shì)F2方向相同，速度相同，保持相對(duì)靜止，滿(mǎn)足交流電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的條件。轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子磁勢(shì)F2相對(duì)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速：341.轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)由于頻率改變，所以轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也變化，有效值為：352.轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)平衡方程因?yàn)檗D(zhuǎn)子回路不變，所以電動(dòng)勢(shì)方程形式不變，為：轉(zhuǎn)子漏抗為：定子電勢(shì)方程：轉(zhuǎn)子是否轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)其無(wú)影響。36轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)相對(duì)于定子的旋轉(zhuǎn)速度不變，定子磁動(dòng)勢(shì)和轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)相對(duì)靜止，表明電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)內(nèi)部電磁過(guò)程和轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)相似，不同的是轉(zhuǎn)子回路的頻率，由變?yōu)?。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁動(dòng)勢(shì)平衡方程仍為：。3.磁動(dòng)勢(shì)平衡方程374.頻率折算如何把旋轉(zhuǎn)電機(jī)折算為靜止電機(jī)？頻率折算原因：轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組電勢(shì)頻率與定子繞組電勢(shì)頻率一樣，均為f1

。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組電勢(shì)頻率為f2，定子繞組電勢(shì)頻率為f1，二者不相等，不能直接將定轉(zhuǎn)子連在一起得到等效電路。轉(zhuǎn)子電流頻率大小只影響轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)相對(duì)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，相對(duì)于定子的相對(duì)轉(zhuǎn)速不變，總是n1，與轉(zhuǎn)子電流頻率無(wú)關(guān)，而定子、轉(zhuǎn)子之間是通過(guò)磁勢(shì)相連，所以只要保持轉(zhuǎn)子磁勢(shì)不變，電流頻率大小無(wú)影響。38折算前后轉(zhuǎn)子電流大小和相位不變，即磁勢(shì)不變。折算原則由可見(jiàn)，只要折算前后轉(zhuǎn)子電流大小和相位不變，就不會(huì)對(duì)定子邊各量造成影響，也不會(huì)影響合成磁勢(shì)。對(duì)轉(zhuǎn)子頻率折算，將轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子折算為不動(dòng)的轉(zhuǎn)子，不影響定子邊各量。4.頻率折算39轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)后轉(zhuǎn)子電流為：只要等效的靜止轉(zhuǎn)子滿(mǎn)足，則完成了頻率折算。二者雖然幅值相同，但頻率已經(jīng)從f2變?yōu)閒1

4.頻率折算40討論：進(jìn)行頻率折算后，電動(dòng)勢(shì)由變?yōu)?，電抗由變?yōu)?，而電阻則由變?yōu)椤?.頻率折算頻率折算的物理意義：用一個(gè)靜止的電阻為的等效轉(zhuǎn)子去代替電阻為

的實(shí)際旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子，等效轉(zhuǎn)子與實(shí)際轉(zhuǎn)子產(chǎn)生相同的旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)。41轉(zhuǎn)子磁勢(shì)的轉(zhuǎn)速：實(shí)際轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為n，產(chǎn)生的磁勢(shì)相對(duì)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為n2，所以磁勢(shì)在空間以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。等效轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子靜止，轉(zhuǎn)子電流頻率為f1，靜止轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁勢(shì)在空間仍以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。的幅值的相位結(jié)論：頻率折算前后，轉(zhuǎn)子電流幅值及阻抗角未改變，轉(zhuǎn)子磁勢(shì)的幅值和相位也未改變，折算對(duì)定子側(cè)各量無(wú)影響，旋轉(zhuǎn)的實(shí)際轉(zhuǎn)子和等效的靜止轉(zhuǎn)子效果相同。4.頻率折算42頻率折算后，轉(zhuǎn)子電阻分解為兩項(xiàng)：4.頻率折算頻率折算后的轉(zhuǎn)子電阻為

技術(shù)處理43右邊第一項(xiàng)：轉(zhuǎn)子本身電阻，要完成轉(zhuǎn)子的頻率折算只需在轉(zhuǎn)子回路中串入一附加電阻即可。附加電阻：，在轉(zhuǎn)子電路中將消耗功率，代表了實(shí)際電機(jī)軸上所產(chǎn)生的總機(jī)械功率，這就是附加電阻的物理意義，即是異步電動(dòng)機(jī)軸上總機(jī)械功率的等效電阻。4.頻率折算——電阻大小與電機(jī)的轉(zhuǎn)差率有關(guān)。44當(dāng)電機(jī)所帶負(fù)載變化時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨之變化，s變化，變化，所以反應(yīng)了電機(jī)機(jī)械負(fù)載變化的大小，而此電阻上消耗的功率代表了電機(jī)產(chǎn)生的總的機(jī)械功率。4.頻率折算45

經(jīng)過(guò)頻率折算后，再考慮轉(zhuǎn)子繞組的折算，最終得到異步電機(jī)的基本方程為:4.頻率折算465.等效電路T等效電路由上述電路可見(jiàn)，異步電機(jī)為感性電路。475.等效電路電機(jī)輕載時(shí)：電機(jī)副邊相當(dāng)于開(kāi)路，轉(zhuǎn)子電流接近于零。定子電流全部為激磁電流，用于產(chǎn)生磁通，定子功率因素很低，與變壓器空載運(yùn)行相似。485.等效電路電機(jī)起動(dòng)時(shí)：等效電阻被短接，副邊支路阻抗很小，很大，相當(dāng)于變壓器副邊短路狀態(tài)。原邊電流也大，原副邊功率因數(shù)均低。49轉(zhuǎn)差s很小，s=0.02-0.06,時(shí)，大，轉(zhuǎn)子電路基本為電阻性。5.等效電路電