異步電機的運行原理及單向電機原始

異步電機的運行原理及單向電機原始1第1頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§5－１三相異步電機運行時的電磁過程

一．異步電機負載時的物理情況定子三相對稱繞組接通三相對稱電源，流過三相對稱電流，產(chǎn)生旋轉磁通勢F1和氣隙主磁場Bm（旋轉磁場）,以同步轉速n0切割定，轉子繞組，分別產(chǎn)生感應電動勢 和，轉子繞組是閉合的，因而產(chǎn)生三相對稱電流，轉子載流導體在磁場當中受到電磁力作用，使轉子朝著旋轉磁場的方向以轉速n(<n0)旋轉返回2第2頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月空載時，電磁轉矩僅需克服摩擦和風阻的阻轉矩，很小，為此，，電機建立氣隙主磁場Bm（旋轉磁場）的勵磁磁通勢Fmo=F10（定子三相基波合成磁動勢）異步電機負載時，轉速下降，n(<n0)，及均增大，I2產(chǎn)生轉子磁通勢F2

，此時電機中的磁通勢應由定、轉子繞組共同產(chǎn)生?！?－１三相異步電機運行時的電磁過程

3第3頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月下面我們來看一下轉子旋轉時將會是怎樣的電磁關系。1、轉差率：當轉子以轉速開始旋轉時，此時顯然，氣隙磁場不再以同步轉速切割轉子繞組，同步轉速和轉子轉速之間有一個同方向的相對運動，即此時的氣隙磁場是以一個在切割轉子繞組：（一）

轉子磁通勢

一般：4第4頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月轉子磁動勢下面對轉子旋轉時，定、轉子繞組電流產(chǎn)生的空間合成磁動勢進行分析。（1）．定子磁動勢：

（2）、轉子旋轉磁動勢：幅值：5第5頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）轉子磁動勢轉向：由于現(xiàn)在的氣隙磁場在切割轉子繞組時僅是切割速度發(fā)生了變化，而它的旋轉方向并沒有發(fā)生改變，所以此時是以 的速度沿逆時針方向切割轉子繞組，由轉子電流產(chǎn)生的三相合成旋轉磁動勢的轉向，相對于轉子繞組而言，仍為逆時針方向旋轉。6第6頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月7第7頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）轉子磁動勢轉速：異步電機負載時，轉子轉速為n，旋轉磁場的轉速為n0(n<n0)。旋轉磁場以轉速n0-n的相對轉速切割轉子繞組轉子繞組上感應的多相電動勢和電流的頻率f2為：為此轉子頻率也叫轉差頻率。正常運行的異步電動機，轉子頻率約為0.5～2.5Hz。8第8頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月轉子電流產(chǎn)生的轉子磁通勢F2相對于轉子本身的轉速轉子本身以轉速n向前旋轉，△n與n的方向一致，所以F2相對于定子的轉速（空間轉速）為9第9頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月定轉子磁動勢之間的速度關系返回10第10頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月即轉子磁通勢Ｆ２和定子磁通勢Ｆ１的轉速是相同的，均為ｎ０，所以Ｆ２與Ｆ１在空間相對靜止，無相對運動?？梢?，轉子磁動勢和定子磁動勢的轉速在空間總是等于同步轉速，始終保持相對靜止，即定、轉子磁勢之間沒有相對運動！所以，感應電機在任何異步轉速下均能產(chǎn)生恒定的電磁轉矩，并實現(xiàn)機電能量轉換。11第11頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）

磁通勢平衡關系空載時負載時，轉子磁通勢F2與定子磁通勢F1在空間相對靜止，其合成磁通勢保持定值，此時氣隙中的旋轉磁場由此合成磁通勢產(chǎn)生，即12第12頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）

磁通勢平衡關系由于電動機從空載到負載時，所加電壓U1N保持不變，電動勢近似不變

即13第13頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月上式表明：負載時定子磁通勢包含兩個分量：一個分量（）作用是抵消轉子磁通勢對主磁通勢的影響，其大小與相同，方向則相反，另一個分量是勵磁磁動勢，它的作用是產(chǎn)生氣隙主磁通在定子繞組感應出電動勢E1與電源電壓U1N

相平衡（二）

磁通勢平衡關系14第14頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）

電磁關系

異步電動機負載運行時的電磁關系15第15頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月圖中16第16頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月二．基本方程式三相定子繞組的基波合成磁通勢17第17頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月二．基本方程式（一）

磁動勢平衡方程式已知即寫成18第18頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月式中稱為異步電機的電流比由此可得用電流形式表示的磁動勢平衡平衡方程式說明負載時定子電流包含兩個分量，一個分量為負載分量（），其作用為抵消轉子電流對主磁通的影響；另一個分量為勵磁分量，其作用是產(chǎn)生氣隙主磁通。19第19頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）電動勢平衡方程式根據(jù)基爾霍夫電壓定律，可以寫出定、轉子的電動勢平衡方程式式中－轉子繞組每相串聯(lián)的電阻，對籠型轉子，。20第20頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月與變壓器中一樣，可將電動勢用相應的阻抗壓降來表示：式中Zm－勵磁阻抗，表征鐵芯磁化特性和鐵耗的綜合參數(shù)Xm—勵磁電抗，與氣隙主磁通電抗相對應rm—勵磁電阻，反映鐵耗（二）

電動勢平衡方程式21第21頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月同理式中X1—定子漏抗

X2s—轉子以轉差率S旋轉時的漏抗,同理即轉子轉動時的漏電抗等于不動時的轉子漏電抗與轉差率s的乘積。22第22頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月為n=0,f2=f1時，轉子不轉時，轉子繞組內漏電動勢的有效值23第23頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月由此，電動勢平衡方程式可表示為：

24第24頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月25第25頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月返回旋轉時異步電動機的電路f1f226第26頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§5－2三相異步電機的等效電路及相量圖一．等效電路三相異步電機負載運行時，不但原、副繞組的電動勢不相等，而且頻率也不一樣（），為此，得出等效電路，不但要像變壓器那樣進行繞組歸算，還應進行頻率歸算。返回27第27頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月1.在什么情況下轉子電路頻率等于定子電路頻率?轉子旋轉時,轉差率為s，轉子電路頻率：f2=sf1

轉子堵轉時s=1f2=sf1=f1，E2s=E2,X2s=X2

（一）

頻率歸算

28第28頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月2.如何使轉子電路的頻率等于定子電路的頻率?頻率折算后，希望磁勢平衡不變，即轉子電流不變:I2=sE2/(r2+jsX2)不變。將上式略作變化：I2=E2/(r2/s+jX2)此式就相當于轉子堵轉時的情況，而轉子電阻為

r2/s=（1-s)r2/s+r2（一）

頻率歸算

29第29頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月30第30頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月結論：用一個堵轉著的等效轉子來代替一個以s為轉差率實際旋轉著的轉子，這時只需要將異步電動機的轉子電阻增加到r2/s即可，這就是頻率折算的過程。堵轉的轉子中多了一個附加電阻，而電流卻沒有變化，相當于多了一個電阻功率。分析證明：附加電阻上消耗的電功率等于電機的總機械功率PΩ。（一）

頻率歸算

31第31頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月轉子對定子的作用是通過磁通勢Ｆ２產(chǎn)生，只要維持歸算前后Ｆ２不變即可。亦即只要維持轉子繞組的電流不變。定子旋轉磁動勢以n0切割轉子繞組，在轉子繞組感應電動勢的頻率為f1，相當于轉子通入頻率f1的三相對稱電流，在轉子產(chǎn)生旋轉磁動勢的轉速為n0=f1=60f1/p磁動勢的轉速不變

32第32頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月產(chǎn)生磁動勢的電流大小相位不變

式中``別為轉子不轉時每相繞組的電動勢、電流和漏電抗。33第33頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月變換后的的幅值與相位角均與一樣，即（一）

頻率歸算

34第34頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月0<s<1時，異步電動機作電動機運行，電機的機械功率為正值，也是正值當?∞<s<1，異步電動機作發(fā)電機運行，電機的機械功率為負值，也是負值結論：無論從電磁效應還是電功率均等效（一）

頻率歸算

35第35頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月綜上所述，用一個靜止的轉子去等效代替一個實際旋轉的轉子，只要把轉子電路的電阻ｒ２改為ｒ２／s（相當于在轉子回路中串聯(lián)了一個的電阻）電抗改為用這些阻抗被轉子不轉時的除，就能得到一個大小和相位與轉子旋轉時一樣，而頻率為的轉子電流。36第36頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月返回（二）

繞組歸算37第37頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）

繞組歸算頻率歸算后的電路如圖所示，雖然兩邊的頻率已相同，但E?1≠E2，還需進行繞組歸算。繞組歸算是人為地假想相數(shù)、每相串聯(lián)匝數(shù)以及繞組系數(shù)均和定子繞組相同的繞組等效替代相數(shù)為、每相串聯(lián)匝數(shù)為以及繞組系數(shù)為，并經(jīng)過頻率歸算的轉子繞組，歸算原則是歸算前后轉子對定子的電磁效應不變，即轉子磁通勢不變，轉子的功率不變，轉子的銅耗及轉子漏磁場儲能不變。38第38頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月1．電流的歸算歸算前后轉子磁通勢不變，可得歸算后的電流即除以電流比（二）

繞組歸算39第39頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月2．電動勢的歸算由轉子總視在功率不變，得歸算后的電動勢

即乘以電動勢比式中稱為電動勢比。（二）

繞組歸算40第40頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月3．阻抗的歸算由轉子銅耗不變，得由轉子漏磁場儲能即無功功率不變，得則（二）

繞組歸算41第41頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月返回（二）

繞組歸算42第42頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）

等效電路

經(jīng)過頻率歸算和繞組歸算后的基本方程式為43第43頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）

等效電路

44第44頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月感應電動機的T形等效電路返回45第45頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月Ｔ型等效電路綜合了異步電機運行時內部的電磁關系，能反映異步電機的各種運行情況?？蛰d運行時，Ｓ很小，趨于無窮大，轉子繞組相當于開路，定子電路中的電流滯后于相位差接近于90o

，功率因數(shù)很低。（三）

等效電路

46第46頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）

等效電路

額定負載運行時，轉差率sN大約為5%

約為的２０倍左右，歸算過的轉子電路基本為電阻性，定子電路中的電流滯后于相位差很小轉子電路的功率因數(shù)提高，定子電路的功率因數(shù)也較高，可達０．８～０．８５。47第47頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月起動情況：起動起始時刻相當于短路，為此，起動電流可達額定電流的４～７倍,功率因數(shù)也較低。（三）

等效電路

48第48頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月異步發(fā)電機運行狀態(tài)：轉子速度，處于代表機械功率的附加電阻是一個負值，機械功率也為負值，代表輸入機械功率。每相功率輸入為轉子機械功率=轉子銅耗+傳給定子的功率（三）

等效電路

49第49頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月異步電機處于電磁制動狀態(tài)運行：轉子反旋轉磁場方向旋轉，即轉差率大于1，產(chǎn)生的機械功率也是負值，即定子傳到轉子的電磁功率和軸上吸收的機械功率，都供給了轉子的銅損耗，對機械運動起制動作用（三）

等效電路

50第50頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月（四）等效電路的簡化

當分析或計算要求精度不是很高時，可將的Ｔ型的等效電路簡化為單純的并聯(lián)的型等效電路，如下圖所示。51第51頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月形近似等效電路返回異步電動機的近似等效電路圖52第52頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§5－３三相異步電機的功率和轉矩

一．功率平衡方程式返回53第53頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月三相異步電機的功率54第54頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月功率平衡關系一．功率平衡方程式55第55頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§5－３三相異步電機的功率和轉矩

一．功率平衡方程式三相異步電機以轉速ｎ穩(wěn)定運行時，定子繞組從電源輸入的電功率為從等效電路可以看出，的一小部分消耗于定子繞組銅損耗返回56第56頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月有一部分消耗于定子鐵芯的鐵損耗余下的大部分功率通過氣隙旋轉磁場，利用電磁感應作用由定子傳給轉子的全部功率，稱為電磁功率一．功率平衡方程式57第57頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月等于轉子回路全部電阻上的損耗也可表示為轉子繞組的銅損耗又稱轉差功率一．功率平衡方程式58第58頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月轉子鐵損耗由于很低，可以忽略不計。為此，電磁功率減去轉子銅損耗，剩下的轉化為總機械功率，即一．功率平衡方程式59第59頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月總機械功率使電動機轉動，產(chǎn)生軸承摩擦和風阻損耗等機械損耗，另外，還有一些附加損耗，一般把稱為電動機的空載損耗，中扣除即為軸上輸出的功率一．功率平衡方程式60第60頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月由以上公式或功率流程圖可得電動機總的功率平衡方程式

一．功率平衡方程式61第61頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月二、轉矩平衡方程式

將功率關系式的兩邊同時除以轉子機械角速度，則得到轉矩平衡方程式即式中=—電動機輸出機械功率轉矩

—對應于機械損耗和附加損耗的轉矩，稱 為空載轉矩

—對應總機械功率的轉矩，稱為電磁 轉矩62第62頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月總的機械功率除以轉子的機械角速度與電磁功率除以旋轉磁場的同步角速度相等63第63頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月式中稱為轉矩常數(shù)。三．電磁轉矩公式

64第64頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§5－４工作特性及其測取方法異步電機的工作特性是指在額定電壓和額定頻率下，電動機的轉速、定子電流、功率因數(shù)、電磁轉矩、效率與輸出功率的關系。工作特性可以通過:電動機直接加負載試驗測得或者利用等效電路計算而得.返回65第65頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月感應電動機的T形等效電路返回66第66頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月67第67頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月一．轉速特性

因為，電動機空載時，轉速ｎ接近同步轉速68第68頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月一．轉速特性

隨著負載的增加，轉速ｎ略有下降，Ｓ略微上升，使轉子電動勢增大，轉子電流增大，以產(chǎn)生更大的電磁轉矩與負載轉矩相平衡，所以，隨著輸出功率的增大，轉差率s也增大。轉子轉速下降，轉速特性是一條稍微下降的曲線，一般異步電動機額度負載時的轉差率為１．５～５．０％，相應的轉速為。69第69頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月異步電動機的工作特性70第70頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月定子電流,空載時，轉子電流，定子電流幾乎全部是勵磁電流，隨著負載加大，轉子轉速下降，轉子電流增大，相應定子電流和磁動勢必增大，定子電流近似隨按正比例增加。二．定子電流特性71第71頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月三.功率因數(shù)特性異步電動機對電源來說是個感性負載，功率因數(shù)總是滯后的，運行時必須從電網(wǎng)吸取感性無功功率。空載時，定子電流幾乎全部是無功的磁化電流，所以很低，約為０．１～０．２。隨著負載的增加，轉子電流中的有功分量增加，定子中的有功分量隨之增加，使功率因數(shù)提高，在接近額定負載時，功率因數(shù)達到最高，負載再增大時，由于轉速ｎ下降明顯，Ｓ值變得較大，轉子功率因數(shù)角變大，使轉子電流中的無功分量增加，使定子又開始下降。72第72頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月異步電動機的工作特性73第73頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月四．電磁轉矩特性

穩(wěn)態(tài)運行時，異步電機的電磁轉矩由于負載不超過額定值時，轉速ｎ和機械角速度變化很小，而空載轉矩又近似不變，所以隨的增大而增大，近似直線關系。74第74頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月五．效率特性

異步電動機的效率為75第75頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月五．效率特性

異步電動機的損耗也可分為不變損耗和可變損耗兩部分。電動機從空載到滿載運行，由于主磁通和轉速變化很小，鐵耗和機械損耗近似不變，稱為不變損耗。而定、轉子銅耗和附加損耗是隨負載而變化的，稱為可變損耗?？蛰d時，,隨著增加，可變損耗增加很慢，上升很快，直到當可變損耗等于不變損耗時，效率最高。若負載繼續(xù)增大，銅損耗增加很快，效率反而下降。對中小型異步電動機，最高效率大約出現(xiàn)在額定負載的3/4處。電動機越大，效率越高，一般為74~94%之間。76第76頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月異步電動機的工作特性77第77頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§5－５三相異步電動機參數(shù)的測定異步電動機的參數(shù)包括空載狀態(tài)勵磁參數(shù)（）和對應堵轉電流漏阻抗短路參數(shù)（）。知道了這些參數(shù)，就可以用等效電路計算異步電動機的運行特性。和變壓器一樣，對已制成的電機可以通過空載和短路試驗測定其參數(shù)。返回78第78頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月一．空載試驗空載試驗的目的是測定勵磁參數(shù)以及鐵耗和機械損耗。試驗時，電動機軸上不帶任何負載，定子接到額定頻率的對稱三相電源上，加額定電壓運轉一段時間（30min），使其機械損耗達到穩(wěn)定值，然后調節(jié)電壓，使其從(1.1~1.3)UN開始，逐漸降低，直至電機轉速發(fā)生明顯變化（電流回升）為止。79第79頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月測量7~9點，記錄每次的端電壓，空載電流，空載功率和轉速ｎ。根據(jù)記錄數(shù)據(jù)，繪制空載特性曲線和，如圖所示。一．空載試驗80第80頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月一、空載試驗81第81頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月空載時，轉子銅損耗可以忽略，為此，由于與Ｂ的平方成正比，亦即與Ｕ的平方成正比而與電壓Ｕ1無關，僅決定于轉速，電動機空載時，故可得=恒值一．空載試驗82第82頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月83第83頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月延長此近似直線與縱坐標分為兩部分，虛線下部縱坐標為，虛線上部為.根據(jù)空載時的等效電路可得式中將由短路試驗測定。一．空載試驗84第84頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月二．短路（堵轉）試驗

短路試驗的目的是測定短路參數(shù)測定短路阻抗、轉子電阻、定、轉子漏抗，試驗時如果是繞線式異步電動機，轉子繞組應予以短路，并將轉子堵住不轉，故又稱堵轉試驗。堵轉試驗應降低電壓進行，一般從開始，逐步降低電壓，為避免繞組過熱燒壞，試驗應盡快進行。85第85頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月記錄定子繞組端電壓、定子電流、定子端輸入功率，作出異步電機的短路特性，如圖所示。二．短路（堵轉）試驗

86第86頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月二、堵轉試驗短路特性短路特性87第87頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)堵轉試驗的等效電路（）可知，全部輸入功率都消耗