《電機(jī)技術(shù)應(yīng)用》課件 2.2.2 三相異步電動(dòng)機(jī)的負(fù)載運(yùn)行

異步電動(dòng)機(jī)的負(fù)載運(yùn)行(1)異步電動(dòng)機(jī)負(fù)載運(yùn)行：定子接三相電源，轉(zhuǎn)軸帶機(jī)械負(fù)載，此時(shí)轉(zhuǎn)子電流不為零。負(fù)載運(yùn)行

異步電動(dòng)機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)，由于轉(zhuǎn)軸上帶了機(jī)械負(fù)載，原空載時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩不足以平衡轉(zhuǎn)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速開始降低，旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子之間的相對運(yùn)動(dòng)速度開始增加，轉(zhuǎn)子繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢E2s及轉(zhuǎn)子電流I2都增大。此時(shí)，不但定子三相對稱電流I1要在氣隙中建立一個(gè)轉(zhuǎn)速為n1的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢F1，轉(zhuǎn)子的多相對稱電流I2也要在氣隙中建立一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢F2，F(xiàn)2具有什么樣的性質(zhì)呢？轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢F2和定子磁動(dòng)勢F1在空間的轉(zhuǎn)速相同，均為n1，轉(zhuǎn)向也相同，因此F2和F1在空間保持相對靜止。轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢性質(zhì)若電動(dòng)機(jī)為繞線式轉(zhuǎn)子，其轉(zhuǎn)子繞組為三相，轉(zhuǎn)子電流為三相對稱電流，轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢為旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢；若電動(dòng)機(jī)為鼠籠式轉(zhuǎn)子，其轉(zhuǎn)子繞組為多相，轉(zhuǎn)子電流為多相對稱電流，則轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢也為旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢，因此無論轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)如何，轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢F2都為旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢幅值電磁關(guān)系

由于轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢F2和定子磁動(dòng)勢F1在空間上相對靜止，因此可以把F2和F1進(jìn)行疊加，因此負(fù)載運(yùn)行時(shí)的勵(lì)磁磁動(dòng)勢是定子、轉(zhuǎn)子的合成磁動(dòng)勢。

與變壓器類似，從空載到負(fù)載運(yùn)行時(shí)，由于電源電壓和頻率不變，根據(jù)主磁通原理，每極主磁通Φ0幾乎不變，因此勵(lì)磁磁動(dòng)勢也基本不變，負(fù)載時(shí)的勵(lì)磁磁動(dòng)勢等于空載時(shí)的勵(lì)磁磁動(dòng)勢。電磁關(guān)系由此我們可以得出三相異步電動(dòng)機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系：磁動(dòng)勢平衡方程兩邊除以電流變比得到電流關(guān)系式：定子磁動(dòng)勢性質(zhì)性質(zhì)定子旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢包括兩個(gè)分量勵(lì)磁磁動(dòng)勢：用來產(chǎn)生氣隙磁通；負(fù)載分量：用來平衡轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢，即用來抵消轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢對主磁通的影響轉(zhuǎn)子繞組各電磁量1、轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢的頻率轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時(shí),理想空載時(shí),2、轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢:轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢:二者關(guān)系為:轉(zhuǎn)子繞組各電磁量3、轉(zhuǎn)子繞組的漏阻抗轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子漏電抗:轉(zhuǎn)子繞組的漏阻抗:轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子漏電抗:4、轉(zhuǎn)子繞組的電流：當(dāng)轉(zhuǎn)速降低時(shí),轉(zhuǎn)差率增大,轉(zhuǎn)子電流也增大轉(zhuǎn)子繞組各電磁量5、轉(zhuǎn)子繞組的功率因數(shù)

轉(zhuǎn)子功率因數(shù)與轉(zhuǎn)差率有關(guān),當(dāng)轉(zhuǎn)差率增大時(shí),轉(zhuǎn)子功率因數(shù)則減小。1、三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組之間沒有直接的聯(lián)系，為什么負(fù)載增加時(shí)，定子電流和輸入功率會自動(dòng)增加，試說明其物理過程。從空載到滿載電機(jī)主磁通有無變化？答：負(fù)載增加時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，轉(zhuǎn)差率上升，轉(zhuǎn)子繞組切割磁力線的速度增加，轉(zhuǎn)子的感應(yīng)電動(dòng)勢、感應(yīng)電流相應(yīng)增加，轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢也增加。由磁動(dòng)勢平衡關(guān)系，定子磁動(dòng)勢增加，定子電流上升，即從電網(wǎng)吸收的電功率增加。這一過程直到轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩重新平衡為止。在U1不變的情況下，I1的增加導(dǎo)致I1Z1增加，使E1減小，主磁通略有減小。思考與練習(xí)2、三相異步電動(dòng)機(jī)在輕載下運(yùn)行時(shí)，試分析其效率和功率因數(shù)都較額定負(fù)載時(shí)低的原因。如定子繞組為Δ聯(lián)接改為Y聯(lián)接運(yùn)行，在輕載下其結(jié)果如何？此時(shí)所能負(fù)擔(dān)的最大負(fù)載必須少于多少？答：（1）輕載時(shí)定子負(fù)載電流小，定子電流主要取決于無功的勵(lì)磁電流，而在異步電動(dòng)機(jī)中，由于空氣隙的存在，勵(lì)磁電流較大，一般為(0.2-0.5)I1N，因此輕載時(shí)功率因數(shù)低；效率低的原因是由于輕載時(shí)輸入的電功率中輸出的有功功率小，而不變損耗（鐵耗和機(jī)耗）所占的分量較大，因此效率低。（2）輕載時(shí)如將Δ接改為Y接，由于相電壓只為原來的，因此勵(lì)磁電流及鐵耗都大為減少，功率因數(shù)及效率將顯著改善。（3）此時(shí)最大轉(zhuǎn)矩必須小于Δ聯(lián)接時(shí)電動(dòng)機(jī)的最大電磁轉(zhuǎn)矩的1/3。思考與練習(xí)異步電動(dòng)機(jī)的負(fù)載運(yùn)行（2）異步電動(dòng)機(jī)折算

與變壓器類似，異步電動(dòng)機(jī)定轉(zhuǎn)子之間也沒有電的直接聯(lián)系，中間通過磁的耦合進(jìn)行能量傳遞，分析計(jì)算不方便，有必要將其折算成統(tǒng)一電路進(jìn)行計(jì)算。

折算分兩步進(jìn)行，由于定轉(zhuǎn)子電流頻率不同，所以第一步要進(jìn)行頻率折算，即將定轉(zhuǎn)子電流頻率折算成一致；第二步進(jìn)行匝數(shù)折算，將定轉(zhuǎn)子的匝數(shù)折算成相同，這樣就可以將定轉(zhuǎn)子電路統(tǒng)一在一起。方法：用一個(gè)靜止的轉(zhuǎn)子電路等效代替實(shí)際旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子系統(tǒng),使轉(zhuǎn)子回路與定子電路有相同的頻率。頻率折算等效原則：1、保持轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢不變；2、保持轉(zhuǎn)子回路的電功率不變。頻率折算含義：用一個(gè)電阻為R2/s的靜止等效轉(zhuǎn)子代替電阻為R2的實(shí)際旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子，而等效轉(zhuǎn)子的F2不變。頻率折算轉(zhuǎn)子相電流：頻率折算意義：①旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子被等效的靜止的轉(zhuǎn)子所代替，定、轉(zhuǎn)子繞組即具有相同的頻率；②定、轉(zhuǎn)子的感應(yīng)電動(dòng)勢之比等于其有效匝數(shù)之比:kw1N1/(kw2N2)；③可以把異步電動(dòng)機(jī)看成是一個(gè)具有空氣隙且二次繞組有可變電阻R2/s的變壓器。分子分母同除以s頻率為f2頻率為f1頻率折算

關(guān)于附加電阻轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的機(jī)械功率相對應(yīng)的等效電阻此附加電阻上消耗的電功率代表機(jī)械損耗和機(jī)械功率之和——總的機(jī)械功率。也就是說，用一個(gè)靜止的轉(zhuǎn)子并在轉(zhuǎn)子回路中串聯(lián)一個(gè)電阻，就可以將轉(zhuǎn)子頻率折算為定子頻率，同時(shí)保持轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢不變。頻率折算后的等效電路頻率折算后轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢方程式:繞組折算

方法：用一個(gè)和定子繞組完全相同的m1、N1、kW1等效轉(zhuǎn)子取代m2、N2、kW2實(shí)際的轉(zhuǎn)子繞組，折算的方法與變壓器基本相同。等效的原則：保證電磁效應(yīng)和功率關(guān)系不變。

1）電動(dòng)勢的折算

折算前：E2=

4.44f1

kw2N2Φm

折算后：E2'

=E1=

4.44f1

kw1N1

m

定、轉(zhuǎn)子的電動(dòng)勢比：

繞組折算2)電流的折算折算前：折算后：電流比：3)阻抗的折算折算前：折算后：阻抗比：繞組折算電磁功率定子銅耗機(jī)械功率轉(zhuǎn)子銅耗繞組折算后的電路圖T型等效電路鐵耗折算后的等效電路折算后的T型等效電路T型等效電路Z’2Z1折算后的電動(dòng)勢平衡方程折算后的基本方程式

+-結(jié)論1電機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí)，，總機(jī)械功率為零，電機(jī)處于短路狀態(tài)。理想空載時(shí)，，總機(jī)械功率近似為零，電機(jī)相當(dāng)于開路狀態(tài)。2三相異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)永遠(yuǎn)滯后（電流滯后電壓）234附加電阻不能用電感或電容代替1、三相異步電動(dòng)機(jī)等效電路中的代表什么含義？

能否用電感或電容代替？為什么？答：代表與轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的機(jī)械功率相對應(yīng)的等效電阻，消耗在此電阻中的功率將代表實(shí)際電機(jī)中所產(chǎn)生的全（總）機(jī)械功率。不能用電感或電容代替此電阻，因?yàn)殡姼?、電容消耗無功功率，而電機(jī)轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的全（總）機(jī)械功率為有功功率。

思考與練習(xí)思考與練習(xí)2、說明三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組折算和頻率折算的意義，折算是在什么條件下進(jìn)行的？答：轉(zhuǎn)子繞組折算就是用新繞組替換原繞組。為了導(dǎo)出等效電路，用一個(gè)與定子繞組的相相數(shù)、匝數(shù)和繞組因數(shù)相同的等效繞組替換實(shí)際轉(zhuǎn)子繞組，折算前后轉(zhuǎn)子繞組的磁動(dòng)勢和各種功率及損耗不變，因而從定子邊看轉(zhuǎn)子，一切未變。頻率折算即用靜止的轉(zhuǎn)子替換旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，折算條件也是磁動(dòng)勢和各種功率及損耗不變。為此，只要將轉(zhuǎn)子電阻R2’換成R2’/s。思考與練習(xí)3、說明三相異步電動(dòng)機(jī)等效電路中參數(shù)各代表什么意義？答：：定子繞組電阻；

：定子繞組漏抗，表征定子繞組漏磁效應(yīng)；