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1、4.2 三相异步电动机的定子电路三相异步电动机的定子电路和转子电路和转子电路4.2.1 定子电路的分析定子电路的分析 定定子子绕绕组组：相相当当于于变变压压器的器的原绕组原绕组，匝数，匝数N1转转子子绕绕组组：相相当当于于变变压压器器的的副副绕绕组组，一一般般是是短路短路的，匝数的，匝数N2 定定子子绕绕组组接接三三相相电电源源，相电压相电压u1，相电流，相电流i1。2021/9/231定定子子三三相相电电流流产产生生旋旋转转磁磁场场，磁磁力力线线通通过过定定子子和和转转子子铁铁心心而而闭闭合合，旋旋转转磁磁场场在在转转子子每每相相绕绕组组中中感感应应e2和和i2，i2和和i1共共同同产产生生
2、旋旋转转磁磁场场，在定子每相绕组中产生在定子每相绕组中产生e1。2021/9/232旋旋转转磁磁场场的的磁磁感感应应强强度度沿沿定定子子与与转转子子间间空空气气隙隙的的分分布布，近近于于正正弦弦规规律律，当当其其旋旋转转时时，通通过过定定子子每每相相绕绕组组的的磁磁通通也也是是随随时时间间按按正正弦弦规规律律变变化化，即即=msint，其其中中m是是通通过过每每相相绕绕组组的的磁磁通通最最大大值值，等等于于旋旋转转磁磁场场的的每每极极磁磁通通，即即为为空空气气隙隙中中磁磁感感应应强强度度的平均值与每极面积的乘积。的平均值与每极面积的乘积。2021/9/233定子定子每相绕组中产生的感应每相绕组
3、中产生的感应电动势电动势：有效值有效值：2021/9/234有效值有效值：E1=4.44Kf1N1绕组系数绕组系数K1，常略去，故，常略去，故E1=4.44f1N1 f1e1的频率。的频率。f 电流频率电流频率 n0旋转磁场和定子间的相对转速旋转磁场和定子间的相对转速 P旋转磁场极对数旋转磁场极对数 实际每相绕组是分布开的，而不是集中的；还有，绕组一般是短实际每相绕组是分布开的，而不是集中的；还有，绕组一般是短距的，而不是整距的，所以电动势的有效值还必须乘以短矩分布系距的，而不是整距的，所以电动势的有效值还必须乘以短矩分布系数数K，故，故2021/9/235定定子子电电流流还还要要产产生生漏漏
4、磁磁通通L1(只只环环链链定定子子绕绕组组)，漏电动势漏电动势eL1：定子绕组定子绕组电压平衡方程式电压平衡方程式：用复数表示：用复数表示：式式中中，R1和和X1(X1=2f1LL1)定定子子每每相相绕绕组组的的电电阻阻和和漏漏磁磁感感抗抗。R1和和X1较小，较小，U1 E1 2021/9/2364.2.2 转子电路的分析转子电路的分析 旋旋转转磁磁场场在在转转子子每每相相绕绕组中感应出的电动势：组中感应出的电动势：其其有效值有效值为：为：E2=4.44f2N2式中，式中，f2 转子转子e2或或i2的频率。的频率。旋转磁场和转子间的相对转速：旋转磁场和转子间的相对转速：n0 n s 转差率转差
5、率 2021/9/237启启动动时时，n=0，s=1，f2=f1，这这时时f2最最大；大；当当n=0，s=1时时，转转子子电电动动势势最最大大，即：即：额额定定负负载载时时，s=1.56，f2=(0.753)Hz，(因因f1=50Hz)。可以看出：可以看出：E2=sE20转转子子电电流流还还要要产产生生漏漏磁磁通通L2(只只环环链链转转子子绕绕组组)，漏漏电电动动势势eL2：E2=4.44sf1N2 E20=4.44f1N22021/9/238转子绕组转子绕组电压平衡方程式电压平衡方程式：用用复数表示复数表示：式式中中：R2和和X2(X2=2f2LL2=2sf1LL2)转转子子每每相相绕绕组组
6、的的电电阻阻和和漏磁感抗漏磁感抗 当当n=0，s=1时，转子感抗：时，转子感抗：X20=2f1LL2，最大。，最大。可以看出：可以看出：X2=sX20 2021/9/239转子转子每相每相电路的电路的电流电流：转子电路的转子电路的功率因数功率因数：2021/9/2310I2、cos2与与S的关系的关系 刚启动时，电刚启动时，电流很大，功率流很大，功率因数很小因数很小2021/9/2311 4.2.3 三相异步电动机的三相异步电动机的额定参数额定参数 型号型号额定功率额定功率PN：额定电压额定电压UN：额额定定运运行行情情况况下下，电电动动机机轴轴上上输输出出的机械功率。的机械功率。额额定定运运
7、行行情情况况下下，定定子子绕绕组组端端应应加加的的线电压线电压。若若标标有有两两种种电电压压，如如220/380V，则则对对应应/连接时应加的线压值。连接时应加的线压值。额定频率额定频率f：额定电流额定电流IN：额额定定运运行行情情况况下下，定定子子外外加加电电压压的的频频率率(f=50Hz)在在额额定定频频率率、额额定定电电压压和和电电动动机机轴轴上上输输出出额定功率时，额定功率时，定子的线电流定子的线电流值。值。2021/9/2312额定转速额定转速nN：额额定定频频率率、额额定定电电压压和和轴轴上上输输出出额额定定功功率率时时，电电动动机机的的转转速速。与与此此车车速速相相对应的转差率称
8、为对应的转差率称为额定转差率额定转差率sN。工作方式工作方式(定额定额)温升温升(绝缘等级绝缘等级)电机重量电机重量2021/9/2313额额定定负负载载转转矩矩TN：电电动动机机在在额额定定转转速速下下输输出出额额定定功功率率时轴上的负载转矩。时轴上的负载转矩。绕绕线线式式异异步步电电动动机机转转子子静静止止时时的的滑滑环环电电压压和和转转子子的的额额定电流定电流。一般不标在电动机铭牌上的几个额定值：一般不标在电动机铭牌上的几个额定值：额额定定功功率率因因数数cosN：在在额额定定频频率率、额额定定电电压压和和电电动动机机轴轴上上输出额定功率时，定子相电流与相电压之间相位差的余弦。输出额定功
9、率时，定子相电流与相电压之间相位差的余弦。额定效率额定效率：2021/9/2314机械功率机械功率Pm4.2.4 三相异步电动机的三相异步电动机的能流图能流图从从电源输送到定子电源输送到定子电路的电功率：电路的电功率：定子绕组定子绕组铜损铜损PCu1 定子铁心的定子铁心的铁损铁损PFe1电磁功率电磁功率Pe转子绕组转子绕组铜损铜损PCu2f2很低，很低，转子铁损忽略不计转子铁损忽略不计 机械损耗机械损耗功率功率Pm电动机的电动机的输出功率输出功率P2 2021/9/2315轻轻载载：很很低低；负负载载；接接近近额定负载，额定负载，达最大达最大。电动机的电动机的效率效率 P电电 动动机机的的总总
10、功功率率损耗损耗。忽忽略略PCu2和和Pm，则则P2=T2Pe=T 一一般般异异步步电电动动机机：N=0.70.9，容容量量越越大，效率越高大，效率越高。T电动机的电动机的电磁转矩电磁转矩。T2 电动机轴上的电动机轴上的输出转矩输出转矩 2021/9/23164.3 三相异步电动机的转矩与机械特性三相异步电动机的转矩与机械特性T由由和和I2相相互互作作用用产产生生，TI2，还还和和cos2有关有关。cos21，即即I2与与E2同同相相，转转子子导导体体的力的力将产生同一方向的转矩；将产生同一方向的转矩；4.3.1 三相异步电动机的三相异步电动机的转矩转矩 2021/9/2317cos21为实际
11、情况，为实际情况，T=KmI2cos2 Km 与电动机结构有关与电动机结构有关的常数的常数cos20，即即I2比比E2滞滞后后90，作作用用于于各各导导体体的的力力正正好抵消，转矩为好抵消，转矩为0；2021/9/2318转子电路的转子电路的功率因数功率因数：又又 U1E1=4.44Kf1N1 2021/9/2319U1、U定定子子绕绕组组相相电电压压、电电源源相相电电压；压；R2转转子子每每相相绕绕组的电阻；组的电阻；X20电电 动动 机机 不不 动动(n=0)时时转转子子每每相相绕绕组的感抗。组的感抗。K与与电电动动机机结结构构参参数数、电电源源频频率率有有关关的的一一个个常常数数，K1/
12、f1；式式 中中:2021/9/23204.3.2 三相异步电动机的三相异步电动机的机械特性机械特性 即即T-S曲线或曲线或n-T曲线。曲线。固有固有机械特性机械特性在在额额定定电电压压、额额定定频频率率、规规定定的的接接线线方方式式、定定子子和和转转子子不不串串电电阻阻或或电电抗抗的的机机械特性械特性2021/9/2321四个特殊点：四个特殊点：理理想想空空载载工工作作点点 T=0，n=n0(S=0)额额定定工工作作点点 T=TN，n=nN(s=sN)启启动动工工作作点点 T=Tst，n=0(s=1)2021/9/2322可可以以看看出出TmaxU2；Tmax与与R2无无关关；SmR2，与与
13、U无无关关，即即在在转转子子电电路路串接电阻，可使串接电阻，可使Sm，而，而Tmax不变。不变。当当U，Tst明明显显；适适当当R2，Tst；X20，Tst大大为为，这是不希望的，这是不希望的 启启动动系系数数st=Tst/TN，衡衡量量起起动动能能力力的的一一个个重重要要数数据据，一一般般st=1.01.2。临界临界工作点工作点 T=Tmax，n=nm(S=Sm)令令dT/dS=0，得，得Sm=R2/X20 2021/9/2323机械特性机械特性实用公式实用公式：过过载载系系数数m=Tmax/TN，为为电电动动机机的的过过载载能能力力系系数数。普普通通的的Y系系列列鼠鼠笼笼式式异异步步电电动
14、动机机m=2.02.2，供供起起重重机机械械和和冶冶金金机机械械用用的的YZ和和YZR型型绕绕线线式异步电动机式异步电动机m=2.52.8。2021/9/2324用公式用公式除以除以并带入并带入Sm=R2/X20 即可得实用公式即可得实用公式2021/9/2325人为人为机械特性机械特性 降低降低电动机电源电动机电源电压电压的人为特性的人为特性 U对对n0和和sm都都没没影影响响，而而TmaxU2，TstU2，电电压压，会会大大大大Tmax和和Tst，使使特特性性曲曲线线左左移移，即即过过载载能能力力和和启启动动转转矩矩大大大大降低降低。又又 U1E1=4.44Kf1N1 因为因为T=KmI2
15、cos2 当当 U1，I2，而而cos2不变，所以不变，所以 T。TN当电压由当电压由UN减小到减小到0.8UN时，电动机立时，电动机立即运行在该点，电磁即运行在该点，电磁转矩为何减小？转矩为何减小？2021/9/2326TN最后稳定运行在该最后稳定运行在该点时，和前一个稳点时，和前一个稳定运行点比较，电定运行点比较，电流流I2大小如何？大小如何？由由上上可可知知，U ，而而在在稳稳定定点点运运行行时时，nS cos2 ，从从T=KmI2cos2=TN=TL=常常数数，可可知知，当当U=UN时时，I2会会是是额额定定值值，而而当当U 时时，I2要要增增大大，并并且且I2大大于于其其额额定定值值
16、，电机电机发热发热、烧坏烧坏。这这 时时 动动 转转 矩矩 0,因因 此此nS I2T，直直到到T=TN为止。为止。2021/9/2327定定子子电电路路外外串串电电阻阻或或电电抗抗时的人为特性时的人为特性 外外串串电电阻阻R1s和和电电抗抗X1s电电动动机端电压机端电压，曲线，曲线2，随随n I1R1s和和X1s上上的的压压降降电电动动机机端端电电压压，而而曲曲线线1的的电电动动机机端端电电压压在在启启动动过程始终不变。过程始终不变。和和降降低低电电源源电电压压时时的的曲曲线线1相比，相比，最大转矩要大些最大转矩要大些，2021/9/2328改改变变定定子子电电源源频频率率时时的的人为特性人
17、为特性由由UE1=4.44KfN1：当当f时时，必必须须同同时时U，即即保保持持U/f=常常数，才能使数，才能使不变不变。各条曲线各条曲线近似平行近似平行2021/9/2329随随f，n0，Sm，Tmax基基本不变，本不变，Tst，因为，因为X20。2021/9/2330因因为为各各条条曲曲线线近近似似平平行行，所以在所以在TTL时，各条曲线时，各条曲线当当T=KmI2cos2TL常常数数时时，I2不不变变。即即变变频频调调速速属属于于恒转矩调速方式恒转矩调速方式。UE1=4.44KfN1,保保持持U/f=常常数时，数时，常数常数2021/9/2331绕绕线线式式异异步步电电动动机机转转子子电电路路串串入入电电阻阻R2r，Tmax不不变变，Sm，特性较软。，特性较软。转转子子电电路路串串电电阻阻时时的人为特性的人为特性2021/9/2332作业：作业：4.6，4.72021/9/2333