单相异步电动机原理.ppt

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1、第四章 感应电机异异步步电电机机主主要要用用作作电电动动机机，将将电电能能转转换换为为机机械械能能，拖拖动动各各种种生生产产机机械械。结结构构简简单单、制制造造、使使用用和和维维护护方方便便，运运行行可可靠靠，成成本本低低，效效率率高高，得得以以广广泛泛应应用用。但但是是，功功率率因因数数低低、起起动动和和调调速性能差。速性能差。感感应应电电机机（异异步步电电机机）：定定、转转子子间间靠靠电电磁磁感感应应作作用用，在在转转子子内内感感应应电电流流以以实实现现机机电能量转换。电能量转换。第一页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机第一节第一节第一节第一节 三相异步电动机的基本工作原理三

2、相异步电动机的基本工作原理三相异步电动机的基本工作原理三相异步电动机的基本工作原理一、转动原理1 1、电生磁、电生磁：三相对称绕组通以三相对称绕组通以三相对称电流产生圆形旋转磁场。三相对称电流产生圆形旋转磁场。2 2、磁生电、磁生电：旋转磁场切割转旋转磁场切割转子导体感应电动势，产生感生电流。子导体感应电动势，产生感生电流。3 3、电磁力、电磁力：转子载流（有功转子载流（有功分量电流）体在磁场作用下受分量电流）体在磁场作用下受电磁力作用，形成电磁转矩，电磁力作用，形成电磁转矩，驱动电动机旋转，将电能转化驱动电动机旋转，将电能转化为机械能。为机械能。XAZBCYSanxiangboxingtuA

3、相相B相相C相相第二页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机异步电机外形图 异步电机结构图第二节第二节第二节第二节 异步电机的基本结构异步电机的基本结构异步电机的基本结构异步电机的基本结构第三页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机第四页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机第五页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机一.定子 定子铁心：电机主磁路的组成部分，并嵌放定子绕组。由厚度为0.5mm的硅钢片叠装而成。为了嵌放定子绕组，在定子冲片内圆周上均匀地冲制若干个形状相同的槽。第六页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机定子铁心定子铁心第七页，编

4、辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机 定子铁心的槽形主要有三种：半闭口槽适用于小型异步电机，其绕组是用圆导线绕成的。半开口槽适用于低压中型异步电机，其绕组是成型线圈。开口槽适用于高压大中型异步电机，其绕组是用绝缘带包扎并浸漆处理过的成型线圈。第八页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机一一.定子定子 定子绕组：构成电路部分。其作用是感应电动势、流过电流、实现机电能量转换。第九页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机外壳和机座外壳和机座 机座：固定和支撑定子铁心。因此要求有足够的机械强度。第十页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机二.转子 转子铁心：电机主

5、磁路的组成部分，并放置转子绕组。由厚度为0.5mm的硅钢片叠装而成，在转子外圆周上冲制均匀分布的形状相同的槽。转子绕组：构成电路部分。有两种结构型式：笼型绕组和绕线型绕组。转轴：支撑转子铁心和输出、输入机械转矩。第二节第二节第二节第二节 异步电机的基本结构异步电机的基本结构异步电机的基本结构异步电机的基本结构第十一页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机二二.转子转子 笼型绕组：在转子铁心均匀分布的每个槽内各放置一根导体，在铁心两端放置两个端环，分别把所有的导体伸出槽外部分与端环联接起来。这种笼型绕组一般为铝浇铸的，对中大型电机为减小损耗、提高效率，往往采用铜条焊接而成。第十二页，编

6、辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机二.转子 绕线型绕组：与定子绕组相似、极数相同的三相对称绕组。一般接成星形。将三相绕组的三个引出线分别接到转轴上三个滑环上，再通过电刷与外电路接通。绕线型转子的特点是可以通过滑环电刷在转子回路中接入附加电阻，以改善电动机的起动性能、调节其转速。第十三页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机 三.气隙 定、转子之间的间隙，也是电机主磁路的组成部分。气隙大小对异步电机的性能影响很大。为了减小电机主磁路的磁阻，降低电机的励磁电流，提高电机的功率因数，气隙应尽可能小。异步电机气隙长度应为定、转子在运行中不发生机械摩擦所允许的最小值。中、小型异步电机

7、中，气隙长度一般为0.21.5mm。第十四页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机额定功率额定功率P PN N：是转轴上输出的机械功率，单位为W或kW。额定电压额定电压U UN N：施加在定子绕组上的线电压，单位为V。额定电流额定电流I IN N：电动机在额定电压、额定频率下，轴端输出额 定功率时，定子绕组的线电流，单位为A。额定频率额定频率f fN N：我国电网频率fN=50Hz。额定转速额定转速n nN N：电动机在额定电压、额定频率、轴端输出额定 功率时，转子的转速，单位为r/min。额定效率额定效率N N额定功率因数额定功率因数coscosN N 四、异步电动机的额定值四、异

8、步电动机的额定值三相异步电动机额定值之间的关系第十五页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机五、异步电机的转差率五、异步电机的转差率同步转速n1-定子绕组中流过频率为f1的三相对称电流，在气隙中产生的基波旋转磁场相对于定子绕组的转速为n1。该转速大小取决于电流的频率f1和绕组的极对数p，转向为从超前电流相绕组转向滞后电流相绕组。转子转速n-转子的机械转速。转差率s-同步转速n1与转子转速n之差对同步转速n1之比值第十六页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机根据转差率的大小和正负根据转差率的大小和正负,异步电机有三种运行状态异步电机有三种运行状态机械能机械能转变为电能转变为

9、电能电能和机械能电能和机械能变成内能变成内能电能转变为机电能转变为机械能械能能量关系制制动制制动驱动电磁转矩转差率转速外力使电机快速旋转外力使电机沿磁场反方向旋转定子绕组接对称电源实现发电机发电机电磁制动电磁制动电动机电动机状态状态六、异步电机的三种运行状态六、异步电机的三种运行状态第十七页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机第三节第三节第三节第三节 交流电机的绕组交流电机的绕组交流电机的绕组交流电机的绕组一、三相交流绕组的构成原则一、三相交流绕组的构成原则交交流流绕绕组组是是电电机机实实现现能能量量转转换换的的一一个个主主要要部部件件。按按槽槽内内层层数数分分有有单单层层、双双层

10、层绕绕组组；单单层层又又分分等等元元件件式式、同同心心式式、链链式式和和交交叉叉式式等等；双双层层又又有有叠叠绕绕和和波波绕绕之之分分；按按每每极极每每相相所所占占槽槽数数又又分分为为整整数数槽槽和和分分数槽绕组。数槽绕组。三相三相绕组遵循的原遵循的原则（1 1）均匀原则：各相绕组在每极下所占的槽数应相等；）均匀原则：各相绕组在每极下所占的槽数应相等；（2 2）对称原则：三相绕组的结构完全一样，在电机的空间上）对称原则：三相绕组的结构完全一样，在电机的空间上 互相错开互相错开1201200 0电角度电角度；（3 3）电动势相加原则：线圈两个边的电动势应相加；线圈与）电动势相加原则：线圈两个边的

11、电动势应相加；线圈与 线圈之间的连接也应符合这一原则。线圈之间的连接也应符合这一原则。（4 4）在在产产生生一一定定大大小小电电动动势势和和磁磁动动势势、且且保保证证绝绝缘缘性性能能和和机机 械强度可靠的条件下，尽量减少用铜量，并且制造检修方便。械强度可靠的条件下，尽量减少用铜量，并且制造检修方便。第十八页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机 线圈（绕组元件）：线圈（绕组元件）：是构成绕组的基本单元。绕组就是线圈按一定规律的排列和联结。线圈可以区分为多匝线圈和单匝线圈。与线圈相关的概念包括：有效边有效边；端部端部；线圈节距线圈节距等二、三相交流绕组的基本概念二、三相交流绕组的基本概

12、念第十九页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机 极距极距：沿定子铁心内圆每个磁极所占的范围；用长度表示/用槽数表示；电角度：电角度：转子铁心的横截面是一个圆，其几何角度为360度。从电磁角度看，一对NS极构成一个磁场周期，即1 对磁极为360电角度；电机的极对数为p时，气隙圆周的角度数为p 360电角度。电角度机械角度电角度机械角度P第二十页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机 单层绕组一个槽中只放一个元件边；双层绕组一个槽中放两个元件边。第二十一页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机 一个槽所占的电角度数称为槽距角，用表示；每个极域内每相所占的槽数称为每极

13、每相槽数，用q表示。槽距角，相数，每极每相槽数槽距角，相数，每极每相槽数第二十二页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机交流绕组单层绕组双层绕组同心式绕组链式绕组交叉链式绕组等元件式整距叠绕组双层叠绕组双层波绕组三、交流绕组的形式三、交流绕组的形式第二十三页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机整距单层叠绕组整距单层叠绕组第二十四页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机同心式绕组同心式绕组第二十五页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机链式绕组链式绕组第二十六页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机交叉链式绕组交叉链式绕组第二十七页，编辑于星期

14、六：十九点二十五分。第四章 感应电机双层叠绕组双层叠绕组第二十八页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机四、单层叠绕组的构成四、单层叠绕组的构成1.1.分极分相：分极分相：将总槽数按给定的极数均匀分开（N、S极相邻分布）并标记假设的感应电势方向。将每个极域的槽数按三相均匀分开。三相在空间错开120电角度。实例：Z24（槽）、m3（相）、2p4（极）的单层叠绕组基本步骤：每极每相槽数第二十九页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机第三十页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机2.2.连线圈和线圈组：连线圈和线圈组：将一对极域内属于同一相的某两个线圈边连成一个线 圈，

15、共有q个线圈。将一对极域内属于同一相的q个线圈连成一个线圈组；（共有多少个线圈组？）以上连接应符合电势相加原则。第三十一页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机线圈组连接线圈组连接第三十二页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机 将属于同一相的q个线圈组连成一相绕组，并标记首尾端。串联与并联：电势相加原则。最大并联支路数ap。连相绕组连相绕组第三十三页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机 将三个构造好的单相绕组连成完整的三相绕组；接法或Y接法；连三相绕组连三相绕组第三十四页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机第四节第四节第四节第四节 交流绕组建立的磁

16、动势交流绕组建立的磁动势交流绕组建立的磁动势交流绕组建立的磁动势一、交流电机定子单相绕组的磁势一、交流电机定子单相绕组的磁势1、单个整距集中绕组的磁势、单个整距集中绕组的磁势 一个整距线圈在异步电机中产生的磁势第三十五页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机 磁力线穿过转子铁心，定子铁心和两个气隙 相对于气隙而言，由于铁心磁导率极大，其上消耗的磁势降可以忽略不计，线圈在一个气隙上施加的磁势为：如果通过线圈的电流为正弦波，则矩形波的高度也将按正弦变化。一个位置固定，幅值随时间按正弦变化，矩形脉振磁势。矩形脉振磁势矩形脉振磁势第三十六页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机 脉

17、振磁势可以表示为为幅值 按照富立叶级数分解的方法可以把矩形波分解为基波和一系列谐波 基波幅值为：高次谐波的幅值为矩形波脉振磁势的分解矩形波脉振磁势的分解第三十七页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机基波在空间按正弦分布；在时间上，任何一个位置的磁势都按正弦变化。所以基波是一个正弦分布的正弦脉振磁势（驻波）。其表达式为：第三十八页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机第三十九页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机 由q个线圈构成的线圈组，由于线圈与线圈之间错开一个槽距角，称为分布绕组。2、（1）整距分布绕组的磁势）整距分布绕组的磁势分布绕组有利于削弱谐波分布绕组

18、有利于削弱谐波第四十页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机 取单个线圈的基波进行分析（为正弦脉振磁势），q个正弦脉振磁势在空间依次错开一个槽距角；线圈组的磁势为：第四十一页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机（2）双层短距绕组的磁势）双层短距绕组的磁势 双层整距绕组可以等效为两个整距单层绕组 两个等效单层绕组在空间分布上错开一定的角度，这个角度等于短距角；双层短距绕组的磁势等于错开一个短距角的两个单层绕组的磁势在空间叠加。短距绕组有利于削弱谐波短距绕组有利于削弱谐波分布系数分布系数短矩系数短矩系数第四十二页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机多极电机：如果只

19、看每对极产生的磁动势，与上面的两极电机完全一样，所以多极电机只研究每对极磁动势即可。一相绕组的总磁动势平均作用于各个磁极，单相绕组磁动势，不是一相绕组的总磁动势，而是其作用于一个磁极的磁动势。-9009002700需澄清的两个概念需澄清的两个概念第四十三页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机二、三相基波旋转磁势二、三相基波旋转磁势 单相正弦脉振磁势的分解：设A相绕组通过电流：其基波磁势为:F最高点的运行轨迹为xt，即最高点的位置随时间 以角速度运动。F最高点的运行轨迹为xt，即最高点的位置随时间以角速度运动。第四十四页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机脉振驻波分解为两

20、个行波脉振驻波分解为两个行波xA脉振驻波脉振驻波右行行波右行行波左行波波左行波波第四十五页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机结论结论:（1）单相绕组的基波磁动势为脉动单相绕组的基波磁动势为脉动,它可以分解为大小相等、它可以分解为大小相等、转速相同而转向相反的两个旋转磁势。转速相同而转向相反的两个旋转磁势。（2 2）反之）反之,满足上述性质的两个旋转磁动势的合成即为脉动磁动势满足上述性质的两个旋转磁动势的合成即为脉动磁动势.（3）正反两个旋转磁动势在旋转过程中，大小不变，所以称这两）正反两个旋转磁动势在旋转过程中，大小不变，所以称这两个磁动势为圆形旋转旋转磁动势。个磁动势为圆形旋转

21、旋转磁动势。第四十六页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机 三相基波磁势合成旋转磁势 三相对称电流：三相对称电流通过三相对称绕组时各自产生的磁势：第四十七页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机三相合成磁势为三相合成磁势为 三相对称交流绕组通过三相对称电流时将产生旋转磁势。第四十八页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机关于旋转磁势的进一步讨论关于旋转磁势的进一步讨论 三相对称交流绕组通过三相对称交流电流时，三个反向旋转磁势在空间错开120电角度相互抵消，三个正向旋转磁势在空间同相位，合成一个圆形旋转磁势。圆形旋转磁势的幅值为：圆形旋转磁势的转速为：当某相电流达

22、到最大值时，旋转磁势的波幅刚好转到该相绕组的轴线上，旋转磁势的转向:由带有超前电流的相转向带有滞后电流的相。N1为每相的串联匝数，/p为每极每相的匝数第四十九页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机 改变旋转磁场转向的方法：调换任意两相电源线（改变相序）旋转磁势旋转磁势第五十页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机三相（m相，m3）对称绕组通入三相（m相，m3）对称电流，产生的基波合成磁动势是一个幅值恒定不变的圆形旋转磁动势，它有以下主要性质(1)(1)幅值是单相脉动磁动势最大幅值的幅值是单相脉动磁动势最大幅值的3/23/2倍（倍（m/2m/2倍）。倍）。(2)(2)转向由

23、电流相序决定转向由电流相序决定,从超前电流相转到滞后电流相。从超前电流相转到滞后电流相。(3)(3)转速决定于电流的频率和电机的磁极对数。转速决定于电流的频率和电机的磁极对数。(4)(4)当某相电流达最大值时当某相电流达最大值时,旋转磁动势的波幅位置与该相绕组的旋转磁动势的波幅位置与该相绕组的 轴线重合。轴线重合。总结总结第五十一页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机三相绕组的合成三相绕组的合成 次谐波磁动势讨论次谐波磁动势讨论三次谐波磁动势的极对数是基波的三倍，三相绕组各自建立的三次谐波磁动势表达式三相合成的三次谐波磁动势三相合成的三次谐波磁动势为零。三相合成的三次谐波磁动势为零

24、。这个结论可推广到6k3的谐波次数。第五十二页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机第五节第五节 交流绕组的感应电动势交流绕组的感应电动势电势：这里我们指在基波磁场的作用下而感生的电势。（变压器）：（电机）：ky1：基波短距系数 y1/18/95/67/93/42/3ky110.9850.9660.940.9250.866kq1：基波分布系数 q123456 kq110.9660.960.9580.9570.957第五十三页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机第六节第六节第六节第六节 转子静止时的异步电动机转子静止时的异步电动机转子静止时的异步电动机转子静止时的异步电动机

25、 将异步电动机转轴卡住，转子绕组短路，在定子方施加三相对称电压，此时称其为转子静止时的异步电机。第五十四页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机一、定、转子基波磁动势空间相对静止一、定、转子基波磁动势空间相对静止一、定、转子基波磁动势空间相对静止一、定、转子基波磁动势空间相对静止u定子三相对称绕组中，流过频率为定子三相对称绕组中，流过频率为f1的三相对称电流的三相对称电流I1，产生，产生圆形旋转基波磁动势圆形旋转基波磁动势F1，相对于定子绕组的转速为同步转速，相对于定子绕组的转速为同步转速n1，n160f1/p，转向为从超前电流相绕组轴线转向滞后电流相，转向为从超前电流相绕组轴线转向

26、滞后电流相绕组轴线。绕组轴线。u定子旋转磁场定子旋转磁场切割转子绕组，产生频率为切割转子绕组，产生频率为f2（f2pn1/60=f1）的三相对称感应电动势）的三相对称感应电动势在闭合的转子绕组中产生三相对在闭合的转子绕组中产生三相对称电流称电流I2产生圆形旋转基波磁动势产生圆形旋转基波磁动势F2，相对于转子绕组的转速为，相对于转子绕组的转速为n2，n260f2/pn1，转向为从超前电流相绕组轴线转向滞后，转向为从超前电流相绕组轴线转向滞后电流相绕组轴线，即与定子旋转磁动势电流相绕组轴线，即与定子旋转磁动势F1同转向。同转向。F2与与F1同转速、同转向，故空间保持相对静止：同转速、同转向，故空间

27、保持相对静止：n2n1第五十五页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机二、电磁关系二、电磁关系二、电磁关系二、电磁关系第五十六页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机1.电压平衡方程式与电动势变比三、电压、磁动势平衡方程式三、电压、磁动势平衡方程式三、电压、磁动势平衡方程式三、电压、磁动势平衡方程式第五十七页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机R R1 1、R R2 2和和X X11、X X22分别为定、转子绕组的电阻和漏电抗。分别为定、转子绕组的电阻和漏电抗。Z Zm m=R=Rm m+j+jX Xm m为励磁阻抗，为励磁阻抗，R Rm m为励磁电阻，它是一个

28、代表铁耗的等效为励磁电阻，它是一个代表铁耗的等效电阻；电阻；X Xm m为励磁电抗，它反映了主磁通在电路中的作用。为励磁电抗，它反映了主磁通在电路中的作用。主磁通在定、转子绕组的感应电动势。主磁通在定、转子绕组的感应电动势。定、转子绕组电动势之比称为定、转子绕组电动势之比称为电动势变比电动势变比KeKe第五十八页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机 2.磁动势平衡方程式与电流变比由由于于定定、转转子子磁磁动动势势F1F1与与F2F2空空间间保保持持相相对对静静止止，故故可可以以合合成成为为一一等效的励磁磁动势：等效的励磁磁动势：电流变比：电流变比：（三相合成基波磁势的幅值：）第五十

29、九页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机 I I1L1L称为定子电流的负载分量。在负载运行时，异步电动称为定子电流的负载分量。在负载运行时，异步电动机定子电流机定子电流I I1 1分成分成I I0 0和和I I1L1L两个分量：两个分量：I I0 0是励磁电流用于建立电是励磁电流用于建立电机铁心中的主磁通机铁心中的主磁通m m，I I1L1L是负载分量用于建立磁动势是负载分量用于建立磁动势F F1L1L去去抵消二次侧磁势抵消二次侧磁势F F2 2。2.磁动势平衡方程式与电流变比第六十页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机3.转子静止时的基本方程式组定子侧：转子侧：定转子

30、关联方程：定子主电动势方程：5个方程式，5个未知量：模型完备，可以定解第六十一页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机四、绕组折算和等效电路四、绕组折算和等效电路四、绕组折算和等效电路四、绕组折算和等效电路 1.折算到定子方的方程式组为 第六十二页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机四、绕组折算和等效电路四、绕组折算和等效电路四、绕组折算和等效电路四、绕组折算和等效电路 经折算后，同变压器类似，可得异步电动机在转子静止时的T型等效电路。2.等效电路第六十三页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机第七节第七节第七节第七节 转子旋转时的异步电动机转子旋转时的异步电动

31、机转子旋转时的异步电动机转子旋转时的异步电动机（4 4）转子相电流转子相电流一、转子旋转对转子侧各量的影响一、转子旋转对转子侧各量的影响一、转子旋转对转子侧各量的影响一、转子旋转对转子侧各量的影响（1 1）转子系统频率转子系统频率f f2s2s（2 2）转子相绕组感应电动势转子相绕组感应电动势E E2s2s（3 3）转子相绕组漏阻抗转子相绕组漏阻抗f2s=p(n1-n)/60第六十四页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机转子旋转磁动势相对定子的速度为转子旋转磁动势相对定子的速度为可可见见,无无论论转转子子转转速速怎怎样样变变化化,定定、转转子子磁磁动动势势总总是是以以同同速速、同同

32、向向在在空空间间旋旋转转，在在空空间间上上总总是是保保持持相相对对静静止止，共共同同建建立稳定的气隙主磁场。立稳定的气隙主磁场。二、定转子磁动势空间仍相对静止二、定转子磁动势空间仍相对静止二、定转子磁动势空间仍相对静止二、定转子磁动势空间仍相对静止F F1 1与与F F2s2s仍可空间矢量合成，等效为合成的激磁磁动势仍可空间矢量合成，等效为合成的激磁磁动势 第六十五页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机定子侧：定子侧：转子侧：转子侧：（2 2）磁动势方程式）磁动势方程式三、基本方程式三、基本方程式三、基本方程式三、基本方程式（1 1）电压方程式）电压方程式第六十六页，编辑于星期六：

33、十九点二十五分。第四章 感应电机 等等效效电电路路法法是是分分析析异异步步电电动动机机的的重重要要手手段段。在在异步电动机中，做等效电路遇到的两大障碍：异步电动机中，做等效电路遇到的两大障碍：(1)(1)定转子电路的频率不相同；定转子电路的频率不相同；(2)(2)定转子边的相数，匝数，绕组系数不相等。定转子边的相数，匝数，绕组系数不相等。折算的目的：求出等值电路。折算的目的：求出等值电路。折算的内容：频率、匝数、相数。折算的内容：频率、匝数、相数。折算的原则：等效。折算的原则：等效。四、四、四、四、转子系统的折算与等效电路转子系统的折算与等效电路转子系统的折算与等效电路转子系统的折算与等效电路

34、第六十七页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机 转转转转子子子子系系系系统统统统的的的的频频频频率率率率f f f f2s2s2s2s sfsfsfsf1 1 1 1与与与与定定定定子子子子系系系系统统统统的的的的频频频频率率率率f f f f1 1 1 1不不不不相相相相同同同同，导导导导致致致致二二二二者者者者的的的的基基基基本本本本方方方方程程程程式式式式和和和和等等等等效效效效电电电电路路路路均均均均无无无无法法法法实实实实现现现现直直直直接接接接连连连连通通通通，得得得得到到到到统统统统一一一一的的的的等等等等效效效效电电电电路路路路，因因因因此此此此，需需需需将将将将转

35、转转转子子子子系统的频率系统的频率系统的频率系统的频率f f f f2s2s2s2s折算为定子系统的频率折算为定子系统的频率折算为定子系统的频率折算为定子系统的频率f f f f1 1 1 1 。第六十八页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机第六十九页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机 转差率为转差率为s s的异步电动机转子电路频率：的异步电动机转子电路频率：转子静止时转子静止时s=1s=1；则转子频率等于定子频率。；则转子频率等于定子频率。频率折算即是用静止的转子等效代替旋转的转子。频率折算即是用静止的转子等效代替旋转的转子。频率折算后，磁势平衡不变。频率折算后，磁

36、势平衡不变。频率折算频率折算转子电流不变。转子电流不变。第七十页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机结论：结论：频频率率折折算算的的方方法法：给给转转子子绕绕组组电电阻阻中中，计计入入一一个个附附加加电电阻阻，即即可可以以把把原原来来旋旋转转的的转转子子看看成成静静止止的转子。的转子。第七十一页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机等效图等效图第七十二页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机u 不论静止或者旋转的转子，其转子磁势总以同步转速旋转，即转子磁势的转速不变，大小相位又没有变，故电机的磁势平衡依然维持。u 静止的转子不再输出机械功率，即电机的功率平衡中少

37、了机械功率。u 静止的转子中多了一个附加电阻，而电流没有变，所以多了一个电阻功率。u 附加电阻上消耗的电功率等于电机输出的机械功率。对频率折算的讨论对频率折算的讨论第七十三页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机 异步电机频率折算后的方程式组与变压器的完全相对应，因此可以再通过绕组折算，得到转子旋转时异步电机的等效电路。1.折算的目的、方法和条件目的：为了简化计算，便于导出一体化的等效电路。方法：把转子绕组折算到定子侧。用一个相数为m1、匝数为N1、绕组系数为kw1(与定子相同的)的等效转子绕组来替代实际的转子绕组。条件：折算前后磁动势F2不变；折算前后转子的各种功率不变。绕组折算绕

38、组折算第七十四页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机 电流折算：根据磁势不变：绕组折算绕组折算第七十五页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机 电势折算：磁通应不变。阻抗折算：功率不变。电抗和漏阻抗可同样折算电抗和漏阻抗可同样折算。电势、阻抗折算电势、阻抗折算第七十六页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机经过频率折算和绕组折算后异步电动机的方程式折算后转子电路方程式：第七十七页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机T形等效电路形等效电路第七十八页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机简化等效电路简化等效电路第七十九页，编辑于星期六：十九点二

39、十五分。第四章 感应电机相量图相量图第八十页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机1 1）异步电动机主磁场为旋转磁场，变压器主磁场为脉动磁场）异步电动机主磁场为旋转磁场，变压器主磁场为脉动磁场4 4）由于存在气隙）由于存在气隙,异步电动机漏抗较变压器的大。异步电动机漏抗较变压器的大。5)5)异步电动机通常采用短距和分布绕组异步电动机通常采用短距和分布绕组,计算时需考虑绕组系数计算时需考虑绕组系数,变压器则为整距集中绕组变压器则为整距集中绕组,可认为绕组系数为可认为绕组系数为1 1。2 2）异步电动机空载时）异步电动机空载时E E2 20,I0,I2 20 0,变压器变压器E E2 2

40、00，I I2 2=0=0。3 3）由于存在气隙，异步电动机）由于存在气隙，异步电动机I I0 0为为(20(203030)I)I1N1N，而变压器仅，而变压器仅为为2 21010。异步电动机与变压器的差别异步电动机与变压器的差别第八十一页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机功率平衡关系五、功率平衡方程和转矩平衡方程五、功率平衡方程和转矩平衡方程五、功率平衡方程和转矩平衡方程五、功率平衡方程和转矩平衡方程 第八十二页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机输入功率定子铜损定子铁损电磁功率转子铜损机械功率输出功率第八十三页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机P1P

41、emP2pcu1pFepcu2p0 Pmec流程图流程图第八十四页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机在式 的两边同时除以机械角速度 得：即即：或或电磁转矩电磁转矩转矩平衡关系转矩平衡关系第八十五页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机1、物理表达式2、参数表达式3、实用表达式电磁转矩的三种表达方式电磁转矩的三种表达方式第八十六页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机表明：三相异步电动机的电磁转矩是由主磁通 与转子电流的有功分量 相互作用产生的。1.物理表达式物理表达式第八十七页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机2、参数表达式、参数表达式根据简化电

42、路得到的转子电流转子侧功率因数第八十八页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机2.参数表达式参数表达式说明：电磁转矩与电源参数（、f）、结构参数（r、x、m、p）和运行参数（s）有关。1.T Temem与与U U1 12 2成正比。成正比。2.f2.f1 1 T Temem 。3.3.漏电抗漏电抗X Xk k T Temem。第八十九页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机1.00.80.60.40.2030025020015010050011ST起动起动最大值最大值额定额定第九十页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机最大转矩可以根据高等数学中求极值的方法求得。

43、代入转矩公式，得过载能力：最大转矩与额定转矩之比：（1.62.2)临界转差率临界转差率第九十一页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机u最大转矩与电网电压的平方成正比；u最大转矩近似与漏电抗成反比；u最大转矩的位置可以由转子电阻的大小来调整；u最大转矩的值与转子电阻值没有关系；u频率越高，最大电磁转矩和临界转差率越小；u异步电动机调节转子电阻机械特性变化（软硬特性的变化）。第九十二页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机当其它参数一定时当其它参数一定时:1、起动转矩与电源电压平方成正比；2、频率越高，起动转矩越小；漏抗越大，起动转矩越小；4、起动转矩倍数起动转矩起动转矩Ts

44、t和起动转矩倍数和起动转矩倍数Kst3、绕线式异步电动机在转子回路串入适当的电阻可以增 大 起 动 转 矩（转 子 回 路 电 阻 越 大，起 动 转 矩 先 增 后 减 ）。当 时，起动转矩最大第九十三页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机三个重要关系式三个重要关系式 可见，从气隙传递到转子的电磁功率分为两部分，一小部分变为转子铜损耗，绝大部分转变为总机械功率。转差率越大，转子铜损耗就越多，电机效率越低。因此正常运行时电机的转差率均很小。2221;IsRmPem=第九十四页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机已知电机的额定功率、额定转速、过载能力忽略空载转矩，有将将T

45、m和和sm代入即可得到机械特性方程式代入即可得到机械特性方程式实用表达式实用表达式第九十五页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机电动电动机机组组原来运行于某一原来运行于某一转转速，由于受到外界速，由于受到外界扰动扰动而使而使转转速速发发生生变变化，当外界化，当外界扰动扰动消失消失时时，机，机组组仍能恢复到原仍能恢复到原来的来的转转速运行的，速运行的，则则称机称机组组能能稳稳定运行。定运行。稳稳定运行：定运行：分析特性曲线：A点 A点 A点 C点：C点?点 TS01TmABCAC六机械特性和运行稳定性分析六机械特性和运行稳定性分析六机械特性和运行稳定性分析六机械特性和运行稳定性分析第

46、九十六页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机u如变压器一样，对于已制成的异步电机可以通过空载试验和短路试验来测定其参数。u试验目的：测定励磁电阻Rm、励磁电抗Xm、铁耗pFe、机械损耗pmec。u试验方法：试验时电机轴上不带负载，用三相调压器对电机供电，使定子端电压从(1.11.3)UN开始，逐渐降低电压，空载电流逐渐减少，直到电动机转速发生明显下降，空载电流明显回升为止。在这个过程中，记录电动机的端电压U1、空载电流I0、空载损耗p0、转速n。绘制空载特性曲线如图所示。空载试验空载试验 七、七、七、七、异步电动机的参数测定异步电动机的参数测定异步电动机的参数测定异步电动机的参数测

47、定第九十七页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机由于异步电动机空载运行时转子由于异步电动机空载运行时转子电流小，转子铜耗可以忽略不计。电流小，转子铜耗可以忽略不计。在这种情况下，定子输入功率消在这种情况下，定子输入功率消耗在定子铜耗耗在定子铜耗m1I02R1、铁耗、铁耗pFe、机械损耗机械损耗pmec，空载附加损耗，空载附加损耗pad0上上 p0=m1I02R1+pFe+pmec+pad0从输入功率从输入功率p0中扣除定子铜耗，得中扣除定子铜耗，得p0p0=p0-m1I02R=pFe+pmec+pad0空载试验空载试验 第九十八页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机u损

48、耗分离：在在p0的三项损耗中，机械损耗的三项损耗中，机械损耗pmec与电压与电压U1无关，在电动机转速变化无关，在电动机转速变化不大时，可以认为是常数。不大时，可以认为是常数。pFe+pad0可可以近似认为与磁密的平方成正比，因以近似认为与磁密的平方成正比，因而可近似认为与电压的平方成正比。而可近似认为与电压的平方成正比。故故p0与与U12的关系曲线近似为一直线。的关系曲线近似为一直线。u其延长线与纵轴交点即为机械损耗其延长线与纵轴交点即为机械损耗pmec。空载附加损耗相对较小，。空载附加损耗相对较小，可以用其它试验将之与铁耗分离，也可根据统计值估计可以用其它试验将之与铁耗分离，也可根据统计值

49、估计pad0，从而得，从而得到铁耗到铁耗pFe。机械损耗的求法机械损耗的求法第九十九页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机试验目的：测定短路阻抗、转子电阻、定、转子漏抗。试验方法：将转子堵住，在定子端施加电压，从0.4UN开始逐渐降低，记录定子绕组端电压Uk、定子电流Ik、定子端输入功率Pk，作出异步电机的短路特性Ik=f(Uk)，Pk=f(Uk)，如图所示。根据短路特性曲线，取额定电流点的Uk(相电压)、Ik(相电流)、Pk(三相短路损耗)。短路试验短路试验第一百页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机 Zk=UkIkRk=Pk3Ik2Xk=(Zk2-Rk2)1/2根据

50、短路时的等效电路，由于XmRm，忽略Rm，并近似认为X1=X2。考虑到X0=Xm+X1(空载试验)，可推导出对于大中型异步电机，由于Xm很大，励磁支路可以近似认为开路，这时 Rk=R1+R2X1=X2=Xk2短路等效阻抗计算短路等效阻抗计算第一百零一页，编辑于星期六：十九点二十五分。第四章 感应电机异步电动机的工作特性是指在额定电压、额定频率下异步电动机的转速n、效率、功率因数cos1、输出转矩T2、定子电流I1与输出功率P2的关系曲线。异步电动机的工作特性可以用计算方法获得。在已知等效电路各参数、机械损耗、附加损耗的情况下，给定一系列的转差s，可以由计算得到工作特性。对于已制成的异步电动机，