1、第五章第五章 异步电机异步电机三相异步电动三相异步电动机的运行原理机的运行原理第一节第一节 三相异步电动机运行时的电磁过程三相异步电动机运行时的电磁过程一、一、异步电动机负载时的物理情况异步电动机负载时的物理情况 当三相异步电动机的定子绕组接到对称三相电源时，定子绕当三相异步电动机的定子绕组接到对称三相电源时，定子绕组中就通过三相交流电流。若不计谐波和齿槽影响，这个对称组中就通过三相交流电流。若不计谐波和齿槽影响，这个对称三相交流电流将在气隙内形成按正弦规律分布、并且以同步转三相交流电流将在气隙内形成按正弦规律分布、并且以同步转速速ns旋转的旋转磁动势旋转的旋转磁动势F1，由旋转磁动势，由旋转
2、磁动势F1建立旋转的气隙主建立旋转的气隙主磁场磁场Bm。这个旋转磁场切割定子、转子绕组，分别在定子、转子绕组这个旋转磁场切割定子、转子绕组，分别在定子、转子绕组内感应出定子电动势和转子电动势。在转子电动势作用下转子内感应出定子电动势和转子电动势。在转子电动势作用下转子回路中有对称三相电流流过。于是，在气隙磁场和转子电流的回路中有对称三相电流流过。于是，在气隙磁场和转子电流的相互作用下，产生了电磁转矩，转子就顺着旋转磁场的方向转相互作用下，产生了电磁转矩，转子就顺着旋转磁场的方向转动。动。10/24/20221空载的情况下：空载的情况下：nns,I20 当电机带有机械负载后：当电机带有机械负载后
3、：nns,I2增大。同时增大。同时I2的的存在也就形成了存在也就形成了2F 不论转子是绕线型还是笼型，转子磁动势都是不论转子是绕线型还是笼型，转子磁动势都是一种旋转磁动势。一种旋转磁动势。转子磁动势分析转子磁动势分析10/24/202222、F2转速的大小转速的大小 转子绕组内感应电动势和电流的转子绕组内感应电动势和电流的频率为频率为21()6060ssssp nnpn nnfsfnf2为转差频率为转差频率转子电流形成的转子电流形成的转子磁动势转子磁动势 的旋转的旋转方向与方向与 的旋转方向相同，的旋转方向相同，它相对于它相对于转子的转速为转子的转速为n，而相对于定子的转速，而相对于定子的转速
4、为为n+n=ns1、转子磁动势、转子磁动势 的旋转方向的旋转方向2F 转子磁动势转子磁动势 与定子磁动势与定子磁动势 的方的方向一致。向一致。2F1F2F1F10/24/20223二、感应电势平衡方程式二、感应电势平衡方程式10/24/20224主磁通主磁通 根据磁通通过的路径的不同，将磁通分为两部分：主磁通和漏磁通。由基波旋转磁动势产生的通过气隙并与定子绕由基波旋转磁动势产生的通过气隙并与定子绕组和转子绕组同时交链的磁通称为主磁通。组和转子绕组同时交链的磁通称为主磁通。主磁通为每极下的磁通量，用 表示。主磁通又称为气隙磁通，交流电机就主磁通又称为气隙磁通，交流电机就是依靠气隙磁通来实现定、转
5、子之间的能量转换的。是依靠气隙磁通来实现定、转子之间的能量转换的。m10/24/20225定子绕组漏磁通定子绕组漏磁通10/24/20226漏电抗漏电抗10/24/20227电势平衡方程式电势平衡方程式10/24/2022810/24/202292、转子绕组的感应电势及电流、转子绕组的感应电势及电流10/24/202210转子感应电势有效值转子感应电势有效值10/24/202211转子绕组阻抗转子绕组阻抗10/24/202212转子绕组电流转子绕组电流10/24/202213电势方程式电势方程式异步电动机负载时的基本方程式列出如下异步电动机负载时的基本方程式列出如下111111111jUEI
6、RI XEI Z 222222()jsEE sIRRI X s1(jX)mmmmmEIRI Z 旋转时异步电旋转时异步电动机的电路动机的电路10/24/202214三、磁势平衡方程式三、磁势平衡方程式1 1、磁动势平衡、磁动势平衡10/24/20221510/24/20221610/24/202217相量相量矢量图矢量图前面仅仅说明了定转子磁动势之间存在着一种平前面仅仅说明了定转子磁动势之间存在着一种平衡，它们之间的相互关系还需要进一步分析。衡，它们之间的相互关系还需要进一步分析。10/24/20221810/24/20221910/24/20222010/24/202221负载时定子、转子磁
7、势相矢图负载时定子、转子磁势相矢图负载时定子、转子磁负载时定子、转子磁动势和电流的相矢图动势和电流的相矢图两极异步电动机的定两极异步电动机的定子、转子绕组示意图子、转子绕组示意图10/24/202222第二节、异步电动机的等效电路第二节、异步电动机的等效电路及向量图及向量图一、异步电动机的等效电路一、异步电动机的等效电路10/24/2022231、频率折算、频率折算频率归算频率归算 保持整个电磁系统的电磁性能不变，把一种频率保持整个电磁系统的电磁性能不变，把一种频率的参数和物理量换算成另一种频率的参数和物理量。在这里，的参数和物理量换算成另一种频率的参数和物理量。在这里，就是用一个具有定子频率
8、而等效于转子的电路去代换实际转子就是用一个具有定子频率而等效于转子的电路去代换实际转子电路。电路。所谓所谓“等效等效”是指：是指：1 1）进行代换后，转子电路对定子电路的电磁效应不变。）进行代换后，转子电路对定子电路的电磁效应不变。2 2）等效的转子电路的电磁性能（有功功率、无功功率、铜耗等）等效的转子电路的电磁性能（有功功率、无功功率、铜耗等）必须和实际转子电路一样。必须和实际转子电路一样。10/24/20222410/24/20222510/24/202226等效图等效图10/24/202227对频率折算的讨论对频率折算的讨论10/24/2022282、绕组折算、绕组折算解决了定转子频率不
9、同而产生的问题，但是还不解决了定转子频率不同而产生的问题，但是还不能将定转子电路连接起来，因为两个电路的电动能将定转子电路连接起来，因为两个电路的电动势还不相等，所以还要进行绕组归算势还不相等，所以还要进行绕组归算10/24/20222910/24/202230异步电动机方程式异步电动机方程式10/24/202231T型等效电路型等效电路10/24/202232简化等效电路简化等效电路10/24/202233二、异步电动机向量图二、异步电动机向量图22XI jsRI22m12EE2ImI1I1E1U2I11XI j11RI10/24/202234异步电动机近似等异步电动机近似等效电路的相量图效
10、电路的相量图10/24/202235例例5-15-1一台一台2对极的三相异步电动机，有关数据如下：对极的三相异步电动机，有关数据如下：kW10NPV380NUmin/r1452Nn11.33/R 相12.43/X 相21.12/R 相24.4/X 相7/mR 相90/mX相定子绕组为三角形接法，试求额定负载时的定子电流、转子定子绕组为三角形接法，试求额定负载时的定子电流、转子电流、励磁电流、功率因数、输入功率和效率。电流、励磁电流、功率因数、输入功率和效率。解解N1500 14521500ssnnsn21.12350.032Rs10/24/202236（1）用）用T形等效电路计算形等效电路计算
11、22jX(35j4.4)35.4 7.15 RsjX(7j90)90.4 85.54 mmmZR2222(/jX)35.4 7.1590.4 85.54(27.6j13.89)(/jX)35.4 7.1590.4 85.54mmRsZRsZ22122(/jX)33.23 29.43(/jX)mmRsZZRsZ设设 ，定子电流，定子电流V03801U1122122380 0A11.4229.43 A(/jX)33.23 29.43(/jX)mmUIRsZZRsZ定子线电流有效值定子线电流有效值A8.19A42.11310/24/202237定子功率因数定子功率因数)(87.043.29cosco
12、s1滞后定子输入功率定子输入功率W11326W87.042.113803cos31111IUP212290.411.42A9.97A(/)103.5mmZIIRsjXZ 转子电流转子电流 和励磁电流和励磁电流2ImI22122/35.411.42A3.91A(/)103.5mmRsjXIIRsjXZ效率效率%26.88%100113301000012PP10/24/202238（2）用近似等效电路计算）用近似等效电路计算负载支路阻抗负载支路阻抗122/jX(1.33j2.4335.1j4.4)(36.43j6.83)37.1 10.6 ZRs励磁支路阻抗励磁支路阻抗jX(7j90)90.4 8
13、5.54 mmmZR转子电流（即负载电流）转子电流（即负载电流）12122380 0A10.2410.6 A/jX37.1 10.6UIZRs 励磁电流励磁电流A54.852.4A54.854.9003801mmZUI10/24/202239定子电流定子电流A1.2945.12A)065.6 j396.10(21 IIIm定子线电流有效值定子线电流有效值A6.21A45.123定子功率因数定子功率因数)(874.01.29coscos1滞后定子输入功率定子输入功率W12405W874.045.123803cos31111IUP效率效率%6.80%100124001000012PP10/24/2
14、02240第三节、三相异步电动机的功率第三节、三相异步电动机的功率和转矩和转矩10/24/202241功率传递功率传递10/24/202242功率传递功率传递10/24/202243功率流程图功率流程图10/24/202244二、转矩平衡方程式二、转矩平衡方程式10/24/202245电磁转矩公式电磁转矩公式2e2e1 2122211cos2ssPRpTm Im E Isf 111e22122coscos2WmTmpm N kTICI 2111T1WkNpmC转矩常数转矩常数例例5-25-2 根据根据例例5-1中的数据，还知道电动机的机械损耗中的数据，还知道电动机的机械损耗 ，额定负载时的附加
15、损耗，额定负载时的附加损耗 ，试计算各种功率和转矩。，试计算各种功率和转矩。mech100WpW50p22Fe33 3.917W321WmmpI R 22Cu22233 9.981.12W335WpI R 22Cu11133 11.421.33W520WpI R 解解定子和转子的铜耗、及定子铁耗定子和转子的铜耗、及定子铁耗10/24/202246150022rad/s157rad/s6060ssnrad/s152rad/s6014522602n同步角速度同步角速度转子机械角速度转子机械角速度总机械功率总机械功率mech2mech(10000 10050)W10150WPPpp电磁功率电磁功率e
16、mechCu2(10150335)W10485WPPp负载制动功率负载制动功率mN79.65mN1521000022PT空载制动功率空载制动功率mech0150N m0.99N m152ppT电磁转矩电磁转矩e20(65.790.99)N m66.78N mTTT或者或者ee10485N m66.78N m157nPT meche10150N m66.78N m152PT 10/24/202247第四节、三相异步电动机的工作第四节、三相异步电动机的工作特性分析特性分析10/24/20224810/24/20224910/24/20225010/24/202251第五节、三相异步电动机参数的第五
17、节、三相异步电动机参数的测定测定10/24/20225210/24/2022530120221001IUrIUxxxm10/24/20225410/24/20225510/24/202256第六节、转矩与转差率的关系第六节、转矩与转差率的关系2112e221212(/)/()smURsTRRsXX临界转差率临界转差率sm222112()mRsRXX 211eM2211122()smUTRRXX 最大转矩最大转矩10/24/202257当当 时，可得到如下简化公式时，可得到如下简化公式211XXR212112122XXUmTXXRsseMm结论：结论：当电源频率和电机参数不变时，当电源频率和电机参数不变时，与与 成正比成正比,则保持不变；则保持不变；当电源电压和频率一定时，当电源电压和频率一定时，和和 与与 成反比；成反比；与与 无关，但无关，但 与与 成正比。成正比。eMTeMTms21U2RmseMTms2R21XX 10/24/202258
