1、第六章第六章 三相异步电动机运行原理三相异步电动机运行原理第一节第一节 三相异步电动机的空载运行三相异步电动机的空载运行 三相异步电动机的定、转子电路之间没有直接的电联系，三相异步电动机的定、转子电路之间没有直接的电联系，它们之间的联系是通过电磁感应关系而实现的，这一点和变它们之间的联系是通过电磁感应关系而实现的，这一点和变压器完全相似。定子相当于变压器的一次绕组，转子相当于压器完全相似。定子相当于变压器的一次绕组，转子相当于二次绕组，可仿照分析变压器的方式进行分析。二次绕组，可仿照分析变压器的方式进行分析。一、空载电流和空载磁动势一、空载电流和空载磁动势 当三相异步电动机的定子绕组接到对称三
2、相电源时，定子当三相异步电动机的定子绕组接到对称三相电源时，定子绕组中就通过对称三相交流电流，三相交流电流将在气隙内绕组中就通过对称三相交流电流，三相交流电流将在气隙内形成按正弦规律分布，并以同步转速形成按正弦规律分布，并以同步转速 0n1FmB旋转的磁动势旋转的磁动势由旋转磁动势建立气隙主磁场由旋转磁动势建立气隙主磁场，即旋转磁场。，即旋转磁场。2 空载时，轴上没有任何机械负载，异步电动机所产生的空载时，轴上没有任何机械负载，异步电动机所产生的电磁转矩仅克服了摩擦、风阻的阻转矩，所以是很小的。电磁转矩仅克服了摩擦、风阻的阻转矩，所以是很小的。二、空载时的定子电压平衡关系二、空载时的定子电压平
3、衡关系电动机空载时每相的定子电压平衡方程式：电动机空载时每相的定子电压平衡方程式：1011110110111ZIEXjIRIERIEEUL3第二节第二节 三相异步电动机的负载运行三相异步电动机的负载运行一负载运行时的物理情况一负载运行时的物理情况 定子三相对称绕组接通三相对称电源，流过三相对称电流，定子三相对称绕组接通三相对称电源，流过三相对称电流，产生旋转磁场，以同步转速产生旋转磁场，以同步转速 0n分别产生感应电动势分别产生感应电动势 切割定，转子绕组，切割定，转子绕组，1E2E和和,转子绕组是闭合的，转子绕组是闭合的，因而产生因而产生 2I1F转子电流转子电流。异步电机负载时，除了定子磁
4、动势。异步电机负载时，除了定子磁动势外，转子电流还外，转子电流还 2F1F2F产生一个转子磁动势产生一个转子磁动势，因此总的气隙磁动势则是，因此总的气隙磁动势则是和和的合成。的合成。转子合成磁动势相对转子的旋转速度为转子合成磁动势相对转子的旋转速度为 若定子旋转磁场的转向为顺时针方向，感应而形成的转子若定子旋转磁场的转向为顺时针方向，感应而形成的转子电动势或电流的相序也必然按顺时针方向排列。由于合成磁动电动势或电流的相序也必然按顺时针方向排列。由于合成磁动势的转向决定于绕组中电流的相序，所以转子合成磁动势的转向决定于绕组中电流的相序，所以转子合成磁动 2F1F势势的转向与定子磁动势的转向与定子
5、磁动势于是转子磁动势在空间的旋转速度为：于是转子磁动势在空间的旋转速度为：1F的转向相同，也为顺时针方向。的转向相同，也为顺时针方向。012226060snPfsPfn4即等于定子磁动势在空间的旋转速度。也就是说，无论异步即等于定子磁动势在空间的旋转速度。也就是说，无论异步电动机的转速如何变化，定、转子磁动势总是相对静止的。电动机的转速如何变化，定、转子磁动势总是相对静止的。二、基本方程式二、基本方程式(一）一）磁动势平衡方程式磁动势平衡方程式负载时，转子磁通势负载时，转子磁通势F F2 2与定子磁通势与定子磁通势F F1 1在空间相对静止，在空间相对静止，其合成磁通势保持定值，此时气隙中的旋
6、转磁场由此合其合成磁通势保持定值，此时气隙中的旋转磁场由此合成磁通势产生，即成磁通势产生，即002nnsnnn5转子磁动势转子磁动势F2与定子磁动势与定子磁动势F1相对静止，得到合成磁动势相对静止，得到合成磁动势F1+F2负载时负载时)(21mmmBFFF空载时空载时)(0010mmmBFF电动机从空载到负载，定子绕组的感应电动势的变化很小，差不电动机从空载到负载，定子绕组的感应电动势的变化很小，差不多和电源电压相平衡。所以，可以近似认为多和电源电压相平衡。所以，可以近似认为0mm于是于是.102mmmFFFF)(21FFFm6于是于是mmmFFFF021)(21FFFm1110.92wmmN
7、 kmFIp7（二）（二）电磁关系电磁关系有效值有效值mwkNfE111144.4mwskNfE222244.4异步电动机的负载运异步电动机的负载运行时的电磁关系行时的电磁关系相量表达式相量表达式mwkNfE111144.4 jskNfkNfEmwmws221222244.4 j44.4 j定、转子的漏磁通在各自绕组中感应产生漏电动势定、转子的漏磁通在各自绕组中感应产生漏电动势1111144.4 jwkNfEskNfkNfEswsWs22212222244.4 j44.4 j8（三）（三）电动势平衡方程式电动势平衡方程式1(jX)mmmmmEI ZIR Zm为表征铁心磁化特性和铁耗的一个综合参
8、数，称为励磁阻抗；为表征铁心磁化特性和铁耗的一个综合参数，称为励磁阻抗；Xm称为励磁电抗；称为励磁电抗；Rm为反映铁耗的励磁电阻。为反映铁耗的励磁电阻。111jEI X 定子漏电抗定子漏电抗222jssEI X 转子漏电抗转子漏电抗skNfkNfEsWsWs22212222244.444.4因此因此sEEs2222sXX ssEEs2222221111)()()(RIEERIEEUss9三、等效电路三、等效电路三相异步电机负载运行时，不但原、副绕组的电动势不相等，三相异步电机负载运行时，不但原、副绕组的电动势不相等，而且频率也不一样（而且频率也不一样（12Sff），为此，得出等效电路，不但要）
9、，为此，得出等效电路，不但要像变压器那样进行绕组折算，还应进行频率折算。像变压器那样进行绕组折算，还应进行频率折算。（一）频率归算（一）频率归算转子相电流为转子相电流为:.2222222sssEsEIRjXRjsX.2222/EIRsjX等式右侧的分子分母同除等式右侧的分子分母同除 以以:s.2I.2sI与与的大小相等，转子转动的相位角的大小相等，转子转动的相位角:2222222tantantan/ssXsXXRRRs等效转子绕组的相位角等效转子绕组的相位角:222tan/XRs用静止的等效转子绕组代替转动转子绕组用静止的等效转子绕组代替转动转子绕组10等效转子绕的转子绕组电阻由等效转子绕的转
10、子绕组电阻由:2R改变为改变为 2/Rs即即 2221RsRRss用静止的等效转子绕组代替转动转子绕组用静止的等效转子绕组代替转动转子绕组再进行绕组归算再进行绕组归算 11（二）绕组折算（二）绕组折算 对异步电机进行了频率归算以后，其定、转子电路的频率对异步电机进行了频率归算以后，其定、转子电路的频率已经相等，情况已与变压器一样了。如果在进行像变压器那已经相等，情况已与变压器一样了。如果在进行像变压器那样的绕组归算，就能得到异步电机的完整等效电路。样的绕组归算，就能得到异步电机的完整等效电路。1.1.电流归算电流归算 像变压器归算一样，设归算后的转子绕组与定子绕组有同像变压器归算一样，设归算后
11、的转子绕组与定子绕组有同样的绕组匝数和绕组系数；归算以后的转子磁动势与归算前样的绕组匝数和绕组系数；归算以后的转子磁动势与归算前相同；归算后的转子电流为相同；归算后的转子电流为 2I1122122220.90.922wwN kN kmmIIpp1112222221wwim N kIIIm N kk111222wiwm N kkm N k为电流变比 12 2.电势归算 设归算后转子电势为 2E归算前后定、转子磁势不变，故主磁通m不变不变221111224.444.44mwwEEf N kf N k 1122222wewN kEEk EN k1122wewN kkN k为电势变比 3.阻抗归算 由
12、于归算前后，转子铜耗应保持不变，可见转子每相电阻折算值 应满足下列式子：应满足下列式子：2R221 22222m I Rm I R2221112222222221 211222111112222222()()wiwwwiewwm N km ImmRRkRRm Immm N km N kN kRk k Rm N kN k22ieRk k R13另外归算前后，转子漏电感储能应保持不变，那么转子每相电感折算值 满足下式2L2L221 222221122m I Lm I L22ieXk k X 频率归算后的频率归算后的定、转子电路定、转子电路14绕组归算后的绕组归算后的定、转子电路定、转子电路（三）（
13、三）异步电动机异步电动机 的等效电路的等效电路15第三节第三节 三相异步电动机的功率和转矩三相异步电动机的功率和转矩一、功率转换过程一、功率转换过程二、功率方程式二、功率方程式1Cu1FeePppP11111cosIUmP 2Cu11 11pm I R2Fe1 mmpm I R212221 22cos/ePm E Im I Rs 式中，式中，U1定子相电压；定子相电压；I1 定子相电流；定子相电流；定子功率因数角；定子功率因数角；转子功率因数角；转子功率因数角；1216eCu2mecPpPmec2()mecPppP22212CuRImpCu2epsP总机械功率总机械功率222eCu21 21
14、22221 2e(1)(1)mecRPPpm Im I RsRs m Is Ps三、转矩方程式三、转矩方程式e20TTTmeceenPPT式中式中 电动机输出的机械转矩；电动机输出的机械转矩；附加损耗转矩；附加损耗转矩；空载转矩；空载转矩；电磁转矩。电磁转矩。2TT0TeT转差功率转差功率2mec20()mecPPppPp17四、电磁转矩公式四、电磁转矩公式2e2e1 2122211cos2ssPRpTm Im E Isf 111e22122coscos2WmTmpm N kTICI 2111T1WkNpmC转矩常数转矩常数18例例6-16-1一台一台2对极的三相异步电动机，有对极的三相异步电
15、动机，有关数据如下：关数据如下：kW10NPV380NUmin/r1452Nn还知道电动机的机械损耗还知道电动机的机械损耗 ，额定负载时的附加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11.33/R 相21.12/R 相7/mR 相AIAIAIm91.3,98.9,42.112119150022rad/s157rad/
16、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emechCu2(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 20第四
17、节第四节 三相异步电动机的工作特性三相异步电动机的工作特性一、工作特性的分析一、工作特性的分析1、转速特性、转速特性)(2Pfn 2、定子电流特性、定子电流特性)(21PfI 3、功率因数特性、功率因数特性)(cos21Pf4、电磁转矩特性、电磁转矩特性e2()Tf Pe02/TTP5、效率特性、效率特性)(2Pf22Cu1FeCu2mechPPppppp21二、工作特性的求取二、工作特性的求取工作特性的求取工作特性的求取 可以用直接负载法，通过做实验求取；也可以可以用直接负载法，通过做实验求取；也可以利用等效电路进行计算。利用等效电路进行计算。22第五节第五节 三相异步电动机参数的测定三相异
18、步电动机参数的测定异步电机中有两种参数：异步电机中有两种参数：（1）空载励磁参数：励磁电阻、励磁电抗、励磁阻抗）空载励磁参数：励磁电阻、励磁电抗、励磁阻抗（2）堵转参数：定子电阻、定子漏抗、转子电阻、转子电抗）堵转参数：定子电阻、定子漏抗、转子电阻、转子电抗231、空载试验、空载试验试验条件：试验条件：（1）轴上不带任何负载；）轴上不带任何负载；（2）异步电动机在额定频率下运）异步电动机在额定频率下运行；行；（3）电压从）电压从1.11.3倍额定值逐倍额定值逐渐降低，直到转速发生明显的变渐降低，直到转速发生明显的变化（转差率明显增大）化（转差率明显增大）获得数据：获得数据：端电压、空载电流、空
19、载功率、端电压、空载电流、空载功率、转速转速一、空载试验及空载时参数的确定一、空载试验及空载时参数的确定空载特性曲线242、励磁参数与铁耗及机械损耗的确定、励磁参数与铁耗及机械损耗的确定异步电机空载时，输入功率补偿定异步电机空载时，输入功率补偿定子铜耗、铁耗、机械损耗：子铜耗、铁耗、机械损耗：mechFeppRImP121110铁耗正比于电压平方，做出铁耗与铁耗正比于电压平方，做出铁耗与机械损耗之和与电压平方的曲线机械损耗之和与电压平方的曲线；延长该曲线与纵轴的相交，该交点延长该曲线与纵轴的相交，该交点所对应的只就为机械损耗值；所对应的只就为机械损耗值；剩余部分就是铁耗值；剩余部分就是铁耗值；
20、mechFeppRImP12111025异步电机空载时，转差率近似为零，异步电机空载时，转差率近似为零，负载引起的附加电阻为无穷大，等效负载引起的附加电阻为无穷大，等效电路开路：电路开路：2101ImpRFem101110010)()(IUjXRjXRjXRZZZmmm20200RZX26二、短路试验及参数的确定二、短路试验及参数的确定堵转时异步电动堵转时异步电动机的等效电路机的等效电路异步电动机的堵转特性异步电动机的堵转特性 SSSSRImRRImP211212111)(222112111RImRImPs27SZSRSX根据短路数据，可以求出短路阻抗根据短路数据，可以求出短路阻抗，断路电阻，断路电阻和短路电抗和短路电抗 SSIUZ112111SSSImPR 22SSSrZX 式中式中 :21RRRS12RRRS21XXXS
