电运2006 Chpt 5.3.1 20060416

4) 定 子 一 相 的 电 压 平 衡 方 程 式 ：
(5.3-8)
式 中 Z 1 r1 jx1 称 为 定 子 相 绕 组 的 漏 阻 抗 。 E 1 可 以 看 成 是 I 10 在 激 磁 阻
(5.3-9)
U 1 I10 ( rm jx m ) I10 ( r1 jx 1 ) I10 ( Z m Z 1 )
I1
U1
E1Βιβλιοθήκη A1I2A2
E2
rz rz
. ..
rz
B2
B1
C1
C2
（ a） 定 子 绕 组 连 接 方 式 与 正 方 向
（ b） 转 子 绕 组 连 接 方 式 与 正 方 向
(1)磁势平衡关系
1)转 子 三 相 合 成 旋 转 磁 动 势 转 子 绕 组 经 电 阻 rz 闭 合 ， 旋 转 磁 场 在 转 子 绕 组 上 感 应 电 动 势 便 产 生 转 子 电 流 I 2 、形 成 转 子 三 相 合 成 旋 转 磁 动 势 F2 。 F2 的 幅 值 为 F2 3 2 W 2 k dp 2
(b)转子绕组闭合时相位关系
(c)磁势平衡关系
(d)电流表示的磁势平衡关系
3) 定 、 转 子 绕 组 回 路 电 压 方 程 式 由 于 转 子 堵 住 不 转 ， 成 磁 势 F 产 生 的 主 磁 通 m 在 转 子 绕 组 合 感 应 电 势 E 20 依 然 为 式 （ 5.3-2） 即 ， E 20 j 4.44 f1W 2 k dp 2 m ， 规定的正方向列出转子绕组一相回路电压方程式为 E I ( r jx r )
1 转子静止、转子绕组开路时的电磁关系
相当于变压器，定转子之间没有能量传递，所以分析定子的电磁情况。
r1
I1 I 10
0
x 1
r1
I1
x 1
0
rm
E1
U1
E1
E20
U2
U1
xm
(a)转子绕组开路时的等值电路
(b)定子等值电 路
（1） 定子磁场
当三相异步电动机的定子接至对称的三相电源时，便有对称 三 相 电 流 流 过 定 子 绕 组 ，产 生 定 子 旋 转 磁 动 势 F10 （ 下 标 1 表 示 定 子 ，0 表 示 转 子 开 路 、由 以 后 分 析 知 为 励 磁 分 量 ） 。由 于 转 子 绕 组 开 路 ， 转 子 电 流 I 2 为 零 ， 气 隙 磁 场 由 定 子 旋 转 磁 动 势 F10 产 生 。
r1
I10
U1
(5.3-10)
U1
x 1
r1
I10
x 1
jI10 x1
I10 r1
rm
E1
xm
I10 Z1
E1
E20
U2
E1
Fe
U1
F10
m
E20
(a)转子绕组开路时的等值电路 (b)定子等值电路
E1
2 转子堵转的电磁过程
组 电 阻 上 造 成 电 压 降 U r 1 I 10 r1 。
定、转子一相的电势平衡方程式：
U 1 E1 I10 ( r1 jx 1 ) E1 I10 Z 1 U 2 E 2 抗 Z m 上 的 压 降 即 E1 I 10 ( rm jx m ) I 10 Z m Z m rm jx m 叫 激 磁 阻 抗 。
转子静止转子绕组开路 转 子 堵 转的 电 磁 过程 转子旋转时的电磁关系 电磁转矩和功率 机械特性和运行特性 电磁关系
与“$2.6 变压器原理”的分析方法比较：
“变压器原理” 电磁关系 付边输出开路 （讨论励磁问题） 付边带负载（磁动势平衡；建模：绕组折算，T 型等效电路）
“异步电机 原理”
转子静止转子绕组开路 电磁关系 转子堵转的电磁过程（绕组折算，T 型等效电路） 转子旋转时的电磁关系 （频率折算，T 型等效电路） 电磁转矩和功率 机械特性和运行特性

np
I 1 ， F F10
3 2 W 1 k dp1

np
I 10
代 入 F F1 F2 ， 把 空 间 向 量 关 系 用 时 间 向 量 关 系 表 示 ： 3 2 W 1 k dp 1 3 2 W 1 k d p 1 3 2 W 2 k dp 2 I 10 I1 I2 np np np
2) 气 隙 合 成 磁 势 F 当 转 子 磁 势 F2 出 现 之 后 ， 隙 中 存 在 的 磁 势 是 定 、 子 磁 势 的 合 成 ， 气 转 称 为 气 隙 合 成 磁 势 ， 用 符 号 F 表 示 。 显 然 气 隙 合 成 磁 势 也 与 定 、 转 子 磁 势 保 持 相 对 静 止 ，即 F 在 空 间 的 转 速 是 同 步 速 度 n1 。由 于 F2 的 作 用 ， 定 子 磁 势 的 幅 值 和 相 位 比 转 子 开 路 时 有 很 大 变 化 ， 以 用 F1 表 示 定 子 磁 所 势。异步机的磁势平衡方程式 为，
5.3.1 异步电动机的工作原理
本小节以三相绕线式异步机为例，说明转子静止转子绕 组开路、转子堵转以及转子接负载转动时电动机内部的电磁 过程，由此推导出电机的电路模型。 1 转子静止转子绕组开路时的电磁关系 2 转子堵转的电磁过程 3 转子旋转时的电磁关系
A1 A2
U1
A1
I10
E1
F F1 F2
(5.3-13)
在 通 常 情 况 下 气 隙 磁 场 B 是 由 合 成 磁 势 F 产 生 的 ，只 有 当 转 子 开 路或转子以同步速度旋转时，气隙磁势才单独由定子磁势决定。
由 于 转 子 回 路 闭 合 ， 定 子 电 流 由 转 子 绕 组 开 路 时 的 I 10 变 为 I 1 ， 由 式 （ 5.2-24） F1 和 F 的 幅 值 分 别 为 ， F1 3 2 W 1 k dp1
E 2 0 j 4.44 f 1W 2 k d p 2 m
式 中 ， W1 k dp 1 、 W 2 k dp 2 分 别 为 定 子 、 转 子 每 相 绕 组 的 有 效 匝 数 。 定 义
ke
E1 E2

W1 k dp 1 W 2 k dp 2
(5.3-4)
为异步机的电势变比。电势变比是定、转子相绕组的有效匝数之比。

np
I2
(5.3-11)
由 于 转 子 被 堵 住 ， 其 转 速 n＝ 0， 转 子 绕 组 的 感 生 电 势 与 定 子 感 应 电 势 同 频 率 ， 转 子 电 流 频 率 与 定 子 频 率 也 相 同 。 F2 的 转 向 为 A2 B2 C 2 逆 时 针 方 向 ， 与 定 子 旋 转 磁 动 势 旋 转 方 向 相 同 。 转子磁势在空间的转速同定子磁势的转速，为同步转速 n1 60 f1 / n p 转 子 磁 势 与 定 子 磁 势 同 极 数 、同 转 向 、同 转 速 ，即 定 、转 子 磁 势 同 步 旋 转 ，两 者 在 空 间 相 对 静 止 。定 转 子 磁 势 相 对 静 止 是 产 生稳定转矩、是使电机稳定运行的必要条件。
2 10
10
小 和 相 位 相 同 ） F 产 生 主 磁 通 m ，
I10 F10
Fe
B m I2
I10
F10
F1 m
I1
Fe
B
2
F2
E2 E1
2 E2 E1
2 I2
F2
Fe
F
Fe
I10
a)转子绕组开路时相位关系
I10 产 生 定 子 磁 动 势 F10 ， F10 产 生 主 磁 通 m ， Fe 表 示 由 磁 路 引 起
的 铁 耗 角 。 图 (b)表 示 转 子 绕 组 经 电 阻 闭 合 时 的 相 位 关 系 ， 由 于 有 转 子 电 流 产 生 的 转 子 磁 动 势 F ， I 产 生 合 成 磁 动 势 F （ 与 F 大
.Y .Y
1
C1
2
B
C2
B1 A2
E2
C1
. .
A1 A2 X2 X1
I2
U2
.
.Z
2
B2 B1 B2 C2
Z1
（a）定转子绕组布置示意图
（b）定转子绕组连接方式与正方向
需 要 规 定 正 方 向 。图（ a）是 三 相 绕 线 式 异 步 电 动 机 示 意 图 ，图（ b）是 其 定 转 子 连 接 方 式（ Y 接 ） U 、 I 、 E 分 别 是 定 子 绕 组 的 相 电 压 、相 电 ，
根 据 式 （ 5.2-24） 可 知 ， F10 的 幅 值 为 F10 3 2 W1k dp 1

np
I 10
(5.3-1)
式 中 ，W 1 k dp1 为 5.2.1 节 所 述 的 定 子 每 相 绕 组 有 效 匝 数 。由 5.2.1 节 可 知 ， 由 于 电 流 相 序 为 A1 B1 C 1 ， 所 以 磁 动 势 F10 的 转 向 为 A1 B1 C 1 逆 时 针 方 向 ， 并 以 同 步 转 速 n1 旋 转 。 定 子 磁 动 势 F10 建 立 旋 转 磁 场 B ， 产 生 磁 通 。 根 据 磁 通 经 过的途径及性质， 电机中的磁通分为主磁通和漏 磁通 两大类。 把
1
E 1 jI10 x 1
其 中 x 1 代 表 定 子 一 相 漏 电 抗 。