电机学第5章 异步电机基本理论

仅
32
二、转子堵转时的电磁关系
– 异步电机正常运转时总是要旋转的，但是在转子不动
用 时，各种电磁关系也存在。先分析转子不动时的情况
，有助于理解其电磁物理过程
使 – 从电路分析角度来看，转子静止时的异步机的电路与 习 变压器副边短路时的变压器的电路相似
学 供 仅
33
– 定转子基波磁动势空间相对静止
8
定子铁心
用
转子铁心
使
习
学
供
仅
9
用 使 习 学 供 仅
10
用 定子冲片 使 习 学 供 仅
11
定子
使用 线圈 习 学 供 仅
12
用 使铭牌 习 学 机壳 供 仅
13
用 – 转子 • 转子铁心：由硅钢片叠成，也是磁路的一部分 使 • 转子绕组： –笼型转子：转子铁心的每个槽内插入一根裸导 习 条，形成一个多相对称短路绕组。 –绕线转子：转子绕组为三相对称绕组，嵌放在 学 转子铁心槽内。 • 其他部件：轴，轴承，风扇等 供 仅
用 通大小的主要因素
– 比如，槽口宽在槽口漏磁通小；端部长，则端部
习使 漏磁通大 学
供 仅
26
用 – 励磁电流与励磁磁动势 • 异步电动机转子绕组开路时的定子电流与变压器一 使 样，由两部分组成 » 用来产生主磁通 0 的无功分量 I0r 习 » 用来供给铁心损耗的有功分量 I0a I0 I0r I0a 学 由于I0r I0a，所以I0基本为一无功性质电流，即I0 I0r 供 仅
学习 子导体感应电动势和电流。 供 3.电磁力：转子载流（有功分
量电流）体在磁场作用下受电
仅 磁力作用，形成电磁转矩，驱
动电动机旋转。
3
4、转差率
同步电机的转速n1转子转速n之差(n1 n)和同步转速n1的比值称为转差率s :
用 s n1 n n1
使 转差率是异步电机的一个基本物理量,它反映电机的各种运行情况。 习 转子未转动时，n 0, s 1; 电机理想空载时，n n1, s 0。 学 作为电动机，转速在 0 ~ n1 范围内变化，转差率在0~1范围内变。
用 – 主磁场性质不同：异步电动机为旋转磁场，变压 使 器为脉动磁场 习 – 由于存在气隙，异步电动机I0%为20%-30%，而
变压器的仅为2%-10%
学 – 由于存在气隙，异步电动机漏抗较变压器的大
– 异步电动机通常采用短距和分布绕组，计算时需
供 考虑绕组系数，变压器则为整距集中绕组，可认
为绕组系数为1
仅
22
– 主、漏磁通
• 为了便于分析，根据
用
磁通路径和性质不同 ，异步电动机的磁通 分为主磁通和漏磁通
• 主磁通同时交链定、
使 习
转子绕组，其路径为 ：定子铁心→气隙→
学 转子铁心→气隙→定 供 子铁心
仅 • 主磁通起传递能量的 作用
23
• 基波旋转磁场产生的经过气隙，同时匝链定子和转子 绕组的磁通叫主磁通
负载越大，转速越低，转差率越大；反之，转差率越小。转差率的大小
供 能够反映电机的转速大小或负载大小。电机的转速为： n (1 s)n1
仅 正常运行时，转差率一般在0.01~0.06之间，即电机转速接近同步速。
4
三、异步电机的三种运行状态
用 根据转差率的大小和正负, 异步电机有三种运行状态。
状态
实现方法
习
s1
E 1
学
I0 R1
供 可见，异步电动机转子绕组开路时的电磁关系与变压器空
载时非常相似。
仅
29
用 – 感应电动势
与变压器一样,主、漏磁通在定子绕组上感应的电动势
分别为：
使 E1 j4.44 f1N1kdp1 m 习 E1 jI0X1
学 E2 j4.44 f1N2kdp2m
供 式中N2和kdp2分别为转子每相绕组串联匝数和绕组系数； 仅 鼠笼式异步电机的N2=0.5, kdp2=1。
14
用
使
习
笼型转子
学
供
仅
15
用
使
习
绕线转子
学
供
仅
16
用 – 气隙 • 电机气隙是实现电机能量传递的媒介
使 • 电机气隙磁场的变化情况反映电机的整体性能
• 气隙的尺寸的设计需要考虑电机性能的影响和加工
工艺的水平
习
学 气隙
供
仅
17
二、 异步电动机的铭牌数据
（一）、型号 例:
用 使
习
学
供
仅
18
（二）、额定值
（励磁磁动势）的基波分量，以恒幅、恒速在空间
使 旋转轨迹为一圆，从而产生磁通
习 •
磁动势的幅值：F1
3 2
F
m1
3 2
4
2 2
N1 Kdp1 p
I0
学 • 磁动势的转向：若电流的方向是Ａ，Ｂ，Ｃ相的相 序，则磁势的转向为Ａ，Ｂ，Ｃ
供 • 磁动势的转速：相对于定子以同步速度在旋转
• 异步电动机相当于一台二次绕组开路的三相变压器
I1 (三相系统) I2 (多相系统)
F1
学习 F2
F0
m
• 定子三相对称绕组中，流过频率f1的三相对称电流I1，
用 产生圆形旋转基波磁动势F1，相对于定子绕组的转速为 使 同步转速n1，n1＝60f1/p，转向为从超前电流相绕组轴 习 线转向滞后电流相绕组轴线。
• 定子旋转磁场→切割转子绕组，产生频率为f2( f2 ＝f1) 的三相对称感应电动势→在闭合的转子绕组中产生三
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• 磁动势平衡方程式与电流变比 – 由于定、转子磁动势F1与F2空间保持相对静止，
用 故可以合成为一等效的励磁磁动势： 使 F1 F2 F0
习 m1 π
2
N1kN1 p
I1
m2 π
2
N 2 k N2 p
I2
m1 π
2
N1kN1 p
I0
学 I1
I2 ki
I0
I1L
I
，
0
仅供 其中ki
m1 N1k N 1 m2 N2kN 2
E1
I2 R2
I1Z1 jX
2σ
I0 I1 I2
E1 E2
E1 I0Zm
41
• 等效电路 – 经折算后，同变压器类似，可得异步电动机在转
使用 子静止时的T型等效电路。 习
学 供 仅
42
第四节 转子旋转时的异步电机
– 负载运行时的电磁关系
用 R1I1
使1
E 1
U1 (三相系统)
使 波磁通不会产生有用的转矩。尽管谐波磁通也能同时匝链定子
和转子绕组，也将其归入漏磁通 • 漏电抗：漏磁通在定子绕组中会感应漏磁电势，该电势用漏抗
压降表示：Es1 jI0 X1 其中X1称为漏电抗
学习 • 转子绕组通过电流时，也会有漏磁通。对应的漏抗电势 供
仅
25
• 影响漏电抗大小的因素 – 电流频率，绕阻匝数，漏磁路的磁阻是决定漏磁
第五章 异步电机基本理论
第一节 三相异步电动机的工作原理和运行状态
一、 异步电机的用途和分类
用
使 ★用途：异步电机主要用作电动机，是应用最广泛的一种电
动机，厂矿企业，交通工具，娱乐，科研，农业生产，日常
习 生活都离不开异步电动机。
★类型：异步电机主要分为：鼠笼式异步电动机，绕线式
学 异步电动机和深槽异步电动机三大类。
称为异步电机的电流变比
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m1
使用 π
2
N 1k N1 p
I1 L
m2 π
2
N 2kN2 p
I2
0
习 I1L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I1分成I0和I1L两个分量：I0是励
学 磁电流用于建立电机铁心中的主磁通Φm，I1L是负
载分量用于建立磁动势F1L去抵消二次侧磁势F2。
27
用 • 此时定子电流 I0 产生的旋转磁动势为励磁磁动势 F0 – 其基波幅值为：
+j +A1 ,+A 2
IFe
I0
I
1
F0
B
使
习3 4
F0 2
2 2
N1kdp1 p
I0
学
E 2 E 1
供
仅
28
– 电磁关系
U1 (三相系统)
I0 (三相系统)
使用 F0 (三 相 合 成)
m
E1 E 2
20
二、转子不转、转子绕组开路时的电磁关系
– 转子不转且转子绕组开路
用
使 将定、转子空间坐标纵轴选在A相绕组的轴
线上，并使+A1与+A2的夹角为α0，这样+A1、 +A2也是定、转子A相电势的正方向。
习
学
供
仅
21
用 – 励磁磁动势 • 由于转子绕组开路，没有电流，不会产生转子磁动
势，作用在磁路上只有定子三相电流产生的磁动势
使用 与F1可以Fm空间F矢1 量F合2→成B为m一→等Ф效m 励磁的磁动势Fm。即
– 电磁关系
习 I1R1
U1
I1
学F1
1
供 + Fm
I2
F2
Bm
E1 N1 E1
m N2 E2
仅
2
E2
I2 R2
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– 电压、磁动势平衡方程
• 电压平衡方程式与电动势变比
用
使
习
学
供 仅 U1U 1E1E 1I1(RI11 Z1 jX1)
额定电流IN ( A)
在额定运行状态下流