第四篇 异步电动机

B相时轴 C相时轴
I C
单时轴多相量 多时轴单相量
ia 2 I cos t ib 2 I cos( t - 120 )
0
ia ib ic 2I cos t
ic 2 I cos( t 1200 )
四、时－空矢量图

利于简化分析， A，t轴
21
磁势与电流重合， m 与 m B 重合
漏抗公式：X 2 s 2f 2 L2 2sf1L2 sX 2 漏抗也与转差率正比。转速越高，漏抗越小。 考虑到转子绕组的相电阻后： Z 2s r2 jsX 2
转子绕组中的电流
• 转子绕组短路，转子电压为0，感应电势全部加在 转子阻抗上,
I Z I (r jx ) •转子回路电压方程： E 2s 2 s 2s 2s 2 2s
n (1 S )n1
0 n n1
0 S 1
一般而言，额定转差率 S N 0.05 ;
同步转速：n1
60 f1 P
转/分，
电机实际转速：n 转/分
例：某三相50Hz的感应电动机的额定转速 nN 720[r / min] ， 试求该电机的额定转差率和极对数。 解：求极对数，根据公式 n1
60 f1 P n (1 S )n1 (1 0.05)n1 0.95n1
P=1
P=2
所以，极对数
P4
P=3 P=4 P=5
n1 3000 n1 1500 n1 1000 n1 750 n1 600
n1 n 750 720 0.04 额定转差率 S N n1 750
k E E 1 e 2
前面已经得到

A,t相时轴

F 1L F 2

2
m


w1k w1 I 1L w2 k w 2 I 2 2 m1 m2 p p m2 w2 k w 2 1 I 1L I2 I2 m1w1k w1 ki 2
异步电机的电流变比
3、 F 2 相对定子的转速，即空间转速
n 2 n2 n sn1 n n1
'
结论：两个磁势 F1 , F2 总是相对静止，并都以n1转速在 空间旋转，而与转速无关。
单相感应电动机
三相感应电动机
异步电机
结构简单，坚固， 两相感应电动机 成本低，运行性能 不如绕线式 鼠笼式异步电动机 按转子绕组的结构 绕线式异步电动机
通过外串电阻改善电机 的起动，调速等性能
异步电动机的结构
三相感应电动机的结构
一、异步电机的定子
定子冲片
定子线圈
铁心和机座
二、异步电机的转子－－鼠笼转子
电势、阻抗折算
• 电势折算：由于主磁通不变。
4.44 f1w1m k w1 E2 4.44 f1w2m k w2 E2 w1k w1 E2 E2 ke E2 w2 k w2 • 阻抗折算：功率不变。
2 r2' m2 I 2 2 r2 m1 I 2
2 ' 2
m2 I 2 m2 m1w1k w1 r r2 r2 ki ke r2 m1 I 2 m1 m2 w2 k w2
• 绕组联结方式：△接法或者Y接法。
第十七章 异步电机的基本原理
1、异步电机是利用电磁感应作用将功率从定子（原 边）传递到转子（付边），所以从工作原理看，与变 压器类似，故得到的基本方程、等效电路和矢量图与 变压器有很多相似之处。但也有区别。 2、本章先讨论转子静止时的情况，然后讨论转 子旋转的情况。 3、本章主要基波物理量，故，下标“1”代 表定子量，下标“2”代表转子量
二、异步电机的运行状态
根据转差率的正负和大小，异步电机可分为电动机、发 电机和电磁制动三种运行状态。 n1 n S n1
电动机运行状态
发电机运行状态
电磁制动状态
0 n n1 0 S 1
n n1 S 0
n0 S 1
16－2 异步电机结构的主要部件 感应电机类型
按定子绕组供电电源相数
A相时轴
1

a相时轴
1
A,a相时轴

1
m


m
（a相）
m

m

21
21
（A相）

1
E

2
E
1

2
E

E

单时轴，多矢量
3、主磁通在定子绕组中感应的电势：
j 4.44 f W k E 1 1 1 w1 m
主磁通在转子绕组中感应的电势
j 4.44 f W k E 2 1 2 w2 m 12
12
Fm
Fe
c
F2
C
Bm
I I L1 m 1I
B
F1 F m F1L
F 1L 源自文库 2
系统，相位、负载分量
三、电势平衡方程式和电流平衡方程式
1、理解： B m 是空间矢量，m 是时间矢量

2、取主磁通与A相绕组交链的磁通为零的瞬间作为时间的起 点，即t=0时， m （A相）＝0
2
电抗和漏阻抗可同样折算。
折算后异步电动机的基本方程式
E I (r jX ); U 1 1 1 1 1
' ' E1 I 2 r2 jX 2 R st ; E2


I I ( I ) I ; I 1 2 1 1L m I (r jx ) I z E
1 m m m
m m
17-2、转子旋转时的异步电机
一、转子电路
60 f1 n1 F , B • 圆形旋转磁势 m m 的转速为： p
定子绕组感应电势的频率
转子绕组感应电势的频 率
pn1 f1 60 p(n1 n) (n1 n) pn1 f2 Sf1 60 n1 60
转子－－绕线转子
三、 感应电机额定值
• 额定电压UN： (V)，额定运行时，规定加在定子绕组上的线电压； • 额定电流IN： (A),额定运行时，规定加在定子绕组上的线电流； • 额定功率PN： (kW),额定运行时，电动机的输出功率； • 额定转速n： (r/min),额定运行时，电动机的转子转速； • 额定频率fN： (Hz)，规定的电源频率(50Hz)； • 额定效率、额定功率因数等
磁 通
1、主磁通
•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。
• 转子绕组切割主磁通 并在转子中产生感应 电流； • 感应的转子电流在磁 场中受到电磁力的作
用而形成驱动转矩，
使电机旋转。
漏磁通
2、定子漏磁通 X 1 ：槽漏磁，端部漏磁，谐波漏磁
槽漏磁通：由槽的一壁横越至 槽的另一壁的漏磁通
•切割磁力线是产生转子感应电流和电磁转矩的必要条件。
• 转子必须与旋转磁场保持一定的速度差，才可能切割磁力
线。 转差（n1-n)的存在是感应电机运行的必要条件，我们将转差 （n1-n）与同步转速n1的比值称为转差率，用‘S’表示：
n1 n S n1
转差率是感应电机的一个基本参数它对电机的运行有极大影响。 它的大小同样也能反映转子转速，即：
PN 3U N I N cos 3U N I N cos
四、感应电机铭牌
铭牌：型号，额定值，绕组联结方式，生产厂家等 • 型号：Y132S-4,Y--异步电动机；132--机座中心高度 132mm，S--短铁心；4-极数。 • 额定值:正常运行时的主要数据指标。

E
1
E
单矢量，多时轴
m1w1k w1 ki m2 w2 k w2
五、转子绕组的折算 用绕组（m1、w1、kw1）等效替代绕组（ m2、w2、kw2 ） 代替的原则是： •磁势平衡不变 •功率平衡不变 • 电流折算：根据磁势不变：
w2 k w 2 I 2 m1 w1k w1 I 2 0 . 9 0 . 9 p 2 p m2 w2 k w 2 1 I2 I2 I2 m1w1k w1 ki m2 2
第四篇
异步电动机
基本原理：转子与气隙磁场有相对运动－ 感应电势－感应电流－电磁转矩；n不等 于n1－－异步电机；原理讲－－感应电机
优点：
缺点：
第十六章 异步电机的类型和基本结构
16－1 异步电机的作用原理和运行状态
一、工作原理
1、定子上有完全相同的三个绕组AX,BY,CZ,它们在空间上互 差1200电角度，称之为三相对称绕组。 2、转子绕组为闭合绕组； 3、旋转磁场的转速n1称为同步转速：
•转子电流：
E s E 2 2s I , 2s Z 2s r2 jsx2 I2 sE2 r22 ( sx2 ) 2 , sx2 2 tg r2
1
二、 转子磁动势 1、假设相序同前所述
2、转子磁势相对转子的转速
60 f 2 60sf1 n2 sn1 n1 n n p p
4、
I Z I (r jx ) E 1 m m m m m
注意各参数与变压器的差别
由于
有：
k E E 1 e 2 12
2
w2 k w2 F2 m2 I 2 12 p
为了方便，我们将定、转子采用各自的时轴。
A相时轴
I A
t轴
I
I B
60 f 2 s Sn1 相对转子转速： n2 p
转子感应电势的有效值
E2 s 4.44 f 2 w2m k w2 4.44sf1w2m k w2 s(4.44 f1w2m k w2 ) sE2
转子绕组的阻抗 由于转子绕组是闭合的，所以有转子电流流过。 同样会产生漏磁电抗压降。
k E E 1 e 2 12
异步电机的电动势变比
w1k w1 E1 式中 ke E2 w2 k w2

E I r jI x E I Z U 1 1 1 1 1 1 1 1 1 r jI x I R I (Z R ) E2 I 2 2 2 2 2 st 2 2 st
60 f1 n1 P
感应电机的基本工作原理
• 转子绕组的导体处于旋转磁场中; • 转子导体切割磁力线，并产生感应电势，判断感应电势方向;
e2 Blv
• 转子导体通过端环自成闭路，并通过感应电流i2; • 感应电流与旋转磁场相互作用产生电磁力Bi2l; • 电磁力作用在转子上将产生电磁转矩，并驱动转子旋转;
•匝联绕组端部的 漏磁通。
p
60 60
谐波磁势会产生谐波磁通。 f p n
3、转子漏磁通 X 2
f 1
n1
17－1 转子静止时的异步电机
一、定子磁动势和转子磁动势相对静止
1、以三相绕线转子为例；定、 转子极对数均为P; 2、定子接入f1,线电压为 3U1 的三 相电源，则，三相对称电流产生基 n1 60 f1 P 波旋转磁势 F1 ，其转速为： 3、 切割定转子绕组产生电势，转子绕组上感应对称电势， 产生对称电流，产生旋转磁势 F2 ； 4、F1 , F2 共同建立气隙磁场 B m ； 5、F1 , F2 的关系： F1 以同步速n1旋转，如图所示，当定子三相 轴线按A B C次序逆时针排列时，因电流是正序iA iB iC (用综合矢量 I 1 表示 ），则F1 以n1逆时针旋转； F1 产生的磁场 在转子绕组中感应电势的频率 f 2 pn1 60 f1 ，图示，相序为 ea eb ec,对应的电流相序为ia ib ic (用综合矢量 I 2 表示 ）, 所以， F2 也为逆时针方向旋转，其转速 n2 60 f 2 P n1 。 结论：F1 , F2 同转向、同转速、同极对数。
二、磁势平衡方程式合气隙磁场 1、由于 F1 , F2 在空间相对静止，故可以合并为一个合成磁势F m 。 产生气隙中的旋转磁场，故称为激磁磁势。这样，可得到异步 电机的磁势平衡方程式 2、铁耗角 Fe
F1 F2 F m
A
a
F1
3、仿照变压器的分析方法，
I 把定子电流 1I 分解为m I 和 L1 两个分量。 b