第五章-异步电机.. 电机及拖动基础第5版,张晓江、顾蝇谷主编,教辅

转子漏 电抗
定子漏 电抗
E jI X I R E jI Z U 1 1 1 1 1 1 1 1 1 sE I R R jI X s E 2s 2 2 2 2 2 I R jX I Z E 1 m m m m m 1 I1 I 2 I m ki
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• ③结果：A.若RΩ=0，则
I2
E2 s R2 jX2 s
→
I2
E2 R2 / s jX2
'' 代表静止转子电路中电流，其有效值与相位 • B. I 2 ' I 角均与 2 相等，即R2/s代替R2即可
( R2 / s) X R ( X 2 s) 附加电阻 X2 X 2s 机械功率 arctg arctg 2 R2 / s R2 R2 1 s • C.转子电阻的变化： s R2 s R2

0.9
m1 N1kW 1 m N k I1 0.9 2 2 W 2 I 2 2 p 2 p m Nk 0.9 1 1 W 1 I m 2 p
' 1 I I 2 2 ki
ki m1 N 1 k w1 m2 N 2 k w 2
负载电 流
I m I1 I 2
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• 几种异步电动机的典型运行情况
• 1、空载运行
• n≈nN→s ≈0 → • 即转子相当于开路，定子电流İ1滞后于Ú1约90º电 角度，故空载运行时cosφ1滞后且小
1 s R2 s
• 2、额度负载下运行
' ' / s 20R2 • sN ≈0.05→ R2 →转子电路基本上是电 阻性的→ －İ2>> İm → cosφ1 ≈0.8~0.85，较高。 • 总的来说İ1 Z1不大，故E1及Φm比空载时略小

I2
' 2
m2 N 2 k w 2 1 I2 I2 m1 N1k w1 ki
'2 ' m1 I 2 R2 m2 I 22 R2
N1k w1 E E2 ke E2 E1 N 2 kw2
' R2 ke ki R2
1 1 '2 ' m1 I 2 L2 m2 I 22 L2 2 2
6
• （二）磁动势平衡
• 1、磁动势
• F2与F1相对静止→合成磁动势Fm，即 ) • 负载时：F1+F2 = Fm → Bm( m ) • 空载时： F10 = Fm0 → Bm0( m0
• 2、磁动势平衡状况
• ①工程公式： F1+F2 = Fm≈ Fm0 → m • 或者 F1= Fm+(-F2)
• 2、原因
• 克服定转子电路中频率不同而带来的分析与计算 上的困难。
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• 3、原则
10.19 15 2.56
• ①进行代换后，转子电路对定子电路的电磁效应 不变，即F2不变。 • ②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。
• 4、方法
• ① 方法 ：用静止的转子电路代替实际转动的转子 电路 • ②原因：A.定转子磁动势相对静止 • B. 相矢图中 F2 的幅值与空间位移角决定于转子电 流有效值和时间相位角
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• ⑥由电磁感应定律知感应电动势滞后于磁链 90° 电角度，当Bm在A相绕组轴线位置时， Ė1在水平 位置。 • ⑦在相矢图中， Ė2s滞后Bm90º ， İ2与F2相位相同， 在空间上滞后于Bm的电角度为90º +φ2
• （三）电磁关系
异步电 动机的 负载运 行时的 电磁关 系
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→ Ė1和Ė2s • Fm建立气隙主磁场Bm→ m • 有效值 E1 4.44 f1N1kw1 m
E2s 4.44 f 2 N2kw2m j 4.44 f N k • 相量表达式 E 1 1 1 w1 m j 4.44 f N k j 4.44 f N k s E 2s 2 2 w2 m 1 2 w2 m • 定、转子的漏磁通在各自绕组中感应产生漏电动势。 j 4.44 f N k E 1 1 1 w1 1 j 4.44 f N k j 4.44 f N k s E 2s 2 2 w2 2s 1 2 w2 2s
L'2 ke ki L2
' X2 k e ki X 2
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• 5、绕组归算后定转子电路图
绕组归算后的定、 转子电路
• （三）异步电动机的等效电路
• 经过归算后，定子、转子的电动势方程式
E I R jX E I Z U 1 1 1 1 1 1 1 1 ' ' ' 1 s ' ' ' ' ' 1 s ' Z ' E2 I 2 R2 I 2 R2 jX 2 I 2 R2 I 2 2 s s
• ②含义：
F1=
{
(-F2) + Fm
抵消F2
m 产生
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• ③ 理由 ：电动机从空载到负载，定子绕组的 Ė1 变 化很小，差不多和电源电压U1N相平衡，从而可以 近似认为
• 2、电磁量的相矢图
• ① 定义 ：电机运行过程中电磁量相互之间关系的 一种图形描述方法 m m0 • 注意 ：矢量间关系绘制在矢量图中，相量间关系 绘制在相量图中 • ② 理由 ：磁动势和磁场可用同步角速度 ωs 旋转的 矢量表示；而产生磁动势和磁场的电流为相量， 其变化的角频率为ω，ω=ωs
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E E 1 2
• 磁动势方程式 I I I 1 2 m I Z • 励磁支路的电动势方程式 E 1 m m • 从而有
' 1 s ' Zm Z2 R2 s I Z U 1 1 1 ' 1 s ' Zm Z2 R2 s
• 二、基本方程式
• 异步电动机运行时电磁关系与变压器类似
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• （一）磁动势平衡方程式
• 负载时
F1 F2 Fm
m1 N1kW 1 F 0 . 9 I1 1 2 p m1 N1kW 1 F 0 . 9 Im m 2 p F 0.9 m2 N 2 kW 2 I 2 2 2 p
2 2 2 2 2 2
I2
E2

E2 s
I2
频率归算后的 定、转子电路
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•
征了异步电机转子输入输出功率功率 • 0<s<1，输出机械功率 • -∞<s<0，输入机械功率
1 s 2 1 s 在附加电阻 s R2上产生的功耗 I 2 s R ，实质上表 2
• （二）绕组归算
• 1、原因
• 定转子绕组匝数不等，电动势不等
• 2、方法
• 用一个相数、每相串联匝数和绕组因数与定子一 样的绕组代替相数为m2、每相串联匝数N2和绕组 因数为kw2并经过频率归算的转子绕组
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• 3、符号标记
• 在原有符号上加“′”表示
• 4、结果
m1 N1kW 1 m2 N 2 kW 2 0.9 0.9 I2 I2 2 p 2 p ' ' m1步电动机运行时基本方程式
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• 一、异步电动机的等效电路
• 归算步骤：频率归算→绕组归算
• （一）频率归算
• 1、定义
• 在保持整个电磁系统的电磁性能不变情况下，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。 • 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。
3
• （一）转子磁动势分 析
绕线 型转 子 对称 三相 电流 转子 磁动 势F2
笼型 转子
对称 多相 电流
笼型转子 的磁动势
4
• 1 、转子磁动势 F2 的旋转方
向
• 如图，绕组A-B-C按反时针排列 • 磁场按逆时针方向 旋转 →→ 转子电流相序为 a-b-c →→ 转子磁动势 F2 的旋转方向 也按照相序 a-b-c ，即：按逆时 针方向。
负载时定子、转子磁 动势和电流的相矢图
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• 注 ：在时空矢量图中，定子电流三相对称，因此 只用A相电流分析
• 3、相矢图分析
• ①磁滞和涡流的作用，将使Bm滞后Fm电角度αFe • ②当Bm在A相绕组轴线上时，ψm有做大值， 也有 m 最大值 与 必然是正弦时 • ③当Bx为正弦空间函数时， m m 间函数 • ④前者矢量表示，后者用相量表示 和 时间相位是一致的，故 • ⑤ Bm空间位移与 m m 可画在一起
旋转时异步电 动机的电路
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第二节 三相异步电动机的等效电路 及相量图
• 转子静止电动势与定子电动势的关系
•
N 2 kW 2 N 2 kW 2 1 E2 j4.44 f1 N 2 kW 2 m j4.44 f1 N1kW 1 m E1 E1 N1kW 1 N1kW 1 ke N1kW 1 ke 为电动势比 N 2 kW 2

• 其中X2s=2πf2L2σ =2πf1L2σs =sX2 ， E2s=4.44f2N2Kw2Φm =4.44f1N2Kw2Φms= sE2 •
11.23 14 04:00
异步电动机负载 时基本方程式
转子静止 电动势
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转子静止 漏电动势
• E2σs=4.44f2N2Kw2Φ2σs=4.44f1N2Kw2Φ2σs s=sE2σ • 笼型转子时RΩ=0。 • 由此可得笼型转子的异步电动机电路
E jI X I R E jI Z U 1 1 1 1 1 1 1 1 1 sE I R R jI X s E 2s 2 2 2 2 2 I R jX I Z E 1 m m m m m 1 I1 I 2 I m ki
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• ③绘制方法：如下图，A相电流达到最大值。 • A. 此时矢量图中F1位于A相绕组轴线上；相量图 中A相İ1A与时间参考轴重合。
两极异步电动机的定 子、转子绕组示意图
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• B.矢量、相量在各自图中以相同角速度旋转，故 在任何瞬间转过的角度相同 • C.将时间参考轴与A相绕组轴线重合，从而就可以 使矢量图与相量图重合在一起，如下图
接入电源
5
• 2、F2转速的大小
n ns
“–”
ns-n
p对极
f2
pns n pns ns n f2 sf 1 60 60 ns
• f2称为转差频率。 • 频率为f2的转子电流对称→转子磁动势F2旋转且与 F1方向相同，相对于转子的转速为Δn →相对于定 子的转速为Δn+n=ns • 结论： F2与F1在空间保持相对静止，无相对运动
转子 旋转
电磁 转矩
安培定 律
2
• 2、空载运行
• ①定义：轴上没有任何负载 • ②物理状态：n≈ns, İ2≈0
• 3、负载运行
• • • • ①物理状态：n↓<ns, I2增大。 负载→ n↓→Δn↑→Ė2s↑→İ2↑>0→F2 ②气隙磁场：F2将影响气隙磁场 11.18 09 13 06:00
I I I 1 m 2
电流比
励磁电 流
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• （二）电动势平衡方程式
E E I R U 1 1 1 1 1 E I R R E
2s 2s 2 2
• 根据基尔霍夫定律，可得出

jI X E 1 1 1 jI X E 2s 2 2s
第五章 异步电机（二） ——三相异步电动机运行原理及 单相异步电动机 第一节 三相异步电动机运行时 的电磁过程
• 一、异步电动机负载时的物理情况
• 1、电磁变化过程
1
对称 三相 电源
三相 绕组
对称 三相 电流
同步 旋转 磁动 势 F1
旋转 气隙 主磁 场 Bm
切割 定子 绕组 切割 转子 绕组
定子 电动 势 转子 电动 势 转子 对称 电流