第五章 异步电机二(1)

1重庆大学自动化学院电机学及拖动基础2第五章异步电机（二）三相异步电动机的运行原理3主要内容•第一节三相异步电动机运行时的电磁过程4第一节运行时的电磁过程•定子绕组接到对称三相电源U1，产生对称三相电流I1；•形成按正弦分布、以转速ns旋转的定子合成磁动势F1；•建立旋转的气隙主磁场Bm；•气隙旋转磁场切割定、转子绕组，产生对称三相感应电动势E1、E2s；•转子回路中通过对称三相电流I2；•在气隙磁场和转子电流相互作用下，产生电磁转矩，转子随着旋转磁场方向转动。一、异步电动机运行时的物理情况5•空载运行时：n≈ns，Δn≈0，E2s≈0，I2≈0——建立Bm的励磁磁动势Fm0就是定子绕组产生的三相基波合成磁动势F10，即Fm0=F10异步电动机空载运行时的电磁关系•负载运行时：nns，Δn增大，E2s增大，I2增大——转子电流I2也将形成转子磁动势F2•F2的性质？与F1的关系？对气隙主磁场的影响？第一节运行时的电磁过程6•绕线型：转子绕组为对称三相绕组，转子电流是对称三相电流，形成的磁动势无疑是旋转的。•鼠笼型：导条形成一种对称的多相绕组（一般每对极下的导条数就是相数），转子感应电势为对称多相电动势，转子电流为对称多相电流，形成的合成磁动势？——用矩形磁动势波叠加法分析，也是旋转的。1、转子磁动势的分析•结论：转子磁动势是一种旋转磁动势，且近似按正弦规律分布。笼型转子的磁动势第一节运行时的电磁过程71）F2的旋转方向？•若定子电流相序A-B-C，产生逆时针方向的旋转磁场•由于nns，因此旋转磁场在转子中感应电动势相序为a-b-c，则转子电流相序也为a-b-c•由转子电流形成的旋转磁动势F2的方向也是按a-b-c的相序转子绕组的相序•结论：转子磁动势F2与定子磁动势F1的旋转方向相同。第一节运行时的电磁过程82）F2的转速大小？•旋转磁场以Δn=ns-n的相对转速切割转子绕组•转子绕组中感应的多相电动势和电流的频率f2为：•结论：转子磁动势F2与定子磁动势F1的转速是相同的，均为ns——也就是说，F2与F1在空间上保持相对静止。21()6060sssspnnpnnnfsfn第一节运行时的电磁过程260ssfnnnp•转子磁动势F2相对于转子的转速为ns-n，转子相对于定子的转速为n•转子磁动势F2相对于定子的转速为ns9•F2与F1相对静止，因此气隙内产生的旋转磁场是定、转子的合成磁动势建立的：F1+F2负载时——空载时——•由变压器知识，一次绕组感应电势与电源电压只差一个漏阻抗压降。而异步电机正常运行时电源电压为U1N，故可认为电动机从空载到负载的过程中，定子绕组内的感应电势E1近似不变，由此可认为：2、磁动势平衡12mmmFFFB10000mmmFFB0mm第一节运行时的电磁过程10•磁动势平衡关系：或：•表明：负载时异步电动机的定子磁动势F1包含两个分量•一个是产生气隙内主磁通的励磁磁动势Fm•另一个是抵消转子磁动势作用的（-F2）120mmmFFFF12()mFFF异步电动机负载运行时磁动势的平衡关系第一节运行时的电磁过程11•磁动势和电流的关系——相矢图（时空矢量图）•旋转磁动势及磁场可用一种以同步角速度ωs旋转的矢量表示；•对应的电流可用数值上等于同步角速度ωs的角速度ω旋转的相量表示；•由于旋转磁动势与对应电流有一定的时空关系——当某相电流达到最大值时，旋转磁动势幅值正好位于该相绕组的轴线上•如果人为地把时间参考轴放在A相绕组的轴线上，则F1与始终是重合的——即人为地将相量图与矢量图合并，用相矢图分析•F2、F1与对应电流的关系？它们之间的相互关系？第一节运行时的电磁过程1AI12•负载时定子、转子磁动势和电流的相矢图：（考察Bm位于A相轴线的瞬间）•由于磁滞和涡流损耗的存在，Bm滞后Fm一个铁耗角αFe•由电磁感应定律，感应电动势滞后于绕组磁链90o电角度•F2在空间上滞后于Bm的电角度为•Fm与-F2相加，得到F1•在相矢图中，电流相量与对应磁动势矢量的方向一致290第一节运行时的电磁过程13•励磁磁动势Fm建立气隙内主磁场Bm，其主磁通为•主磁通分别在定、转子绕组中，感应出对称的定子电动势和转子电动势：——有效值分别为：——相位上均滞后90o电角度——与的相量表达式分别为：3、电磁关系mm1E2sEm1E2sE111122224.444.44wmswmEfNkEfNk111122221224.444.444.44wmswmwmEjfNkEjfNkjfNks第一节运行时的电磁过程14•定、转子电流产生的漏磁通在各自绕组内感应出漏电动势和：•定、转子绕组中还有因电阻而产生的电压降和。1E2sE111112222212224.444.444.44wswswsEjfNkEjfNkjfNks11IR22IR异步电动机负载运行时的电磁关系第一节运行时的电磁过程15二、基本方程式•由磁动势与相电流的关系：1、磁动势平衡方程式1212()mmFFFFFF11111111222220.920.920.92wwmmwNkmFIpNkmFIpNkmFIpm1——定子绕组的相数m2——转子绕组的相数Im——对应于励磁磁动势的励磁电流第一节运行时的电磁过程16•在相矢图中，磁动势矢量的方向与电流相量的方向一致，磁动势平衡方程式也可以写成：211111112220.920.90.922wwmwNkNkNkmmIIpmIpp令，并使221IkIi111111111120.0.90.92229wwmwNkNkNkmmIIppmIp原则——变换前后转子磁动势保持不变，即：2211212220.90.922wwNkNkmmFIIpp第一节运行时的电磁过程其中：111222wiwmNkkmNkki——异步电动机的电流比17•可见，负载时异步电动机的定子电流可看成由两部分组成：•Im——励磁电流分量，产生气隙主磁通；•I'2——负载电流分量，抵消转子电流所产生的磁效应。•从而，得到用电流相量表达的磁动势平衡方程式：1212mmIIIIII第一节运行时的电磁过程18•由负载运行时的电磁关系，可列出异步电动机定、转子绕组的电动势平衡方程式：2、电动势平衡方程式111112222()()()()ssUEEIREEIRR式中，RΩ——转子绕组的外加电阻，笼型转子RΩ=0第一节运行时的电磁过程19•和变压器一样，把感应电势和漏电动势、作为电压降来处理，即：Zm——励磁阻抗，表征铁心磁化特性和铁耗的综合参数Rm——励磁电阻，反映铁耗Xm——励磁电抗，反映气隙主磁通X1——定子漏电抗，表征定子绕组漏磁通磁路特性X2s——转子漏电抗，表征转子绕组漏磁通磁路特性1(jX)mmmmmEIZIR111jEIX222jssEIX第一节运行时的电磁过程1E1E2sE20•转子漏电势的有效值：2222212224.444.44swswsEfNkfNks•转子不动时，n=0、s=1，f2=f1，用E2σ表示转子不动时的转子漏电势有效值：•转子转动时，转子漏电势有效值：212224.44wEfNk22sEEs22sXXs•转子绕组漏电抗也有这种关系：•同理，转子电动势的有效值：•其中，E2表示转子不动时的转子电动势有效值222212224.444.44swmwmEfNksfNkEs第一节运行时的电磁过程21•定、转子绕组的电动势平衡方程式可改写成：111111222222()sUEIRjIXEEsIRRjIXs•若外加电阻RΩ=0，异步电动机旋转时定、转子电路图：•可见：此时定、转子绕组的相数、有效匝数、电动势和电流的频率均不相同——定、转子电路还不能连接起来。第一节运行时的电磁过程22•异步电动机负载时的基本方程式：111111111UEIRjIXEIZ222222()sEEsIRRjIXs1(X)mmmmmEIRjIZmiIIkI2112222112122111111114.444.44其中，ke——异步电动机的电势比111222wewNkEkNkE第一节运行时的电磁过程23本节要求•掌握三相异步电动机运行时的电磁过程•转子磁动势：性质、方向、转速、与电流的时空关系•三相异步电动机空载、负载时的电磁关系：关系图•三相异步电动机的基本方程式：旋转时的电路图24第五章（1）结束