华北电力大学电机学87讲异步电机(2)运行原理

第十六章三相异步电动机的运行原理第三篇异步电机1.理解转子静止和旋转时的电磁关系和物理过程2.掌握转子绕组归算（折算)的目的、原理和方法3.掌握转子磁动势的相对转速，理解转子旋转时异步电动机定、转子磁动势保持相对静止的原因；4.掌握归算后的基本方程式、相量图和等效电路5.掌握空载试验和短路试验的原理、方法和参数计算6.了解笼型异步电动机转子的极数、相数和匝数本章基本要求三相异步电动机的运行原理概述转子静止时的异步电动机转子旋转时的异步电动机笼型转子的极数、相数和匝数异步电动机的参数测定主要内容三相异步电动机的运行原理定性分析定量计算简介：分析异步电动机运行中的电磁过程，研究各电磁量之间的相互关系，得出异步电动机的等效电路，建立定量分析异步电动机的理论基础。16.1概述三相异步电动机的运行原理异步电机与同步电机的主要联系•相同点：借助于电磁感应作用传递能量•不同点：1.同步电机的转子磁场是由通入的直流产生的；异步电机的转子磁场是由转子感应电流产生的。2.在对称稳态时，同步电机气隙磁场只在定子中感应电动势，为单边感应（直流电机与其类似）；异步电机气隙磁场在定、转子两边都感应电动势，为双边感应（变压器与其类似）研究对象：首先分析三相对称且稳态运行的绕线转子异步电动机，任取一相或一个量进行分析。仅考虑基波的作用，不考虑高次谐波的影响，最后对笼型电动机的一些特殊问题进行分析。规定正方向：•定、转子各相电气物理量的规定正方向和变压器相同•磁动势、磁通的规定正方向为由定子到转子的方向；•定、转子A和a相绕组的轴线分别为＋A和＋a。规定＋A为计算空间角度的起点，假设在转子静止状态下＋A在＋a前电角度。16.1概述三相异步电动机的运行原理0规定正方向16.1概述三相异步电动机的运行原理图16-1异步电机的规定正方向XAax01U2U1I1E2I2E+a+AXCzBAYZObaxcy00on1e2、i2正方向e1、i1正方向气隙磁场旋转方向研究目的便于和已经熟悉的变压器进行对比，且具有实际意义，因为移相器、感应调压器就是不转的异步电动机。研究对象两种转子静止的情况：转子绕组开路和转子堵转16.2转子静止时的异步电动机三相异步电动机的运行原理16.2转子静止时的异步电动机三相异步电动机的运行原理一、转子绕组开路转子电流为零，相当于调压器副边开路。电磁过程三相三相主要关系1U0I0F1m()B22EU1E101EjIx＝－101UIr与－平衡•磁动势F0主磁通：由电动机的磁化特性确定•磁动势电流•电动势、主磁通•电动势电流m0F0I1E2E1E0Im(一)磁动势电流1.幅值：2.相位：16.2转子静止时的异步电动机三相异步电动机的运行原理一、转子绕组开路0F0I1110042()22wwkmFIp安/极+A0F1B+a0+t0AI（）0I+A0F1B+a0+t0AI10CI0BI图16-2磁动势与电流􊎈的相位关系0F0I(二)电动势、主磁通16.2转子静止时的异步电动机三相异步电动机的运行原理一、转子绕组开路1.频率：2.大小：1）定子电动势1U0I0F1m()B21Ef（）11Ef（）101EjIx＝－1E2E11260pnff三相三相Am1111m1sinsinwtwkt＝11A1111m111111m1m1cos2sin(94.440)d2d＝-m(二)电动势、主磁通16.2转子静止时的异步电动机三相异步电动机的运行原理一、转子绕组开路2.大小：2）转子电动势气隙磁密转过（90°＋）空间电角度时，转子a相绕组磁链最大，当时，􊎈应落后于时轴（90°＋）电角度，而落后于计时起点。1E2Eam21022m10sin()sin()wtwkt＝a2122m102112201222mmcos()4.442sin(90)d2d＝-B010t0a0m(二)电动势、主磁通16.2转子静止时的异步电动机三相异步电动机的运行原理一、转子绕组开路2.大小：3）电动势比（有效匝比）：3.相位1）定子电动势：m1E2E111e222＝111m4.44wEjfwkΦ+tAm()11E定子电动势落后于定子磁链90°+AXAω10B图16-3定子绕组A相磁链和电动势相位(二)电动势、主磁通16.2转子静止时的异步电动机三相异步电动机的运行原理一、转子绕组开路3.相位2）转子电动势：1E2E012ejEEek转子电动势的大小是定子电动势的1/ke倍，其相位决定于转子的位置，根据这一原理，可制成移相器图16-4定、转子绕组A(a)相磁链和电动势相位+a+AXAax0Bω10+tA11E2Ea00m旋转磁场切割定子绕组感应电动势0I1Em0F111m4.44wEjfwkΦ10mEIZmF0激磁阻抗Zm把与联系起来磁动势作用在主磁路上产生主磁通0I1E三相电流通过三相绕组产生磁动势11001.35wwkFIp(三)电动势电流16.2转子静止时的异步电动机三相异步电动机的运行原理一、转子绕组开路原理和思路：F0∝I0，E1∝，但磁动势F0与主磁通却是非线性关系，不易用解析式表示。为了跳过非线性的磁场问题，把磁场的问题转化成电路的问题，和变压器一样，引入一个激磁参数Zm，直接把I0与E1联系起来，这个参数称为激磁阻抗。1E0Imm(三)电动势电流16.2转子静止时的异步电动机三相异步电动机的运行原理一、转子绕组开路表达式：1E0I100mmmEIrjxIZ激磁参数物理意义：Zm＝rm＋jxm——激磁阻抗；rm——激磁电阻或铁耗等效电阻xm——激磁电抗。210fempmIr讨论：1）xm是对应于气隙主磁通的电抗，与气隙大小、电源频率、绕组匝数、主磁路铁心材料、尺寸以及磁路饱和程度有关。气隙大，磁导小，激磁电流大，故气隙越小越好。2）尽管激磁阻抗的物理意义与变压器的相似，但在数值大小上和变压器的相差较大，尤其是激磁电抗。变压器的主磁通几乎不经过气隙，主磁路的磁导大，激磁电抗大，相应的激磁电流就小，其标么值为0.01—0.1；而异步电动机的主磁通两次经过气隙，主磁路的磁导小，激磁电抗小，相应的激磁电流就大，其标么值为0.2—0.5。(四)方程式、相量图和等效电路16.2转子静止时的异步电动机三相异步电动机的运行原理一、转子绕组开路方程式：相量图：0110111012210m1111m12e()4.44wjUEIrjxEIZUEEIZEjfwkΦEEek2Em0I1E01jIx1U01Ir1E0图16-5异步电动机转子绕组开路时的相量(四)方程式、相量图和等效电路16.2转子静止时的异步电动机三相异步电动机的运行原理一、转子绕组开路等效电路110110mm11()()()UEIrjxIrjxrjx1U0I1E1r1jxmrmjx图16-6异步电动机转子绕组开路时的等效电路