异步电机的等效电路

三相异步电动机的等效电路0-1概述要求：掌握异步电机稳态分析的基本方法---等效电路法要设法找出与变压器相似的等效电路。本章要求掌握等效电路方面的要点：1）如何得到等效电路？掌握绕组归算、转子位置归算与频率归算等；2）等效电路各元件各代表什么？等效哪些实际的物理量？为了得到等效电路的过程，主要解决以下二个问题：1）设法用静止转子等效旋转的转子，以便借用变压器的分析方法；2）将转子绕组折算成和定子绕组一样仿照变压器的思路得到等效电路基本思路首先分析仅仅定子有电流而转子没有电流的情况——转子绕组开路，转子只有感应电动势，但无电流；然后分析，转子绕组短路，但转子堵转的情况；最后分析转子旋转的情况——采用等效静止转子代替实际旋转转子。规定定、转子各相电气物理量的正方向；规定磁动势、磁通的正方向；正方向的规定1）定、转子绕组电流、电动势及端电压的正方向；2）磁动势、磁通密度从定子内圆出来进入气隙为正（定子铁心内圆表面N极为正）。正方向的规定（下页图）气隙磁密旋转方向1B1X1Z1A1Y1CC2X2B2Z2A1nnTLT1201A01A02A02A22Y1AB12B2C1XC1A21U1I1E2U2I2E0一、基本电磁关系示意图1U0F0IB1sm1211101sUEEIR20U1sE1E2E类比变压器的空载运行，说说它们的异同。第一节转子绕组开路时的电磁关系上一页下一页由于转子开路，因此定子三相电流产生合成基波旋转磁动势用于建立主磁场，因此这个磁动势亦称为励磁磁动势。0I0Fm三、励磁磁动势及励磁电流五、电动势平衡方程1101110101101sUEIREEIRjIXEIZ111ZRjX——定子一相绕组的漏阻抗定子一相电动势平衡式为：1101001101()()()mmmUEIZIRjXIRjXIZZ202UE转子回路开路，转子回路电动势平衡方程：与变压器分析时一样，如果用励磁电流在参数上的压降表示，则：0I1EmZ100()mmmEIRjXIZmmmZRjX——激磁阻抗；1A12,jj2A0000F0I0rI0aI12B1E2E1U0I1E1R1jXmRmjX六、时空相矢图和等效电路：1A12,jj2A000F0I12B1E2E01U0I1E1R1jXmRmjX一、基本电磁关系示意图第二节转子堵转时的电磁关系2I2F1U1F1I()B1sm1211111sUEEIR1sE1E2E2s0F2sE2222sEEIR分析前提：把异步电机的磁通分成主磁通和漏磁通，并把谐波磁通归并到漏磁通假设：气隙中只有基波磁通，定、转子绕组上只感应有基波电势漏磁感应电势用漏抗压降表示转子静止时的电路表示正方向按变压器惯例一、电压平衡式以下标l和2区别定子和转子电路的各物理量，各种数量均取每相相值。从电路分析角度来看，转子不动时的异步电机的电路方程与次级侧短路时的变压器的电路方程相似二、磁势平衡式转子绕组是一对称多相绕组，与定子绕组有相同极数。绕线式转子有明显的相数和极对数，设计转子绕组时，必须使转子极数等于定子极数。否则，没有平均电磁转矩。鼠笼转子的转子有鼠笼加端环组成。所有导条在两头被端环短路，整个结构是对称的，实质上是一个对称的多相绕组。鼠笼转子的极数恒等于定子绕组的极数----定子磁势----转子磁势----空载励磁磁势简化后有：，其中：式中，，称为电流比。根据，就可得：定子电流应包含两个分量由定子电流所产生的磁势也包含两个分量第一项用以产生基波磁通；第二项为负载分量，用以抵消转子磁势去磁作用，它与转子磁势大小相等方向相反三、绕组归算转子绕组的归算——把实际相数为m2、绕组匝数为N2、绕组系数为kN2的转子绕组，归算成与定子绕组有相同相数、相同匝数和相同绕组系数的转子绕组。在进行归算时，有电压变比、电流变比和阻抗变比。原则：归算后不能改变异步电机的电端口的电磁本质。步骤：具体折合原则和步骤和处理变压器的折合相似。(一)电流的归算根据归算前后转子磁势应保持不变为条件(二)电势的归算根据归算前后转子视在功率保持不变为条件(三)阻抗的归算根据归算前后转子上的铜耗保持不变为条件根据归算前后转子功率因数保持不变为条件'22eiRkkR'22eiXkkX11111()UEIRjX10()mmEIRjX'12EE''''2222()EIRjX'120III1R1jX'2R'2jXmRmjX'12EE2A1A12,jj1UB'12EE'2I2F20I1I1E1.1F'2I.2F0F''22IR''22jIX11IR11jIX1六、基本方程、等效电路和相量图1I0I1U'2I11111()UEIRjX10()mmEIRjX'12EE''''2222()EIRjX'120III1R1jX'2R'2jXmRmjX'12EE1I0I1U'2I2A1A2j1UB'12EE'2I2F20I1I1E1.1F'2I.2F0F''22IR''22jIX11IR11jIX11j参数的物理意义rm——铁耗等效电阻xm——定子每相绕组与主磁通对应的电抗，随的、铁芯的饱和不同而变化。异步电机中，磁通由三相联合产生；变压器中，磁通由一相绕组产生——定子漏抗，由定子三相电流联合产生的漏磁通，在定子每一相上引起的电抗。当转子旋转起来后（），转子中仍会感应电流，产生转子磁动势。由于→相对定子的转速为；那么→相对定子的转速为？另外，那么与还会保持静止吗？一、问题的提出1nn2I2F1I1F1n2I1F2F2F结论：无论转子旋转与否，转子磁动势相对于定子磁动势总是静止的，也就是说转子磁动势转速总是为。下面我们首先具体分析转子旋转时磁动势。1F2F2F1n2F第三节转子旋转时的电磁关系异步电动机额定负载时通常在0.02~0.05范围内，由此可知：转子旋转时转子感应电势和电流的频率很低，当Hz时，Hz。1）转子电流的频率：其频率取决于气隙旋转磁场切割转子绕组的相对转速：，即：2f'11nnnsn'1216060psnpnfsfs150f21~2.5f二、转子回路的电流和磁动势分析2）磁动势的转速：2F相对于转子转速为：，2F221160/nfpsnnn相对于定子的转速就为：相对于转子转2F速加上转子转速，即：。结论：2F2nn21nnn不论转子静止还是旋转，与在空间上总相对静止，都以同步速旋转，所以得稳定的磁动势平衡关系：1F2F1n说明：1）转子回路的频率为：；2）转子电阻：；转子漏电抗和频率成正比，因此有：转子电动势大小和频率成正比，因此有：21fsf22sRR22212222sssXfLsfLsX二、转子转动后的基本方程式电压平衡式三、频率归算频率归算——用一等效的转子电路替代实际转动的转子电路，使与定子电路有相同频率。（转子静止）保持频率归算后的转子电流的大小和相位不变，可保持磁势平衡不变，保持定子电流的大小和相位不变．保持了损耗和功率不变。转子转动时的实际情形频率归算后的等效转子折算为定子频率的转子电势经过转子绕组相数和有效匝数和频率的折合后，转子绕组电动势和定子绕组电动势就完全相同了。这样可以把前面定转子回路分离的等效电路统一起来，得到如下的异步电动机的“T”型等效电路。1）“T”型等效电路1R1jX'2R'2jXmRmjX'12EE1I0I1U'2I'21sRs四、转子旋转时等效电路有时为了工程计算的方便，常把“T”型等效电路简化，得到如下图所示的简化等效电路。1R1jX'2R'2jXmRmjX1U1I'21sRs1R1jX'0I''2I'101mUIZZ'''221IIc111mZcZ2）简化等效电路11111()UEIRjX10()mmEIRjX'12EE'120III''''2222()REIjXs六、基本方程和相量图1UB'12EE'2I20I1I1E1'2I''22RIs''22jIX11IR11jIX11)等效电路中为机械功率的等效电阻：当转子堵转时，，，此时无机械功率输出；旋转时，，此时有机械功率输出，即对应的功率等于机械功率——总功械功率。'21sRs'210sRs1s'210sRs1s'2'1221smIRs本章总结'2'1221msPmIRs空载时，，，转子绕组2)旋转的异步电动机和一台副边绕组接有电阻负载的变压器相似：时，即刚起动瞬间，相当于副1s1nn0s'21sRs'210sRs边短路的变压器；近似开路，相当于空载运行的变压器。→↑→↑，3)机械负载的变化在等效电路中由转差率的变化来体现：机械负载↑→↓→↑→↓sns'21sRs'2I1ImP电动机从电源吸收更多的电功率。4）总是滞后，所以异步电动机功率因数总是滞后的。原因是异步电动机只能从电网吸收感性无功功率来建立主磁场和漏磁场。激磁电流愈大，所需感性无功亦愈多，功率因数亦愈低。5）异步电动机和变压器有相同形式的等效电路，但是它们对应的参数数值相差较大。1I1U0I1cosT形等效电路各参数的物理意义：定子绕组的电阻r1、漏抗x1转子绕组归算后的电阻r’2、漏抗x’2定子铁耗的等效电阻对应主磁通的励磁电抗等效机械负载的附加电阻异步电机的参数equivalent-circuitparameters基本参数：r1,x1,r2,x2,rm,xm运行参数：s—转差率空载试验No-loadtest试验条件额定电源频率f1转子空载，相当于等效电路转子侧开路额定电压UN测量激磁电流(excitingcurrent)i0空载损耗(no-loadlosses)p0计算激磁参数rm、xm铁耗pFe和机械耗pmec空载试验No-loadtest分析短路试验Blocked-rotortest试验条件额定电源频率f1转子堵转，相当于等效电路转子侧短路额定电流Ik=IN测量电压Uk短路损耗(blocked-rotorlosses)pk计算短路参数r1+r2’、x1+x2’短路试验分析作业9-4