感应电机的稳态分析讲解

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1、5.1 感应电机的结构和运行状态,5.2 三相感应电动机的磁势和磁场,5.3三相感应电动机的电压方程和等效电路,5.4三相感应电动机的功率方程和转矩方程,5.6 三相感应电动机的参数的测定,5.7感应电动机的转矩转差率曲线,5.8感应电动机的工作特性.,5.9感应电动机的起动、深槽和双笼电动机,三相异步电机主要用作电动机，拖动各种生产机械。结构简单、制造、使用和维护方便，运行可靠，成本低，效率高，得以广泛应用。但是，功率因数低、起动和调速性能差。,5.10感应电动机的调速,5.11单相感应电动机,本章重点：,1.通过学习电机的基本结构，掌握电机主要的两大类：笼型和绕线转子型，它们定子结构相同，

2、转子结构不同，性能有些差异。 2.掌握转差率S=(nsn)/ns的计算方法，熟练运用S与异步电机三种运行状态的关系。 3.通过学习转子静止时到转子旋转时，异步电机运行物理过程，从电磁本质上掌握异步电机的方程式。 4.掌握定，转子之间的磁势应始终相对静止的本质是什么？为什么归算？归算的根据是什么，通过方程式掌握电机的等效 5.掌握异步电机参数的测定。,本章重点：,6.了解笼型异步电机的转子匝数，相数和极数。 7.掌握感应电动机的转速功率关系，功率关系式。转矩平衡关系式。 8.掌握感应电动机的机械特性。 9.掌握感应电动机的起动方法和工作原理，了解深槽式和双笼型电动机的工作原理。 10.由转速公式

3、掌握可改变什么参数来调速。掌握几种常用的方法及调速过程中各自的特点。 11.了解单相异步电机的基本工作原理及启动方法。,5.1 感应电机的结构和运行状态,用途：异步电机主要用作电动机，应用最广泛的一种电动机，厂矿企业，交通工具，娱乐，科研，农业生产，日常生活都离不开异步电动机。 类型：异步电机主要分为：鼠笼式异步电动机，绕线式异步电动机和各种控制用电动机三大类。,5.1 感应电机的结构和运行状态,5.1.1感应电机的基本结构,一、定子部分：,1、定子铁心：由导磁性能很好的硅钢片叠成导磁部分。,5.1.1感应电机的基本结构,一、定子部分：,1、定子铁心：叠片结构，定子冲片（圆形冲片，扇形冲片），

4、径向通风沟（风道），槽，槽型。,5.1 感应电机的结构和运行状态,一、定子部分：,2、定子绕组：放在定子铁心内圆槽内导电部分。 成型线圈，散嵌线圈，单层，双层，绕组联结方法。,5.1.1感应电机的基本结构,一、定子部分：,3、机座：固定定子铁心及端盖，具有较强的机械强度和刚度。,其他部件：机座，端盖，风罩，铭牌等。,5.1.1感应电机的基本结构,一、定子部分：,3、机座：固定定子铁心及端盖，具有较强的机械强度和刚度。,其他部件：机座，端盖，风罩，铭牌等。,5.1.1感应电机的基本结构,二、转子部分：,1、转子铁心：由硅钢片叠成，也是磁路 的一部分。,5.1.1感应电机的基本结构,二、转子部分：

5、,2、转子绕组： 1）笼型转子：转子铁心的每个槽内插入一根裸导条，形成一个多相对称短路绕组。2）绕线转子：转子绕组为三相对称绕组，嵌放在转子铁心槽内。,5.1.1感应电机的基本结构,二、转子部分：,其他部件：轴，轴承，风扇等,5.1.1感应电机的基本结构,三、气隙：异步电动机的气隙是均匀的。大小为机械条件所能允许达到的最小值。,5.1.2三相异步电动机的基本工作原理,一、基本工作原理,1、电生磁：三相对称绕组通往三相对称电流产生圆形旋转磁场。,2、磁生电：旋转磁场切割转子导体感应电动势和电流。,3、电磁力：转子载流（有功分量电流）体在磁场作用下受电磁力作用，形成电磁转矩，驱动电动机旋转。,5.

6、1 感应电机的结构和运行状态,5.1.2三相异步电动机的基本工作原理,二、转差率,转差率是异步电机的一个基本物理量,它反映电机的各种运行情况.,负载越大，转速越低，转差率越大；反之，转差率越小。转差率的大小能够反映电机的转速大小或负载大小。电机的转速为：,正常运行时，转差率一般在0.010.06之间，即电机转速接近同步速。,5.1 感应电机的结构和运行状态,5.1.2三相异步电动机的基本工作原理,三、异步电机的三种运行状态,根据转差率的大小和正负,异步电机有三种运行状态,5.1 感应电机的结构和运行状态,5.1.3 型号和额定值,一、型号,例:,5.1 感应电机的结构和运行状态,5.1.3 型

7、号和额定值,额定值关系有：,二、额定值,5.1 感应电机的结构和运行状态,5.2.1 空载运行时的电磁关系,5.2三相感应电动机的磁势和磁场,一、主、漏磁通的分布,为了便于分析，根据磁通路径和性质不同，异步电动机的磁通分为主磁通和漏磁通。,主磁通同时交链定、转子绕组，其路径为：定子铁心气隙转子铁心气隙定子铁心。主磁通起传递能量的作用。,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。,5.2.1 空载运行时的电磁关系,一、主、漏磁通的分布,除了主磁通以外的磁通称为漏磁通，

8、它包括槽漏磁通、端漏磁通和高次谐波磁通。漏磁通只起电抗压降作用。,一、主、漏磁通的分布,槽漏磁通：由槽的一壁横越至槽的另一壁的漏磁通。（看图） 端部漏磁通：匝联绕组端部的漏磁通。（看图） 谐波漏磁通：谐波磁势会产生谐波磁通。电机正常运转时，谐波磁通不会产生有用的转矩。尽管谐波磁通也能同时匝链定子和转子绕组，也将其归入漏磁通。 漏电抗：漏磁通在定子绕组中会感应漏磁电势，该电势用漏抗压降表示： 其中 称为漏电抗。 转子绕组通过电流时，也会有漏磁通。对应的漏抗电势：,影响漏电抗电小的因素 漏电抗对电机的性能有很大的影响。 电抗公式： 电流频率，绕阻匝数，漏磁路的磁阻是决定漏磁通大小的主要因素。 比如

9、，槽口宽在槽口漏磁通小；端部长，则端部漏磁通大。,5.2.1 空载运行时的电磁关系,二、空载电流和空载磁动势,异步电动机空载运行时的定子电流称为空载电流。,5.2三相感应电动机的磁势和磁场,5.2.1 空载运行时的电磁关系,三、电磁关系,四、感应电动势,与变压器一样,主、漏磁通在定子绕组上感应的电动势分别为：,可见，异步电动机空载时的电磁关系与变压器非常相似。,5.2三相感应电动机的磁势和磁场,五、空载运行时的电压平衡方程与等效电路,与变压器一样，根据基尔霍夫电压定律，可列出空载时定子每相电压方程式：,同样也有：,根据上两式，可以作出空载时等效电路。,5.2三相感应电动机的磁势和磁场,尽管异步

10、电动机的电磁关系与变压器相似，但它们之间还是有差别的：,1）主磁场性质不同：异步电动机为旋转磁场，变压器为脉动磁场.,4）由于存在气隙,异步电动机漏抗较变压器的大.,5)异步电动机通常采用短距和分布绕组,计算时需考虑绕组系数,变压器则为整距集中绕组,可认为绕组系数为1.,5.2三相感应电动机的磁势和磁场,五、空载运行时的电压平衡方程与等效电路,5.2.2 负载运行时的电磁关系,5.2三相感应电动机的磁势和磁场,5.2.3 转子绕组各电磁量,一、转子电动势的频率（P149例题5-2）,感应电动势的频率正比于导体与磁场的相对切割速度,故转子电动势的频率为:,转子不转时,理想空载时,二、转子绕组的感

11、应电动势,转子旋转时的感应电动势:,转子不转时的感应电动势:,二者关系为:,5.2三相感应电动机的磁势和磁场,5.2.3 转子绕组各电磁量,三、转子绕组的漏阻抗,电抗与频率正比于,转子旋转时转子漏电抗:,二者关系:,转子绕组的漏阻抗:,四、转子绕组的电流,转子绕组为闭合绕组,则转子电流为:,转子不转时转子漏电抗:,当转速降低时,转差率增大,转子电流也增大.,5.2三相感应电动机的磁势和磁场,5.2.3 转子绕组各电磁量,五、转子绕组的功率因数,转子功率因数与转差率有关,当转差率增大时,转子功率因数则减小.,六、转子旋转磁动势,转子绕组流过三相或多相对称电流时产生圆形旋转磁动势.,1)幅值,2)

12、转向,转子电流相序与定子旋转磁动势方向相同,转子旋转磁动势的方向与转子电流相序一致.,转子旋转磁动势相对定子的速度为,可见,无论转子转速怎样变化,定、转子磁动势总是以同速、同向在空间旋转，两者在空间上总是保持相对静止。,5.2三相感应电动机的磁势和磁场,5.2.4 磁动势平衡方程,磁动势的平衡方程为：,可以改写为：,写成磁动势幅值公式：,5.2三相感应电动机的磁势和磁场,5.2.5 电动势平衡方程,电动势的平衡方程为：,根据基尔霍夫电压定律可写出定、转子侧电动势平衡方程：,5.2三相感应电动机的磁势和磁场,5.3三相异步电动机的等效电路和相量图,5.3.1电势平衡方程式,1、定子绕组电势平衡方

13、程式 定子绕组接到交流电源上，与电源电压相平衡的电势（压降）包括： 主电势（感应电势）： 定子绕组通入三相对称交流电流时，将会产生旋转的主磁通，同时被定子绕组和转子绕组切割，并在其中产生感应电势。 定子绕组感应电势的有效值： 漏磁电势（漏抗压降） 定子漏磁通：仅与定子绕组相匝链。 定子电势平衡方程式： 漏抗压降： 电阻压降： (画定子一相的等效电路图),5.3三相异步电动机的等效电路和相量图,5.3.1电势平衡方程式,2、转子绕组的电势及电流 （1）转子绕组的感应电势 A.转子绕组切割主磁通的转速 主磁通以同步速度旋转 转子以转速n旋转 转子绕组导体切割主磁通的相对转速为 B.转子绕组中感应电

14、势的频率： 公式： 结论：由于s很小，转子感应电势频率很低。0.5-3Hz,5.3三相异步电动机的等效电路和相量图,5.3.1电势平衡方程式,2、转子绕组的电势及电流 （1）转子绕组的感应电势 C.转子感应电势的有效值 公式： 感应电势与转差率正比。 对绕线式异步电机，转子绕组每相串联匝数，相数计算方法同定子绕组的计算。 对笼型转子来说，由于每个导条中电流相位均不一样，所以，每个导条即为一相，可见相数等于导条数即转子槽数；每相串联匝数为半匝即1/2。 注意转子不动时（s=1)时的感应电势与转子旋转是感应电势的关系。,5.3.1电势平衡方程式,2、转子绕组的电势及电流 （2）转子绕组的阻抗 由于

15、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。 漏抗公式： 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： （3）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 转子回路方程： 转子电流： ， 讨论：转子电流随s的变化。(看图),(画转子一相的等效电路图),5.3.2 等效电路,5.3三相异步电动机的等效电路和相量图,频率折算就是用一个等效的转子电路代替实际旋转的转子系统,而等效的转子回路应与定子电路有相同的频率。,一、频率折算,在折算的过程中，电机的电磁效应不变，因而有两个条件：一个是保持转子磁动势不变；二是转子回路的功率不变。

16、,转子回路电流,5.3.2等效电路,5.3三相异步电动机的等效电路和相量图,一、频率折算,一、频率折算,一、频率折算,进一步讨论： 不论静止或者旋转的转子，其转子磁势总以同步转速旋转，即转子磁势的转速不变，大小相位又没有变，故电机的磁势平衡依然维持。 静止的转子不再输出机械功率，即电机的功率平衡中少了一大块机械功率。 静止的转子中多了一个附加电阻，而电流有没有变，所以多了一个电阻功率。 分析证明：附加电阻上消耗的电功率等于电机输出的机械功率。,5.3.2等效电路,5.3三相异步电动机的等效电路和相量图,二、绕组折算,5.3.2 等效电路,三、绕组折算后的基本方程,5.3.2 等效电路,5.3三相异步电动机的等效电路和相量图,四、T型等效电路和简化等效电路,由基本方程可以作出等效电路:,T型等效电路,5.3.2 等效电路,5.3三相异步电动机的等效电路和相量图,四、T型等效电路和简化等效电路,由基本方程可以作出等效电路:,T型等效电路,简化等效电路,从等效电路分析可知:,5.3