项目2.2三相交流异步电动机参数的测试

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1、任务2.2 三相交流异步电动机参数的测试,任务导入,要正确的使用三相交流异步电动机，就应该知道三相交流异步电动机的有关参数。通过本次任务，即三相交流异步电动机参数的测试，能够达到取得三相交流异步电动机的基本参数的目的。,三相异步电动机与变压器的异同： （1）二者相似之处：定子绕组相当于变压器的原绕组，转子绕组相当于变压器副绕组。定、转子之间只有磁的耦合，而无电的直接联系，功率传递与变压器一样通过电磁感应来实现。 （2）二者的主要区别：二者磁场的性质不同，变压器铁心中为一脉振磁场，异步电动机气隙中却为一旋转磁场；变压器主磁通Fm经过铁心而闭合，而异步电动机主磁通Fm经过铁心还要经过气隙而闭合；变

2、压器为一集中整距绕组，而异步电动机为一分布短距绕组。,2.2.1 转子静止时的三相异步电动机,1、正方向的规定,2.2.1 转子静止时的三相异步电动机,（1）励磁磁动势：我们给异步电动机通入对称的三相交流电时，根据我们前面所学的可知将会在气隙中会产生一个旋转的气隙磁场，这个旋转的磁场会同时切割定转子绕组，这样，在两个绕组内会产生相应的感应电动势，但是由于转子绕组是开路的所以，没有电流，即没有磁动势，由此可见，在这种情况下，整个气隙磁场全部是由定子绕组内的三相对称电流产生，为此，定子磁动势又叫做励磁磁动势，定子电流亦叫做励磁电流。,2、转子不动（转子绕组开路）时的情况,2.2.1 转子静止时的三

3、相异步电动机,特点：,4）瞬间位置：正如前面所分析的，当A相电流达到正最大 时，他所对应的磁动势也达到正最大。,1）幅值：,2）转向：逆时针转向 A1B1C1,+A1+B1+C1,3）转速：相对于定子绕组以角频率 旋转,转子不转的三相异步电机，相当于一台副边开路的三相变压器，其中定子绕组是原绕组，转子绕组是副绕组，只是在磁路中，异步电机定、转子铁心中多了一个空气隙磁路而已。,2.2.1 转子静止时的三相异步电动机,（2）主磁通与定子漏磁通,主磁通：同时交链定子、转子、气隙构成闭和回路的磁通，气隙里每极主磁通量用1 表示；,漏磁通：只交链定子绕组就形成闭合回路，用S1表示。,2.2.1 转子静止

4、时的三相异步电动机,定子漏磁通主要有定子槽漏磁通和定子绕组端部漏磁通。,2.2.1 转子静止时的三相异步电动机,和分析变压器的情况是一样的，励磁电流也是由I0a 和I0r两分量组成。,有功分量I0a很小，因此 领先 一个不大的角度。在时间空间向量图上， 与 相位相同， 与 相位一样， 和 领先 一个不大的角度。,（3）励磁电流,2.2.1 转子静止时的三相异步电动机,定子、转子每相电动势之比叫电压变比，用ke表示，即:,旋转磁场同时切割定转子绕组，在定、转子绕组内将会产生感应电动势E1、E2。,为了分析问题方便，采用折合算法把转子绕组向定子边折合，即把转子原来N2kdp2看成和定子边的N1kd

5、p1一样，转子绕组每相感应电动势便为,（4）感应电动势,2.2.1 转子静止时的三相异步电动机,定子绕组的漏磁通在定子绕组内也会产生一个电动势，我们称之为定子漏电动势，用 表示。,2.2.1 转子静止时的三相异步电动机,（5）电压平衡方程式,上式用相量表示时，与三相变压器副绕组开路时的情况，完全一样,与三相变压器空载时一样，异步电动机也能找出并联或串联的等值电路。已知： 于是，电压平衡方程为：,所以，可得等值电路如右图示：,转子回路电压方程为：,（6）等效电路,2.2.1 转子静止时的三相异步电动机,尽管异步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

6、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1,2.2.1 转子静止时的三相异步电动机,堵转:即堵住转子让转子不转的现象，实际上就是对转子进行了短路。下面，我们就来详细的分析一下，当转子被短路情况下的电机的电磁关系。,3 、 转子不动（转子绕组短路并堵转）时的情况,2.2.1 转子静止时的三相异步电动机,异步电动机转子被短路的情况和变压器副边短路的情况类似。由于转子被短路，所以，当在定子绕组内通入三相对称电流后，产生的沿逆时针方向旋转的磁场，不仅在定子绕组内产生磁

7、动势，在转子绕组内也会产生磁动势。,（1）定、转子磁通势关系,2.2.1 转子静止时的三相异步电动机,在三相对称的转子绕组里流过三相对称电流 时，产生的转子空间旋转磁动势 的特点： 1）幅值： 2）转向：假设气隙旋转磁密是逆时针方向旋转，在转子绕组内感应产生的电动势及电流的相序就应为A2B2C2。,3）转速：相对于转子绕组为 注意：现在定、转子被同一个磁通所交链，所以产生的电流的频率是相等的。,2.2.1 转子静止时的三相异步电动机,可见，转子绕组短路的三相异步电机，作用在磁路上的磁动势有两个：一为定子旋转磁动势；一为转子旋转磁动势。由于它们的旋转方向相同，转速又相等，只是一前一后地旋转着，我

8、们称它们为同步旋转。 既然它们是同步旋转，又作用在同一个磁路上，把它们按向量的关系加起来，得到合成的磁动势仍用 表示。即:,这个合成的旋转磁动势 ，才是产生气隙每极主磁通 的磁动势。主磁通 在定、转子相绕组里感应电动势 和 。,2.2.1 转子静止时的三相异步电动机,(2)漏磁通,转子绕组中有电流时，也要产生漏磁通，表现的电抗为X2。,定子电流产生的漏磁通，表现的漏电抗仍为X1，由于漏磁路是线性的，X1为常数。,2.2.1 转子静止时的三相异步电动机,注意：,一般情况下，转子漏电抗也是一个常数。只有当定、转子电流非常大时，例如直接起动异步电动机，由于起动电流很大（约为额定电流的47倍），这时定

9、、转子的漏磁路也会出现饱和现象，使定、转子漏电抗、数值变小。 变压器中的主磁通是脉振磁通，1是它的最大振幅。 在异步电动机中，气隙里主磁通却是旋转磁通。它对应的磁密波沿气隙圆周方向是正弦分布的，以同步转速相对于定子旋转，1表示气隙里每极的磁通量。,2.2.1 转子静止时的三相异步电动机,定子回路：,转子回路：,转子绕组的一相漏阻抗,转子相电流为:,转子绕组回路的功率因数角,（3）电压平衡方程式,2.2.1 转子静止时的三相异步电动机,显然，上式中的转子侧的感应电动势和电流、电抗等的频率都是 ，转子电流在相位上滞后与电动势 时间电角度 。 根据定、转子磁动势合成关系，有： 或改写成：,2.2.1

10、 转子静止时的三相异步电动机,可见，当转子侧电流不为零时，它也会产生一个磁动势，而此时定子侧的磁动势此时变成了 ，这就可以认为定子旋转磁动势里包含着两个分量：一个分量是大小等于 ，而方向与 相反，用 表示，它的作用是抵消转子旋转磁动势对主磁通的影响；另一个分量就是励磁磁动势 。它是用来产生气隙旋转磁密的。由于这种情况下定子磁动势已变为 了，定子绕组里的电流也就变为 了。,定子回路的电压方程式为：,2.2.1 转子静止时的三相异步电动机,从前面的分析我们可以看出，分别对定转子进行分析太过麻烦，异步电动机定、转子之间没有电路上的联结，只有磁路的联系，这点和变压器的情况相类似 ，所以在这里我们仍采用

11、折算的方法，把转子折算到定子侧，用一个新转子，它的相数、每相串联匝数以及绕组系数都分别和定子的一样（三相、N1、kdp1）。,从定子边看转子，只有转子旋转磁动势与定子旋转磁通势起作用，只要维持转子旋转磁动势的大小、相位不变，至于转子边的电动势、电流以及每相串联有效匝数是多少都无关紧要。,（4）转子绕组的折算,2.2.1 转子静止时的三相异步电动机,但是关键的一点是：要保证转子侧在折算前后对整个磁场的影响不能发生改变，即折算前后转子的总视在功率、有功功率、转子的铜耗和漏磁场储能均保持不变。简单的说就是转子侧的磁动势没有改变，不影响定子边。,2.2.1 转子静止时的三相异步电动机,整理可得基本方程

12、式为：,（5）基本方程式和等效电路,2.2.1 转子静止时的三相异步电动机,等效电路,2.2.1 转子静止时的三相异步电动机,异步电动机定、转子的漏阻抗标么值都是比较小的，如果在它的定子绕组加上额定电压，这时定、转子的电流都很大，大约是额定电流的47倍。这就是异步电动机加额定电压直接起动而转速等于零的瞬间情况。如果使电动机长期工作在这种状态，则有可能将电机烧坏。 有时为了测量异步电动机的参数，采用转子绕组短路并堵转实验。为了不使电动机定转子过电流，必须把加在定子绕组上的电压降低，以限制定、转子绕组中的电流。,2.2.1 转子静止时的三相异步电动机,当异步电动机转子以转速 恒速运转时，此时一些相

13、应的物理量将要结合转差率发生相应的变化转子回路的电压方程式为：,2.2.2 转子旋转时的三相异步电动机,1. 转子电动势的频率,此时在转子绕组内感应产生的感应电动势和感应电流及其他一些相关的参数的频率发生了变化。因为现在切割速度为： 表现在电动机转子上的频率为： 为此转子频率也叫转差频率。正常运行的异步电动机，转子频率约为0.52.5Hz。,2.2.2 转子旋转时的三相异步电动机,上式说明了当转子旋转时，每相感应电动势与转差率s成正比。,转子旋转时转子绕组中感应电动势为：,转子漏抗 是对应转子频率时的漏电抗。它与转子不转时转子漏电抗 (对应于频率 Hz)的关系为：,正常运行的异步电动机，,2.

14、 转子电动势,2.2.2 转子旋转时的三相异步电动机,(1)定子磁通势 ：,当异步电机旋转起来后，定于绕组里流过的电流为 ，产生旋转磁通势 。,(2)转子旋转磁通势 ：,（a）幅值：,（b）转向：转子电流的相序仍然是 ，由转子电流入产生的三相合成旋转磁动势的转向，相对于转子绕组而言，仍为 。,3. 定、转子磁通势及磁通势关系,2.2.2 转子旋转时的三相异步电动机,（c）转速：,（d）瞬间位置：当转子绕组哪相电流达正最大值时，正好位于该相绕组的轴线上。,(3)合成磁通势,（a）幅值：关于定、转子磁势的幅值，不因站在定子上看而有什么改变，仍为前面分析的结果。,（b）转向：二者的转向相对于定子都为

15、逆时针方向旋转。,2.2.2 转子旋转时的三相异步电动机,（c）转速：,定子旋转磁通势相对于定子绕组的转速为n1,转子旋转磁通势相对于转子绕组的转速为n2,转子旋转磁动势相对于定子绕组的转速为：,2.2.2 转子旋转时的三相异步电动机,转子磁通势和定子磁通势的转速在空间总是等于同步转速，始终保持相对静止，即定、转子磁势之间没有相对运动！所以，感应电机在任何异步转速下均能产生恒定的电磁转矩，并实现机电能量转换。,合成的总磁通势仍用 来表示：,2.2.2 转子旋转时的三相异步电动机,例1：三相异步电动机 p=3，电源f1=50Hz，电机额定转速n=960r/min。求：转差率s，转子电动势的频率f

16、2,同步转速：,转差率：,例 题,解：,例2： 一台50Hz的异步电动机，额定转速nN=730r/min,空载转差率为0.00267，求电动机的极对数、同步转速、空载转速及额定负载时的转差率。,解：,nN=730r/min对应的同步转速应是750r/min,根据,得,得,额定转差率：,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。,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。,4. 转子绕组频率的折算,2.2.2 转子旋转时的三相异步电动机,通过对转子旋转的分析可知，转子旋转后，转子频率的大小仅仅影响转子旋转磁动势相对于转子本身的转速，转子旋转磁动势相对于定子的转速永远为同步转速，与转子电流的频率无关，