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1、Chap. 3异步电动机,雷廷平 ltp9851,2/80,一、结构 二、工作原理 三、磁动势 四、电动势 五、空载运行和负载运行 六、等效电路与相量图 七、功率及转矩 八、工作特性 九、参数测定 十、起动和调速,3.1概述,电机分类,交流电动机,电动机,直流电动机,他励、异励、串励、复励,同步电机,主要用途,变频调速,异步电机,主要用作电动机,铭牌数据,（1）额定功率PN：指电动机额定运行时轴端输出的机械功率，单位一般为kW。 （2）额定电压UN：电机额定运行时定子绕组上所加的线电压，V或kV （3）额定电流IN：定子加额定电压，轴端输出额定功率时的定子线电流，单位A。 （4）额定频率f1：
2、我国工频为50Hz。 （5）额定转速nN：额定运行时转子的转速，单位为r/min。,3.1概述,铭牌数据,定子绕组接线方法,3.1概述,国产主要系列,JO2系列 老式，一般用途的小型笼型异步电动机，封闭风扇冷式。 Y系列 取代JO系列的新系列小型通用笼型异步电动机。 YR系列 新系列绕线转子异步电动机。,3.1概述,定子,由定子铁芯、定子绕组和机座三个主要部分组成。 铁心内圆周槽安放定子三相对称绕组。,3.2结构,转子,异步电动机转子由转子铁芯、转子绕组、转轴组成。转子铁芯的外圆周上槽内安放转子绕组。,由槽内导条和端环构成三相对称闭合绕组。,常接成Y形，可串入电阻启动和调速时用,3.2结构,气
3、隙,定子铁芯与转子铁芯之间的空间间隙,3.2结构,Y180M-2型三相异步电机，PN=22kW，UN=380V，三角形联结，IN=42.2A，fN=50Hz，nN=2940r/min，功率因数为0.89. 求：（1）转差率；（2）定子绕组的相电流；（3）输入的有功功率；（4）效率。,同步转速为3000r/min，故转差率：,三角形联结，故线电流是相电流的1.732倍,输入的有功功率,效率：,例题,3.2结构,3.3工作原理,旋转磁场,e方向用 右手定则 确定,f方向用 左手定则 确定,磁场旋转,1. 线圈跟着磁铁转两者转动方向一致,2. 线圈比磁场转得慢,3.3工作原理,旋转磁场,3.3工作原
4、理,旋转磁场,3.3工作原理,旋转磁场,A,Y,C,B,Z,异步电机中,旋转磁场代替了旋转磁极,()电流出,()电流入,X,合成磁场方向： 向下,3.3工作原理,旋转磁场,同理分析，可得 其它电流角度下 的磁场方向：,3.3工作原理,旋转磁场,3.3工作原理,旋转磁场,旋转方向：取决于三相电流的相序。,改变电机的旋转方向：换接其中两相。,3.3工作原理,旋转磁场转速,电流频率为 f Hz，则磁场1/f 秒旋转1圈，每秒旋转f 圈。每分钟旋转：,n1称为同步转速,一个电流周期，旋转磁场在空间转过360,3.3工作原理,旋转磁场极对数,3.3工作原理,旋转磁场极对数,将每相绕组分成两段，按右下图放
5、入定子槽内。形成的磁场则是两对磁极。,3.3工作原理,旋转磁场极对数,极对数,3.3工作原理,极对数和转速的关系,3.3工作原理,同步转速,极对数,每个电流周期 磁场转过的空间角度,同步转速,3.3工作原理,转速关系,电动机转速和旋转磁场同步转速的关系,电动机转速（额定转速）:,提示：如果,3.3工作原理,转差率 S,异步电机运行中:,旋转磁场的同步转速(n1)和电动机转速(n)之差与 n1 之比。即：,3.3工作原理,旋转磁场,转子感生电流的频率：,转子感生电流的频率与定子电流频率不同,3.3工作原理,旋转磁场,例1：三相异步电动机 p=3，电源f1=50Hz，电机额定 转速n=960r/m
6、in。 求：转差率s，转子电动势的频率f2,同步转速：,转差率：,3.4磁动势,单相绕组磁动势,A相通交流电流 iy 后，将产生一个2极磁场。 根据全电流定律，每根磁力线所构成的磁通闭合回路的磁动势均为iyNy。 略去定、转子铁芯中的磁阻，该磁动势消耗在两个气隙中，每个气隙中消耗的磁动势为iyNy /2。,单相绕组磁动势,3.4磁动势,单相绕组磁动势,磁动势波形为矩形波。当线圈电流 i 随时间按正弦规律交 变 时，矩形波的高度为,矩形波的高度和正负随时间变化，变化的快慢取决于电流的频率 。,脉振磁动势,3.4磁动势,单相绕组磁动势,如何处理矩形波磁势？,为了得到所有绕组中电流共同产生的磁势与磁
7、场。两个方法：1)各绕组矩形波磁势相加；2)谐波分析后基波与各次谐波分别相加。,对矩形波磁势作傅里叶级数分解，得到在气隙空间分布的正弦变化的基波磁势与谐波磁势。,线圈磁动势是空间分布函数,3.4磁动势,单相绕组磁动势,整距线圈的磁动势是时间和空间的函数，表示为：,考虑线圈分布及距离等因素,3.4磁动势,单相绕组磁动势,单相绕组磁动势: 空间位置固定，大小随时间变化，脉振频率与通入电流的频率有关 由一些列奇次谐波组成，基波磁动势幅值位置与绕组轴线重合 谐波幅值为基波幅值的1/v 倍，采用分布短距绕组可以降低谐波磁动势幅值。,单相绕组的磁动势方程：,3.4磁动势,三相绕组磁动势,三相绕组的基波磁动
8、势：,三角变换,3.4磁动势,三相绕组磁动势,三相基波合成磁动势是单相的1.5倍 最大幅值处于,磁动势幅值恒定 位置随时间变化 按照对应的角度变化 旋转磁动势,3.4磁动势,三相绕组磁动势,三相绕组轮流通直流电,产生具有一定旋转效应的步进磁场,A相,B相,C相,3.4磁动势,三相绕组磁动势,3.4磁动势,三相绕组磁动势,三相绕组通对称三相交流电,A相电流最大时 产生的磁场,此刻C相电流 产生磁场,此刻B相电流 产生磁场,磁场抵消,3.4磁动势,A相电流的磁场,三相绕组磁动势,+A,3.4磁动势,A相电流最大时，合成磁场轴线与+A轴重合,三相绕组磁动势,3.4磁动势,三相绕组磁动势,B相电流最大
9、时，合成磁场轴线与+B轴重合,C相电流最大时，合成磁场轴线与+C轴重合,3.4磁动势,三相绕组磁动势,三相合成的基波磁动势是一个旋转磁动势，转速为 旋转磁场的转速，有时也称为同步转速 当某相电流达最大值时，合成旋转磁势的幅值恰在这一相绕组轴线上。 三相合成基波磁动势的幅值为每相基波脉振磁动势最大幅值的1.5倍，且保持不变 三相对称绕组通入三相对称交流电产生的旋转磁动势其合成磁动势矢量的端点轨迹是个圆，故称为圆形旋转磁动势。 三相合成磁动势为正弦分布旋转磁动势，转向由超前电流相转到滞后电流相。 要改变磁场转向，只须改变三相电流的相序。,3.4磁动势,3.5电动势,三相绕组电动势,定子绕组产生旋转
10、磁场，转速n1 转子绕组切割磁力线，随定子磁场转动，转速n,定子绕组的相电动势有效值：,绕组与旋转磁场之间有相对运动而产生的感应电动势,变压器是由于磁通正弦规律变化而产生感应电动势,3.6空载运行,电动势平衡方程,定子绕组感应电动势 E1,定子漏磁通产生的感应漏磁电动势,定子绕组电阻压降,定子绕组电路的电动势平衡方程：,3.6空载运行,空载电流,能量传递过程,有功分量,无功分量,铁损,励磁，产生主磁通,三相空载电流 产生的旋转磁场磁动势为空载磁动势 ，其基波幅值为：,3.6空载运行,电磁关系,3.6空载运行,等效电路,主磁通产生的感应电动势可表示为：,I0,I0,6.空载运行,异步电机与变压器
11、的异同,主磁场性质不同：异步电机为旋转磁场; 变压器为脉动磁场 异步电机空载时 ; 变压器 由于存在气隙，异步电机 I0 为20-30%; 变压器仅为2-10% 由于存在气隙，异步电机漏抗较变压器要大 异步电机通常采用短距和分布绕组，计算式需考虑绕组系数; 变压器为整距绕组，可以认为绕组系数为 1,3.7负载运行,变压器的磁动势平衡方程,空载电流,负载电流,负载增加,转速降低,转差率增大,转子频率增大,转子绕组感应电动势增大,转子电流增大,电磁转矩增大,转矩平衡,3.7负载运行,变压器的磁动势平衡方程,定子侧,转子侧,3.7负载运行,定子电路电压平衡方程,转子绕组的感应电动势频率,转子绕组的感
12、应电动势,转子不转时的感应电动势？,3.7负载运行,转子绕组阻抗,转子电路的电压平衡方程,转子电路的电流,起动瞬间的电流较大，需要降压起动,3.7负载运行,转子磁动势,n2 是转子磁场相对于转子的转速 n 为转子相对于定子的转速（转子的转速） 所以转子磁场的相对于定子的转速为：,绕线式绕组,转子磁场转速：,与定子磁场转速相同，方向相同；转子旋转磁场与定子旋转磁场相对静止；n1 称为同步转速。,3.7负载运行,磁动势平衡方程,或,3.7负载运行,基本方程,电压平衡方程,磁动势平衡方程,电流电压系数,3.8等效电路及相量图,折算,定子与转子之间只有磁联系，无电联系 频率、相数、匝数、绕组系数不同,
13、基本要求： 转子磁动势保持不变 转子回路各功率或损耗保持不变,相数、匝数、绕组系数与定子绕组相同,电磁本质和能量关系保持不变,3.8等效电路及相量图,频率折算,转子的感应电动势、电流、阻抗都与频率有关,静止的等效转子绕组产生的磁动势与实际转子绕组的相同，包括转速、幅值和相位角 静止的等效转子绕组的有功功率、无功功率、铜耗等电磁性能与原转子绕组相同,串入的电阻：,3.8等效电路及相量图,频率折算,3.8等效电路及相量图,频率折算,实际转子：机械输出、机械损耗 等效的静止转子：附加电阻,模拟机械功率的等效电阻,转子回路的电动势平衡方程：,3.8等效电路及相量图,转子绕组折算,电流折算,磁动势不变，
14、即：,相数、匝数、绕组系数与定子绕组相同,电流变比,电动势折算,视在功率不变，即：,电压变比,3.8等效电路及相量图,转子绕组折算,阻抗折算,转子铜耗不变：,相数、匝数、绕组系数与定子绕组相同,阻抗变比,漏磁场储能不变：,3.8等效电路及相量图,3.8等效电路及相量图,相量图,励磁磁通,定子及折算后的转子电动势,励磁电流,折算后电流,定子绕组电流,定子绕组电压,3.8等效电路及相量图,等效电路的简化,3.8等效电路及相量图,鼠笼转子问题,本章前面是以绕线型电机为例来分析的，这种电机转子在设计制造时就确定了极对数、相数、有效匝数等数据。,对于鼠笼转子绕组由于转子导条在转子铁心表面均匀布置，那么得
15、到如下关系： 1）转子极对数自动恒等于定子极对数； 2）转子相数通常就认为等于总的转子导条数； 3）转子的有效匝数：,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 机械功率总机械功率。,小结,3.8等效电路及相量图,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,边短路的变压器；,近似开路，相当于空载运行的变压器。,3.8等效电路及相量图,小结,3)机械负载的变化在等效电路中由转差率的变化来体现：,电动机从电源吸收更多的电功率,3.8等效电路及相量图,小结,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。励磁电流 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。,3.8等效电路及相量图,小结,3.9功率及转矩,功率关系,3.9功率及转矩,功率关系,输入功率,定子铜损,定子铁损,电磁功率,转子铜耗,驱动转子的机械功率
