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1、第五章 感应电机,二一年,电机学课程讲稿,胡雪松,5.1 感应电机概述 5.2 转子开路的感应电机 5.3 堵转运行的感应电机 5.4 正常运行的感应电机 5.5 功率和转矩平衡方程,5.6 参数测定 5.7 笼型转子参数计算 5.8 电磁转矩 5.9 工作特性 5.10 起动、制动和调速,第五章 感应电机,5.1.1 感应电动机的分类与特点 5.1.2 感应电机工作原理简析 5.1.3 感应电机的结构 5.1.4 三相感应电动机的额定值,5.1 感应电机概述,5.1.1 感应电动机的分类与特点,感应电动机的分类,1/2,按定子绕组相数有单相、两相、三相感应电动机 按转子结构有绕线型感应电动机
2、和鼠笼型感应电动机；鼠笼型感应电动机又有单鼠笼、双鼠笼、深槽感应电动机等。,5.1.1 感应电动机的分类与特点,感应电动机的特点,2/2,5.1.2 感应电机工作原理简析,电动状态,1/4,n与ns同向，且 n ns；电磁转矩与转向相同；电机从电网吸收电功率并将其转换为机械功率由轴上输出。,5.1.2 感应电机工作原理简析,发电状态,2/4,n与ns同向，且 n ns；电磁转矩与转向相反；电机从轴上吸收机械功率并转换为电功率由定子输出到电网。,5.1.2 感应电机工作原理简析,电磁制动状态,3/4,n与ns反向；电磁转矩与拖动转矩方向相反，互相平衡；电机从轴上吸收机械功率，同时从电网吸收电功率
3、，将它们变为热量散发。,5.1.2 感应电机工作原理简析,转差率,4/4,电动状态,发电状态,电磁制动,5.1.3 感应电机的结构,主要结构部件演示,5.1.4 三相感应电动机的额定值,主要额定数据,1/3,额定功率PN （W、kW） 额定电压UN （V） 额定电压IN （A） 额定频率fN （Hz） 额定转速nN （r/min或rpm） 额定功率因数 绝缘等级、防护等级、温升,5.1.4 三相感应电动机的额定值,其他铭牌数据,2/3,绝缘等级、防护等级、温升 定子绕组联结法 （对绕线型转子）转子绕组联结法、转子额定电动势E2N 、转子额定线电流I2N,5.1.4 三相感应电动机的额定值,重要
4、关系,3/3,5.2.1 内部电磁量 5.2.2 磁动势与磁通 5.2.3 感应电动势,5.2 转子开路的感应电动机,5.2.4 时-空矢量图 5.2.5 电压平衡方程 5.2.6 等效电路,5.2.1 转子开路时感应电动机的内部电磁量,基本约定,1/3,假设三相绕组完全对称，三相电流也完全对称。以后在无特别需要时，只需考虑其中一相，所有量都取A相的，并且下标中也不注明“A”。,5.2.1 转子开路时感应电动机的内部电磁量,主要电磁量,2/3,5.2.1 转子开路时感应电动机的内部电磁量,正方向规定,3/3,5.2.2 磁动势与磁通,激磁磁动势,1/3,圆形旋转磁动势 旋转方向 旋转速度 幅值
5、,5.2.2 磁动势与磁通,主磁通,2/3,在电机中产生电磁转矩，起能量传递的作用；主磁路受饱和影响比较明显。,5.2.2 磁动势与磁通,漏磁通,3/3,不起能量传递的作用，仅产生电动势；漏磁路基本不受饱和影响。,5.2.3 感应电动势,定、转子感应电动势有效值,1/2,5.2.3 感应电动势,电动势变比（电压比）,2/2,5.2.4 时-空矢量图,定、转子相量图和矢量图,1/3,5.2.4 时-空矢量图,定、转子时-空矢量图,2/3,5.2.4 时-空矢量图,考虑铁耗的影响,3/3,5.2.5 电压平衡方程,定子漏电势的参数表达,1/3,5.2.5 电压平衡方程,定子（相）电压平衡方程,2/
6、3,5.2.5 电压平衡方程,转子（相）电压平衡方程,3/3,5.2.6 等效电路,磁场作用的电路简化表达,1/2,5.2.6 等效电路,转子开路时的等效电路,2/2,5.3.1 内部电磁量 5.3.2 转子电压方程 5.3.3 磁动势,5.3 堵转运行的感应电动机,5.3.4 转子绕组归算 5.3.5 基本方程式 5.3.6 等效电路,5.3.1 内部电磁量,5.3.2 转子电压平衡方程,转子漏电动势,1/3,5.3.2 转子电压平衡方程,转子（相）电压平衡方程,2/3,5.3.2 转子电压平衡方程,转子内功率因数角,3/3,5.3.3 磁动势,定子磁动势,1/5,圆形旋转磁动势 旋转方向
7、旋转速度 幅值,5.3.3 磁动势,转子磁动势,2/5,圆形旋转磁动势 旋转方向 旋转速度 幅值,5.3.3 磁动势,时-空矢量图,3/5,转子位置角0的存在使后续处理比较复杂,5.3.3 磁动势,转子位置角的处理,4/5,不管转子位置角0的存在，将定、转子的时轴和相轴都取在同一轴线，以后就简称时轴或相轴。,5.3.3 磁动势,磁动势平衡关系,5/5,5.3.4 转子绕组的归算,归算条件,1/7,5.3.4 转子绕组的归算,磁动势平衡关系的电流表达,2/7,5.3.4 转子绕组的归算,电流归算,3/7,5.3.4 转子绕组的归算,电流比,4/7,5.3.4 转子绕组的归算,电势归算,5/7,5
8、.3.4 转子绕组的归算,阻抗归算,6/7,5.3.4 转子绕组的归算,转子绕组归算方法总结,7/7,电压和电动势乘以ke 电流除以ki 阻抗乘以(keki),5.3.5 基本方程式,转子绕组归算后的基本方程式组,5.3.6 等效电路,堵转运行时的等效电路,5.4.1 旋转的影响 5.4.2 磁动势关系 5.4.3 转子频率归算,5.4 正常运行的感应电动机,5.4.4 基本方程式 5.4.5 等效电路,5.4.1 转子旋转对转子电量的影响,转子感应电动势的频率,1/4,旋转磁场相对于转子的速度,转子绕组感应电动势的频率,5.4.1 转子旋转对转子电量的影响,转子（相）电压平衡方程,2/4,转
9、子旋转后的转子电角频率,5.4.1 转子旋转对转子电量的影响,转子（相）电动势有效值,3/4,E2并非堵转时的转子（相）电势,5.4.1 转子旋转对转子电量的影响,转子（相）漏电抗,4/4,为堵转时的转子（相）漏电抗值,5.4.2 磁动势关系,转子磁动势的幅值,1/5,5.4.2 磁动势关系,转子磁动势的转向,2/5,假设转子A、B、C三相绕组按逆时针方向排列，当气隙磁场按逆时针方向旋转时，转子感应电动势的相序为A-B-C，电流的相序也与此相同，从而转子磁动势的旋转方向也应为逆时针方向，与定子磁场的转向相同。,5.4.2 磁动势关系,转子磁动势相对于转子的速度,3/5,5.4.2 磁动势关系,
10、转子磁动势相对于定子的速度,4/5,定、转子磁动势以相同的转速沿相同的方向旋转，稳定运行时，二者在空间的相对位置始终不变。,5.4.2 磁动势关系,磁动势平衡,5/5,5.4.3 转子频率归算,归算关系,1/5,5.4.3 转子频率归算,频率归算的物理含义,2/5,用一个静止的“等效转子”去代替实际旋转的转子，等效转子一相绕组的电阻为实际转子一相绕组电阻的1/s倍。等效转子的电流与实际转子相同；等效转子产生的磁动势也与实际转子相同。,5.4.3 转子频率归算,频率归算后的转子内功率因数角,3/5,5.4.3 转子频率归算,频率归算对转子磁动势的影响,4/5,转向、转速与折算前相同； 由于电流有
11、效值不变，幅值也不会变； 由于转子回路阻抗角（2）相同，则电流相位相同，从而磁动势的空间位置不受折算影响； 由于转子磁动势完全不变，所以定子侧的所有物理量以及由定子传递到转子的功率也不变。,5.4.3 转子频率归算,频率归算后转子侧的功率关系,5/5,第一项代表转子绕组自身电阻消耗的功率；第二项代表实际电机中通过磁场耦合在转轴上产生的总机械功率。,5.4.4 基本方程式,频率归算和绕组归算后的基本方程式组,5.4.5 等效电路,感应电动机的T形等效电路,1/9,5.4.5 等效电路,不同工况下的主磁通和功率因数,2/9,空载时，s非常小，定子电流几乎就是励磁电流，功率因数很低；主磁通值最大。
12、额定负载时，s0.05，功率因数较高（可达0.8-0.85）；由于端电压不变，定子漏阻抗压降不大，基本可认为主磁通和励磁电流都与空载时差不多。,5.4.5 等效电路,不同工况下的主磁通和功率因数（续）,3/9,若因负载过大或起动阶段低速运行时，s较大，功率因数较低；定子漏阻抗压降较大，主磁通明显下降； 起动瞬间或堵转时，定子额定电压降落在定、转子漏阻抗上，功率因数很低，主磁通约为空载时的一半。,5.4.5 等效电路,以电源电压和阻抗参数表达的定子电流,4/9,5.4.5 等效电路,以电源电压和阻抗参数表达的转子电流,5/9,5.4.5 等效电路,以电源电压和阻抗参数表达的激磁电流,6/9,5.
13、4.5 等效电路,T形等效电路的简化,7/9,正常运行时s很小,5.4.5 等效电路,近似形等效电路,8/9,5.4.5 等效电路,简化等效电路,9/9,5.5.1 电磁功率 5.5.2 功率平衡关系 5.5.3 转矩平衡关系,5.5 功率和转矩平衡方程,例5-3,5.5.1 电磁功率,定义,感应电动机定子侧从电网吸收的电功率中，绝大部分将会借助于气隙旋转磁场的作用，由定子通过气隙传送到转子，这部分功率称为电磁功率。,5.5.2 功率平衡关系,定子侧的功率平衡,1/6,5.5.2 功率平衡关系,总机械功率,2/6,5.5.2 功率平衡关系,转子侧的功率平衡,3/6,5.5.2 功率平衡关系,输
14、入输出功率关系,4/6,5.5.2 功率平衡关系,功率流图,5/6,5.5.2 功率平衡关系,电磁功率、总机械功率及转子铜耗的关系,6/6,转换功率,转差功率,5.5.3 转矩平衡关系,电磁转矩,1/2,旋转体的机械功率等于作用在旋转体的转矩与其机械角速度的乘积。所以，感应电动机的总机械功率等于电磁转矩与机械角速度的乘积。,5.5.3 转矩平衡关系,转矩平衡方程,2/2,例5-3,正确求解思路,5.6.1 空载试验 5.6.2 堵转试验,5.6 参数测定,5.6.1 空载试验,试验目的,1/7,通过空载试验获得空载特性，以确定感应电动机的铁耗和机械损耗，并计算其激磁参数Rm、Xm 。,5.6.
15、1 空载试验,试验方法,2/7,先在静态下测取定子绕组电阻 R1 ，再让电机轴上不带任何负载，保持电源频率为额定，调节定子电压由（1.11.2）U1N 逐渐下降到 0.3U1N 左右，测取并记录若干点 U1 及其对应的空载电流 I0 和空载功率 P0 。,5.6.1 空载试验,试验结果,3/7,5.6.1 空载试验,空载时输入功率分析,4/7,5.6.1 空载试验,机械损耗与铁耗的分离,5/7,对附加损耗的分离，一般根据经验值估计，有时甚至在空载试验中忽略该项；也可采用辅助电机试验方法来分离。,5.6.1 空载试验,空载阻抗计算,6/7,5.6.1 空载试验,激磁阻抗计算,7/7,5.6.2
16、堵转试验,试验目的,1/7,通过堵转试验获得短路特性，以计算感应电动机的定、转子漏阻抗参数。,5.6.2 堵转试验,试验方法,2/7,试验前先堵住转子使其不能旋转，保持电源频率为额定，调节定子电压由约 0.4U1N 逐渐下降，测取并记录若干点电源电压 Uk 及其对应的短路电流 Ik 和输入功率 Pk。,5.6.2 堵转试验,试验结果,3/7,5.6.2 堵转试验,短路阻抗计算,4/7,5.6.2 堵转试验,定、转子漏阻抗计算,5/7,5.6.2 堵转试验,定、转子漏阻抗的近似计算,6/7,5.6.2 堵转试验,补充说明,7/7,通常认为漏抗为常数，但它们随运行状况的不同会有所变化，比如起动时的漏抗只有正常运行时的0.70.85。所以短路试验时，力争测到 Ik = I1N、 Ik = （23）I1N 和 Uk = U1N 三处的数据，分别算出三种状态下的参数以满足不同分析目的的需要对一般情况的分析用第一组值，计算最大转矩用第二组值，计算起动特性用第三组值。,5.7.1 笼型转子的极对数 5.7.2 笼型转子的相数 5.7.3 笼型转子的绕组参数,5.7 笼型转子参数计算,5.7
