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1、信电学院,1,第五章 异步电机（二） 三相异步电动机运行原理及单相异步电动机,第一节 三相异步电动机运行时的电磁过程,一、异步电动机负载时的物理情况,当三相异步电动机的定子绕组接到对称三相电源时，定子绕组中就通过三相交流电流。若不计谐波和齿槽影响，这个对称三相交流电流将在气隙内形成按正弦规律分布、并且以同步转速n0旋转的旋转磁动势F1，由旋转磁动势F1建立旋转的气隙主磁场Bm。 这个旋转磁场切割定子、转子绕组，分别在定子、转子绕组内感应出定子电动势和转子电动势。在转子电动势作用下转子回路中有对称三相电流流过。于是，在气隙磁场和转子电流的相互作用下，产生了电磁转矩，转子就顺着旋转磁场的方向转动。
2、,信电学院,2,空载的情况下：nn0, I20,当电机带有机械负载后：nn0, I2增大。,信电学院,3,？,答：对称绕组里面感应产生对称电流，因此会有旋转磁场的产生。,不论转子是绕线型还是笼型，转子磁动势F2都是一种旋转磁动势。,（一）转子磁动势分析,？,答：感应电动势滞后磁通Bm90的电角度，转子绕组呈感性，因此电流滞后电压2。,信电学院,4,如果相序为A-B-C的异步电动机定子电流所产生的旋转磁场按逆时针方向旋转，因为nn0，则转子电流相序为a-b-c 。则转子磁动势F2的旋转方向也按照相序a-b-c，即：按逆时针方向。,1、转子磁动势F2的旋转方向,A-B-C,a-b-c,信电学院,5
3、,2、F2转速的大小,转子绕组内感应电动势和电流的频率为,转子电流形成的转子磁动势F2的旋转方向与F1的旋转方向相同，它相对于转子的转速为n，而相对于定子的转速为,n+n=n0-n+n=n0,信电学院,6,（二）磁动势平衡,转子磁动势F2与定子磁动势F1相对静止，得到合成磁动势F1+F2,负载时,空载时,电动机从空载到负载，定子绕组的感应电动势的变化很小，差不多和电源电压相平衡。所以，可以近似认为,信电学院,7,于是,空载时,负载时,信电学院,8,信电学院,9,答：由于磁滞损耗和涡流损耗的存在，致使Bm在空间相位上滞后Fm一个电角度。,信电学院,10,（三）电磁关系,有效值,相量表达式,定、转
4、子的漏磁通在各自绕组中感应产生漏电动势,信电学院,11,信电学院,12,二、基本方程式,（一）磁动势平衡方程式,式中m1、m2为定子、转子的相数；Im为对应于励磁磁动势的励磁电流。,信电学院,13,令,则,信电学院,14,（二）电动势平衡方程式,R为转子电阻的外加电阻,Zm为表征铁心磁化特性和铁耗的一个综合参数，称为励磁阻抗；xm称为励磁电抗；rm为反映铁耗的励磁电阻。,信电学院,15,因此,信电学院,16,异步电动机负载时的基本方程式列出如下,信电学院,17,第二节 三相异步电动机的等效电路及相量图,为电动势比,一、异步电动机的等效电路,（一）频率归算,频率归算 保持整个电磁系统的电磁性能不
5、变，把一种频率的参数和物理量换算成另一种频率的参数和物理量。在这里，就是用一个具有定子频率而等效于转子的电路去代换实际转子电路。 所谓“等效”是指： 1）进行代换后，转子电路对定子电路的电磁效应不变。 2）等效的转子电路的电磁性能（有功功率、无功功率、铜耗等）必须和实际转子电路一样。,其中，,信电学院,18,若R=0,异步电动机负载时的基本方程式列出如下,而静止转子电路中电流,信电学院,19,在附加电阻 上产生的功耗，实质上表征了异步电动机的机械功率,信电学院,20,（二）绕组归算,由转子磁动势不变,由转子总的视在功率不变,式中,由转子铜耗和漏磁通储能不变,信电学院,21,（三）异步电动机的等
6、效电路,经过归算后，定子、转子的电动势方程式,磁动势方程式,励磁支路的电动势方程式,信电学院,22,感应电动机的T形等效电路,信电学院,23,几种异步电动机的典型运行情况,1、空载运行,信电学院,24,几种异步电动机的典型运行情况,信电学院,25,（四）等效电路的简化,信电学院,26,二、异步电动机的相量图,信电学院,27,解,信电学院,28,（1）用T形等效电路计算,信电学院,29,设 ，定子电流,定子线电流有效值,信电学院,30,定子功率因数,定子输入功率,转子电流 和励磁电流,效率,信电学院,31,（2）用近似等效电路计算,负载支路阻抗,励磁支路阻抗,信电学院,32,转子电流（即负载电流
7、）,励磁电流,信电学院,33,定子电流,定子线电流有效值,定子功率因数,定子输入功率,效率,信电学院,34,第三节 三相异步电动机的功率和转矩,一、功率转换过程,信电学院,35,二、功率方程式,式中，U1定子相电压；I1 定子相电流； 定子功率因数角； 转子功率因数角；,信电学院,36,总机械功率,信电学院,37,三、转矩方程式,式中 电动机输出的机械转矩； 机械损耗转矩； 附加损耗转矩； 空载转矩； 电磁转矩。,信电学院,38,四、电磁转矩公式,转矩常数,信电学院,39,例5-2 根据例5-1中的数据，还知道电动机的机械损耗 pmec=100W ，额定负载时的附加损耗 ，试计算各种功率和转矩
8、。,同步角速度,转子机械角速度,例5-1一台2对极的三相异步电动机，有关数据如下：,信电学院,40,总机械功率,电磁功率,负载制动转矩,空载制动转矩,电磁转矩,或者,信电学院,41,第四节 三相异步电动机的工作特性及其测取方法,一、工作特性的分析 前提条件：电机工作在额定电压和额定频率下,1、转速特性,2、定子电流特性,信电学院,42,3、功率因数特性,4、电磁转矩特性,异步电动机相当于一个感性阻抗，则功率因素总是滞后的，它必须从电网中吸收无功功率。,2、额定负载时,3、超额定负载时，s增大，无功分量增大，所以功率因素又下降。,1、空载时,信电学院,43,二、工作特性的求取,工作特性的求取 可
9、以用直接负载法，通过做实验求取；也可以利用等效电路进行计算。,5、效率特性,对于中小型电机，最大效率大约出现在额定负载的3/4时，电动机容量越大，效率越高。,信电学院,44,第五节 三相异步电动机参数的测定,一、空载试验与励磁参数的确定,试验目的: 确定电动机的励磁参数、铁耗和机械损耗。,信电学院,45,空载实验过程: 转轴上不加任何负载，电动机空载运行30分钟，使其机械损耗达到稳定值。 用调压器改变定于绕组上的电压，使其从1.1-1.3UN开始，逐渐降低电压 ,直到电动机的转速发生明显的变化为止。 记录电动机的端电压、空载电流、空载功率P。和转速n，并画成曲线。即异步电动机的空载特性。,信电
10、学院,46,2、励磁参数与铁耗及机械损耗的确定,1)机械损耗和铁耗的分离,由于异步电动机处于空载状态，转子电流很小，转子里的铜损耗可忽略不计。所以这个时候的空载损耗全部消耗在定子铜耗,铁耗,机械损耗中,信电学院,47,2)励磁参数的确定,等效电路的转子则相当于开路，所以有：,空载时异步电动机的等效电路,信电学院,48,短路试验又叫堵转试验，即把绕线式异步电机的转子绕组短路，并把转子卡住，不使其旋转。 鼠笼式的已经短路。,二、堵转试验及堵转时参数的确定,实验过程：,选取 ，逐步降低电压。实验时间要尽量短。,2.测量57点，记录端电压、定子堵转电流和功率，定子绕组电阻。,信电学院,49,因电压低铁
11、损耗可忽略，为了简单起见，可认为 由于试验时，转速n0，机械损耗 ,定子全部的输入功率都损耗在定、转子的电阻上，即,由于,所以,信电学院,50,二、堵转试验及堵转时参数的确定,转速n0，机械损耗 ,定子全部的输入功率 都损耗在定、转子的电阻上，即,根据堵转实验数据，可以求得,对于大中型电机 ，取,信电学院,51,第六节 三相异步电动机的转矩与转差率的关系,电动机的电磁转矩方程式,由近似等效电路得,由上述两式不难得到,信电学院,52,临界转差率sm,最大转矩,信电学院,53,总结： 电动机参数与电源频率不变时， 与 成正比， 与 无关。,通常r1x1+x2,对应的最大转矩,2.电源频率与电压不变
12、时，,3. 与 之值无关， 与 成正比。,信电学院,54,第七节 单相异步电动机,一、由单相电源供电的异步电动机的运行单相异步电动机的工作原理,信电学院,55,一个脉振磁动势可以分解为两个幅值相等，旋转方向相反的磁动势。 两个旋转方向相反的磁动势分别产生正转和反转的磁动势+和- 。 旋转磁动势分别在绕组中感应出相应的电动势和电流，从而产生正转和反转的电磁转矩Te+和Te-。,信电学院,56,电磁转矩拖动生产负载以转速n旋转。则正、负转差率分别为,单相异步电动机特性： 1）电动机静止时，合成转矩为零，电动机无起动转矩； 2）若外力拖动电动机正向或反向转动，撤去外力后，电动机将继续加速到接近同步转
13、速。,信电学院,57,由于电机转子的对称性，可以用两个互相垂直的 线圈代替。,电机不动时，q轴上产生感应电动势和电流，d轴上没有。作用在导条1-1上的电磁力相互抵消，电机不能转动。 电机由于某种作用转动时，q轴上的2-2切割磁力线，产生电动势和电流，而d轴上的线圈1-1不切割磁力线，没有电动势和电流。因此，转动是电机的电磁情况发生了变化。,信电学院,58,设脉振磁场按正弦分布,则每极脉振磁通为,因为电动势滞后磁通90，所以d轴上的电动势也滞后磁动势90,因为线圈可以看成一个纯电感，因此，q轴上的电流滞后电压90，磁动势滞后感应电压90,信电学院,59,合成磁动势为,若fd=fq,则合成磁动势为
14、正圆形旋转磁动势，若不相等，正转磁动势大于反转磁动势，则合成磁动势为椭圆形磁动势。,因此，单相异步电动机一经转动，则出现交轴磁动势，电机的磁动势由脉振磁动势变成旋转磁动势，而且，随着转速的增大，交轴磁通增大，合成磁动势由椭圆形变成圆形。,如何解决单相异步电机的起动是关键问题。,信电学院,60,二、单相异步电动机的主要类型和起动方法,分相式电动机的主绕组和辅助绕组空间上相差90电角度，接在同一单相电源上。在辅助绕组中串入适当的电容、电阻或电感，从而获得在空间上相差90，时间上相差一定角度的两种脉振磁场，这样就可以在电动机内形成一种旋转磁场，从而产生起动转矩。,1、分相式电动机,当电机起动以后，为
15、避免绕组过热，当转速达到一定的时候，由离心开关S将辅助绕组切断，这样的电机成为分相式异步电动机。,信电学院,61,2）、电容分相电动机,如果电容选择恰当，电动机辅助绕组中的电流相位超前主绕组电流相位90，从而起动转矩较大，起动电流较小。,考虑到电容可以改善功率因素，让串联电容的绕组的电机起动后不再与电源切断，使电机成为一台两相电动机，这种电机成为电容分相是电动机。,信电学院,62,信电学院,63,2、罩极式电动机,合成磁场在空间上有一定角度，在时间上由一定得相位差，形成一中椭圆度比较大的“扫动磁场”。,信电学院,64,单相异步电动机的功率小，主要制成小型电机。它的应用非常广泛，如家用电器（洗衣
16、机、电冰箱、电风扇）、电动工具（如手电钻）、医用器械、自动化仪表等。,三、单相电机的使用,三相异步电动机的单相运行,三相异步电动机在运行过程中，若其中一相和电 源断开，则变成单相运行。此时和单相电机一样， 电机仍会按原来方向运转。但若负载不变，三相供 电变为单相供电，电流将变大，导致电机过热。使 用中要特别注意这种现象；三相异步电动机若在启 动前有一相断电，和单相电机一样将不能启动。此 时只能听到嗡嗡声，长时间启动不了，也会过热， 必须赶快排除故障。,信电学院,65,第八节 直线异步电机,将一台笼型异步电机，沿其径向剖开，然后拉直便成为了一台直线异步电机。 初级通以三相交流电流以后，便产生一个合成磁动势，从而产生一个行波磁场。磁场速度为：,转子拉直便成次级导条，行波磁场切割次级导条，将在其中产生感应电动势及电流，它们之间有相对运行，从而产生电磁力。,
