第十九章 三相异步电动机的运行原理

第十九章 三相异步电动机的运行原理

0-1

概述

要求： 要求：掌握异步电机稳态分析的基本方 法---等效电路法 ---等效电路法异步电动机分析中，主要涉及四个量 异步电动机分析中，主要涉及四个量----(输入能量的)电端口：电压与电流； 输入能量的)电端口：电压与电流； (输出能量的)机械端口：功率和转速 输出能量的)机械端口： 或转矩与转速)。 (或转矩与转速)。

实际中要解决的问题： 实际中要解决的问题： 主要是已知异步电动机电压与输出功率求 解电流、转速的问题； 解电流、转速的问题；或已知电压和转速 求电流和功率等问题。 求电流和功率等问题。

为解决上述问题仍用等效电路法， 为解决上述问题仍用等效电路法， 要设法找出与变压器相似的等效电路。 要设法找出与变压器相似的等效电路。 本章要求掌握等效电路方面的要点： 本章要求掌握等效电路方面的要点： 1)如何得到等效电路？掌握绕组归算、 如何得到等效电路？掌握绕组归算、 转子位置归算与频率归算等； 转子位置归算与频率归算等； 2)等效电路各元件各代表什么？等效 等效电路各元件各代表什么？ 哪些实际的物理量？ 哪些实际的物理量？

仿照变压器的思路得到等效电路为了得到等效电路的过程，主要解决以下三个问题： 为了得到等效电路的过程，主要解决以下三个问题： 1)设法用静止转子等效旋转的转子，以便借用变压器 设法用静止转子等效旋转的转子， 的分析方法； 的分析方法； 2)在气隙磁场作用下，定转子绕组的感应电势之间的 在气隙磁场作用下， 关系，引入电压变比； 关系，引入电压变比； 3)定转子电流产生的磁势如何合成，引入电流变比。 定转子电流产生的磁势如何合成，引入电流变比。

基本思路首先分析仅仅定子有电流而转子没有电流 的情况——转子绕组开路，转子只有感应电动 转子绕组开路， 的情况 转子绕组开路 但无电流； 势，但无电流； 然后分析，转子绕组短路， 然后分析，转子绕组短路，但转子堵转的 情况； 情况； 最后分析转子旋转的情况——采用等效静 采用等效静 最后分析转子旋转的情况 止转子代替实际旋转转子。 止转子代替实际旋转转子。

正方向的规定规定定、转子各相电气物理量的正方向； 规定定、转子各相电气物理量的正方向； 规定磁动势、磁通的正方向； 规定磁动势、磁通的正方向； 确定定转子绕组空间坐标。 确定定转子绕组空间坐标。

正方向的规定(下页图) 正方向的规定(下页图)1)定、转子绕组电流、电动势及端电压的正 转子绕组电流、 方向； 方

向； 2)绕组轴线的正方向：与电流、电动势成右 绕组轴线的正方向：与电流、 手螺旋关系,并假设转子A 手螺旋关系,并假设转子A相绕组轴线 +A2 在定子 + A 1 前方 α A相绕组轴线 空间电角度； 相绕组轴线 0 空间电角度； 3)磁动势、磁通密度从定子内圆出来进入气 磁动势、磁通密度从定子内圆出来进入气 为正(定子铁心内圆表面N极为正) 隙为正(定子铁心内圆表面N极为正)。

& U1

I&1

& E1

& U2

I& 2 & E2

α0

第一节 转子绕组开路时的电磁关系一、异步电动机的主磁通和定子漏磁通 主磁通 Φ m 和变压器一样起到传递能量的媒介作用； 和变压器一样起到传递能量的媒介作用； 定子漏磁通 Φ s1 不起传递能量的媒介作用，只起电抗压降的 不起传递能量的媒介作用， 作用； 作用； 包括：槽部漏磁通、端部漏磁通和谐波磁通 包括：槽部漏磁通、

二、基本电磁关系示意图Φ s1

& E s1& BδΦm

& U1

& I0

& F0

& ψ1

& E1

& & & & U1 = E1 Es1 + I 0 R1

& ψ2

& & E2 = U 20

类比变压器的空载运行，说说它们的异同。 类比变压器的空载运行，说说它们的异同。

三、励磁磁动势及励磁电流& 由于转子开路，因此定子三相电流 I 0 产 由于转子开路，& 生合成基波旋转磁动势 F0 用于建立主磁

场 Φ m ,因此这个磁动势亦称为励磁磁动势。 因此这个磁动势亦称为励磁磁动势。& 可看成由两部分组成： 励磁电流 I 0 可看成由两部分组成：&0a I 提供铁耗，是有功分量； 提供铁耗，是有功分量；I&0r 建立磁动势产生 & & 是无功分量， 主磁场 Φ m ,是无功分量，即：&0 = I 0 a + I 0 r I

四、主磁通在定转子绕组感应电动势和变压器一、 和变压器一、二次绕组感应电动势的推 导类似，得定、 导类似，得定、转子每相电动势有效值的大 小：E1 = 4.44 f1 N1kdp1Φ mE2 = 4.44 f 2 N 2 kdp 2 Φ m

这样得到定转子每相电动势变比(ke ): 这样得到定转子每相电动势变比(E1 N1kdp1 ke = = E2 N 2 kdp 2

转子位置位于对应的定子位置前方 α 0& & 表示时，可得： 空间电角度，用相量 E1、E2 表示时，可得： 空间电角度，

& E1 jα 0 = kee & E2五、电动势平衡方程

& & & & & & & U1 = E1 + I 0 R1 Es1 = E1 + I 0 R1 + jI 0 X 1 & & = E + I Z1 0 1

Z1 = R1 + jX 1 —— 定子一相绕组的漏阻抗

& 与变压器分析时一样，如果用励磁电流 I 0 与变压器分析时一样，& 在参数 Z m上的压降表示 E1,则：

& & & E1 = I 0 ( Rm + jX m ) = I 0 Z mZ m = Rm + jX m

——激磁阻抗； ——激磁阻抗； 激磁阻抗

定子一相电动势平衡式为： 定子一相电动势平衡式为：& & & & & U1 = E1 + I 0 Z1 = I 0 ( Rm + jX m ) + I 0 ( R1 + jX 1 ) & = I (Z + Z )0 1 m

转子回路

开路，转子回路电动势平衡方程： 转子回路开路，转子回路电动势平衡方程： & & U =E20 2