第3章異步電機基本理論

1、LFChun 制作 3.6 三相異步電動機的功率和轉矩三相異步電動機的功率和轉矩第第 3 章章 異步電機的基本理論異步電機的基本理論 3.2 三相異步電動機的工作原理三相異步電動機的工作原理 3.3 三相異步電動機的基本結構三相異步電動機的基本結構 3.5 三相異步電動機的電動勢平衡方程式三相異步電動機的電動勢平衡方程式 3.6 三相異步電動機的磁通勢平衡方程式三相異步電動機的磁通勢平衡方程式 3.7 三相異步電動機的運行分析三相異步電動機的運行分析 3.8 三相異步電動機的功率和轉矩三相異步電動機的功率和轉矩 3.9 三相異步電動機的運行特性三相異步電動機的運行特性 3.10 單相異步電動機

2、單相異步電動機*3.11 三相直線異步電動機三相直線異步電動機*3.12 三相異步發(fā)電機三相異步發(fā)電機電機與拖動電機與拖動返回主頁返回主頁 3.1 異步電機的用途和種類異步電機的用途和種類 3.4 三相異步電動機的型號和額定值三相異步電動機的型號和額定值高等教育出版社 高等教育電子音像出版社3.1 異步電機的用途和種類異步電機的用途和種類一、異步電機的用途一、異步電機的用途異步發(fā)電機目前已很少應用。異步發(fā)電機目前已很少應用。單相異步電動機，容量都比較小，通常同應用于家用電器和單相異步電動機，容量都比較小，通常同應用于家用電器和實驗室中。實驗室中。三相異步電動機是當前工農業(yè)生產中應用最廣泛的電動

3、機。三相異步電動機是當前工農業(yè)生產中應用最廣泛的電動機。電動機的主要用途是實現(xiàn)電力拖動。電動機的主要用途是實現(xiàn)電力拖動。電力拖動是當前各種拖動方式中最主要的拖動方式，它由以電力拖動是當前各種拖動方式中最主要的拖動方式，它由以下幾部分組成：下幾部分組成：電動機傳動機構工作機構控制設備電源第第3章章 異步電機的基本理論異步電機的基本理論高等教育出版社 高等教育電子音像出版社二、異步電機的種類二、異步電機的種類按能量轉換的不同按能量轉換的不同異步發(fā)電機和異步電動機。異步發(fā)電機和異步電動機。按相數(shù)的不同按相數(shù)的不同單相異步電機和三相異步電機等。單相異步電機和三相異步電機等。按轉子繞組結構的不同按轉子繞

4、組結構的不同籠型異步電機和繞線型異步電機?；\型異步電機和繞線型異步電機。按運動方式的不同按運動方式的不同旋轉異步電機和直線異步電機。旋轉異步電機和直線異步電機。高等教育出版社 高等教育電子音像出版社3.1 異步電機的用途和種類異步電機的用途和種類3.2 三相異步電動機的工作原理三相異步電動機的工作原理一、旋轉磁場一、旋轉磁場1. 旋轉磁場的產生旋轉磁場的產生 W2 W1V2 V1U1 U2 第第3章章 異步電機的基本理論異步電機的基本理論 三相三相 (多相多相) 電流電流 三相三相 (多相多相) 繞組繞組 旋轉磁場。旋轉磁場。 三相繞組三相繞組高等教育出版社 高等教育電子音像出版社橫截面橫截面

5、U1U2V1V2W2W1U1 V1 W1U2 V2 W2 流出流出 流入流入 3.2 三相異步電動機的工作原理三相異步電動機的工作原理高等教育出版社 高等教育電子音像出版社U V WU1U2V1V2W2W1i1 = Imsin ti2 = Imsin( t120O) i3 = Imsin( t120O)i1 i2 i3 t = 0O 時時i1 = 0，i2 0， i3 0NS3.2 三相異步電動機的工作原理三相異步電動機的工作原理Im tOi1高等教育出版社 高等教育電子音像出版社 t = 0O 時時i1 = 0，i2 0， i30U1U2V1V2W2W1NS t = 120O 時時i10，i

6、2 = 0，i3 03.2 三相異步電動機的工作原理三相異步電動機的工作原理U1U2V1V2W2W1NS高等教育出版社 高等教育電子音像出版社U1U2V1V2W2W1U1U2V1V2W2W1NS t = 240O 時時i1 0，i20，i3 = 0 t = 360O 時時i1= 0，i2 0，i303.2 三相異步電動機的工作原理三相異步電動機的工作原理NS高等教育出版社 高等教育電子音像出版社i 變化一周變化一周i 每秒鐘變化每秒鐘變化 50 周周i 每分鐘變化每分鐘變化 (5060) 周周 旋轉磁場轉一圈旋轉磁場轉一圈旋轉磁場轉旋轉磁場轉 50 圈圈旋轉磁場轉旋轉磁場轉 3000 圈圈 2

7、. 旋轉磁場的轉速旋轉磁場的轉速 同步轉速同步轉速n0 n0 = 3000 = 60 f1 (r / min) 同步轉速同步轉速 n0 的大小怎樣改變？的大小怎樣改變？3.2 三相異步電動機的工作原理三相異步電動機的工作原理高等教育出版社 高等教育電子音像出版社U1U2V1V2W2W1每相繞組由每相繞組由一個線圈組成一個線圈組成U1 V1 W1U2 V2 W2U3 V3 W3U4 V4 W4U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3每相繞組由兩個每相繞組由兩個線圈串聯(lián)組成線圈串聯(lián)組成3. 2 三相異步電動機的工作原理三相異步電動機的工作原理高等教育出版社 高等教育電子音像出版社U1U2U

8、3U4V1V4V2V3W4W1W2W3 t = 0O 時時 i1 = 0，i2 0， i3 0 NSNS 磁極對數(shù)磁極對數(shù) p p = 2 電流變化一周電流變化一周 旋轉磁場轉旋轉磁場轉半半圈圈 n0 = 1 500 當磁極對數(shù)當磁極對數(shù) p = 3 時時 n0 = 1 000 60 f1 2= 60 f1 3=60 f1pn0 =3.2 三相異步電動機的工作原理三相異步電動機的工作原理高等教育出版社 高等教育電子音像出版社 f = 50 Hz 時：時： 1 2 3 4 5 6 3 000 1 500 1 000 750 600 500 pn0/(r/min) 3. 旋轉磁場的轉向旋轉磁場的轉

9、向 U (i1) V(i2) W(i3) 由超前相轉向滯后相。由超前相轉向滯后相。 由通入繞組中的電流的相序決定的。由通入繞組中的電流的相序決定的。 怎樣改變怎樣改變 n0 的方向的方向 ? V(i1) U(i2) W(i3)3.2 三相異步電動機的工作原理三相異步電動機的工作原理高等教育出版社 高等教育電子音像出版社 機械負載機械負載 旋轉起來旋轉起來二、工作原理二、工作原理對稱三相繞組對稱三相繞組 通入對稱三相電流通入對稱三相電流 旋轉磁場旋轉磁場 （磁場能量）（磁場能量） 磁感線切割磁感線切割 轉子繞組轉子繞組 轉子繞組中轉子繞組中 產生產生 e 和和 i 轉子繞組在磁場中轉子繞組在磁場

10、中 受到電磁力的作用受到電磁力的作用 轉子旋轉起來轉子旋轉起來 電磁電磁轉矩轉矩3.2 三相異步電動機的工作原理三相異步電動機的工作原理感感應應 三相三相 交流交流 電能電能高等教育出版社 高等教育電子音像出版社n0n0NSn0n01. 電磁轉矩的產生電磁轉矩的產生 轉子電流有功轉子電流有功分量與分量與e2同方向同方向轉子電流有功分量轉子電流有功分量與旋轉磁場相互作用與旋轉磁場相互作用3.2 三相異步電動機的工作原理三相異步電動機的工作原理NS轉子電流無功轉子電流無功分量滯后分量滯后e2 90o轉子電流無功分量轉子電流無功分量與旋轉磁場相互作用與旋轉磁場相互作用高等教育出版社 高等教育電子音像

11、出版社轉差率轉差率 :s = 100% n0n n0轉子轉速轉子轉速 : n=(1 s) n0 起動時起動時 n = 0，s = 1 理想空載時理想空載時 n = n0，s = 0 正常運行時正常運行時 0nn0， 1s0 額定運行時額定運行時 sN = 0.01 0.093.2 三相異步電動機的工作原理三相異步電動機的工作原理異步電機的各種運行狀態(tài)異步電機的各種運行狀態(tài) 狀態(tài)狀態(tài) 制動狀態(tài)制動狀態(tài) 堵轉狀態(tài)堵轉狀態(tài) 電動機狀態(tài)電動機狀態(tài) 理想空載狀態(tài)理想空載狀態(tài) 發(fā)電機狀態(tài)發(fā)電機狀態(tài)轉子轉速轉子轉速轉差率轉差率n0 s1n = 0s = 10nn0 1s0n = n0s = 0nn0s0高等

12、教育出版社 高等教育電子音像出版社大連理工大學電氣工程系2. 電磁轉矩電磁轉矩 的大小的大小 T = CTm I2cos 23.2 三相異步電動機的工作原理三相異步電動機的工作原理3. 電磁轉矩的方向電磁轉矩的方向與旋轉磁場的轉向相同。與旋轉磁場的轉向相同。順時針方向旋轉順時針方向旋轉怎樣改變轉子的轉向怎樣改變轉子的轉向?3 M3U V W3 M3U V W逆時針方向旋轉逆時針方向旋轉高等教育出版社 高等教育電子音像出版社3.3 三相異步電動機的基本結構三相異步電動機的基本結構一、主要部件一、主要部件1. 定子定子 定子鐵心、定子繞組、定子鐵心、定子繞組、 機座和端蓋等。機座和端蓋等。 定子鐵

13、心的硅鋼片定子鐵心的硅鋼片第第3章章 異步電機的基本理論異步電機的基本理論高等教育出版社 高等教育電子音像出版社 定子鐵心定子鐵心3.3 三相異步電動機的基本結構三相異步電動機的基本結構高等教育出版社 高等教育電子音像出版社 定子繞組定子繞組對稱三相繞組。對稱三相繞組。3.3 三相異步電動機的基本結構三相異步電動機的基本結構高等教育出版社 高等教育電子音像出版社 定子接線盒定子接線盒U1 V1 W1W2 U2 V2U1 V1 W1U2 V2 W2星星形形(Y)聯(lián)聯(lián)結結U1 V1 W1W2 U2 V 23 三三角角形形( )聯(lián)聯(lián)結結U1 V1 W1W2 U2 V 23 3.3 三相異步電動機的基

14、本結構三相異步電動機的基本結構高等教育出版社 高等教育電子音像出版社轉子鐵心、轉子繞組、轉軸、風扇等。轉子鐵心、轉子繞組、轉軸、風扇等。轉子鐵心的硅鋼片轉子鐵心的硅鋼片2. 轉子轉子 轉子繞組轉子繞組 繞線型：繞線型：對稱三相繞組。對稱三相繞組。 籠籠 型：型：對稱多相繞組。對稱多相繞組。3.3 三相異步電動機的基本結構三相異步電動機的基本結構高等教育出版社 高等教育電子音像出版社 籠型異步電動機的轉子籠型異步電動機的轉子3.3 三相異步電動機的基本結構三相異步電動機的基本結構高等教育出版社 高等教育電子音像出版社 籠型異步電動機的轉子籠型異步電動機的轉子3.3 三相異步電動機的基本結構三相異

15、步電動機的基本結構高等教育出版社 高等教育電子音像出版社 籠型異步電動機的轉子籠型異步電動機的轉子3.3 三相異步電動機的基本結構三相異步電動機的基本結構高等教育出版社 高等教育電子音像出版社3.3 三相異步電動機的基本結構三相異步電動機的基本結構 繞線型異步電動機的轉子繞線型異步電動機的轉子高等教育出版社 高等教育電子音像出版社3.3 三相異步電動機的基本結構三相異步電動機的基本結構 繞線型異步電動機的轉子繞線型異步電動機的轉子高等教育出版社 高等教育電子音像出版社3.3 三相異步電動機的基本結構三相異步電動機的基本結構 三相籠型異步電動機的部件圖三相籠型異步電動機的部件圖高等教育出版社 高

16、等教育電子音像出版社3.3 三相異步電動機的基本結構三相異步電動機的基本結構 三相籠型異步電動機的結構三相籠型異步電動機的結構轉子轉子 定子定子 風扇風扇 冷空氣流冷空氣流 罩罩 殼（非驅動端）殼（非驅動端） 端蓋（驅動端）端蓋（驅動端）高等教育出版社 高等教育電子音像出版社3.3 三相異步電動機的基本結構三相異步電動機的基本結構 三相繞線型異步電動機的結構三相繞線型異步電動機的結構高等教育出版社 高等教育電子音像出版社3.3 三相異步電動機的基本結構三相異步電動機的基本結構 三相繞線型異步電動機示意圖三相繞線型異步電動機示意圖高等教育出版社 高等教育電子音像出版社 3.3 三相異步電動機的基

17、本結構三相異步電動機的基本結構 三相異步電動機的外形三相異步電動機的外形 更多的圖片更多的圖片 高等教育出版社 高等教育電子音像出版社3.3 三相異步電動機的基本結構三相異步電動機的基本結構 三相異步電動機的外形三相異步電動機的外形 更多的圖片更多的圖片 高等教育出版社 高等教育電子音像出版社 三相異步電動機的外形三相異步電動機的外形3.3 三相異步電動機的基本結構三相異步電動機的基本結構 更多的圖片更多的圖片 高等教育出版社 高等教育電子音像出版社UN 400 690 V fN 50 / 60 Hz PN 200 2 300 kW 2p 2 8 交流低壓籠型異步電動機交流低壓籠型異步電動機3

18、.3 三相異步電動機的基本結構三相異步電動機的基本結構 更多的圖片更多的圖片 高等教育出版社 高等教育電子音像出版社UN 690 V，2 11 kVfN 50 / 60 Hz PN 200 3 000 kW 2p 2 12 交流高壓籠型異步電動機交流高壓籠型異步電動機3.3 三相異步電動機的基本結構三相異步電動機的基本結構 更多的圖片更多的圖片 高等教育出版社 高等教育電子音像出版社二、三相繞組二、三相繞組圈邊圈邊 首端首端 尾端尾端1. 三相單層繞組三相單層繞組例如：例如：z = 12，p = 1，m = 3，y = 。兩匝線圈兩匝線圈 每極每相槽數(shù)每極每相槽數(shù) q z 2 p m q =

19、=12 213 = 2 12345678910 11 12定子槽定子槽 SNU1U2一相繞組一相繞組接線圖接線圖（單層）（單層）3.3 三相異步電動機的基本結構三相異步電動機的基本結構高等教育出版社 高等教育電子音像出版社SN12345678910 11 12U1簡化的一相簡化的一相 繞組接線圖繞組接線圖（單層）（單層）U2 槽距角槽距角 相鄰兩槽中心相鄰兩槽中心 線間的電角度。線間的電角度。 = p 360o z= 1 360o12= 30 極距極距 相鄰兩磁極中心相鄰兩磁極中心 線間的距離（槽數(shù)）。線間的距離（槽數(shù)）。 z 2 p = =12 21 = 6 3.3 三相異步電動機的基本結構

20、三相異步電動機的基本結構高等教育出版社 高等教育電子音像出版社 線圈節(jié)距線圈節(jié)距 y 線圈兩圈邊之間的距離（槽數(shù)）線圈兩圈邊之間的距離（槽數(shù)） 。當當 y = 時，稱為整距繞組；當時，稱為整距繞組；當 y 時，稱為短距繞組。時，稱為短距繞組。 z2 py = = =12 21= 6 SN12345678910 11 12U1U2yV1 V23.3 三相異步電動機的基本結構三相異步電動機的基本結構高等教育出版社 高等教育電子音像出版社當當 q1 分布繞組分布繞組。當當 q = 1 集中繞組。集中繞組。SN12345678910 11 12U1U2V1V2W1W2三相單層整距分布繞組接線圖三相單層

21、整距分布繞組接線圖3.3 三相異步電動機的基本結構三相異步電動機的基本結構高等教育出版社 高等教育電子音像出版社例如：例如：z = 12，p = 1，m = 3，y = 5。 由計算得：由計算得： q = 2，= 30，y 。2. 三相雙層繞組三相雙層繞組NS12345678910 11 12串聯(lián)串聯(lián)U1 U2 實線為外層線圈邊，虛線為內層線圈邊。實線為外層線圈邊，虛線為內層線圈邊。3.3 三相異步電動機的基本結構三相異步電動機的基本結構高等教育出版社 高等教育電子音像出版社 雙層繞組雙層繞組3.3 三相異步電動機的基本結構三相異步電動機的基本結構高等教育出版社 高等教育電子音像出版社3.3

22、三相異步電動機的基本結構三相異步電動機的基本結構3. 三相繞組的種類三相繞組的種類(1)單層繞組和雙層繞組單層繞組和雙層繞組(2)整距繞組和整距繞組和 短距繞組短距繞組 整距繞組整距繞組 y= 短距繞組短距繞組 y1高等教育出版社 高等教育電子音像出版社1. 極數(shù)極數(shù) 轉子極數(shù)轉子極數(shù) = 定子極數(shù)定子極數(shù) 因為：轉子中的電動勢和電流是感應出來的。因為：轉子中的電動勢和電流是感應出來的。 三、籠型繞組三、籠型繞組p1 = p2 = pNSSN NS 如果兩者不相等，如果兩者不相等， 則轉子轉不起來。則轉子轉不起來。3.3 三相異步電動機的基本結構三相異步電動機的基本結構 n0n0NS高等教育出

23、版社 高等教育電子音像出版社2. 相數(shù)相數(shù) 籠型轉子是對稱多相繞組?；\型轉子是對稱多相繞組。 轉子槽數(shù)能被磁極對數(shù)整除時轉子槽數(shù)能被磁極對數(shù)整除時m2 =z2p 每對磁極下的每一根導條每對磁極下的每一根導條 就構成一相。就構成一相。 各對極下占相同位置的導各對極下占相同位置的導 條可看作是屬于一相的并聯(lián)導條可看作是屬于一相的并聯(lián)導條，即每相有條，即每相有 p 根導條并聯(lián)。根導條并聯(lián)。 m2 = 6 轉子槽數(shù)不能被極對數(shù)整除時轉子槽數(shù)不能被極對數(shù)整除時 m2 = z2 即每一根導條就構成一相。即每一根導條就構成一相。NNSS1234567891011123.2 三相異步電動機的基本結構三相異步電

24、動機的基本結構高等教育出版社 高等教育電子音像出版社3. 匝數(shù)匝數(shù)N2 = 12（一根導條相當于半匝）（一根導條相當于半匝）高等教育出版社 高等教育電子音像出版社 三相異步電動機三相異步電動機型型 號號 Y132S6 功功 率率 3 kW 頻頻 率率 50Hz 電電 壓壓 380 V 電電 流流 7.2 A 聯(lián)聯(lián) 結結 Y轉轉 速速 960r/min 功率因數(shù)功率因數(shù) 0.76 絕緣等級絕緣等級 B2p = 6軸上輸出額定軸上輸出額定機械功率機械功率PNP1N = 3 UNIN cos N PN = NP1N = 3 UNIN cos N N額定電額定電壓壓(線電壓線電壓)額定電流額定電流(線

25、電流線電流)3.4 三相異步電動機的型號和額定值三相異步電動機的型號和額定值3.4 三相異步電動機的型號和額定值三相異步電動機的型號和額定值高等教育出版社 高等教育電子音像出版社3.4 三相異步電動機的型號和額定值三相異步電動機的型號和額定值 三相異步電動機的銘牌三相異步電動機的銘牌 高等教育出版社 高等教育電子音像出版社 【例例3.4.1】 求上述銘牌所示電動機在額定狀態(tài)下運求上述銘牌所示電動機在額定狀態(tài)下運行時的：行時的：(1) 轉差率；轉差率；(2) 定子繞組的相電流；定子繞組的相電流； (3) 輸入有功輸入有功功率；功率； (4) 效率。效率。 解：解：(1) 由型號知由型號知 2p

26、= 4，即即 p = 2，因此因此 n0 = 1500 r/min，故，故sN = n0nN n0= 15001440 1500= 0.04(2) 由于由于定子三相繞組為三角形聯(lián)結，故相電流為定子三相繞組為三角形聯(lián)結，故相電流為 I1P =IN 33.4 三相異步電動機的型號和額定值三相異步電動機的型號和額定值11.7 3= A = 6.76 A高等教育出版社 高等教育電子音像出版社(3) 輸入有功功率輸入有功功率P1N = 3 UNIN N = 1.73238011.70.83 W = 6384 W = 6.384 kW (4) 效率效率 N = 100% PNP1N= 100% = 86

27、% 5.56.3843.4 三相異步電動機的型號和額定值三相異步電動機的型號和額定值高等教育出版社 高等教育電子音像出版社3.5 三相異步電動機的電動勢平三相異步電動機的電動勢平衡方程式衡方程式一、一、定子電路的電動勢平衡方程式定子電路的電動勢平衡方程式電動勢平衡方程式電動勢平衡方程式U1 =E1 + (R1 + jX1 ) I1E1 =4.44 kw1 N1f 1m =E1 + Z1 I1定子繞組的電動勢定子繞組的電動勢kw1定子繞組的繞組因數(shù)定子繞組的繞組因數(shù)kw1N1定子繞組的有效匝數(shù)定子繞組的有效匝數(shù)第第3章章 異步電機的基本理論異步電機的基本理論式中式中高等教育出版社 高等教育電子音

28、像出版社定子頻率定子頻率f1 = pn0 60忽略忽略R R1和和X X1 ，則，則U1 =E1 =4.44 kw1 N1fm =U1 4.44 kw1 N1f1即即m正比于相電壓正比于相電壓U1 3.5 三相異步電動機的電動勢平衡方程式三相異步電動機的電動勢平衡方程式高等教育出版社 高等教育電子音像出版社E2s = 4.44 kw2N2f2m 二、轉子電路的電動勢平衡方程式二、轉子電路的電動勢平衡方程式電動勢平衡方程式電動勢平衡方程式轉子繞組漏電抗轉子繞組漏電抗X2s = 2 f2L2轉子繞組電動勢轉子繞組電動勢kw2轉子繞組的繞組因數(shù)轉子繞組的繞組因數(shù)( (籠型繞組籠型繞組kw2 =1)=

29、1)kw2N2轉子繞組的有效匝數(shù)轉子繞組的有效匝數(shù)3.5 三相異步電動機的電動勢平衡方程式三相異步電動機的電動勢平衡方程式0 = E2s (R2 + jX2s ) I2s = E2sZ2sI2s 式中式中高等教育出版社 高等教育電子音像出版社f2=p(n0n)60= s f1 轉子頻率轉子頻率=p n060n0nn0E2 = 4.44 kw2N2f1m 轉子靜止時，轉子靜止時， f2=f1 轉子靜止時的漏電抗轉子靜止時的漏電抗 X2 = 2 f1L2轉子靜止時的電動勢轉子靜止時的電動勢 X2s = s X2 E2s = s E2則則3.5 三相異步電動機的電動勢平衡方程式三相異步電動機的電動勢

30、平衡方程式高等教育出版社 高等教育電子音像出版社 【例例3.5.1】 某繞線型三相異步電動機，某繞線型三相異步電動機， nN = 2 880 r/min，fN = 50 Hz，轉子繞組開路時的額定線電壓轉子繞組開路時的額定線電壓 U2N =254 V。求該電動機在額定狀態(tài)下運行時。求該電動機在額定狀態(tài)下運行時轉子每相繞組轉子每相繞組的電的電動勢動勢E2s 和轉子頻率和轉子頻率 f2 。 解：解：由由 nN = 2 880 r/min ，可知，可知n0 = 3 000 r/min，則，則sN = n0nN n0= 3 0002 880 3 000= 0.04 由于由于轉子繞組為星形聯(lián)結，故轉子繞

31、組開路時轉子繞組為星形聯(lián)結，故轉子繞組開路時的相電壓為的相電壓為 U2 = E2 = U2N32541.732= V = 146.82 V 3.5 三相異步電動機的電動勢平衡方程式三相異步電動機的電動勢平衡方程式高等教育出版社 高等教育電子音像出版社額定狀態(tài)下運行時額定狀態(tài)下運行時 E2s = sNE2 = 0.04146.82 V = 5.87 V f2 = sNf1 = 0.0450 Hz = 2 Hz3.5 三相異步電動機的電動勢平衡方程式三相異步電動機的電動勢平衡方程式高等教育出版社 高等教育電子音像出版社三、三、繞組因數(shù)繞組因數(shù)kw = kp ks1. 節(jié)距因數(shù)節(jié)距因數(shù)整距線圈的電動

32、勢整距線圈的電動勢SN y = EcEcEcEcEcEc = EcEc 短距線圈的電動勢短距線圈的電動勢SNEcEc yEcEcEc y 180oEc = EcEc Ec = 2Ec sin 90 y Ec = 2Ec 3.5 三相異步電動機的電動勢平衡方程式三相異步電動機的電動勢平衡方程式高等教育出版社 高等教育電子音像出版社 kp = sin 90 y =短距線圈的電動勢短距線圈的電動勢整距線圈的電動勢整距線圈的電動勢2. 分布因數(shù)分布因數(shù) 集中繞組集中繞組 E = q 個線圈電動勢的代數(shù)和個線圈電動勢的代數(shù)和= qEc 分布繞組分布繞組 E = q 個線圈電動勢的相量和個線圈電動勢的相量

33、和 qEc兩者之比，即兩者之比，即在整距繞組中在整距繞組中 kp =1 在短距繞組中在短距繞組中 kp 1 3.5 三相異步電動機的電動勢平衡方程式三相異步電動機的電動勢平衡方程式高等教育出版社 高等教育電子音像出版社已知：相鄰兩個線圈電動已知：相鄰兩個線圈電動 勢的相位差為勢的相位差為 。設設：q = 3，則則 Ec1Ec2Ec3 q 2Ec3Ec1Ec2 REq Ec = 2R sin 2Eq = 2R sin q 2q 2 Eq = Ec sin 2sin= q Ec ks= q Ec sinq sin 2q 23.5 三相異步電動機的電動勢平衡方程式三相異步電動機的電動勢平衡方程式高等

34、教育出版社 高等教育電子音像出版社3.6 三相異步電動機的磁通勢平三相異步電動機的磁通勢平衡方程式衡方程式一、磁通勢平衡方程式一、磁通勢平衡方程式1. 定子旋轉磁通勢定子旋轉磁通勢F1m =0.9 m1kw1N1 I12p 轉向轉向 與定子電流相序一致。與定子電流相序一致。 轉速轉速 n1 = n0 = p60 f1 幅值幅值 第第3章章 異步電機的基本理論異步電機的基本理論高等教育出版社 高等教育電子音像出版社2. 轉子旋轉磁通勢轉子旋轉磁通勢 F2m =0.9 m2kw2N2 I2s2p 轉向轉向 幅值幅值 與轉子電流的相序一致，即與定子電流與轉子電流的相序一致，即與定子電流 相序一致。相

35、序一致。 轉速轉速 (1) 轉子旋轉磁通勢相對于轉子的轉速轉子旋轉磁通勢相對于轉子的轉速 n2 = p60 f2= s n0(2) 轉子旋轉磁通勢相對于定子的轉速轉子旋轉磁通勢相對于定子的轉速 n2 + n= s n0 + (1s) n0 = n0 3.6 三相異步電動機的磁通勢平衡方程式三相異步電動機的磁通勢平衡方程式高等教育出版社 高等教育電子音像出版社 結論結論(1) 轉子旋轉磁通勢與定子旋轉磁通勢在空間轉子旋轉磁通勢與定子旋轉磁通勢在空間 是沿同一方向以同一速度旋轉的。是沿同一方向以同一速度旋轉的。(2) 二者組成了統(tǒng)一的合成旋轉磁通勢，二者組成了統(tǒng)一的合成旋轉磁通勢， 共同產生旋轉磁

36、場。共同產生旋轉磁場。3.6 三相異步電動機的磁通勢平衡方程式三相異步電動機的磁通勢平衡方程式高等教育出版社 高等教育電子音像出版社F1 m+ F2m = F0m 3. 磁通勢平衡方程磁通勢平衡方程(1) 理想空載時理想空載時 I2s = 0， I1 = I0旋轉磁通勢的幅值為旋轉磁通勢的幅值為F0m =0.9 m1kw1N1 I02p(2)負載時負載時 m1kw1N1 I1+m2kw2N2 I2s=m1kw1N1 I03.6 三相異步電動機的磁通勢平衡方程式三相異步電動機的磁通勢平衡方程式高等教育出版社 高等教育電子音像出版社單相電流通過單相繞組產生脈振磁通勢和脈振磁場單相電流通過單相繞組產

37、生脈振磁通勢和脈振磁場 脈振磁場：脈振磁場： 軸線不變，軸線不變， 大小和方向大小和方向 隨時間交變隨時間交變 的磁場。的磁場。 脈振磁通勢：脈振磁通勢： 產生脈振磁產生脈振磁 場的磁通勢。場的磁通勢。U1U2NS12FU1U2U1二、脈振磁通勢二、脈振磁通勢3.6 三相異步電動機的磁通勢平衡方程式三相異步電動機的磁通勢平衡方程式高等教育出版社 高等教育電子音像出版社U1U3U4U2S NN SU1U2 與與 U3U4串聯(lián)串聯(lián): 14FU3U1U2U4U1 脈振磁通勢的幅值脈振磁通勢的幅值 繞組磁通勢的幅值繞組磁通勢的幅值 = kw N Im= 2 kw N I 氣隙矩形波磁通勢的幅值氣隙矩形

38、波磁通勢的幅值2 kw N I2p=3.6 三相異步電動機的磁通勢平衡方程式三相異步電動機的磁通勢平衡方程式高等教育出版社 高等教育電子音像出版社氣隙基波磁通勢的幅值氣隙基波磁通勢的幅值2 kw N I2p=4 Fpm = 0.9 kw N I p三、旋轉磁通勢三、旋轉磁通勢三相電流通過三相繞組時，三相繞組的三相電流通過三相繞組時，三相繞組的三個基波脈振磁通勢為三個基波脈振磁通勢為FpU = Fpm sin tFpV = Fpm sin( t 120o )FpW = Fpm sin( t120o )3.6 三相異步電動機的磁通勢平衡方程式三相異步電動機的磁通勢平衡方程式高等教育出版社 高等教育

39、電子音像出版社U1U2V1V2W2W1NS將它們用空間矢量表示，其參考方向如圖將它們用空間矢量表示，其參考方向如圖FpU FpV FpW 3.6 三相異步電動機的磁通勢平衡方程式三相異步電動機的磁通勢平衡方程式高等教育出版社 高等教育電子音像出版社FpVFpWFm30 30FpW = Fpm sin120o =FpU = Fpm sin 0o = 032Fpm FpV = Fpm sin(120o ) = 32Fpm 當當 t = 0o 時時 Fm= 32Fpm3.6 三相異步電動機的磁通勢平衡方程式三相異步電動機的磁通勢平衡方程式高等教育出版社 高等教育電子音像出版社FpU = Fpm si

40、n90o = Fpm FpV = Fpm sin(30o ) = Fpm / 2FpW = Fpm sin 210o = Fpm / 2 FpWFpV60FpVFpWFpU60Fm=23Fpm Fm 結論：結論：F 的大小不變。的大小不變。Fm = Fpm =m20.9 m kw N I2p當當 t = 90o 時時3.6 三相異步電動機的磁通勢平衡方程式三相異步電動機的磁通勢平衡方程式高等教育出版社 高等教育電子音像出版社 【例例3.6.1】 有一三相雙層繞組，有一三相雙層繞組， z = 36 ， p = 2，y = 8 /9， N = 96。(1) 分析該繞組的類型；分析該繞組的類型； (

41、2) 若旋轉磁場若旋轉磁場磁通最大值磁通最大值 m = 0.011 Wb，轉速，轉速 n0 = 1 500 r/min，則每相，則每相繞組中產生的電動勢的有效值是多少？繞組中產生的電動勢的有效值是多少？ (3) 若通過每相繞組若通過每相繞組的電流有效值為的電流有效值為 I = 2.04 A，該三相繞組產生的旋轉磁通勢，該三相繞組產生的旋轉磁通勢的幅值是多少？的幅值是多少？ 解：解：(1) 由于由于 y = 8 /9 ，故為短距繞組。，故為短距繞組。由于由于q =z2pm=36223= 31(2) 電動勢電動勢 分布繞組分布繞組 kp = sin 90 y = sin ( 90) 89= 0.9

42、853.6 三相異步電動機的磁通勢平衡方程式三相異步電動機的磁通勢平衡方程式高等教育出版社 高等教育電子音像出版社 = p 360 zks =2q sin2 q sin= 2360 36= 20=20 2sin(3 ) 3sin20 2= 0.96f =p n060= 50 Hz = Hz 21 500 60E = 4.44 f kw Nm = 4.44500.9850.96960.011 V = 220 V3.6 三相異步電動機的磁通勢平衡方程式三相異步電動機的磁通勢平衡方程式高等教育出版社 高等教育電子音像出版社(3) 磁通勢磁通勢F = 0.9 m kw N I 2p0.930.9850

43、.96962.0422=A = 125 A3.6 三相異步電動機的磁通勢平衡方程式三相異步電動機的磁通勢平衡方程式高等教育出版社 高等教育電子音像出版社四、高次諧波磁通勢和電動勢四、高次諧波磁通勢和電動勢 磁極的磁場磁極的磁場 = 基波磁場基波磁場 + 奇次諧波磁場奇次諧波磁場v 次諧波的磁極對數(shù)：次諧波的磁極對數(shù)：v 次諧波電動勢頻率：次諧波電動勢頻率：v 次諧波電動勢大?。捍沃C波電動勢大?。簐 次諧波的繞組因數(shù)：次諧波的繞組因數(shù)： v 次諧波的節(jié)距因數(shù)：次諧波的節(jié)距因數(shù)：v 次諧波的分布因數(shù)：次諧波的分布因數(shù)：pv = v p1f v = v f 1E v = 4.44 f v kwv N

44、mkwv = kpv ksv基波極對數(shù)基波極對數(shù) p kpv = sin v y 90ksv=q 2 2sin vq sin v3.6 三相異步電動機的磁通勢平衡方程式三相異步電動機的磁通勢平衡方程式高等教育出版社 高等教育電子音像出版社(1) 在同步電機中，諧波磁通勢所產生的磁場在轉子表面在同步電機中，諧波磁通勢所產生的磁場在轉子表面 產生渦流損耗，使電機發(fā)熱，產生渦流損耗，使電機發(fā)熱， 。(2) 在感應電機中，諧波磁場產生寄生轉矩，影響其起動性在感應電機中，諧波磁場產生寄生轉矩，影響其起動性 能；損耗能；損耗 ，cos ，溫升，溫升 ， 。 y = ( 0.8 0.83 ) 諧波電動勢的影

45、響諧波電動勢的影響 使發(fā)電機電動勢波形變壞，供電質量使發(fā)電機電動勢波形變壞，供電質量 ，雜散損耗，雜散損耗 ， ，溫升，溫升 ；干擾鄰近通信線路。；干擾鄰近通信線路。 措施措施 改善氣隙磁場分布；采用短距繞組和分布繞組；改善氣隙磁場分布；采用短距繞組和分布繞組；籠型異步電動機轉子采用斜槽形式。籠型異步電動機轉子采用斜槽形式。 諧波磁通勢的影響諧波磁通勢的影響 3.6 三相異步電動機的磁通勢平衡方程式三相異步電動機的磁通勢平衡方程式高等教育出版社 高等教育電子音像出版社3.7 三相異步電動機的運行分析三相異步電動機的運行分析一、等效電路一、等效電路U1I1R1 jX1E1 E2sjX2s R2I

46、2sf1f2m1、 kw1N1 m2、 kw2N21. 頻率折算頻率折算I2s =sE2R2 + jsX2=E2+ jX2R2 s= I2第第3章章 異步電機的基本理論異步電機的基本理論高等教育出版社 高等教育電子音像出版社 頻率歸算的物理含義頻率歸算的物理含義 用一個靜止的、電阻為用一個靜止的、電阻為 R2 /s 的等效轉子去代的等效轉子去代替電阻為替電阻為 R2 的實際旋轉的轉子。的實際旋轉的轉子。 3.7 三相異步電動機的運行分析三相異步電動機的運行分析R2s= R2 + 1s sR2 U1I1R1 jX1E1 E2jX2 R2I2f1f1m1、 kw1N1 m2、 kw2N21s R2

47、 s轉子所產生的機械功轉子所產生的機械功率相對應的等效電阻率相對應的等效電阻高等教育出版社 高等教育電子音像出版社2. 繞組折算繞組折算 用一個相數(shù)和有效匝數(shù)與定子繞組相同的轉用一個相數(shù)和有效匝數(shù)與定子繞組相同的轉子繞組去等效代替實際的轉子繞組。子繞組去等效代替實際的轉子繞組。 等效的原則：保證電磁效應和功率關系不變。等效的原則：保證電磁效應和功率關系不變。(1) 電動勢的折算電動勢的折算 折算前：折算前： 折算后：折算后： 定、轉子的電動勢之比：定、轉子的電動勢之比： E2 = E1 = ke E2E2 = 4.44 f1 kw2N2m E2 = E1 = 4.44 f1 kw1N1m =k

48、w1N1kw2N2E2E2ke =E1E2=3.7 三相異步電動機的運行分析三相異步電動機的運行分析高等教育出版社 高等教育電子音像出版社(2) 電流的折算電流的折算折算前：折算前：折算后：折算后：F2 =0.9 m2kw2N2 I22pF2 =0.9 m1kw1N1 I22p電流比：電流比：=m1kw1N1m2kw2N2I2I2ki =0.9 m2kw2N2 I22p=0.9 m1kw1N1 I22pI2kiI2 =3.7 三相異步電動機的運行分析三相異步電動機的運行分析高等教育出版社 高等教育電子音像出版社(3) 阻抗的折算阻抗的折算折算前：折算前：Z2=+ jX2R2s= E2 I2折算

49、后：折算后：Z2 =+ jX2R2 s= E2 I2阻抗比：阻抗比：|Z2|Z2 |kZ =E2 I2 E2 I2= ke ki Z2 = kZ Z2 R2 = kZ R2X2 = kZ X2 3.7 三相異步電動機的運行分析三相異步電動機的運行分析高等教育出版社 高等教育電子音像出版社3. 等效電路及其簡化等效電路及其簡化 E1 = E2U1I1R1 jX1jX2 R2I21s R2 sR0jX0I0 E1 = E2U1I1R1 jX1 jX2 R2I21s R2 sR0jX0I03.7 三相異步電動機的運行分析三相異步電動機的運行分析高等教育出版社 高等教育電子音像出版社U1 =E1 +

50、(R1 + jX1 ) I1二、基本方程式二、基本方程式E1 =E2 I1 + I2 = I03.7 三相異步電動機的運行分析三相異步電動機的運行分析+ jX2 ) I20 = E2 (R2 sE1 = Z0 I0高等教育出版社 高等教育電子音像出版社I2R2 sI2 三、相量圖三、相量圖E1 = E2 2jX2I2 I2 I0 I1 E1 R1I1 jX1I1 U1 設設 E1 = E2 = E1 0o 3.7 三相異步電動機的運行分析三相異步電動機的運行分析高等教育出版社 高等教育電子音像出版社 【例例3.7.1】 一臺三相一臺三相 4 極籠型異步電動機，極籠型異步電動機，UN = 380

51、 V，三角形聯(lián)結，三角形聯(lián)結，fN = 50 Hz，nN = 1 452 r/min，R1 = 1.33 ，X1 = 2.43 ， R2 = 1.12 ，X2 = 4.4 ，R0 = 7 ，X0 = 90 。試用試用 T 形和簡化等效電路計算形和簡化等效電路計算額定狀態(tài)下運行額定狀態(tài)下運行時的定子時的定子相電流相電流 、轉子轉子相電流相電流 和勵磁電流和勵磁電流 。I2I1I0解：解： (1) 應用應用 T 形等效電路形等效電路sN = n0nN n0= 1 5001 452 1 500= 0.032 Z1 = R1jX1 = (1.33j 2.43) Z2 = R2 /s jX2 = (1.

52、12/0.032j 4.4) = 2.77 61.3o = 35.28 7.17o 3.7 三相異步電動機的運行分析三相異步電動機的運行分析高等教育出版社 高等教育電子音像出版社3.7 三相異步電動機的運行分析三相異步電動機的運行分析 Z0 = R0jX0 = (7j90) = 90.27 85.55o 設設 U1 = 380 0o V = 11.47 29.43O A = 10.02 170.11O A I0 = I1I2 = 3.91 88.27O A I1 = U1Z1Z0 Z2Z0Z2I2 = Z0Z0Z2I1或或 I0 = Z2Z0Z2I1 = 3.91 88.27O A 高等教育出

53、版社 高等教育電子音像出版社(2) 應用簡化等效電路應用簡化等效電路I2 =U1 Z1Z2 = 10.28 169.35O A I0 = U1Z0= 4.21 85.55O A = A 380 0O 90.27 85.55o I1 = I0I2 = 12.08 30.32o A = 4.21 85.55O 10.28 169.35O A 3.7 三相異步電動機的運行分析三相異步電動機的運行分析高等教育出版社 高等教育電子音像出版社一、三相異步電動機的功率一、三相異步電動機的功率 1. 輸入功率輸入功率 P1 P1 = 3 U1I1cos 13.8 三相異步電動機的功率和轉矩三相異步電動機的功率

54、和轉矩= 3 U1LI1Lcos 12. 定子銅損耗定子銅損耗 PCu1 PCu1 = m1R1I12 = 3R1I123. 鐵損耗鐵損耗 PFe（轉子鐵損耗忽略不計）（轉子鐵損耗忽略不計） PFe = m1R0I02 = 3R0I02第第3章章 異步電機的基本理論異步電機的基本理論高等教育出版社 高等教育電子音像出版社R2 s= m1 I22 4. 電磁功率電磁功率 PePe = P1PCu1PFePe = m2 E2 I2cos 2 = m1 E2 I2 cos 25. 轉子銅損耗轉子銅損耗 PCu2 PCu2 = m2 R2 I22 = m1 R2 I2 2 = s Pe3.8 三相異步

55、電動機的功率和轉矩三相異步電動機的功率和轉矩= m1 R2I2 2 + m1 R2I2 2 1s s高等教育出版社 高等教育電子音像出版社8. 輸出功率輸出功率 P2 P2 = PmP0 = PePCu2P0 = P1PCu1PFePCu2P06. 機械功率機械功率 PmPm = PePCu21ss Pm = m1 R2I22 = (1s ) Pe7. 空載損耗空載損耗 P0 P0 = PmePad機械損耗機械損耗附加損耗附加損耗3.8 三相異步電動機的功率和轉矩三相異步電動機的功率和轉矩高等教育出版社 高等教育電子音像出版社P1PCu1+PFePePCu2P0P2Pm 總損耗總損耗 Pal

56、Pal = PFePCuPmePad = PFe(PCu1PCu2) PmePad 功率平衡方程式功率平衡方程式 P2 = P1Pal 效率效率 = 100% P2 P1 3.8 三相異步電動機的功率和轉矩三相異步電動機的功率和轉矩高等教育出版社 高等教育電子音像出版社大連理工大學電氣工程系 【例例3.8.1】 某三相異步電動機，某三相異步電動機，UN = 380 V， 形聯(lián)結形聯(lián)結, f1=50Hz, R1=1.5, R2=1.2。在拖動某負載運行時，相。在拖動某負載運行時，相電流電流 I1 = 11.5A， I2 = 10A, =0.86, =82% , n = 1446 r/min。求：

57、該電機的求：該電機的 P1、Pe、Pm 和和P2 。解：解： 同步轉速同步轉速3.8 三相異步電動機的功率和轉矩三相異步電動機的功率和轉矩n0 =60f1p = 60 50 2r/min=1500 r/min轉差率轉差率 s = n0n n0= 1 5001 446 1 500= 0.036 高等教育出版社 高等教育電子音像出版社輸入功率輸入功率 P1 =3 U1 I1 = 3 380 11.50.86W=11.27kW P2 = P1= 0.8211.27 kW = 9.24 kW Pm = (1s ) Pe= (10.036 )10 kW = 9.64 kW3.8 三相異步電動機的功率和轉

58、矩三相異步電動機的功率和轉矩輸出功率輸出功率 電磁功率電磁功率 機械功率機械功率 Pe = m1 I2 2R2 s= 3 10 2 2 W = 10 kW 1.20.036高等教育出版社 高等教育電子音像出版社二、三相異步電動機的轉矩二、三相異步電動機的轉矩Pm = P2P0 T = T2T0 1. 電磁轉矩電磁轉矩 TT = Pm Pmn = 9.55 = 60 Pm2 nT = Pe 0 = 60 Pe2 n0Pen0 = 9.55 2. 空載轉矩空載轉矩 T0T0 = P0 = 60 P0 2 nP0n = 9.55 3. 輸出轉矩輸出轉矩 T2T2 = P2 = 60 P2 2 nP2

59、n = 9.55 3.8 三相異步電動機的功率和轉矩三相異步電動機的功率和轉矩高等教育出版社 高等教育電子音像出版社 電動機的負載轉矩為電動機的負載轉矩為 TL，穩(wěn)定運行時，穩(wěn)定運行時 T2 = TL若若 TL T2TL n s E2s I2s (I1) T T2 = TL 重新穩(wěn)定運行重新穩(wěn)定運行( n 較高較高, I1 較小較小)。 一般一般 T0 很小很小 ，在滿載或接近滿載時，在滿載或接近滿載時， 3.8 三相異步電動機的功率和轉矩三相異步電動機的功率和轉矩 T0 T 因此因此 T = T2 = TL 高等教育出版社 高等教育電子音像出版社 【例例3.6.2】求例求例3.6.1中的電動

60、機的轉矩中的電動機的轉矩T2 、 T0 和和T 。解解: : 輸出轉矩輸出轉矩 電磁轉矩電磁轉矩 空載轉矩空載轉矩 T2 = 60 P2 2 n 60 9.24 103 2 3.14 1446=N m=61.05N m T0 = 60 P0 2 n 60 0.4 103 2 3.14 1446=N m=2.64N m P0 = Pm P2 =(9.64 9.24) kW=0.4kW 空載損耗空載損耗 T = T0+ T2 =(2.64+61.05) N m=63.69N m 3.8 三相異步電動機的功率和轉矩三相異步電動機的功率和轉矩高等教育出版社 高等教育電子音像出版社T = 60 Pe 2