第九章 異步電動機運行原理_2016

1、1 轉(zhuǎn)子靜止時的異步電動機 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的異步電動機 難點：頻率折算與等效電路的理解難點：頻率折算與等效電路的理解第九章第九章 三相異步電動機的運行原理三相異步電動機的運行原理2概述概述3第一節(jié)第一節(jié) 轉(zhuǎn)子不動時的異步電動轉(zhuǎn)子不動時的異步電動機機4pfn6015異步電機主磁通與變壓器主磁通比較異步電機主磁通與變壓器主磁通比較682211xI jExI jE21 為轉(zhuǎn)子繞組漏電抗為轉(zhuǎn)子繞組漏電抗為定子繞組漏電抗為定子繞組漏電抗21xx1E交交變變2I 2E 0111IHBE91E1E2E2I一、參考方向的規(guī)定一、參考方向的規(guī)定 圖圖9 91 1 三相繞線式異步電機參考方向規(guī)定三相繞線式異步電機參考

2、方向規(guī)定 定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子111E1E20E 二二. .轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)且轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)且轉(zhuǎn)子繞組開路開路時異步電機的電磁關(guān)系時異步電機的電磁關(guān)系12 轉(zhuǎn)子繞組開路時，轉(zhuǎn)子回路沒有轉(zhuǎn)子繞組開路時，轉(zhuǎn)子回路沒有電流，不產(chǎn)生磁動勢。電流，不產(chǎn)生磁動勢。此時，電機氣隙中的磁動勢只有定此時，電機氣隙中的磁動勢只有定子磁動勢子磁動勢F0，因此稱其為，因此稱其為勵磁磁動勵磁磁動勢勢，相應(yīng)的定子電流，相應(yīng)的定子電流I0 稱為勵磁電稱為勵磁電流。流。 勵磁磁動勢勵磁磁動勢二二.轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子繞組開路時異步電機的電磁關(guān)系轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子繞組開路時異步電機的電磁關(guān)系(1).磁動勢和磁通磁動勢和磁通電機中合成基波旋轉(zhuǎn)磁動勢電機

3、中合成基波旋轉(zhuǎn)磁動勢 011109 . 02IpkNmFw13（2 2）感應(yīng)電動勢）感應(yīng)電動勢 11114.44wmEf N k201224.44wmEf N k 定、轉(zhuǎn)子一相感應(yīng)電動勢有效值的比值，稱為定、轉(zhuǎn)子一相感應(yīng)電動勢有效值的比值，稱為電動勢比，用電動勢比，用ke 表示表示: :2211201wwekNkNEEk二二. .轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)且轉(zhuǎn)子繞組開路時異步電機的電磁關(guān)系轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)且轉(zhuǎn)子繞組開路時異步電機的電磁關(guān)系 轉(zhuǎn)子不動時，以轉(zhuǎn)子不動時，以n1 1( ( ) )旋轉(zhuǎn)的基波磁通將旋轉(zhuǎn)的基波磁通將在定、轉(zhuǎn)子相繞組中感應(yīng)同頻率（在定、轉(zhuǎn)子相繞組中感應(yīng)同頻率（ ) )的感的感應(yīng)電動勢應(yīng)電動勢E1和和

4、E20 ，其有效值為：，其有效值為：1160Pnff1160 fnP14101xI jE二二. .轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)且轉(zhuǎn)子繞組開路時異步電機的電磁關(guān)系轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)且轉(zhuǎn)子繞組開路時異步電機的電磁關(guān)系i0 1 e1 線性關(guān)系，引入比例系數(shù)15mmmjxrZmxmr203FempI r為勵磁阻抗；為勵磁阻抗；為勵磁電抗，對應(yīng)于主磁通的電抗；為勵磁電抗，對應(yīng)于主磁通的電抗； 為勵磁電阻，對應(yīng)于鐵心鐵耗的等效電阻，即有：為勵磁電阻，對應(yīng)于鐵心鐵耗的等效電阻，即有：i0 e1，感應(yīng)電勢可看成為空載電流在阻抗上的感應(yīng)電勢可看成為空載電流在阻抗上的阻抗壓降，即：阻抗壓降，即： )(001mmmjxrIZIE二二. .轉(zhuǎn)子堵

5、轉(zhuǎn)且轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)且轉(zhuǎn)子繞組開路開路時異步電機的電磁關(guān)系時異步電機的電磁關(guān)系16101101011ZIExI jrIEU202EU二二. .轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)且轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)且轉(zhuǎn)子繞組開路開路時異步電機的電磁關(guān)系時異步電機的電磁關(guān)系17二二. .轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)且轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)且轉(zhuǎn)子繞組開路開路時異步電機的電磁關(guān)系時異步電機的電磁關(guān)系 圖圖9 94 4 轉(zhuǎn)子繞組開路時三相異步電機等效電路轉(zhuǎn)子繞組開路時三相異步電機等效電路 (4) (4) 等效電路等效電路 r1 x 0I 1U 1Ermxm101101011ZIExI jrIEU18三三. .轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時異步電機的電磁關(guān)系轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時異步電機的電磁關(guān)系( (轉(zhuǎn)

6、子繞組轉(zhuǎn)子繞組閉合閉合) ) 1E1E2E2E2I19三三. .轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時異步電機的電磁關(guān)系轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時異步電機的電磁關(guān)系( (轉(zhuǎn)子繞組閉合轉(zhuǎn)子繞組閉合) ) 20 1I 1F( (旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)) )n1=60f1/p 2Ef2=pn/60=Pn1/60=f1 2I 2Fn2=60f2/p=n1 21FFFm 1F 2F三三. .轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時異步電機的電磁關(guān)系轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時異步電機的電磁關(guān)系( (轉(zhuǎn)子繞組閉合轉(zhuǎn)子繞組閉合) ) 為什么？為什么？21F1 1, ,逆時針逆時針感應(yīng)電勢及電流感應(yīng)電勢及電流相序相序ABCF2逆時針逆時針F F2 2 1F 2F旋轉(zhuǎn)方向相同且轉(zhuǎn)速相等：相對靜止。旋轉(zhuǎn)方向相同且轉(zhuǎn)速

7、相等：相對靜止。2212mFFF12()mFFF 111122112222wwwmN kN kN kmmmIIIPPP22212121111wmwim N kIIIIIm N kk1211()mmLiIIIIIk 三三. .轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時異步電機的電磁關(guān)系轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時異步電機的電磁關(guān)系( (轉(zhuǎn)子繞組閉合轉(zhuǎn)子繞組閉合) ) 23 LmimwwmIIKIIkNmkNmIII1211122221/222111WWiKNmKNmK 三三. .轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時異步電機的電磁關(guān)系轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時異步電機的電磁關(guān)系( (轉(zhuǎn)子繞組閉合轉(zhuǎn)子繞組閉合) ) 2411111111)(ZIEjrrIEU 2222

8、222)(0ZIEjrrIE m1 N1 Kw1m2 N2 Kw2三三. .轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時異步電機的電磁關(guān)系轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時異步電機的電磁關(guān)系( (轉(zhuǎn)子繞組閉合轉(zhuǎn)子繞組閉合) ) 11114.44wmEf N k21224.44wmEf N k從電路分析角從電路分析角度來看，轉(zhuǎn)子度來看，轉(zhuǎn)子不動時的異步不動時的異步電機的電路方電機的電路方程與次級側(cè)短程與次級側(cè)短路時的變壓器路時的變壓器的電路方程相的電路方程相似似11111111)(ZIEjrrIEU 2222222)(0ZIEjrrIE mmZIE 1三三. .轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時異步電機的電磁關(guān)系轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時異步電機的電磁關(guān)系( (轉(zhuǎn)子繞組閉合轉(zhuǎn)子繞組閉合) )

9、 26 2FiwwwwKIkNmkNmIIIpkNmIpkNm/9 . 029 . 0221112222222222111 三三. .轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時異步電機的電磁關(guān)系轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時異步電機的電磁關(guān)系( (轉(zhuǎn)子繞組閉合轉(zhuǎn)子繞組閉合) ) 2712221111221122211221222222222144. 444. 4 WWeWWeeWWKNfKNfKKNKNKEKKNKNEImIEmEIEmIEm 或者或者電勢變比：電勢變比：22UKUe l轉(zhuǎn)子繞組的折算轉(zhuǎn)子繞組的折算 282222222221rKKrrImrImie 22221221xKKxrxtgrxtgie l轉(zhuǎn)子繞組的折算轉(zhuǎn)子繞組的折算 )

10、()(0)(12121222211111mmmmmmjxrIZIEEEIIIjxrIEjxrIEU11111111)(ZIEjxxIEU 2222222)(0ZIEjxrIE mmZIE 1single-phase equivalent circuitsingle-phase equivalent circuit )()(0)(12121222211111mmmmmmjxrIZIEEEIIIjxrIEjxrIEUr1 x 1I 1Uxm mIrm 2I2x2r 21EE31 1xr1 x 1I 1Uxm mIrm 2I2x2r 21EE331E1EsE2 sI2 轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率 :s=(n1-n

11、)/n1第二節(jié)第二節(jié) 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的異步電動機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的異步電動機3411111260)(60)(60sfnnnpnnnpnpf所以所以正常運行時，轉(zhuǎn)子頻率很低，正常運行時，轉(zhuǎn)子頻率很低，為為1-3Hz1-3Hz。一一. .轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢E E2 2s s( (大小與頻率大小與頻率) )35 由于頻率改變，所以由于頻率改變，所以轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢也變化，也變化，有效值為：有效值為：一一. .轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢E E2 2s s( (大小與頻率大小與頻率) )2221222244. 444. 4sEKNsfKNfEmWmWs 36二二. .轉(zhuǎn)子電動勢平衡方程轉(zhuǎn)子

12、電動勢平衡方程2222()sssEIrjx 因為轉(zhuǎn)子回路不變，所以電動勢方程形式因為轉(zhuǎn)子回路不變，所以電動勢方程形式不變，為：不變，為： 此時，轉(zhuǎn)子漏抗為：此時，轉(zhuǎn)子漏抗為：22122222sxLsfLfxs 37三三. .磁動勢平衡方程磁動勢平衡方程( () )212116060fsfnsnnnppn1n2nF1F2需要注意的是需要注意的是：n n2 2為轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的為轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的F F2 2的轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速，亦即速，亦即F F2 2相對于轉(zhuǎn)子速度，相對于轉(zhuǎn)子速度，則則F F2 2相對于定子的速度為：相對于定子的速度為：n n2 2 +n= n +n= n1 138112nnsnnn三三. .

13、磁動勢平衡方程磁動勢平衡方程( () )轉(zhuǎn)子磁動波轉(zhuǎn)子磁動波F2F2定子磁場定子磁場F1F1轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子22ie22ienTe轉(zhuǎn)子磁勢波轉(zhuǎn)子磁勢波F F2 2定子磁場定子磁場F1F1轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子nTe轉(zhuǎn)子磁勢與定子磁場在空間的相對位置轉(zhuǎn)子磁勢與定子磁場在空間的相對位置12()mFFF 40 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子磁動勢相對于定子的旋轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子磁動勢相對于定子的旋轉(zhuǎn)速度不變，定子磁動勢和轉(zhuǎn)子磁動勢仍然保持相對度不變，定子磁動勢和轉(zhuǎn)子磁動勢仍然保持相對靜止靜止， 這說明轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時內(nèi)部電磁過程和轉(zhuǎn)子不動時這說明轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時內(nèi)部電磁過程和轉(zhuǎn)子不動時相似，不同的是轉(zhuǎn)子回路的頻率，由相似，不同的是轉(zhuǎn)子回路的頻率

14、，由f f1 1 變?yōu)樽優(yōu)閟fsf1 1。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，磁動勢平衡方程仍為：轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，磁動勢平衡方程仍為：12()mFFF 三三. .磁動勢平衡方程磁動勢平衡方程412221222244. 444. 4sEKNsfKNfEmWmWs 22122222sxLsfLfxs 四四. .頻率折算頻率折算42m1 N1 Kw1m2 N2 Kw2四四. .頻率折算頻率折算)(02222sssjxrIE )(11111jxrIEU 2sI2sE43)(2121FFFFFFmm 四四. .頻率折算頻率折算m1 N1 Kw1m2 N2 Kw22sI2sE44四四. .頻率折算頻率折算45四四. .頻率折算頻率折

15、算2F2F22222222222 IjxsrEjsxrEsjxrEIsss221rsxtg 2F)(21FFFm sI2 mF四四. .頻率折算頻率折算22221rssIm 21rss 21rss 2221rssrsr 21rss 21rss 48 mmmZIEEIIIjxsrIEjxrIEU2121222211111)/(0)( mmmZIEEIIIjxrIEjxrIEU2121222211111)(0)(四四. .頻率折算頻率折算用一個靜止的轉(zhuǎn)子來模用一個靜止的轉(zhuǎn)子來模擬轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子擬轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子49對應(yīng)主磁通的對應(yīng)主磁通的勵磁電抗勵磁電抗定子鐵耗的定子鐵耗的等效電阻等效電阻附加電附加電阻阻r

16、1 x 1I 1Uxm mIrm 2I2x2r 21EE21rss 五五. .等效電路等效電路 mmmZIEEIIIjxsrIEjxrIEU2121222211111)/(0)(501r1x2x 2x 1I21rss 1UmI12EE感應(yīng)電動機的感應(yīng)電動機的T T形等效電路形等效電路2Irmxm五五. .等效電路等效電路5121rss 21rss ssrIm 12222r1 x 1I 1Uxm mIrm 2I2x2r 21EE21rss 52ssrIm122221, 0nns 21rss02 ImII 1222, 01, 1, 0rxxsssn 21rss r1 x 1I 1Uxm mIrm

17、2I2x2r 21EE21rss 01290mE E,滯后(2)12222222222(3)/xIEtgr sEI rsj I x滯后相角22xI j 2I m2 1ESrI22 21EE與電機參數(shù)與電機參數(shù)作參考相量作參考相量已知：已知：)(m (1) 以以 為參考量為參考量 m1)4( E六六. . 相量圖相量圖sxI j22 2I m2 1EsrI22 21EEmZEI10)5( )()6(201 III111111)7(xIjrIEU 2I 1I 0I11xIj 1 11rI 1U六六. . 相量圖相量圖56變壓器：變壓器：激磁阻抗大，激磁阻抗大，r rm m=1-5=1-5、x xm

18、 m=10=105050漏抗小，約為漏抗小，約為0.014-0.080.014-0.08異步電機：異步電機：存在氣隙，激磁阻抗較小，存在氣隙，激磁阻抗較小，標(biāo)幺值標(biāo)幺值r rm m=0.08-0.35=0.08-0.35、x xm m=2-5=2-5漏抗較大，漏抗較大，x x1 1,x,x2 2約為約為0.07-0.150.07-0.15 021222111 mmmZIIZIZIZZIU21112111221121211211111111ssmsmssmmsZCZUZZZZUIZCZZZUZZZZZZUI 七七.T.T型等效電路的簡化型等效電路的簡化 r1 x 1I 1Uxm mIrm 2I2x2r 21EE21rss 57mmXXZZC11111 則則0,2121 ZZZZmmZCU