電機(jī)與拖動(dòng)第3章異步電機(jī)的基本理論3-6

1、第第 3 章章 異步電機(jī)的基本理論異步電機(jī)的基本理論 3.1 三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理 3.2 三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 3.5 三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析 3.6 三相異步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩三相異步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩 3.7 三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性 3.8 單相異步電動(dòng)機(jī)單相異步電動(dòng)機(jī)*3.9 三相直線異步電動(dòng)機(jī)三相直線異步電動(dòng)機(jī)*3.10 三相異步發(fā)電機(jī)三相異步發(fā)電機(jī)第第 3 章章 異步電機(jī)的基本理論異步電機(jī)的基本理論 3.1 三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理 3.2 三相異步電

2、動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 3.3 三相異步電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢平衡方程式三相異步電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢平衡方程式 3.4 三相異步電動(dòng)機(jī)的磁通勢平衡方程式三相異步電動(dòng)機(jī)的磁通勢平衡方程式 3.5 三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析 3.6 三相異步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩三相異步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩 3.7 三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性 3.8 單相異步電動(dòng)機(jī)單相異步電動(dòng)機(jī)*3.9 三相直線異步電動(dòng)機(jī)三相直線異步電動(dòng)機(jī)*3.10 三相異步發(fā)電機(jī)三相異步發(fā)電機(jī)電機(jī)與拖動(dòng)電機(jī)與拖動(dòng)l 定子繞組相當(dāng)于變壓器的原繞組，定子繞組相當(dāng)于變壓器的原繞組，l轉(zhuǎn)子繞組（一般短接）相當(dāng)于

3、副繞組。轉(zhuǎn)子繞組（一般短接）相當(dāng)于副繞組。i1u1e1e 1e2e 2i2+-+f1f2 ：漏磁通：漏磁通產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢。勢。 ：主磁通產(chǎn)：主磁通產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢。生的感應(yīng)電動(dòng)勢。e1e2、e 1e 2、3.3 三相異步電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢平衡方程式三相異步電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢平衡方程式一、定子電路的電動(dòng)勢平衡方程式一、定子電路的電動(dòng)勢平衡方程式電動(dòng)勢平衡方程式電動(dòng)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(dòng)勢定子繞組的電動(dòng)勢1. kw1定子繞組的定子繞組的繞組因數(shù)繞組因數(shù), , kw10，s 1，H

4、zsff5 . 45 . 012 f2=f1 ,頻率最大頻率最大即即E2s= s E2 X2= 2 f1L2即即X2s= sX2E2 = 4.44 kw2N2f1m E2s = 4.44 kw2N2f2m = 4.44 kw2N2sf1m X2s = 2 f2L2= 2 sf1L2222222sssXREI22222)(sXRsE)(0002nnIs 22222max21XREIs22222222222)( cossXRRXRRs22SXRs很小時(shí)1cos222XRss較大時(shí)s1cos2 結(jié)論：結(jié)論：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn) 子電路中的各量均與轉(zhuǎn)差率子電路中的各量均與轉(zhuǎn)差率 s有關(guān)，有關(guān)，

5、即與轉(zhuǎn)速即與轉(zhuǎn)速n有關(guān)。有關(guān)。 【例例3.3.1】 某某繞線型繞線型三相異步電動(dòng)機(jī)，三相異步電動(dòng)機(jī)， nN = 2 880 r/min，fN = 50 Hz，轉(zhuǎn)子繞組開路時(shí)的額定線電壓轉(zhuǎn)子繞組開路時(shí)的額定線電壓 U2N =254 V。求該電動(dòng)機(jī)在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)。求該電動(dòng)機(jī)在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子每相繞組轉(zhuǎn)子每相繞組的電的電動(dòng)勢動(dòng)勢E2s 和轉(zhuǎn)子頻率和轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子繞組為星形聯(lián)結(jié)，故轉(zhuǎn)子繞組開路時(shí)轉(zhuǎn)子繞組為

6、星形聯(lián)結(jié)，故轉(zhuǎn)子繞組開路時(shí)的相電壓為的相電壓為 U2 = E2 = U2N32541.732= V = 146.82 V 3.3 三相異步電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢平衡方程式三相異步電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢平衡方程式額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí) E2s = sNE2 = 0.04146.82 V = 5.87 V f2 = sNf1 = 0.0450 Hz = 2 Hz3.3 三相異步電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢平衡方程式三相異步電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢平衡方程式三、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)kp整距線圈的電動(dòng)勢整距線圈的電動(dòng)勢SN y = EcEcEcEcEcEc = EcEc 短距線圈的電動(dòng)勢短

7、距線圈的電動(dòng)勢SNEcEc yEcEcEc y 180oEc = EcEc Ec = 2Ec sin 90 y Ec = 2Ec 3.3 三相異步電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢平衡方程式三相異步電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢平衡方程式 kp = sin 90 y =短距線圈的電動(dòng)勢短距線圈的電動(dòng)勢整距線圈的電動(dòng)勢整距線圈的電動(dòng)勢兩者之比，即節(jié)距因數(shù)兩者之比，即節(jié)距因數(shù)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 3.3 三相異步電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢平衡方程式三相異步電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢平衡方程式2. 分布因數(shù)分布因數(shù)ks 集中繞組集中繞組 E = q 個(gè)線圈電動(dòng)勢的個(gè)線圈電動(dòng)勢的代數(shù)和代數(shù)和= qEc 分布繞

8、組分布繞組 E = q 個(gè)線圈電動(dòng)勢的個(gè)線圈電動(dòng)勢的相量和相量和 qEc3.3 三相異步電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢平衡方程式三相異步電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢平衡方程式已知：相鄰兩個(gè)線圈電動(dòng)已知：相鄰兩個(gè)線圈電動(dòng) 勢的相位差為勢的相位差為 。設(shè)設(shè)：q = 3，則則 Ec1Ec2Ec3 q 2Ec3Ec1Ec2 REq元件組向量圖 Ec = 2R sin 2Eq = 2R sin q 2q 2 Eq = Ec sin 2sin= q Ec ks= q Ec sinq sin 2q 23.3 三相異步電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢平衡方程式三相異步電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢平衡方程式q 2Ec3Ec1Ec2 REq2sin2sin2sin2qR22

9、sin2sinqqks分布系數(shù)分布系數(shù)小小 結(jié)結(jié)E1 =4.44 kw1 N1f 1m U1 =E1 + Z1 I1E2s = 4.44 kw2N2f2m E2s = Z2sI2s kp = sin 90 y 2sin2sinqqks12sff 22sEEs22sXXs222222)(sXRsEI222222)(cossXRR3.4 三相異步電動(dòng)機(jī)的磁通勢平三相異步電動(dòng)機(jī)的磁通勢平衡方程式衡方程式第第3章章 異步電機(jī)的基本理論異步電機(jī)的基本理論重點(diǎn)討論的問題重點(diǎn)討論的問題: 單相繞組磁動(dòng)勢單相繞組磁動(dòng)勢脈振磁動(dòng)勢脈振磁動(dòng)勢 三相繞組合成磁動(dòng)勢三相繞組合成磁動(dòng)勢旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢單相電流通過單

10、相繞組產(chǎn)生脈振磁通勢和脈振磁場單相電流通過單相繞組產(chǎn)生脈振磁通勢和脈振磁場 脈振磁場：脈振磁場： 軸線不變，大小和方向隨時(shí)間交變軸線不變，大小和方向隨時(shí)間交變 脈振磁通勢：空間位置固定，幅值隨時(shí)間按正弦規(guī)脈振磁通勢：空間位置固定，幅值隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化，其脈振頻率就是通入線圈中電流的頻率。律變化，其脈振頻率就是通入線圈中電流的頻率。 3.4 三相異步電動(dòng)機(jī)的磁通勢平衡方程式三相異步電動(dòng)機(jī)的磁通勢平衡方程式OftU1U2SNNS二、脈振磁通勢二、脈振磁通勢U1U2NS12FU1U2U1f磁勢正方向：磁勢正方向： 由定子指向轉(zhuǎn)子為正值。由定子指向轉(zhuǎn)子為正值。電流的正方向：電流的正方向： 流出為正

11、流出為正2223氣隙磁動(dòng)勢：氣隙磁動(dòng)勢：2322)(222)(NifNif 通入電流的線圈，它所產(chǎn)生的氣隙磁動(dòng)勢沿圓周分布是通入電流的線圈，它所產(chǎn)生的氣隙磁動(dòng)勢沿圓周分布是一個(gè)矩形波，在通電流的線圈處，氣隙磁動(dòng)勢發(fā)生突跳。一個(gè)矩形波，在通電流的線圈處，氣隙磁動(dòng)勢發(fā)生突跳。整距集中繞組的磁動(dòng)勢整距集中繞組的磁動(dòng)勢232cos22),(22cos22),(cos2wtNItfwtNItfwtIi(2) 對氣隙中某一點(diǎn)對氣隙中某一點(diǎn)， 磁場在時(shí)間上，大小隨時(shí)間作正弦磁場在時(shí)間上，大小隨時(shí)間作正弦(或余或余弦弦)變化變化(或脈動(dòng)或脈動(dòng))。脈振磁場脈振磁場(或磁密或磁密)的物理意義：的物理意義：既是既是

12、空間空間的函數(shù)，又是的函數(shù)，又是時(shí)間時(shí)間的函數(shù)的函數(shù)(1) 對某瞬時(shí)來說對某瞬時(shí)來說， 磁場的空間分布，是矩形波；磁場的空間分布，是矩形波；U1U3U4U2S NN SU1U2 與與 U3U4串聯(lián)串聯(lián): 14FU3U1U2U4U1繞組磁動(dòng)勢動(dòng)勢對磁極的磁場：氣隙磁對p21p.02232AAX轉(zhuǎn)子定子Afa12kiN02232fa12kiN4 12kiN3次諧波5次諧波44 14 1( )cos( )cos(3 )cos(5 )35kkkf afafafa 1) 單個(gè)線圈當(dāng)通入交流電流時(shí)所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢波是一個(gè)在空單個(gè)線圈當(dāng)通入交流電流時(shí)所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢波是一個(gè)在空間按矩形波分布、波的間按矩形波分布

13、、波的位置在空間不動(dòng)、但波幅的大小和方向位置在空間不動(dòng)、但波幅的大小和方向 隨時(shí)間在變化的磁動(dòng)勢波隨時(shí)間在變化的磁動(dòng)勢波，稱該種磁動(dòng)勢為脈振磁勢。，稱該種磁動(dòng)勢為脈振磁勢。 結(jié)論結(jié)論1：2) 線圈磁勢除包含基波磁勢外，還包含有線圈磁勢除包含基波磁勢外，還包含有 3、5、7 等諧波磁等諧波磁勢分量勢分量。l 基波磁動(dòng)勢的幅值是矩形波磁動(dòng)勢的基波磁動(dòng)勢的幅值是矩形波磁動(dòng)勢的4/倍；倍；l 諧波磁動(dòng)勢幅值為基波幅值的諧波磁動(dòng)勢幅值為基波幅值的1/倍；倍；l 基波磁動(dòng)勢磁極對數(shù)與原矩形波相同；基波磁動(dòng)勢磁極對數(shù)與原矩形波相同；l 諧波的極對數(shù)為基波的諧波的極對數(shù)為基波的倍。倍。(2) 對氣隙中某一點(diǎn)，

14、對氣隙中某一點(diǎn)， 磁場在時(shí)間上，大小隨時(shí)間作磁場在時(shí)間上，大小隨時(shí)間作正弦正弦(或余弦或余弦)變化變化(或脈動(dòng)或脈動(dòng))。單相單相基波基波脈振磁動(dòng)勢脈振磁動(dòng)勢既是既是空間空間的函數(shù)，又是的函數(shù)，又是時(shí)間時(shí)間的函數(shù)的函數(shù)(1) 對某瞬時(shí)來說對某瞬時(shí)來說， 磁場的空間分布，是沿定子內(nèi)磁場的空間分布，是沿定子內(nèi)圓周長方向作余弦圓周長方向作余弦(或正弦或正弦)分布；分布；結(jié)論結(jié)論2：脈振磁場 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 氣隙氣隙矩形波矩形波磁通勢的幅值磁通勢的幅值2 kw N I2p=3.4 三相異步電動(dòng)機(jī)的磁通勢平衡方程式

15、三相異步電動(dòng)機(jī)的磁通勢平衡方程式氣隙氣隙基波基波磁通勢的幅值磁通勢的幅值2 kw N I2p=4 Fpm = 0.9 kw N I p短距分布繞組短距分布繞組三、旋轉(zhuǎn)磁通勢三、旋轉(zhuǎn)磁通勢三相電流通過三相繞組時(shí)，三相繞組的三相電流通過三相繞組時(shí)，三相繞組的三個(gè)基波脈振磁通勢為三個(gè)基波脈振磁通勢為FpU = Fpm sin tFpV = Fpm sin( t 120o )FpW = Fpm sin( t120o )3.4 三相異步電動(dòng)機(jī)的磁通勢平衡方程式三相異步電動(dòng)機(jī)的磁通勢平衡方程式三個(gè)在時(shí)間、空間上都相差三個(gè)在時(shí)間、空間上都相差1201200 0電角度電角度的單相繞組的脈振磁動(dòng)勢的合成的單相繞

16、組的脈振磁動(dòng)勢的合成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 3.4 三相異步電動(dòng)機(jī)的磁通勢平衡方程式三相異步電動(dòng)機(jī)的磁通勢平衡方程式FpVFpWFm30 30FpW = Fpm sin120o =FpU = Fpm sin 0o = 032Fpm FpV = Fpm sin(120o ) = 32Fpm 當(dāng)當(dāng) t = 0o 時(shí)時(shí) Fm= 32Fpm3.4 三相異步電動(dòng)機(jī)的磁通勢平衡方程式三相異步電動(dòng)機(jī)的磁通勢平衡方程式FpU FpV FpW pmpmpvmFFFF232323230cos20FpU = Fpm

17、sin90o = Fpm FpV = Fpm sin(30o ) = Fpm / 2FpW = Fpm sin 210o = Fpm / 2 FpWFpV60FpVFpWFpU60Fm=23Fpm Fm當(dāng)當(dāng) t = 90o 時(shí)時(shí)3.4 三相異步電動(dòng)機(jī)的磁通勢平衡方程式三相異步電動(dòng)機(jī)的磁通勢平衡方程式FpU FpV FpW pmpmpmpWpUmFFFFFF232121260cos20 合成磁動(dòng)勢在空間是旋轉(zhuǎn)的，且任何瞬間合成合成磁動(dòng)勢在空間是旋轉(zhuǎn)的，且任何瞬間合成磁通勢的幅值磁通勢的幅值不變。不變。Fm = Fpm =320.9 3 kw N I2p用空間矢量表示的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢 結(jié)論：結(jié)論：繼續(xù)

18、選擇不同的時(shí)刻，可見：繼續(xù)選擇不同的時(shí)刻，可見： 合成磁動(dòng)勢在空間畫出一個(gè)圓：圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢合成磁動(dòng)勢在空間畫出一個(gè)圓：圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢。 某相電流達(dá)到最大值時(shí)，合成磁動(dòng)勢幅值就與該某相電流達(dá)到最大值時(shí)，合成磁動(dòng)勢幅值就與該相繞組軸線重合相繞組軸線重合。在三相對稱分布的繞組中，通入三相對稱的交流電流時(shí)，在三相對稱分布的繞組中，通入三相對稱的交流電流時(shí)，所產(chǎn)生的合成基波磁動(dòng)勢是所產(chǎn)生的合成基波磁動(dòng)勢是，磁場的極數(shù)與繞組的，磁場的極數(shù)與繞組的極數(shù)相同。極數(shù)相同。（1）轉(zhuǎn)向）轉(zhuǎn)向 磁動(dòng)勢（磁場）的轉(zhuǎn)向決定于磁動(dòng)勢（磁場）的轉(zhuǎn)向決定于，總是，總是從電流的超前相轉(zhuǎn)到滯后相。從電流的超前相轉(zhuǎn)到滯后相。旋轉(zhuǎn)磁

19、動(dòng)勢波形圖（2）轉(zhuǎn)速）轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速n0=60f1/p（3）瞬時(shí)位置）瞬時(shí)位置 哪一相電流達(dá)到最大值，合成基波磁場的正波幅一定哪一相電流達(dá)到最大值，合成基波磁場的正波幅一定位于該相繞組的軸線處。位于該相繞組的軸線處。旋轉(zhuǎn)磁場幅值在電流最大相的線圈軸線旋轉(zhuǎn)磁場幅值在電流最大相的線圈軸線三相基波合成磁通勢的特性：三相基波合成磁通勢的特性：v基波幅值基波幅值Fm不變，為各相脈振磁動(dòng)勢幅值的不變，為各相脈振磁動(dòng)勢幅值的3/2倍。倍。推論：推論： m相對稱繞組通以相對稱繞組通以m相對稱電流時(shí)，所形成的相對稱電流時(shí)，所形成的m相合成相合成磁通勢，也是圓形旋轉(zhuǎn)磁通勢，其幅值為各相脈振磁通勢磁通勢，也是

20、圓形旋轉(zhuǎn)磁通勢，其幅值為各相脈振磁通勢幅值的幅值的m/2，其，其轉(zhuǎn)速仍為同步轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速仍為同步轉(zhuǎn)速。（4）幅值）幅值Fm = Fpm =m20.9m kw N I2p 【例例3.4.1】 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； (2) 若旋轉(zhuǎn)磁場若旋轉(zhuǎn)磁場磁通最大值磁通最大值 m = 0.011 Wb，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速 n0 = 1 500 r/min，則每相，則每相繞組中產(chǎn)生的電動(dòng)勢的有效值是多少？繞組中產(chǎn)生的電動(dòng)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

21、效值為 I = 2.04 A，該三相繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁通勢，該三相繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)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(dòng)勢電動(dòng)勢 分布繞組分布繞組 kp = sin 90 y = sin ( 90) 89= 0.9853.4 三相異步電動(dòng)機(jī)的磁通勢平衡方程式三相異步電動(dòng)機(jī)的磁通勢平衡方程式 = p 360 zks =2q sin2 q sin= 2360 36= 20=20 2sin(3 ) 3sin20 2= 0.96f =p n060= 50 Hz = Hz 21 5

22、00 60E = 4.44 f kw Nm = 4.44500.9850.96960.011 V = 220 V3.4 三相異步電動(dòng)機(jī)的磁通勢平衡方程式三相異步電動(dòng)機(jī)的磁通勢平衡方程式(3) 磁通勢磁通勢F = 0.9 m kw N I 2p0.930.9850.96962.0422=A = 125 A3.4 三相異步電動(dòng)機(jī)的磁通勢平衡方程式三相異步電動(dòng)機(jī)的磁通勢平衡方程式四、高次諧波磁通勢和電動(dòng)勢四、高次諧波磁通勢和電動(dòng)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(dòng)勢頻率：次諧波電動(dòng)勢頻率：v 次諧波電動(dòng)勢大

23、?。捍沃C波電動(dòng)勢大小：v 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 Nmkwv = 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 v3.4 三相異步電動(dòng)機(jī)的磁通勢平衡方程式三相異步電動(dòng)機(jī)的磁通勢平衡方程式(1) 在同步電機(jī)中，諧波磁通勢所產(chǎn)生的磁場在轉(zhuǎn)子表面在同步電機(jī)中，諧波磁通勢所產(chǎn)生的磁場在轉(zhuǎn)子表面 產(chǎn)生渦流損耗，使電機(jī)發(fā)熱，產(chǎn)生渦流損耗，使電機(jī)發(fā)熱， 。(2) 在感應(yīng)電機(jī)

24、中，諧波磁場產(chǎn)生寄生轉(zhuǎn)矩，影響其起動(dòng)性在感應(yīng)電機(jī)中，諧波磁場產(chǎn)生寄生轉(zhuǎn)矩，影響其起動(dòng)性 能；損耗能；損耗 ，cos ，溫升，溫升 ， 。 諧波電動(dòng)勢的影響諧波電動(dòng)勢的影響 使發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢波形變壞，供電質(zhì)量使發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢波形變壞，供電質(zhì)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子采用斜槽形式。籠型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子采用斜槽形式。 諧波磁通勢的影響諧波磁通勢的影響 3.4 三相異步電動(dòng)機(jī)的磁通勢平衡方程式三相異步電動(dòng)機(jī)的磁通勢平衡方程式一、磁通勢平

25、衡方程式一、磁通勢平衡方程式1. 定子旋轉(zhuǎn)磁通勢定子旋轉(zhuǎn)磁通勢F1m =0.9 m1kw1N1 I12p 轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向 與定子電流相序一致。與定子電流相序一致。 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 n1 = n0 = p60 f1 幅值幅值 第第3章章 異步電機(jī)的基本理論異步電機(jī)的基本理論2. 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁通勢轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁通勢 F2m =0.9 m2kw2N2 I2s2p 轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向 幅值幅值 與轉(zhuǎn)子電流的相序一致，即與定子電流與轉(zhuǎn)子電流的相序一致，即與定子電流 相序一致。相序一致。 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 (1) 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁通勢相對于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁通勢相對于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速 n2 = p60 f2= s n0(2) 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁通勢相對于定子

26、的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁通勢相對于定子的轉(zhuǎn)速 n2 + n= s n0 + (1s) n0 = n0 3.4 三相異步電動(dòng)機(jī)的磁通勢平衡方程式三相異步電動(dòng)機(jī)的磁通勢平衡方程式 結(jié)論結(jié)論(1) 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁通勢與定子旋轉(zhuǎn)磁通勢在空間轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁通勢與定子旋轉(zhuǎn)磁通勢在空間 是沿同一方向以同一速度旋轉(zhuǎn)的。是沿同一方向以同一速度旋轉(zhuǎn)的。同步旋轉(zhuǎn)：極數(shù)相同；轉(zhuǎn)速相同；轉(zhuǎn)向相同同步旋轉(zhuǎn)：極數(shù)相同；轉(zhuǎn)速相同；轉(zhuǎn)向相同(2) 二者組成了統(tǒng)一的合成旋轉(zhuǎn)磁通勢，二者組成了統(tǒng)一的合成旋轉(zhuǎn)磁通勢， 共同產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。共同產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。3.4 三相異步電動(dòng)機(jī)的磁通勢平衡方程式三相異步電動(dòng)機(jī)的磁通勢平衡方程式F1 m+ F2m =

27、F0m 3. 磁通勢平衡方程磁通勢平衡方程(1) 理想空載時(shí)理想空載時(shí) I2s = 0， I1 = I0旋轉(zhuǎn)磁通勢的幅值為旋轉(zhuǎn)磁通勢的幅值為F0m =0.9 m1kw1N1 I02p(2)負(fù)載時(shí)負(fù)載時(shí) m1kw1N1 I1+m2kw2N2 I2s=m1kw1N1 I03.4 三相異步電動(dòng)機(jī)的磁通勢平衡方程式三相異步電動(dòng)機(jī)的磁通勢平衡方程式定子磁動(dòng)勢包定子磁動(dòng)勢包含兩個(gè)分量含兩個(gè)分量3.5 三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析一、等效電路一、等效電路U1I1R1 jX1E1 E2sjX2s R2I2sf1f2m1、 kw1N1 m2、 kw2N2第第3章章 異步電機(jī)的基本理論異步電機(jī)

28、的基本理論E1 =E2 頻率相等：頻率相等：頻率折算頻率折算大小相等：大小相等：繞組折算繞組折算1. 頻率折算頻率折算I2s =sE2R2 + jsX2=E2+ jX2R2 s= I2第第3章章 異步電機(jī)的基本理論異步電機(jī)的基本理論方法方法： 用一等效的用一等效的靜止靜止轉(zhuǎn)子代替實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子代替實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子原則原則： F2對對F1的影響不變的影響不變 保持轉(zhuǎn)子磁勢保持轉(zhuǎn)子磁勢F2的大小不變（即的大小不變（即2s大小不變）；大小不變）； F2與與F1之間在空間相差的空間電角度不變（之間在空間相差的空間電角度不變（2s的相位不變）的相位不變）22222222arctanarctanarct

29、ansRXRSXRXss 頻率歸算的物理含義頻率歸算的物理含義 用一個(gè)用一個(gè)靜止靜止的、電阻為的、電阻為 R2 /s 的等效轉(zhuǎn)子去代的等效轉(zhuǎn)子去代替電阻為替電阻為 R2 的實(shí)際旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子。的實(shí)際旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子。 3.5 三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析R2s= R2 + 1s sR2 U1I1R1 jX1E1 E2jX2 R2I2f1f1m1、 kw1N1 m2、 kw2N21s R2 s轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的機(jī)械功轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的機(jī)械功率相對應(yīng)的等效電阻率相對應(yīng)的等效電阻頻率頻率折算后異步機(jī)的等值電路折算后異步機(jī)的等值電路2. 繞組折算繞組折算 用一個(gè)用一個(gè)相數(shù)相數(shù)和和有效匝數(shù)有效匝數(shù)與定子繞

30、組相同的轉(zhuǎn)與定子繞組相同的轉(zhuǎn)子繞組去等效代替實(shí)際的轉(zhuǎn)子繞組。子繞組去等效代替實(shí)際的轉(zhuǎn)子繞組。 等效的原則：保證電磁效應(yīng)和功率關(guān)系不變。等效的原則：保證電磁效應(yīng)和功率關(guān)系不變。3.5 三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析U1I1R1 jX1E1 E2jx2 R2I2f1f1m1、 kw1N1 m1、 kw1N11s R2 s繞組繞組折算后異步機(jī)的等值電路折算后異步機(jī)的等值電路 折算前：折算前： 折算后：折算后： 定、轉(zhuǎn)子的電動(dòng)勢之比：定、轉(zhuǎn)子的電動(dòng)勢之比： E2 = E1 = ke E2E2 = 4.44 f1 kw2N2m E2 = E1 = 4.44 f1 kw1N1m =kw1

31、N1kw2N2E2E2ke =E1E2=3.5 三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析折算原則：折算前后主磁通不變折算原則：折算前后主磁通不變(1) 電動(dòng)勢的折算電動(dòng)勢的折算(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 =3.5 三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析折算原則：折算前后轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢不變折算原則：折算前后轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢不變(3) 阻抗

32、的折算阻抗的折算折算前：折算前：Z2=+ jX2R2s= E2 I2折算后：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 3.5 三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析折算原則：折算前后轉(zhuǎn)子有功功率（折算原則：折算前后轉(zhuǎn)子有功功率（銅耗銅耗）、無功功率不變）、無功功率不變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 R2I21

33、s R2 sR0jX0I03.5 三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析從等效電路分析可知從等效電路分析可知:;, 0,1, 0,)2220電機(jī)相當(dāng)于開路總機(jī)械功率近似為零理想空載時(shí)IRsssnn;, 01, 1, 0,) 12短路狀態(tài)電機(jī)處于總機(jī)械功率為零電機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí)Rsssn3)三相異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)永遠(yuǎn)滯后；三相異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)永遠(yuǎn)滯后；4)附加電阻不能用電感或電容來代替。附加電阻不能用電感或電容來代替。5)在等效電路中負(fù)載的變化是用轉(zhuǎn)差率在等效電路中負(fù)載的變化是用轉(zhuǎn)差率s來體現(xiàn)的來體現(xiàn)的U1 =E1 + (R1 + jX1 ) I1二、基本方程式二、基本方程式（繞組折算、

34、頻率折算后）（繞組折算、頻率折算后）E1 =E2 I1 + I2 = I03.5 三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析+ jX2 ) I20 = E2 (R2 sE1 = Z0 I0I2R2 sI2 三、相量圖三、相量圖E1 = E2 2jX2I2 I2 I0 I1 E1 R1I1 jX1I1 U1 設(shè)設(shè) E1 = E2 = E1 0o 3.5 三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析B異步電動(dòng)機(jī)向量圖異步電動(dòng)機(jī)向量圖小結(jié)：基本方程式、等效電路和時(shí)空矢量圖小結(jié)：基本方程式、等效電路和時(shí)空矢量圖 021222221000111111)()(IIIXjsRIEEEjXRIEjR

35、RIEU 【例例3.5.1】 一臺(tái)三相一臺(tái)三相 4 極籠型異步電動(dòng)機(jī)，極籠型異步電動(dòng)機(jī)，UN = 380 V，三角形聯(lián)結(jié)，三角形聯(lián)結(jié)，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(jì)算形和簡化等效電路計(jì)算額定狀態(tài)下運(yùn)行額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)的定子時(shí)的定子相電流相電流 、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子相電流相電流 和勵(lì)磁電流和勵(lì)磁電流 。I2I1I0解：解： (1) 應(yīng)用應(yīng)用 T 形等效電路形等效電路sN = n0nN n0= 1 5001 452 1 500=

36、0.032 Z1 = R1jX1 = (1.33j 2.43) Z2 = R2 /s jX2 = (1.12/0.032j 4.4) = 2.77 61.3o = 35.28 7.17o 3.5 三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析3.5 三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析 Z0 = R0jX0 = (7j90) = 90.27 85.55o 設(shè)設(shè) 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

37、 = Z2Z0Z2I1 = 3.91 88.27O A (2) 應(yīng)用簡化等效電路應(yīng)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 3.5 三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析一、三相異步電動(dòng)機(jī)的功率一、三相異步電動(dòng)機(jī)的功率 1. 輸入功率輸入功率 P1 P1 = 3 U1I1cos 13.6 三相異步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩三相異步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩=

38、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(zhuǎn)子鐵損耗忽略不計(jì)）（轉(zhuǎn)子鐵損耗忽略不計(jì)） PFe = m1R0I02 = 3R0I02第第3章章 異步電機(jī)的基本理論異步電機(jī)的基本理論R2 s= m1 I22 4. 電磁功率電磁功率 PePe = P1PCu1PFePe = m2 E2 I2cos 2 = m1 E2 I2 cos 23.6 三相異步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩三相異步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩= m1 R2I2 2 + m1 R2I2 2 1s s轉(zhuǎn)子銅損耗轉(zhuǎn)子銅損耗 PCu2機(jī)械功率機(jī)械功率 Pm5.

39、轉(zhuǎn)子銅損耗轉(zhuǎn)子銅損耗 PCu2 PCu2 = m2 R2 I22 = m1 R2 I2 2 = s Pe3.6 三相異步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩三相異步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩6. 機(jī)械功率機(jī)械功率 PmPm = PePCu21ss Pm = m1 R2I22 = (1s ) Pe)1 ( :1:2ssPpPmCue8. 輸出功率輸出功率 P2 P2 = PmP0 = PePCu2P0 = P1PCu1PFePCu2Pme Pad7. 空載損耗空載損耗 P0 P0 = PmePad機(jī)械損耗機(jī)械損耗附加損耗附加損耗1R1X2R2X21Rss1U1I0I2I0R0X1cupFep2cupmP1PeP在等效在等

40、效電路上電路上表示功表示功率和損率和損耗：耗：3.6 三相異步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩三相異步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩 總損耗總損耗 Pal Pal = PFePCuP0 = 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 P1PCu1+PFePePCu2P0P2Pm功率流功率流程圖：程圖： 【例例3.6.1】 某三相異步電動(dòng)機(jī)，某三相異步電動(dòng)機(jī)，UN = 380 V， 形聯(lián)結(jié)形聯(lián)結(jié), f1=50Hz, R1=1.5, R2=1.2。在拖動(dòng)某負(fù)載運(yùn)行時(shí)，相。在拖動(dòng)某負(fù)載運(yùn)行時(shí)，相電流電流 I1 = 11.5A， I2 = 10A, =0.86, =82% , n = 1446 r/min。求：該電機(jī)的求：該電機(jī)的 P1、Pe、Pm 和和P2 。解：解： 同步轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速3.6 三相異步電動(dòng)機(jī)的功率