三相感應(yīng)電動機(jī)(電機(jī)拖動)

西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院《電機(jī)與拖動》

多媒體交互式教學(xué)課件

ELECTRICALMACHINERY&TOWAGE

MultimediaInteractiveTeachingCourseware王衛(wèi)東西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院WangWeidongSchoolofElectro-MechanicalEngineeringXidianUniversity西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院2概述交流電機(jī)電機(jī)直流電機(jī)鼠籠式

繞線式異步（感應(yīng)）電機(jī)

同步電機(jī)他勵并勵串勵復(fù)勵西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院34.1三相異步電機(jī)的基本工作原理與結(jié)構(gòu)4.2*交流電機(jī)的電樞繞組4.3三相異步電機(jī)轉(zhuǎn)子靜止時的運行分析4.4三相異步電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時的運行分析4.5三相電動機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩4.6三相異步電動機(jī)的工作特性4.7三相異步電動機(jī)的參數(shù)測定課后作業(yè)第四章三相異步電動機(jī)西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院4交流電機(jī)主要包括異步電機(jī)(感應(yīng)電機(jī))和同步電機(jī)兩大類；兩類電機(jī)在結(jié)構(gòu)上既具有共同之處，又各有其自身特點。共同之處在于定子鐵心和繞組，不同之處在于轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和繞組。三相感應(yīng)（異步）電機(jī)主要用作電動機(jī)，拖動各種生產(chǎn)機(jī)械。工業(yè)應(yīng)用：拖動電機(jī)、泵、壓縮機(jī)、軋鋼設(shè)備、機(jī)床、輕工礦山機(jī)械等農(nóng)業(yè)應(yīng)用：水泵、拖拉機(jī)、及其他農(nóng)副產(chǎn)品的加工機(jī)械。民用電器：電扇、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)等（單相異步）

優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、價格低廉、運行可靠、效率高等。

缺點：功率因數(shù)低、異步電機(jī)運行時必須從電網(wǎng)中吸收滯后性的無功功率，功率因數(shù)總小于1。同步電動機(jī)功率因數(shù)可調(diào)，對單機(jī)容量大，轉(zhuǎn)速恒定的機(jī)械，一般采用同步電動機(jī)拖動。4.1三相異步電動機(jī)的基本工作原理與結(jié)構(gòu)西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院5同步電機(jī)同步電機(jī)西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院6異步電機(jī)異步電機(jī)西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院7一、三相異步電動機(jī)的基本工作原理1、簡化結(jié)構(gòu)YBZXAC轉(zhuǎn)子定子定子繞組（三相）機(jī)座轉(zhuǎn)子：在旋轉(zhuǎn)磁場作用下，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電流。三相定子繞組：產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場線繞式鼠籠式鼠籠轉(zhuǎn)子西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院82、旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生AYCBZ(?)電流出()電流入X對稱三相電流各相電流瞬時表達(dá)式為：西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院9分析－1：AXYCBZAXBYCZ規(guī)定：電流為正值時，從每相線圈的首端(A、B、C)流入．由線圈的末端(x、y、z)流出。合成磁場方向：向下西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院10分析－2同理分析，可得其它電流角度下的磁場方向：西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院11旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)磁場是一種極性和大小不變，且以一定速度旋轉(zhuǎn)的磁場在對稱三相繞組中流過對稱三相電流時，即會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場動畫西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院124、旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速大小一個電流周期，旋轉(zhuǎn)磁場在空間轉(zhuǎn)過360°如右圖所示情況：電流頻率為f[Hz]，則磁場每秒旋轉(zhuǎn)f圈。每分鐘旋轉(zhuǎn)：n1=60fn1稱為同步轉(zhuǎn)速西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院135、極對數(shù)的概念——pAXYCBZAXBYCZ上面所分析的情況，合成磁場只有一對磁極——則極對數(shù)為1，即：p=1西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院14極對數(shù)（p）的改變將每相繞組分成兩段，按右下圖放入定子槽內(nèi)。形成的磁場則是兩對磁極。C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'AXBYCZ西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院15分析－1：極對數(shù)C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院16分析－2：同步轉(zhuǎn)速西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院176、工作原理定子上有三個完全相同的繞組AX，BY，CZ，空間上相差120°電角度，稱為三相繞組，三相繞組可以接成星形－Y形，也可接成三角形－△形，轉(zhuǎn)子槽內(nèi)放有導(dǎo)條，導(dǎo)體兩端用短路環(huán)互相連接起來，形成籠型閉合繞組。三相籠型感應(yīng)電動機(jī)示意圖西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院18定子磁場與轉(zhuǎn)子西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院19工作原理旋轉(zhuǎn)的氣隙磁場用磁極S和N表示并假設(shè)轉(zhuǎn)向為逆時針，旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中感應(yīng)電動勢e2=

BlDv。e2的方向用右手定則判定，（磁場逆時針，相當(dāng)于轉(zhuǎn)子導(dǎo)體順時針），在閉合轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生電流i2

電流i2

與氣隙磁場相互作用，使導(dǎo)體受到電磁力f＝Bli，

f

的方向由左手定則判定。f將產(chǎn)生力矩Tx=fD/2,(D為轉(zhuǎn)子外徑),所有的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條所產(chǎn)生的力矩之和即為轉(zhuǎn)軸所受的電磁轉(zhuǎn)矩T

，方向與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)向一致.

西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院20工作原理在電磁轉(zhuǎn)矩的作用下，轉(zhuǎn)子就會沿著n1的方向轉(zhuǎn)起來。即使軸上不帶任何負(fù)載，轉(zhuǎn)子也不可能加速到與n1相等如果負(fù)載增加而使Tz>T時,轉(zhuǎn)子減速,當(dāng)n降低到使T增至T=Tz時,達(dá)到新的平衡,轉(zhuǎn)子以更低轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運行.Tz越大n越低。西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院21電動機(jī)的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩是電磁轉(zhuǎn)矩T

,方向與轉(zhuǎn)子方向一致,由于產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)子電流是靠電磁感應(yīng)作用產(chǎn)生的，所以稱感應(yīng)電動機(jī)由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速始終低于同步轉(zhuǎn)速，即n與n1之間必須存在差異,因而又稱異步電機(jī)。轉(zhuǎn)差的存在是感應(yīng)電機(jī)運行的必要條件轉(zhuǎn)差率：轉(zhuǎn)差率是感應(yīng)電機(jī)的一個基本參數(shù),對電機(jī)運行有著極大的影響。普通感應(yīng)電動機(jī),為了使得運行時的效率較高,通常設(shè)計使得其額定轉(zhuǎn)速略低于它的同步轉(zhuǎn)速，即額定轉(zhuǎn)差率SN很小，小于5%西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院22例題：某三相50[Hz]感應(yīng)電動機(jī)，nN=720[r/min],求：額定轉(zhuǎn)差率和極對數(shù)解：n1必為比nN略高的750[r/min]。西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院23二、三相異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)三相籠型異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖

它主要由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成，定子轉(zhuǎn)子間是間隙，此外還有端蓋、軸承、機(jī)座，風(fēng)扇等部件。西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院241.定子

定子鐵芯作為電機(jī)主磁通磁路的一部分，并安放定子繞組為減少渦流磁滯消耗，定子鐵芯采用0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成。西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院251.定子定子繞組：建立磁場，感應(yīng)電動勢以實現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換其在槽內(nèi)可以是單層，也可以是雙層布置。三相繞組的六個端點引出機(jī)外，根據(jù)需要可接成Y型、△型，對于高電壓大中型容量的異步電動機(jī)定子繞組采用Y型聯(lián)結(jié)，只有三根引線，中小容量低電壓的電動機(jī)，通常把六根都引出來。西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院261.定子機(jī)座、端蓋等是輔助部件，也是不可缺少的。西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院272.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子鐵芯也是組成主磁路的一部分，并安放轉(zhuǎn)子繞組，也用硅鋼片迭壓而成。西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院282.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動勢流動電流并產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，結(jié)構(gòu)可分為：鼠籠式繞線式三相繞組：小容量采用△連接，中大容量Y型連接，轉(zhuǎn)子繞組三條引線分別接到三個集電環(huán)上，用一套電刷裝置引出可外接電阻或其他裝置串到轉(zhuǎn)子繞組中------用于調(diào)速。西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院293.其他附件電機(jī)軸西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院304.氣隙定子與轉(zhuǎn)子的氣隙比同容量直流電機(jī)的氣隙小的多，僅為0.2-1.5mm。氣隙大小對電動機(jī)的性能影響很大：大：功率因數(shù)變差?。貉b配困難。運行不可靠高次諧波磁場增強。

西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院31引線

三相異步電動機(jī)的定子部分在結(jié)構(gòu)上和同步電機(jī)的定子部分完全相同。對中、小容量的低壓異步電動機(jī)，通常定子三相繞組的六個出線頭都引出，這樣可根據(jù)需要靈活地接成“Y”形或“D”形。U1V1W1U1V1W1W2U2V2W2U2V2D聯(lián)結(jié)Y聯(lián)結(jié)西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院32四、銘牌及額定值★銘牌：型號，額定值，繞組聯(lián)結(jié)方式，生產(chǎn)廠家等。型號舉例：Y132S-4Y--異步電動機(jī)；132--機(jī)座中心高度132mmS--短鐵心；4-極數(shù)。額定值:正常運行時的主要數(shù)據(jù)指標(biāo)。繞組聯(lián)結(jié)方式：△接法或者Y接法。西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院33四、銘牌及額定值⑴額定功率-,指額定工況下，從軸上輸出的機(jī)械功率⑵額定電壓-,指額定工況下，定子繞組出線端的線電壓⑶額定電流-,指在額定電壓額定頻率下，軸上輸出額定功率時，定子繞組中流過的線電流⑷額定頻率-,國家工頻50Hz⑸額定轉(zhuǎn)速-

銘牌上還標(biāo)明，定子繞組相數(shù)、繞組接法以及絕緣等級繞線式還有轉(zhuǎn)子繞組接法，轉(zhuǎn)子額定電壓和電流等

額定運行時的效率額定運行時的功率因數(shù)西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院34五、異步電動機(jī)的分類1、按定子繞組供電電源的相數(shù)單相異步電動機(jī)兩相異步電動機(jī)三相異步電動機(jī)在民用生活中，電扇、洗衣機(jī)、電冰箱和空調(diào)器等一般由單相異步電動機(jī)來拖動。三相異步電機(jī)主要用作電動機(jī)，拖動各種生產(chǎn)機(jī)械，例如：風(fēng)機(jī)、泵、壓縮機(jī)、機(jī)床、輕工及礦山機(jī)械、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的脫粒機(jī)和粉碎機(jī)、農(nóng)副產(chǎn)品中的加工機(jī)械等等。西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院352、按轉(zhuǎn)子繞組的結(jié)構(gòu)型式分繞線式感應(yīng)電動機(jī)起動、制動及調(diào)速性能好籠型感應(yīng)電動機(jī)：單籠、雙籠和深槽式三種結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、成本低、運行可靠鼠籠型異步電動機(jī)繞線型異步電動機(jī)西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院36一、交流繞組（幾個概念）1、分類

相數(shù)：單相、兩相和三相

槽內(nèi)層數(shù)：單層、雙層和單雙層混合

雙層繞組可分為迭繞和波繞

單層繞組可分為等元件式、同心式、鏈?zhǔn)胶徒徊媸降鹊?。按每極每相槽數(shù)可分為：整數(shù)槽和分?jǐn)?shù)槽繞組4.2交流電機(jī)的電樞繞組*西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院372、幾個術(shù)語（1）線圈（繞組元件）：是構(gòu)成繞組的基本單元。繞組就是線圈按一定規(guī)律將單匝線圈或多匝線圈排列和聯(lián)結(jié)而成。與線圈相關(guān)的概念包括：有效邊；線圈節(jié)距西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院38導(dǎo)體－單匝線圈－多匝線圈－相繞組1根導(dǎo)體多匝線圈相繞組單匝線圈(兩根導(dǎo)體)西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院39★極距兩相鄰磁極軸線之間的距離用長度表示：用槽數(shù)表示：D為定子內(nèi)徑，Z1為定子的總槽數(shù)，p為極對數(shù)西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院40★電角度轉(zhuǎn)子鐵心的橫截面是一個圓，其幾何角度為360度。從電磁角度看，一對N-S極構(gòu)成一個磁場周期，即1對極為360電角度電機(jī)的機(jī)對數(shù)為p時，氣隙圓周的角度數(shù)為p×360電角度。西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院41★節(jié)距-1一個線圈兩個有效邊之間所跨過的槽數(shù)稱為線圈的節(jié)距，用y表示。y<τ時，線圈稱為短距線圈；y=τ時，線圈稱為整距線圈；y>τ時，線圈稱為長距線圈。西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院42★槽距角，相數(shù)，每極每相槽數(shù)，相帶一個槽所占的電角度數(shù)稱為槽距角，用α表示：相數(shù)用m表示，m=3每極每相槽數(shù)指每個極域內(nèi)每相所占的槽數(shù)，用q表示：

相帶指在每個極距內(nèi)同屬于一相的槽在圓周上連續(xù)所占有的區(qū)域西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院43二、交流繞組的構(gòu)成原則每極槽數(shù)用極距τ表示：

每極每相槽數(shù)：

如線圈的一個邊在N極下，則另一個應(yīng)在S極下。均勻原則：每個極域內(nèi)的槽數(shù)（線圈數(shù)）要相等，各相繞組在每個極域內(nèi)所占的槽數(shù)應(yīng)相等：對稱原則：三相繞組的結(jié)構(gòu)完全一樣，但在電機(jī)的圓周空間互相錯開120電角度。如槽距角為α，則相鄰兩相錯開的槽數(shù)為120/α

電勢相加原則：線圈兩個圈邊的感應(yīng)電勢應(yīng)該相加；線圈與線圈之間的連接也應(yīng)符合這一原則。

西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院44三、三相單層整距繞組（舉例）單層繞組在每一個槽內(nèi)只安放一個線圈邊總線圈數(shù)等于總槽數(shù)的一半。舉例：

總槽數(shù)Z1＝24，極對數(shù)p=2，相數(shù)m1=31、計算參數(shù)2、劃分相帶

平面上畫出24根線表示定子的z1=24個槽，并標(biāo)出1,2,3…編號

q=2共有12個相帶，按AZBXCY的順序依次給12個相帶命名。西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院45相帶表槽號1,23,45,67,89,1011,12相帶名A1Z1B1X1C1Y1槽號13,1415,1617,1819,2021,2223,24相帶名A2Z2B2X2C2Y2西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院46圖示：ABCXYXABCZYZN1S1N2S2定子槽數(shù)Z=24，極數(shù)2p=4的交流繞組每極每相槽數(shù)qq=1：集中繞組q=2~6：分布繞組一對極下，順序為AZBXCY若電流從A進(jìn),則從X出;方向相反,故AX互差180°電角度西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院47三相單層迭繞組的展開圖如圖所示畫出A相繞組的聯(lián)接形式同理畫出B相和C相繞組聯(lián)接形式。最后將三相繞組聯(lián)接成Y形或△形。西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院48三相單層繞組的改進(jìn)形式為了縮短端部連線，節(jié)省用銅或者便于嵌線，在實際的應(yīng)用中，單層繞組常采用以下幾種改進(jìn)的形式。同心式鏈?zhǔn)轿靼搽娮涌萍即髮W(xué)機(jī)電工程學(xué)院49補充：時空相量圖時間相量圖：根據(jù)電路原理、凡隨時間作正弦變化的物理量(如電動勢、電壓、電流、磁通等)，都可以用一個以其交變角頻率作為角速度而環(huán)繞時間參考軸(簡稱時軸t）逆時針旋轉(zhuǎn)的時間矢量(即相量)來代替。該相量在時軸上的投影即為縮小倍的該物理量的瞬時值。單時軸多相量表示法：在電機(jī)中，往往是對稱的多相系統(tǒng)。例如對稱三相電流iA、iB和iC如果采用一根公共的時軸t，用三根互差120度的相量IA，IB，IC才能表示此三相電流——這就是通常說的單時軸多相量表示法。西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院50多時軸單相量表示法為了減少相量的數(shù)目——采用多時軸單相量表示法，即每相的時間相量都以該相的相軸為時軸，而各相對稱的同一物理量用一根統(tǒng)一的時間相量來代表。如圖，只用一根統(tǒng)一的電流相量I1即可代表定子的對稱三相電流?？勺C明，I1在各相相軸上的投影即為該時刻該相定子電流瞬時值的倍。西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院51空間相量圖：西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院52統(tǒng)一的時空相量圖：將時間相量和空間相量聯(lián)系起來，畫在一張矢量圖中——交流電機(jī)中的常用的時空相量圖。鑒于時間相量與空間相量的旋轉(zhuǎn)頻率一致，即對于任意時刻各矢量（相量）的相位關(guān)系不變西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院53時空相量圖畫法規(guī)則：以各相繞組的軸線（其正方向與該繞組電流正方向符合右手螺旋關(guān)系）作為該相的時間相量的時軸；各相對稱的同一物理量可以用一根統(tǒng)一時間相量來代替；統(tǒng)一時間相量在各相軸上的投影即等于該相物理量的瞬時值的倍。在時空相量圖中，統(tǒng)一電流相量與由該對稱電流所建立的基波磁動勢矢量同相；而基波磁密矢量與由它在對稱多相繞組中所交鏈的統(tǒng)一磁通相量同相。在時空相量圖中，如果不計鐵耗，基波磁密矢量與產(chǎn)生它的基波磁動勢矢量同相；若考慮鐵耗，則落后于一個鐵耗角。根據(jù)統(tǒng)一相量，，空間矢量，及電機(jī)的基本方程式，可以畫出其他相（矢）量。西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院544.3三相異步電機(jī)轉(zhuǎn)子靜止時的運行分析分析方法：由簡到繁，由易到難。先從轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時進(jìn)行分析，再分析轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的情況。先討論繞線式異步電動機(jī)，再討論鼠籠式異步電機(jī)。假設(shè)：感應(yīng)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子繞組均為對稱多相繞組相數(shù)：m1和m2匝數(shù)：N1和N2基波繞組系數(shù)：kw1和kw2極對數(shù)：p1=p2下面以m1=m2=3的繞線式電動機(jī)為例進(jìn)行分析。轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)且轉(zhuǎn)子繞組開路時的電磁關(guān)系西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院55一、磁通與磁動勢定子對稱三相繞組外施頻率為,相序為A-B-C,相電壓為的對稱三相電壓,定子繞組中就有對稱的三相電流通過,其正方向如圖所示。定子繞組在氣隙中建立的圓形基波旋轉(zhuǎn)磁動勢F0幅值:轉(zhuǎn)向：A-B-C逆時針旋轉(zhuǎn)相對定子轉(zhuǎn)速為瞬間位置：與同相。三相感應(yīng)電動機(jī)運行示意圖1.勵磁磁動勢西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院562.磁通主磁通：通過氣隙同時鏈著定、轉(zhuǎn)子兩個繞組的磁通定子漏磁通：只交鏈定子繞組本身的磁通旋轉(zhuǎn)氣隙每極主磁通在定、轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)的電動勢（相電動勢）變比二、感應(yīng)電動勢西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院57三、勵磁電流四、電壓方程式定子一相繞組的漏阻抗j西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院58五、等效電路定子邊的電動勢平衡方程為等效電路為與三相變壓器副繞組開路一樣西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院59假設(shè)：感應(yīng)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子繞組均為對稱多相繞組相數(shù)：m1和m2匝數(shù)：N1和N2基波繞組系數(shù)：kw1和kw2極對數(shù)：p1=p2下面以m1=m2=3的繞線式電動機(jī)為例進(jìn)行分析。轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時的電磁關(guān)系西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院60一、磁通與磁動勢定子對稱三相繞組外施頻率為,相序為A-B-C,相電壓為的對稱三相電壓,定子繞組中就有對稱的三相電流通過,其正方向如圖所示。定子繞組在氣隙中建立的圓形基波旋轉(zhuǎn)磁動勢F1幅值:轉(zhuǎn)向：A-B-C逆時針旋轉(zhuǎn)相對定子轉(zhuǎn)速為瞬間位置：與同相。三相感應(yīng)電動機(jī)運行示意圖西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院61物理情況分析：由在氣隙中產(chǎn)生基波旋轉(zhuǎn)磁場,在定子繞組中分別感應(yīng)出電動勢為和,由于轉(zhuǎn)子繞組自行閉合,所以在作用下轉(zhuǎn)子繞組中就有對稱三相電流通過，其正方向如圖示。轉(zhuǎn)子對稱三相電流也要建立一個圓形基波旋轉(zhuǎn)磁動勢,其幅值:對產(chǎn)生它的轉(zhuǎn)子繞組的轉(zhuǎn)速:,式中為轉(zhuǎn)子電流頻率。由于轉(zhuǎn)子被堵住,氣隙基波磁場以同一個轉(zhuǎn)速切割轉(zhuǎn)子繞組,所以在定子繞組中感應(yīng)電動勢的頻率相同,即:西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院62物理情況分析：轉(zhuǎn)速大小：轉(zhuǎn)子靜止時的轉(zhuǎn)子基波磁動勢跟定子基波磁動勢在空間上轉(zhuǎn)速相等。轉(zhuǎn)速方向：轉(zhuǎn)子三相感應(yīng)電動勢的相序為a-b-c,逆時針(轉(zhuǎn)子)與轉(zhuǎn)向一致。F1和F2同步旋轉(zhuǎn)，可以矢量相加而成一個合成基波磁動勢Fm,從而:當(dāng)轉(zhuǎn)子電流，氣隙基波磁密由與的合成磁動勢所建立,稱之為勵磁磁動勢。為了分析方便，我們假設(shè)這個基波勵磁磁動勢是由定子對稱三相電流中的分量流過對稱的三相繞組所建立的，稱為勵磁電流，其大小由所決定:西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院63二、轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時的三相感應(yīng)電動機(jī)的基本方程式根據(jù)時空相量圖和感應(yīng)電機(jī)的電流變化可見當(dāng)時,定子電流包含兩個分量:一個是勵磁電流分量用于建立，以便在氣隙中建立磁場，另一個是負(fù)載電流分量,用來建立磁動勢，來抵消轉(zhuǎn)子磁動勢的，使氣隙磁場保持不變.感應(yīng)電機(jī)不變?？蛰d時，。1.磁動勢平衡方程式的電流形式西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院64根據(jù)運行示意圖可得：轉(zhuǎn)子自行閉合：轉(zhuǎn)子回路電流：功率因數(shù)角：2.電動勢平衡方程式定子一相繞組的漏阻抗轉(zhuǎn)子靜止時轉(zhuǎn)子一相繞組的漏阻抗西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院65

仿照變壓器：將感應(yīng)電動機(jī)中由定子的勵磁電流產(chǎn)生氣隙合成基波磁動勢,建立氣隙基波磁場及主磁通,從而在定子繞組中感應(yīng)電動勢的電磁過程,用定子的勵磁電流在阻抗上的壓降來代表,即:3.主電動勢表達(dá)式電動勢變比勵磁阻抗勵磁電阻勵磁電抗和西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院66rm反映鐵耗大?。翰挥嬭F耗rm=0，則：基本方程式組：基本方程式組：西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院67轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時的時空相量圖：時空相量圖：某時刻的Fm如圖所示Bm落后Fm一個鐵耗角與Bm相位重合E1和E2都滯后與90度I2滯后于E2為F2與I2同相通過F2和Fm可推出F1

轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)的三相異步電機(jī)與三相變壓器副邊短路的情況相類似F2在空間的位置只與j2有關(guān)，與q12無關(guān)西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院68轉(zhuǎn)子靜止時的電磁關(guān)系如下圖：西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院69三、轉(zhuǎn)子繞組的折算通常這給計算和繪矢量圖帶來不便，無法畫等效電路圖。仿照變壓器的折算方法，將實際轉(zhuǎn)子用一個相數(shù)、每相串連匝數(shù)以及基波繞組系數(shù)等都與定子繞組完全相同的等效轉(zhuǎn)子來替代，并保持電磁本質(zhì)不變——稱為轉(zhuǎn)子繞組的折算。原因：方法：西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院70折算轉(zhuǎn)子電流的折算值（基波磁動勢不變）轉(zhuǎn)子電動勢的折算值（磁通不變）轉(zhuǎn)子阻抗的折算值（功率不變）西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院71基本方程式電路圖西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院724.4三相異步電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時的運行分析一、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時的物理情況

將堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的機(jī)構(gòu)松開，轉(zhuǎn)子就會在Bm的作用下帶動一定的機(jī)械負(fù)載沿Bm的旋轉(zhuǎn)方向以低于n1的轉(zhuǎn)速n穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時的轉(zhuǎn)子頻率氣隙磁場Bm以Dn=n1-n=Sn1的相對速度沿n1的方向切割轉(zhuǎn)子,則Bm在轉(zhuǎn)子繞組中的感應(yīng)電動勢頻率為:西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院73定、轉(zhuǎn)子磁動勢及其關(guān)系（3）合成旋轉(zhuǎn)磁動勢幅值：轉(zhuǎn)向：逆時針方向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速：定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場同步旋轉(zhuǎn)同一磁路上的兩個同步旋轉(zhuǎn)的磁動勢疊加（1）定子旋轉(zhuǎn)磁動勢F1（與轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時一樣）（2）轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動勢F2F2幅值：F2轉(zhuǎn)向：abc，逆時針方向旋轉(zhuǎn)F2瞬間位置：F2與I2始終重合，在時空圖上同相。F2轉(zhuǎn)速(相對于轉(zhuǎn)子)：相對定子n2=n+n2s=n1西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院74轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢：轉(zhuǎn)子回路電壓方程：轉(zhuǎn)子漏電抗：轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢當(dāng)轉(zhuǎn)子以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子的漏電抗是個變數(shù)，與轉(zhuǎn)差率成正比變化。?不等頻率不同由于頻率不同，所以：西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院75二、頻率折算把以轉(zhuǎn)速n穩(wěn)定運行的感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子實際頻率f2，用其定子頻率f1

來代替，而保持代替前后電機(jī)的電磁本質(zhì)不變，即：從電網(wǎng)輸入的電流,有功功率和無功功率不變通過電磁感應(yīng)而傳遞給轉(zhuǎn)子的功率不變從軸上輸出的功率也不變這種處理方法稱為感應(yīng)電機(jī)的頻率折算。轉(zhuǎn)子電流:轉(zhuǎn)子漏阻抗角:分析：原理：西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院76如果將轉(zhuǎn)差率為S的實際轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子堵住,且在每相中串入電阻,則轉(zhuǎn)子回路每相電阻變?yōu)椋?，由前面轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時的分析可得：顯然處理后的等效靜止轉(zhuǎn)子的電流I2及其漏抗角與實際轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子的電流I2S及其漏抗角相等，因此F2=F2S。對一個轉(zhuǎn)差率為S的實際轉(zhuǎn)動的三相感應(yīng)電動機(jī),可以將其當(dāng)作轉(zhuǎn)子靜止不動的狀態(tài)來分析.只要在其轉(zhuǎn)子每相回路中增加一個附加電阻，使其轉(zhuǎn)子每相電阻從實際值變成即可。分析：方法：西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院77等效前：轉(zhuǎn)子本身電阻的銅耗：總機(jī)械功率：等效后：靜止的轉(zhuǎn)子沒有機(jī)械功率，但其轉(zhuǎn)子回路的銅耗變成了：

等效靜止轉(zhuǎn)子附加電阻上的功率實質(zhì)上就是表征實際轉(zhuǎn)子的總機(jī)械功率。由于附加電阻是轉(zhuǎn)差率S的函數(shù)，因而它可以直接反映機(jī)械負(fù)載的大小以及感應(yīng)電機(jī)的運行狀態(tài)。例：當(dāng)n>n1且轉(zhuǎn)向相同時，S<0，則，表示這時該機(jī)從軸上輸入機(jī)械功率，不是電動狀態(tài)。闡述：關(guān)于附加電阻西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院78基本方程式相量圖三、感應(yīng)電動機(jī)的相量圖西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院79四、感應(yīng)電動機(jī)的等效電路圖T型等效電路附加電阻

等效負(fù)載西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院80空載等值電路開路起動、堵轉(zhuǎn)等值電路短路西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院81如下圖：簡化等效電路西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院82五、鼠籠型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)*每相鄰兩根導(dǎo)條電動勢（電流）相差的電角度與它們相差的空間角度相同。m2根鼠籠條產(chǎn)生m2相對稱的感應(yīng)電動勢和電流，得到圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢，與繞線式轉(zhuǎn)子磁場一樣，極數(shù)與定子相同。電磁關(guān)系與繞線式異步電動機(jī)相同。西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院83西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院84西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院854.5三相電動機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩一、感應(yīng)電動機(jī)的功率功率關(guān)系感應(yīng)電動機(jī)從電源吸收的有功功率通過電磁感應(yīng)而進(jìn)入轉(zhuǎn)子的電磁功率西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院86感應(yīng)電動機(jī)的功率平衡方程式由T型等值電路可知，進(jìn)入轉(zhuǎn)子回路的電磁功率軸上輸出的機(jī)械功率為：總損耗為：西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院87分析：感應(yīng)電動機(jī)的效率為

轉(zhuǎn)子銅耗及總機(jī)械功率還可以表示為若n1及PM不變，

則電磁功率、轉(zhuǎn)子銅耗和總機(jī)械功率三者之間的定量關(guān)系為：西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院88示意圖分析：T型等效電路西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院89二、感應(yīng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩帶動負(fù)載的