電機學-第4章-異步電機

1第四章異步電機2第四章異步電機主要內容4.1異步電機的基本類型和基本結構4.2異步電動機的基本工作原理4.3轉子靜止時的異步電機4.4轉子旋轉時的異步電機及其等效電路4.5異步電動機的功率方程和轉矩方程

3第一節(jié)異步電機的基本類型與結構前言

異步電機又稱感應電機是交流電機的一種。優(yōu)點：結構簡單、制造、使用和維護方便，運行可靠，效率較高、價格較低。缺點：1.調速和起動性能不佳;

2.功率因數總是滯后的，增加了電力系統(tǒng)的無功負擔。應用：總的來說：主要作為電動機使用，是當今應用最廣，需要量最大的一種電機。結構：定子、轉子、空氣隙、端蓋、軸承和機座等部件。456研究內容與方法定、轉子間靠電磁感應作用，在轉子內感應電流以實現機電能量轉換的感應電機。感應電機一般都用作電動機，在少數場合下，亦有用作發(fā)電機的。本章先說明空載和負載時三相感應電動機內的磁動勢和磁場，然后導出感應電動機的基本方程和等效電路，最后分析它的運行特性和起動，調速等問題。電磁關系——定性分析原理基本方程式——理論分析、推導等效電路——定量計算相量圖——各物理量間的相位關系7第一節(jié)異步電機的基本類型與結構1、三相異步電機的基本結構

8910第一節(jié)異步電機的基本類型與結構繞組轉子異步電機11121314151617第一節(jié)異步電機的基本類型與結構三、銘牌的額定值（1）型號（2）額定功率（PN）：指電動機在額定方式下運行時，轉軸上輸出的機械功率。單位為W和kW。（3）額定電壓（UN）：指電動機在額定方式下運行時，定子繞組應加的線電壓。單位為V和kV。18第一節(jié)異步電機的基本類型與結構（4）額定電流（IN）：指電動機在額定電壓和額定功率狀態(tài)下運行時，流入定子繞組的線電流。單位為A。（5）額定頻率（fN）：額定狀態(tài)下電源的交變頻率，我國的電網頻率為50Hz。（6）額定轉速（nN）：指在額定狀態(tài)下運行時的轉子轉速。單位為r/min。除上述數據外，還標出額定運行時，電機的功率因素以及相數、接線法、防護等級、絕緣等級與溫升、工作方式等有關項目。1920第二節(jié)異步電機的基本原理一、異步電機的運行狀態(tài)當對稱三相電流流入異步電機三相定子繞組在氣隙中便產生一旋轉磁場，以同步速旋轉轉子繞組與其有相對運動（切割）在閉合的轉子繞組產生感應電動勢和感應電流，旋轉磁場與轉子導體中的電流互相作用產生電磁轉矩。212223第二節(jié)異步電機的基本原理轉差率是決定異步電機運行狀態(tài)的重要變量：異步電動機的負載情況發(fā)生變化，轉子導體中的電動勢電流和電磁轉矩相應變化則轉子轉速和轉差率隨之變化。24

25第二節(jié)異步電機的基本原理按照轉差率大小正負，電機可分為三種狀態(tài)：電動機運行發(fā)電機運行電磁制動1、電動機運行轉速低于同步轉速0<n<n0

1>S>0

bxn1FnFe026第二節(jié)異步電機的基本原理2、發(fā)電機運行

發(fā)電機狀態(tài)轉速大于同步轉速

n>n0

S<027第二節(jié)異步電機的基本原理3、電磁制動相對轉速大于同步轉速n<0S>1（實際上異步電機主要作為電動機運行）bxn1FnFe02829第二節(jié)異步電機的基本原理二、異步電機的主磁通和漏磁通主磁通：穿過氣隙，與定轉子繞組交鏈漏磁通不屬于主磁通的磁通（槽、端部，諧波）30感應電機中主磁通所經過的磁路31端部漏磁槽漏磁32第三節(jié)轉子不動時的異步電機從電路的角度來看，轉子不動時異步電機的電路方程與次級短路時的變壓器的電路方程相似變壓器的初級相當于異步電機的定子繞組次級繞組相當于轉子繞組。盡管異步電機與變壓器的的磁場性質、結構和運行方式不相同，但他們內部的電磁關系時相通的。所以在研究異步電機的等效電路時，可以借助變壓器的電磁理論。

33第三節(jié)轉子不動時的異步電機

轉子不動時的定、轉子電路34第三節(jié)轉子不動時的異步電機

轉子不動時的異步電機與變壓器的等效35一、轉子繞組開路36373839404142434445464748495051二、轉子繞組短路5253545556575859606162636465666768697071第三節(jié)轉子不動時的異步電機1、電壓平衡方程定子繞組的電壓平衡式和轉子不動時轉子繞組的電壓平衡式分別為72第三節(jié)轉子不動時的異步電機2、磁動勢平衡方程

定子繞組磁動勢轉子繞組磁動勢合成磁動勢

磁動平衡式為73感應電動機的空載磁動勢和磁場ACBXYZ74第三節(jié)轉子不動時的異步電機3、繞組的歸算一般將轉子方面的各物理量歸算到定子方面。（1）電流的歸算根據歸算前后轉子磁動勢保持不變，即：

式中為電流變比。

75第三節(jié)轉子不動時的異步電機（2）電動勢的歸算根據歸算前后轉子視在功率保持不變，即

式中為電動勢變比。76第三節(jié)轉子不動時的異步電機（3）阻抗的歸算根據歸算前后轉子銅耗保持不變，即

式中為阻抗變比。電阻變比也適用于轉子電抗、阻抗的歸算。77第四節(jié)轉子轉動時的異步電機及其等效電路1、轉子轉動后對轉子各物理量的影響從電路角度看，轉子轉動后轉子頻率的變化將影響轉子電動勢和漏抗等參數的變化。轉子電流的頻率轉子電動勢轉子漏抗轉子轉動后轉子回路電壓平衡式

78第四節(jié)轉子轉動時的異步電機及其等效電路2、頻率歸算由以上分析可知，轉子轉動后轉子回路的參數頻率為而定子回路參數的頻率仍為電路中頻率應相同，所以進行頻率歸算：79第四節(jié)轉子轉動時的異步電機及其等效電路

80第四節(jié)轉子轉動時的異步電機及其等效電路轉動時的電路(頻率歸算前)轉動時的電路(頻率歸算后)81第四節(jié)轉子轉動時的異步電機及其等效電路3、基本方程轉子參數經頻率歸算后還應進行繞組歸算，歸算后異步電動機轉子轉動后的基本方程為82第四節(jié)轉子轉動時的異步電機及其等效電路4、等效電路根據上式可畫出異步電機的型等效電路83第四節(jié)轉子轉動時的異步電機及其等效電路4、向量圖與接有純電阻負載時的變壓器向量圖類似。異步電機的模擬電阻壓降相當于變壓器的次級側電壓，其余部分沒什么區(qū)別。84第五節(jié)異步電機的功率平衡式和

轉矩平衡式一、功率平衡式

本節(jié)將用有效電路來分析異步電動機的能量關系見右圖輸入電功率定子銅耗定子鐵耗轉子銅耗總的機械功率異步電動機的各種損耗總的機械功率又稱內功率。85第五節(jié)異步電機的功率平衡式和

轉矩平衡式異步電動機的功率流程圖異步電動機總的功率式正常運轉的時候轉子鐵芯中磁通的變化的頻率很低，僅有1~3Hz,所以轉子鐵耗可以略去不計。86第五節(jié)異步電機的功率平衡式和

轉矩平衡式兩個重要關系：因為電磁功率：轉子銅耗：機械功率：所以：又叫轉差功率87第五節(jié)功率平衡式和轉矩平衡式二、轉矩平衡式旋轉電機的機械功率：＝電機的轉矩與它的機械角速度乘積.總機械功率除以轉子角速度得到轉矩平衡式，即式中：為電動機軸上的輸出機械轉矩，即負載轉矩；

：為電動機軸上的總機械轉矩:Tem，即電磁轉矩；為電動機空載(制動)轉矩；88第五節(jié)功率平衡式和轉矩平衡式三、關于電磁轉矩電磁轉矩與功率式中或為電機的同步角速度：注意：比較下式含義：具體例子詳見書例（9-1）89第六節(jié)異步電機的參數異步電機的參數

基本方程式、等效電路圖和向量圖分析交流電機普遍方法。通過等效電路可以算出電機的電流、功率、功率因數、效率以及轉矩。90第六節(jié)異步電機的參數兩種參數勵磁參數:

決定于電機主磁路的飽和程度.是一種非線性參數.短路參數:

基本上與電機的飽和程度無關,是一種線性參數.測定方法：兩種試驗空載試驗短路試驗91一空載試驗與勵磁參數的確定(一)空載試驗:在UN、fN下,軸上不帶負載。將電動機運轉一段時間(30min)使其機械損耗達到穩(wěn)定值,然后調節(jié)電源電壓從(1.10~1.20)UN開始,逐漸降低到可能達到的最低電壓值(約0.3UN).測量7~9點,每次記錄端電壓,空載電流,空載功率和轉速.根據記錄數據,繪制電動機的空載特性曲線.92一空載試驗與勵磁參數的確定(二)機械損耗和鐵耗的分離93一空載試驗與勵磁參數的確定94二短路試驗及短路參數之確定（1）短路試驗:短路指T形電路中的附加電阻的狀態(tài).n=0,因此必須在電動機堵轉情況下進行.故短路試驗也稱為堵轉試驗.試驗方法一般從I1=1.2IN（或：U1=0.4UN）開始,逐步降低電壓.到I1=0.3IN

測量5~7點,每次記錄端電壓,定子短路電流和短路功率,測量定子繞組的電阻.根據記錄數據,繪制異步電動機的短路特性I1s=f(U1)