三相異步電機的等效電路

三相異步電機的等效電路第1頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月0-1概述

要求：掌握異步電機穩(wěn)態(tài)分析的基本方法---等效電路法異步電動機分析中，主要涉及四個量-----（輸入能量的）電端口：電壓與電流；（輸出能量的）機械端口：功率和轉速（或轉矩與轉速）。第2頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月實際中要解決的問題：主要是已知異步電動機電壓與輸出功率求解電流、轉速的問題；或已知電壓和轉速求電流和功率等問題。第3頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月為解決上述問題仍用等效電路法，要設法找出與變壓器相似的等效電路。本章要求掌握等效電路方面的要點：1）如何得到等效電路？掌握繞組歸算、轉子位置歸算與頻率歸算等；2）等效電路各元件各代表什么？等效哪些實際的物理量？第4頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月為了得到等效電路的過程，主要解決以下三個問題：1）設法用靜止轉子等效旋轉的轉子，以便借用變壓器的分析方法；2）在氣隙磁場作用下，定轉子繞組的感應電勢之間的關系，引入電壓變比；3）定轉子電流產(chǎn)生的磁勢如何合成，引入電流變比。

仿照變壓器的思路得到等效電路

第5頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月基本思路首先分析僅僅定子有電流而轉子沒有電流的情況——轉子繞組開路，轉子只有感應電動勢，但無電流；然后分析，轉子繞組短路，但轉子堵轉的情況；最后分析轉子旋轉的情況——采用等效靜止轉子代替實際旋轉轉子。第6頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月規(guī)定定、轉子各相電氣物理量的正方向；

規(guī)定磁動勢、磁通的正方向；確定定轉子繞組空間坐標。

正方向的規(guī)定

第7頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月

正方向的規(guī)定（下頁圖）

第8頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月第9頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月第10頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月定子漏磁通不起傳遞能量的媒介作用，只起電抗壓降的作用；包括：槽部漏磁通、端部漏磁通和諧波磁通一轉子開路的異步電機主磁通和變壓器一樣起到傳遞能量的媒介作用；第11頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月1、基本電磁關系示意圖類比變壓器的空載運行，說說它們的異同。第12頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月由于轉子開路，因此定子三相電流產(chǎn)生合成基波旋轉磁動勢用于建立主磁場，因此這個磁動勢亦稱為勵磁磁動勢。2、勵磁磁動勢及勵磁電流勵磁電流可看成由兩部分組成：提供鐵耗，是有功分量；建立磁動勢產(chǎn)生主磁場，是無功分量，即：第13頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月這樣得到定轉子每相電動勢變比（）：和變壓器一、二次繞組感應電動勢的推導類似，得定、轉子每相電動勢有效值的大?。?、主磁通在定轉子繞組感應電動勢第14頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月4、電動勢平衡方程

——定子一相繞組的漏阻抗第15頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月定子一相電動勢平衡式為：轉子回路開路，轉子回路電動勢平衡方程：與變壓器分析時一樣，如果用勵磁電流在參數(shù)上的壓降表示，則：——激磁阻抗；第16頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月5、時空相矢圖和等效電路：第17頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月第18頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月1、基本電磁關系示意圖二轉子不動（堵轉）時異步電機第19頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)全電流定律知道，產(chǎn)生氣隙磁密的磁動勢是作用在磁路上的所有磁動勢的總和。即認為合成磁動勢產(chǎn)生氣隙磁密：

由于轉子短路，；由于轉子堵轉，頻率也為；旋轉速度為結論：與在定子內(nèi)圓空間同轉速、同轉向，即相對靜止。2、磁動勢分析第20頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月轉子角折合以后，在時空相矢圖中肯定有和、和、和都相互重合的關系。這樣就有：3、電流形式的磁動勢平衡方程第21頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月簡化后有：，其中：式中，，稱為電流比。根據(jù)，就可得：第22頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月目的：由于定轉子之間只有磁的聯(lián)系，沒有電路上的直接聯(lián)系，為了把定轉子電路直接連接起來構成統(tǒng)一的的等效電路，必須像變壓器一樣，把異步電機的轉子側量歸算到定子側，或者說用一個等效的轉子來代替實際的轉子。等效轉子的相數(shù)為，有效匝數(shù)為。4、轉子繞組相數(shù)和有效匝數(shù)的折合原則：歸算后不能改變異步電機的電端口的電磁本質。步驟：具體折合原則和步驟和處理變壓器的折合相似。第23頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月給出轉子側電流、電動勢和阻抗折合后的結果：第24頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月六、基本方程、等效電路和相量圖第25頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月第26頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月第27頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月第28頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月當轉子旋轉起來后（），轉子中仍會感應電流，產(chǎn)生轉子磁動勢。由于→相對定子的轉速為；那么→相對定子的轉速為？另外，那么與還會保持靜止嗎？1、問題的提出結論：無論轉子旋轉與否，轉子磁動勢相對于定子磁動勢總是靜止的，也就是說轉子磁動勢轉速總是為。下面我們首先具體分析轉子旋轉時磁動勢。三轉子轉動后的異步電機第29頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月異步電動機額定負載時通常在0.02~0.05范圍內(nèi)，由此可知：轉子旋轉時轉子感應電勢和電流的頻率很低，當Hz時，Hz。1）轉子電流的頻率：其頻率取決于氣隙旋轉磁場切割轉子繞組的相對轉速：，即：2、轉子回路的電流和磁動勢分析第30頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月2）磁動勢的轉速：相對于轉子轉速為：，相對于定子的轉速就為：相對于轉子轉速加上轉子轉速，即：。結論：不論轉子靜止還是旋轉，與在空間上總相對靜止，都以同步速旋轉，所以得穩(wěn)定的磁動勢平衡關系：第31頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月說明：1）轉子回路的頻率為：；2）轉子電阻：；轉子漏電抗和頻率成正比，因此有：；轉子電動勢大小和頻率成正比，因此有：

3、基本電磁關系示意圖第32頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月通過分析可以得到定轉子回路的電動勢方程（已經(jīng)對轉子的空間位置、相數(shù)、有效匝數(shù)進行了折合）和等效電路：由于定轉子回路的頻率不等，得不到實用的等效電路，因此下面研究轉子回路頻率折合的問題，即：尋求“等效靜止轉子”的問題。4、轉子繞組的折合第33頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月轉子旋轉與否影響了轉子繞組的頻率，但是對轉子磁動勢相對定子的轉速（即同步速）不會產(chǎn)生影響。現(xiàn)在尋求一個所謂的“等效”靜止轉子，它產(chǎn)生的磁動勢肯定和轉子旋轉時候的磁動勢相比是不變的，只是轉子繞組的頻率就由改變?yōu)槎?。這就是轉子繞組頻率折合的思路。1）轉子繞組頻率折合的思路第34頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月轉子磁動勢是由轉子電流產(chǎn)生的，那么要保持折合前后轉子磁動勢不變，必然有折合前后轉子電流有效值和相位不變的關系（只是頻率改變了）：由于式中：，轉子旋轉時和轉子堵轉時相比，只在轉子繞組等效電路中多了項。2）轉子繞組頻率的折合第35頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月經(jīng)過轉子繞組位置角、相數(shù)、有效匝數(shù)和頻率的折合后，轉子繞組電動勢和定子繞組電動勢就完全相同了。這樣可以把前面定轉子回路分離的等效電路統(tǒng)一起來，得到如下的異步電動機的“T”型等效電路。1）“T”型等效電路5、轉子旋轉時等效電路第36頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月有時為了工程計算的方便，常把“T”型等效電路簡化，得到如下圖所示的簡化等效電路。

2）簡化等效電路第37頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月六、基本方程和相量圖第38頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月第39頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月本章前面是以繞線型電機為例來分析的，這種電機轉子在設計制造時就確定了極對數(shù)、相數(shù)、有效匝數(shù)等數(shù)據(jù)。對于鼠籠轉子繞組由于轉子導條在轉子鐵心表面均勻布置，那么得到如下關系：1）轉子極對數(shù)自動恒等于定子極對數(shù)；2）轉子相數(shù)等于通常就認為等于總的轉子導條數(shù)；3）轉子的有效匝數(shù)：7、鼠籠轉子的問題第40頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月1)等效電路中為機械功率的等效電阻：當轉子堵轉時，，，此時無機械功率輸出；旋轉時，，此時有機械功率輸出，即對應的功率等于機械功率——總功械功率?？偨Y第41頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月空載時，，，轉子繞組2)旋轉的異步電動機和一臺副邊繞組接有電阻負載的變壓器相似：時，即剛起動瞬間，相當于副邊短路的變壓器；近似開路，相當于空載運行的變壓器。第42頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月→↑→↑，3)機械負載的變化在等效電路中由轉差率