異步電動機的工作原理-1

1、異步電機分析第一節(jié) 異步電動機的工作原理1、轉(zhuǎn)差，轉(zhuǎn)差率（為什么叫異步電動機？）· 切割磁力線是產(chǎn)生轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流和電磁轉(zhuǎn)矩的必要條件。 · 轉(zhuǎn)子必須與旋轉(zhuǎn)磁場保持一定的速度差，才可能切割磁力線。 · 旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速用n1表示，稱為同步轉(zhuǎn)速；轉(zhuǎn)子的實際轉(zhuǎn)速用n表示，轉(zhuǎn)差n=n1-n。 · 轉(zhuǎn)差率： · 轉(zhuǎn)差率是異步電動機的一個基本變量，在分析異步電動機運行時有著重要的地位。 o 起動瞬間，n = 0,s=1 o 理想空載運行時：n=n1,s=0 o 作為電動機運行時，s的范圍在0-1之間。 o 轉(zhuǎn)差率一般很小，如s = 0.03。 o 制動運行時

2、，電磁轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)速方向相反，即n1與n反向，s>1 o 發(fā)電運行時，n高于同步轉(zhuǎn)速n1,s<0. · 根據(jù)轉(zhuǎn)差率可以區(qū)分異步電動機運行狀態(tài)：· 2電勢平衡方程式1、定子繞組電勢平衡方程式· 定子繞組接到交流電源上，與電源電壓相平衡的電勢（壓降）包括： · 主電勢（感應(yīng)電勢）： o 定子繞組通入三相對稱交流電流時，將會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的主磁通，同時被定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組切割，并在其中產(chǎn)生感應(yīng)電勢。 o 定子繞組感應(yīng)電勢的有效值： · 漏磁電勢（漏抗壓降） o 定子漏磁通：僅與定子繞組相匝鏈。 o 漏抗壓將： · 電阻壓降： 

3、3; 定子電勢平衡方程式： 2、轉(zhuǎn)子繞組的電勢及電流· 轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電勢 o 轉(zhuǎn)子繞組切割主磁通的轉(zhuǎn)速 § 主磁通以同步速度旋轉(zhuǎn) § 轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn) § 轉(zhuǎn)子繞組導(dǎo)體切割主磁通的相對轉(zhuǎn)速為(n1-n)=sn1 o 轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電勢的頻率： § 公式： § 結(jié)論：由于s很小，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢頻率很低。0.5-3Hz o 轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢的有效值 § 公式： § 感應(yīng)電勢與轉(zhuǎn)差率正比。 § 對繞線式異步電機，轉(zhuǎn)子繞組每相串聯(lián)匝數(shù)，相數(shù)計算方法同定子繞組的計算。 § 對籠型轉(zhuǎn)子來說，由于每個導(dǎo)條中電流相

4、位均不一樣，所以，每個導(dǎo)條即為一相，可見相數(shù)等于導(dǎo)條數(shù)即轉(zhuǎn)子槽數(shù)；每相串聯(lián)匝數(shù)為半匝即1/2。 § 注意轉(zhuǎn)子不動時（s=1)時的感應(yīng)電勢與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)是感應(yīng)電勢的關(guān)系。 · 轉(zhuǎn)子繞組的阻抗 o 由于轉(zhuǎn)子繞組是閉合的，所以有轉(zhuǎn)子電流流過。同樣會產(chǎn)生漏磁電抗壓降。 o 漏抗公式：。漏抗也與轉(zhuǎn)差率正比。轉(zhuǎn)速越高，漏抗越小。 o 考慮到轉(zhuǎn)子繞組的相電阻后： · 轉(zhuǎn)子繞組中的電流 o 轉(zhuǎn)子繞組短路，轉(zhuǎn)子電壓為0，感應(yīng)電勢全部加在轉(zhuǎn)子阻抗上 o 轉(zhuǎn)子回路方程： o 轉(zhuǎn)子電流：， 3異步電動機的磁勢平衡1、定子繞組的磁勢· 大小（有效值） · 轉(zhuǎn)速： 2、轉(zhuǎn)子繞

5、組磁勢· 大小： · 轉(zhuǎn)速： o 轉(zhuǎn)子電流的頻率 o 轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁勢的轉(zhuǎn)速： o 轉(zhuǎn)子磁勢的絕對轉(zhuǎn)速（相對于不動的定子） · 結(jié)論：轉(zhuǎn)子繞組的磁勢與定子繞組的磁勢轉(zhuǎn)速相同，在空間相對靜止。 3、磁勢平衡方程式· 激磁電流和激磁磁勢 o 產(chǎn)生主磁通所需要的電流稱為激磁電流； o 對應(yīng)的磁勢稱為激磁磁勢： · 激磁磁勢近似不變 o 由電勢方程式：；電源電壓不變，阻抗壓降很小，電勢近似不變； o 由公式：，近似不變； o 可見，激磁磁勢和激磁電流幾乎不變。 · 空載運行時，激磁磁勢全部由定子磁勢提供，即：= · 負(fù)載運行時

6、，轉(zhuǎn)子繞組中有電流流過，產(chǎn)生一個同步旋轉(zhuǎn)磁勢，為了保持不變，定子磁勢除了提供激磁磁勢外，還必須抵消轉(zhuǎn)子磁勢的影響，即： · 異步電動機的磁勢平衡方程： oooo 結(jié)論：空載運行時，轉(zhuǎn)子電流為0，定子電流等于激磁電流；負(fù)載時，定子電流隨負(fù)載增大而增大。第二節(jié) 異步電動機的等效電路等效電路法是分析異步電動機的重要手段。在異步電動機中，作等效電路遇到的兩大障礙是：(1)定轉(zhuǎn)子電路的頻率不相同；(2)定轉(zhuǎn)子邊的相數(shù)，匝數(shù)，繞組系數(shù)等不相等。所以,首先研究異步電動機的頻率折算和繞組折算的問題。一、頻率折算（用靜止的轉(zhuǎn)子代替旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子）· 轉(zhuǎn)差率為s的異步電動機轉(zhuǎn)子電路頻率： 

7、3; 轉(zhuǎn)子靜止時s=1；則轉(zhuǎn)子頻率等于定子頻率。 · 頻率折算后，希望磁勢平衡不變，即轉(zhuǎn)子電流不變: · 將上式略作變化：，此是可以理解為：轉(zhuǎn)子不動，轉(zhuǎn)子電阻為的異步電動機的轉(zhuǎn)子電流，此電流和轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)差率s旋轉(zhuǎn)的，轉(zhuǎn)子電阻為的異步電動機轉(zhuǎn)子電流相等。 · 由以上原理可以得出頻率折算的方法：給轉(zhuǎn)子繞組電阻中，計入一個附加電阻，即可以把原來旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子看成靜止的轉(zhuǎn)子。· 進(jìn)一步討論： o 不論靜止或者旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，其轉(zhuǎn)子磁勢總以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，即轉(zhuǎn)子磁勢的轉(zhuǎn)速不變，大小相位又沒有變，故電機的磁勢平衡依然維持。 o 靜止的轉(zhuǎn)子不再輸出機械功率，即電機的功率平衡中少了

8、一大塊機械功率。 o 靜止的轉(zhuǎn)子中多了一個附加電阻，而電流有沒有變，所以多了一個電阻功率。 o 分析證明：附加電阻上消耗的電功率等于電機輸出的機械功率。 二、繞組折算· 用繞組（）等效替代繞組（）代替的原則是： o 磁勢平衡不變 o 功率平衡不變 · 電流折算：根據(jù)磁勢不變：，得到： · 電勢折算：磁通應(yīng)不變：，得到： · 阻抗折算：功率不變：，得到：，對漏電抗有同樣的結(jié)論。 · 折算后轉(zhuǎn)子電路方程式： 三、等效電路· 激磁回路： · 折算后的磁勢方程式： · 經(jīng)過頻率折算和繞組折算后異步電動機的方程式： o

9、83; 等效電路：在異步電動機分析中具有重要地位。· 四、相量圖· 異步電動機的相量圖類似于變壓器相量圖。 · 從轉(zhuǎn)子電路方程出發(fā)可以一步一步作出異步電機相量圖。第三節(jié) 異步電動機的功率平衡和轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系功率變換和傳遞是電動機的主要功用。一、功率平衡方程式，電機效率· 結(jié)合等效電路分析異步電動機功率流向。· 異步電動機從電源獲取電功率，即輸入功率： · 此一功率首先通過定子繞組，產(chǎn)生定子銅耗： · 由此功率產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場掠過定轉(zhuǎn)子鐵心，產(chǎn)生鐵耗： o 定子鐵心與旋轉(zhuǎn)磁場相對轉(zhuǎn)速為n1較大，故鐵耗主要為定子鐵耗： o 轉(zhuǎn)子鐵心

10、與旋轉(zhuǎn)磁場相對轉(zhuǎn)速為sn1較小，故轉(zhuǎn)子鐵耗可以忽略不計。 · 剩余功率將通過氣隙磁場感應(yīng)到轉(zhuǎn)子繞組，此一功率稱為電磁功率： · 電磁功率首先提供轉(zhuǎn)子銅耗： · 剩余的電磁功率全部轉(zhuǎn)化為機械功率： · 機械功率一部分克服機械損耗和附加損耗： · 其余功率為輸出的機械功率： · 異步電動機的功率平衡方程式： · 幾個重要的關(guān)系：； · 電機效率： 二、轉(zhuǎn)矩平衡方程· 轉(zhuǎn)矩由機械功率產(chǎn)生： · 轉(zhuǎn)矩平衡方程為：第四節(jié) 異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩和機械特性電磁轉(zhuǎn)矩是異步電動機的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，本節(jié)專題研究之。一、電

11、磁轉(zhuǎn)矩· 基本公式： · 與直流電機類似的公式： ·· 根據(jù)簡化等效電路算出轉(zhuǎn)子電流： · 電磁轉(zhuǎn)矩的實用公式： 二、機械特性· 電動機的機械特性是指電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系曲線。 · 異步電動機的機械特性就是T-s曲線。 · 幾個關(guān)鍵點： o 起動點 o 最大轉(zhuǎn)矩點 o 額定工作點 · 電動，發(fā)電，制動三種運行狀態(tài) 三、最大轉(zhuǎn)矩，過載能力· 異步電動機的T-s曲線上有一個最高點； · 最大轉(zhuǎn)矩可以根據(jù)高等數(shù)學(xué)中求極值的方法求得。 o 令：，求得： o 帶入轉(zhuǎn)矩公式，可得： ·

12、; 過載能力：最大轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比：；（一般在1.6-2.2之間，起重，冶金電動機2-3） · 幾個重要結(jié)論： o 最大轉(zhuǎn)矩與電網(wǎng)電壓的平方成正比； o 最大轉(zhuǎn)矩近似于漏電抗反比 o 最大轉(zhuǎn)矩的位置可以由轉(zhuǎn)子電阻的大小來調(diào)整； o 最大轉(zhuǎn)矩的值與轉(zhuǎn)子電阻值沒有關(guān)系。 · 異步電動機調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電阻時機械特性的變化。（看動畫T-s） 四、異步電動機的起動轉(zhuǎn)矩，起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)· 作出起動時（s=1)的（等效電路）可以直接求得起動電流和起動轉(zhuǎn)矩。 · 起動電流指起動瞬間電機從電網(wǎng)吸收的電流, · 起動轉(zhuǎn)矩則是起動瞬間電動機的電磁轉(zhuǎn)矩： · 如果

13、希望起動轉(zhuǎn)矩等于最大轉(zhuǎn)矩，則：令sm = 1,可得： · 對繞線式電動機：以上電阻指的是轉(zhuǎn)子每相電阻與外串電阻之和。另，實際電阻應(yīng)反折算。 · 幾個重要結(jié)論： o 異步電動機的起動轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比； o 總漏抗越大，起動轉(zhuǎn)矩越??； o 繞線式異步電動機可以在轉(zhuǎn)子回路串入適當(dāng)?shù)碾娮枰辉龃笃饎愚D(zhuǎn)矩； o 當(dāng)時，起動轉(zhuǎn)矩最大。 五、轉(zhuǎn)矩的實用計算公式：· 通過名牌數(shù)據(jù)求取電動機轉(zhuǎn)矩的方法: ·第五節(jié) 異步電動機工作特性分析異步電動機的工作特性是指在額定電壓及額定頻率下，電動機的主要物理量（轉(zhuǎn)差率，轉(zhuǎn)矩電流，效率，功率因數(shù)等隨輸出功率變化的關(guān)系曲線。 一、轉(zhuǎn)差率特性·· 隨著負(fù)載功率的增加，轉(zhuǎn)子電流增大，故轉(zhuǎn)差率隨輸出功率增大而增大。 二、轉(zhuǎn)矩特性· 異步電動機的輸出轉(zhuǎn)矩： · 轉(zhuǎn)速的變換范圍很小，從空載到滿載，轉(zhuǎn)速略有下降。 · 轉(zhuǎn)矩曲線為一個上翹的曲線。（近似直線） 三、電流特性· ，空載時電流很小，隨著負(fù)載電流增大，電機的輸入電流增大。 四、效率特性·· 其中銅耗隨著負(fù)載的變化而變化（與負(fù)載電流的平方正比）；鐵耗和機械損耗近似不變； · 效率曲線有最大值，可變損耗等于不變損耗時，電機達(dá)到最大效率。 · 異