【正文】 2022/2/17 1 電機(jī)學(xué) 主講：馬宏忠 2022/2/17 河海大學(xué) 電氣學(xué)院 2 目 錄 第一篇 變 壓 器 第一章 緒 論 第四篇 同 步 電 機(jī) 第三篇 異 步 電 機(jī) 第二篇 交流電機(jī)的共同問題 2022/2/17 河海大學(xué) 電氣學(xué)院 3 第三篇 異 步 電 機(jī) 第十章 三相異步電動機(jī)的啟動和調(diào)速 第十一章 單相意圖電動機(jī)及異步電機(jī)的 其他運(yùn)行方式 第九章 異步電機(jī)的理論分析與工作特性 2022/2/17 河海大學(xué) 電氣學(xué)院 4 第九章 異步電機(jī)的理論分析與 工作特性 第二節(jié) 異步電機(jī)的基本原理 第三節(jié) 三相異步電機(jī)的等效電路 第四節(jié) 異步電機(jī)的參數(shù) 第五節(jié) 異步電動機(jī)的功率平衡式和轉(zhuǎn)矩平衡式 第六節(jié) 異步電動機(jī)的機(jī)械特性 第一節(jié) 異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 第七節(jié) 異步電動機(jī)的工作特性 2022/2/17 河海大學(xué) 電氣學(xué)院 5 第一節(jié) 異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 前言 異步電機(jī)又稱 感應(yīng)電機(jī) 是 交流電機(jī) 的一種。 優(yōu)點(diǎn) ：結(jié)構(gòu)簡單、制造、使用和維護(hù)方便，運(yùn)行可靠，效率較高、價格較低。 缺點(diǎn) ： 性能不佳 。 的，增加了電力系統(tǒng)的無功負(fù)擔(dān)。 應(yīng)用 ：總的來說： 主要作為電動機(jī) 使用，是當(dāng)今應(yīng)用最廣，需要量最大的一種電機(jī)。 結(jié)構(gòu) ： 定子、轉(zhuǎn)子 、空氣隙、端蓋、軸承和機(jī)座等部件。 2022/2/17 河海大學(xué) 電氣學(xué)院 6 第一節(jié) 異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 一、定子 異步電機(jī)定子主要包括定子 繞組 、 鐵芯 和機(jī)座三部分。 二、轉(zhuǎn)子 異步電機(jī)轉(zhuǎn)子主要包括轉(zhuǎn)子 繞組 、 鐵芯 和轉(zhuǎn)軸三部分。 異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)可以分為 籠型 和 繞線 型兩大類。 2022/2/17 河海大學(xué) 電氣學(xué)院 7 ? 繞組轉(zhuǎn)子異步電機(jī) 2022/2/17 河海大學(xué) 電氣學(xué)院 8 第一節(jié) 異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 三、銘牌的額定值 （ 1）型號 （ 2） 額定功率 （ PN）： 指電動機(jī)在額定方式下運(yùn)行時，轉(zhuǎn)軸上 輸出 的機(jī)械功率。單位為 W和kW。 （ 3） 額定電壓 （ UN）： 指電動機(jī)在額定方式下運(yùn)行時，定子繞組應(yīng)加的 線電壓 。單位為 V和kV 。 2022/2/17 河海大學(xué) 電氣學(xué)院 9 第一節(jié) 異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu) （ 4） 額定電流 （ IN）： 指電動機(jī)在額定電壓和額定功率狀態(tài)下運(yùn)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(wǎng)頻率為 50 Hz。 （ 6） 額定轉(zhuǎn)速 （ nN）： 指在額定狀態(tài)下運(yùn)行時的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。單位為 rpm。 除上述數(shù)據(jù)外，還標(biāo)出額定運(yùn)行時，電機(jī)的功率因素以及 相數(shù) 、 接線法 、 防護(hù)等級 、 絕緣等級 與 溫升 、工作方式等有關(guān)項(xiàng)目。 2022/2/17 河海大學(xué) 電氣學(xué)院 10 第二節(jié) 異步電機(jī)的基本原理 一、異步電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài) ? 當(dāng)對稱三相電流流入異步電機(jī)三相定子繞組 ? 在氣隙中便產(chǎn)生一 旋轉(zhuǎn)磁場 ，以同步速 旋轉(zhuǎn) ? 轉(zhuǎn)子繞組與其有 相對運(yùn)動 （切割） ? 在閉合的轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生 感應(yīng)電動勢 和 感應(yīng)電流 ， ? 旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中的電流互相作用產(chǎn)生 電磁轉(zhuǎn)矩 。 1n2022/2/17 河海大學(xué) 電氣學(xué)院 11 第二節(jié) 異步電機(jī)的基本原理 ? 異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n 總是略低于（電動機(jī)）或略高于（發(fā)電機(jī)）旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速 ? 他們之間的差 ，稱為 轉(zhuǎn)差 速度 ? 定義轉(zhuǎn)差速度與同步轉(zhuǎn)速的比值為 轉(zhuǎn)差率 ，即 1n)( 1 nn ?11nnns ??2022/2/17 河海大學(xué) 電氣學(xué)院 12 第二節(jié) 異步電機(jī)的基本原理 ? 轉(zhuǎn)差率是決定異步電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的重要變量： ? 異步電動機(jī)的 負(fù)載 情況發(fā)生變化， ? 轉(zhuǎn)子導(dǎo)體 中的電動勢電流和 電磁轉(zhuǎn)矩 相應(yīng)變化 ? 則轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)差率隨之變化。 2022/2/17 河海大學(xué) 電氣學(xué)院 13 2022/2/17 河海大學(xué) 電氣學(xué)院 14 第二節(jié) 異步電機(jī)的基本原理 按照轉(zhuǎn)差率大小正負(fù)，電機(jī)可分為三種狀態(tài)： ? 電動機(jī)運(yùn)行 ? 發(fā)電機(jī)運(yùn)行 ? 電磁制動 電動機(jī) 運(yùn)行 轉(zhuǎn)速低于同步轉(zhuǎn)速 0nn1 1S0 b x n1 F n Fe 0 2022/2/17 河海大學(xué) 電氣學(xué)院 15 第二節(jié) 異步電機(jī)的基本原理 發(fā)電機(jī) 運(yùn)行 發(fā)電機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)速大于同步轉(zhuǎn)速 n n0 S0 2022/2/17 河海大學(xué) 電氣學(xué)院 16 第二節(jié) 異步電機(jī)的基本原理 電磁制動 相對轉(zhuǎn)速大于同步轉(zhuǎn)速 n0 S1 （實(shí)際上異步電機(jī)主要作為電動機(jī)運(yùn)行） b x n1 F n Fe 0 2022/2/17 河海大學(xué) 電氣學(xué)院 17 第二節(jié) 異步電機(jī)的基本原理 二、異步電機(jī)的 主磁通 和 漏磁通 主磁通 ： 穿過氣隙，與定轉(zhuǎn)子繞組交鏈 漏磁通 不屬于主磁通的磁通 （槽、端部，諧波） 2022/2/17 河海大學(xué) 電氣學(xué)院 18 第三節(jié) 三相異步電機(jī)的等效電路 （一）轉(zhuǎn)子不動時的異步電機(jī) ? 從電路的角度來看，轉(zhuǎn)子不動時異步電機(jī)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(dāng)于異步電機(jī)的定子繞組 ? 次級 繞組相當(dāng)于轉(zhuǎn)子繞組。 ? 盡管異步電機(jī)與變壓器的的 磁場性質(zhì) 、 結(jié)構(gòu) 和 運(yùn)行方式不相同，但他們 內(nèi)部的電磁關(guān)系 時相通的。 ? 所以在研究異步電機(jī)的等效電路時 ， 可以借助變壓器的電磁理論 。 2022/2/17 河海大學(xué) 電氣學(xué)院 19 第三節(jié) 三相異步電機(jī)的等效電路 轉(zhuǎn)子不動時的定、轉(zhuǎn)子電路 1r1x? ?? 1I? ?? 2I0?n1E 2E1f 12 ff ?111 , NKNm 222 , NKNm?1U2r2x2022/2/17 河海大學(xué) 電氣學(xué)院 20 第三節(jié) 三相異步電機(jī)的等效電路 轉(zhuǎn)子不動時的 異步電機(jī)與變壓器的等效 2022/2/17 河海大學(xué) 電氣學(xué)院 21 第三節(jié) 三相異步電機(jī)的等效電路 電壓平衡方程 定子繞組的電壓平衡式和 轉(zhuǎn)子不動 時轉(zhuǎn)子繞組的電壓平衡式分別為 （與變壓器類比解釋各參量的意義） )( 11111 jxrIEU ???? ???)(0 2222 jxrIE ??? ??2022/2/17 河海大學(xué) 電氣學(xué)院 22 第三節(jié) 三相異步電機(jī)的等效電路 磁動勢平衡方程 定子繞組磁動勢 轉(zhuǎn)子繞組磁動勢 合成磁動勢 磁動平衡式為 11111 IpKNmF N???22222 IpKNmF N???mNm IpKNmF 111 2 ???mFFF??? ??212022/2/17 河海大學(xué) 電氣學(xué)院 23 第三節(jié) 三相異步電機(jī)的等效電路 繞組的歸算 一般將轉(zhuǎn)子方面的各物理量歸算到定子方面。 （ 1） 電流 的歸算 根據(jù)歸算前后轉(zhuǎn)子磁動勢保持不變，即： 式中 為電流變比。 iK239。2 FF ?iNN kIIKNmKNmI2211122239。2 ??2022/2/17 河海大學(xué) 電氣學(xué)院 24 第三節(jié) 三相異步電機(jī)的等效電路 （ 2） 電動勢 的歸算 根據(jù)歸算前后轉(zhuǎn)子視在功率保持不變，即 式中 為電動勢變比。 2222112 EKEKNKNEeNN ???eK22239。239。21 IEmIEm ?2022/2/17 河海大學(xué) 電氣學(xué)院 25 第三節(jié) 三相異步電機(jī)的等效電路 （ 3） 阻抗 的歸算 根據(jù)歸算前后轉(zhuǎn)子銅耗保持不變，即 式中 為阻抗變比。 電阻變比也適用于轉(zhuǎn)子電抗、阻抗的歸算。 222211212 )( rKKKNKNmmrieNN ???ieKK222239。2239。21 rImrIm ?2022/2/17 河海大學(xué) 電氣學(xué)院 26 第三節(jié) 三相異步電機(jī)的等效電路 二、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動后的異步電機(jī) 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動后對轉(zhuǎn)子各物理量的 影響 從電路角度看，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動后轉(zhuǎn)子頻率的變化將影響轉(zhuǎn)子電動 勢和漏抗等參數(shù)的變化。 轉(zhuǎn)子電流的頻率 轉(zhuǎn)子電動勢 轉(zhuǎn)子漏抗 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動后轉(zhuǎn)子回路電壓平衡式 22 sEE s ?22 sxx s ?)(0 2222 ss jxrIE ??? ??12 sff ?2022/2/17 河海大學(xué) 電氣學(xué)院 27 第三節(jié) 三相異步電機(jī)的等效電路 二、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動后的異步電機(jī) 頻率歸算 由以上分析可知，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動后轉(zhuǎn)子回路的參數(shù)頻率為 而定子回路參數(shù)的頻率仍為 電路中頻率應(yīng)相同，所以進(jìn)行頻率歸算： 12 sff ?1f2022/2/17 河海大學(xué) 電氣學(xué)院 28 222122122222222222222222222222222222:100?? ???????????????????????????rsxsrxjxrssrEjxsrEsjxrEsjxrEIxIjrIEjxrEIxIjrIEtgtgssss相位角相同轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動：轉(zhuǎn)子靜止：?????????????2022/2/17 河海大學(xué) 電氣學(xué)院 29 第三節(jié) 三相異步電機(jī)的等效電路 轉(zhuǎn)動時的電路 (頻率歸算 前 ) 轉(zhuǎn)動時的電路 (頻率歸算 后 ) 1r1r1x1x2r 2x1U?1U?1I?1I?2I?2I?1f1f 12 sff ?120ffn??111 , NKNm111 , NKNm1E?sE2?n111 , NKNm111 , NKNm39。2r 39。2x39。21 rSS?1E? 39。2E2022/2/17 河海大學(xué) 電氣學(xué)院 30 第三節(jié) 三相異步電機(jī)的等效電路 基本方程 轉(zhuǎn)子參數(shù)經(jīng) 頻率歸算 后還應(yīng)進(jìn)行 繞組歸算 ，歸算后異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動后的基本方程為 )()()(0)(12121222211111mmmmmmjxrIZIEEEIIIxjsrIEjxrIEU?????????????????????????????????2022/2/17 河海大學(xué) 電氣學(xué)院