第20講三相異步電動機的電磁關(guān)系

1、第第19講講 三相異步電動機的電三相異步電動機的電磁關(guān)系磁關(guān)系 （1 1）轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子繞組開路時的電磁關(guān)系）轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子繞組開路時的電磁關(guān)系 （2 2）轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)子時的電磁關(guān)系）轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)子時的電磁關(guān)系 一臺繞線式三相異步電動機，定轉(zhuǎn)子都是一臺繞線式三相異步電動機，定轉(zhuǎn)子都是Y接，轉(zhuǎn)子繞組開路。接，轉(zhuǎn)子繞組開路。規(guī)定規(guī)定正方向正方向如圖：如圖： 磁密、磁通和磁通勢都是磁密、磁通和磁通勢都是從定子出來進入轉(zhuǎn)子從定子出來進入轉(zhuǎn)子為正方向；為正方向； 而且把定、轉(zhuǎn)子空間坐標軸的縱軸選在而且把定、轉(zhuǎn)子空間坐標軸的縱軸選在A A相繞組的軸線相繞組的軸線處。處。 A1A1和和A2A2是定、轉(zhuǎn)子空間坐標軸，

2、可以重疊在一起。是定、轉(zhuǎn)子空間坐標軸，可以重疊在一起。 規(guī)定規(guī)定正方向正方向如圖：如圖： 定轉(zhuǎn)子三相繞組的連接方式和定轉(zhuǎn)子三相繞組的連接方式和正方向在兩個圖中是一致的。正方向在兩個圖中是一致的。 1、勵磁磁通勢、勵磁磁通勢 當定子繞組接到對稱三相對稱電源上時，定子繞組就會有三相對稱電流，當定子繞組接到對稱三相對稱電源上時，定子繞組就會有三相對稱電流，有效值分別用有效值分別用I0A、I0B、I0C。為了分析方便，用。為了分析方便，用I0表示。從而產(chǎn)生合成旋轉(zhuǎn)表示。從而產(chǎn)生合成旋轉(zhuǎn)磁通勢，用磁通勢，用 表示。勵磁電流、勵磁磁通勢以及定轉(zhuǎn)子繞組電動勢矢量圖表示。勵磁電流、勵磁磁通勢以及定轉(zhuǎn)子繞組電動

3、勢矢量圖如圖所示。如圖所示。0F（a）定轉(zhuǎn)子時間坐標）定轉(zhuǎn)子時間坐標（b）定轉(zhuǎn)子空間坐標）定轉(zhuǎn)子空間坐標（a）定轉(zhuǎn)子相）定轉(zhuǎn)子相-矢量圖矢量圖勵磁磁勢勵磁磁勢F0特點如下：特點如下：（1）幅值為：）幅值為：（2）轉(zhuǎn)向：如果電流相序為）轉(zhuǎn)向：如果電流相序為A1B1C1，磁通勢的旋轉(zhuǎn)，磁通勢的旋轉(zhuǎn)方向為方向為+A1+B1+C1 1003 4222dp1N kFIp （a）定轉(zhuǎn)子時間坐標）定轉(zhuǎn)子時間坐標（b）定轉(zhuǎn)子空間坐標）定轉(zhuǎn)子空間坐標（c）定轉(zhuǎn)子相）定轉(zhuǎn)子相-矢量圖矢量圖（3）轉(zhuǎn)速：相對定子繞組的角頻率：）轉(zhuǎn)速：相對定子繞組的角頻率：（4）瞬間位置：定子）瞬間位置：定子A1相電流相電流 再過再過

4、90時間電角度就轉(zhuǎn)到時間電角度就轉(zhuǎn)到+J軸上，三軸上，三相合成磁通勢相合成磁通勢 就相應(yīng)經(jīng)過就相應(yīng)經(jīng)過90空間電角度到達空間電角度到達+A1軸上。軸上。 由于轉(zhuǎn)子繞組開路，沒有電流，因此磁路中只有定子繞組產(chǎn)生的定子由于轉(zhuǎn)子繞組開路，沒有電流，因此磁路中只有定子繞組產(chǎn)生的定子磁通勢磁通勢 ，因此稱為勵磁磁通勢，因此稱為勵磁磁通勢,電流電流 稱為勵磁電流。稱為勵磁電流。 11260/rad/spn 0I0F0F0I2、主磁通、主磁通 和定子漏磁通和定子漏磁通主磁通：通過氣隙同時鉸鏈著定轉(zhuǎn)子兩個繞組的磁通。主磁通：通過氣隙同時鉸鏈著定轉(zhuǎn)子兩個繞組的磁通。定子漏磁通：不鉸鏈轉(zhuǎn)子繞組而只鉸鏈定子繞組的磁

5、通，分定子漏磁通：不鉸鏈轉(zhuǎn)子繞組而只鉸鏈定子繞組的磁通，分為槽部漏磁通和端部漏磁通。為槽部漏磁通和端部漏磁通。12Bl 1 s1 氣隙中每極主磁通為：氣隙中每極主磁通為： 氣隙中旋轉(zhuǎn)的主磁通氣隙中旋轉(zhuǎn)的主磁通 在定、轉(zhuǎn)在定、轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電動勢有效值分別為：子繞組中感應(yīng)電動勢有效值分別為：電壓變比：電壓變比： 定子、轉(zhuǎn)子每相電動勢之比定子、轉(zhuǎn)子每相電動勢之比ke1 111121214 444 44dp1dp2E.f N kE.f N k 1122dp1dp2eN kEkEN k 由于氣隙磁密與定子、轉(zhuǎn)子都有相對運動，因此在定子轉(zhuǎn)由于氣隙磁密與定子、轉(zhuǎn)子都有相對運動，因此在定子轉(zhuǎn)子鐵心中有鐵損耗

6、。勵磁電流可分為兩部分：有功分量子鐵心中有鐵損耗。勵磁電流可分為兩部分：有功分量I0a，產(chǎn)，產(chǎn)生鐵損耗；無功分量生鐵損耗；無功分量I0r，建立磁通勢，產(chǎn)生磁通。，建立磁通勢，產(chǎn)生磁通。因此，考慮鐵損耗的勵磁因此，考慮鐵損耗的勵磁電流、磁通勢以及繞組電電流、磁通勢以及繞組電動勢的時空相矢量圖如圖。動勢的時空相矢量圖如圖。00a0rIII定子漏電動勢：定子漏電動勢：定子繞組漏磁通在定子繞組里感應(yīng)的電動勢，定子繞組漏磁通在定子繞組里感應(yīng)的電動勢，用用 表示。同樣可以改寫為：表示。同樣可以改寫為： 因此按照第一節(jié)規(guī)定的正方向，定子一相回路的電壓方程因此按照第一節(jié)規(guī)定的正方向，定子一相回路的電壓方程式為

7、：式為：01s1jEI X 11101s110101101110j(j)UEI REEI RI XEIRXEI Z s1E 定子繞組的電動勢可以表示成勵磁電流在勵磁阻抗的壓降，定子繞組的電動勢可以表示成勵磁電流在勵磁阻抗的壓降，因此可以寫成：因此可以寫成： 于是可以得到定子一相電壓平衡方程式：于是可以得到定子一相電壓平衡方程式： 轉(zhuǎn)子回路電壓方程式：轉(zhuǎn)子回路電壓方程式：其等效電路如右圖。電磁關(guān)系為：其等效電路如右圖。電磁關(guān)系為： 10mm0m(j)EIRXI Z1110110mm0110m(j)(j)(j)()UEIRXIRXIRXIZZ 22UE 轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)子時轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)子時磁通和磁通勢磁通和磁

8、通勢 轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)子時轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)子時定轉(zhuǎn)子回路方程定轉(zhuǎn)子回路方程 轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)子時轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)子時轉(zhuǎn)子繞組的折合轉(zhuǎn)子繞組的折合 轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)子時轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)子時基本方程式、等效電路基本方程式、等效電路1、磁通勢、磁通勢 如圖為一臺繞線式三相異步電動機，定轉(zhuǎn)子都是如圖為一臺繞線式三相異步電動機，定轉(zhuǎn)子都是Y接，轉(zhuǎn)接，轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)。各有關(guān)物理量的正方向如圖。轉(zhuǎn)子繞組短路，線電壓子堵轉(zhuǎn)。各有關(guān)物理量的正方向如圖。轉(zhuǎn)子繞組短路，線電壓為零，相電壓也為零，但電動勢不為零。因此在轉(zhuǎn)子繞組中有為零，相電壓也為零，但電動勢不為零。因此在轉(zhuǎn)子繞組中有電流電流I2。 在轉(zhuǎn)子繞組中的電流產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子空間旋轉(zhuǎn)磁通勢為在轉(zhuǎn)子繞組中的電流產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子

9、空間旋轉(zhuǎn)磁通勢為 ，其，其特點如下：特點如下： 2F（1）幅值為：）幅值為：（2）轉(zhuǎn)向：假設(shè)氣隙旋轉(zhuǎn)磁密）轉(zhuǎn)向：假設(shè)氣隙旋轉(zhuǎn)磁密 逆時針方向旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的電流逆時針方向旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的電流相序為相序為A2B2C2，磁通勢的方向為，磁通勢的方向為+A2+B2+C2（3）轉(zhuǎn)速：）轉(zhuǎn)速：相對轉(zhuǎn)子繞組的轉(zhuǎn)速相對轉(zhuǎn)子繞組的轉(zhuǎn)速 ，因為轉(zhuǎn)子，因為轉(zhuǎn)子電流的頻率電流的頻率f2=f1，用角頻率表示，用角頻率表示（4）瞬間位置：當電流）瞬間位置：當電流 達到最大值時，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁通勢達到最大值時，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁通勢 就應(yīng)在就應(yīng)在+A2軸上。軸上。 由于轉(zhuǎn)子繞組堵轉(zhuǎn)，定子電流用由于轉(zhuǎn)子繞組堵轉(zhuǎn)，定子電流用 表示，產(chǎn)生氣隙磁通

10、勢表示，產(chǎn)生氣隙磁通勢 也稱定子旋轉(zhuǎn)磁通勢。也稱定子旋轉(zhuǎn)磁通勢。 2223 4222dp2N kFIp B222601/rad/s=pn 21216060ffnnpp2I1F2F1I（1）幅值為：）幅值為：（2）轉(zhuǎn)向：逆時針方向）轉(zhuǎn)向：逆時針方向（3）轉(zhuǎn)速：相對定子繞組的角頻率）轉(zhuǎn)速：相對定子繞組的角頻率（4）瞬間位置：當定子）瞬間位置：當定子A1相電流相電流 達到最大值時，達到最大值時， 應(yīng)在應(yīng)在+A1相繞組的軸線相繞組的軸線上。上。轉(zhuǎn)子繞組短路的三相異步電機，作用在磁路上的磁通勢由兩個：轉(zhuǎn)子繞組短路的三相異步電機，作用在磁路上的磁通勢由兩個： 和和 ，他們的旋轉(zhuǎn)方向相同，轉(zhuǎn)速相等，只是一前

11、一后，稱為同步旋轉(zhuǎn)。，他們的旋轉(zhuǎn)方向相同，轉(zhuǎn)速相等，只是一前一后，稱為同步旋轉(zhuǎn)。其合成磁通勢為：其合成磁通勢為： 此合成磁通勢產(chǎn)生每極主磁通此合成磁通勢產(chǎn)生每極主磁通 的磁通勢，從而在定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生的磁通勢，從而在定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢感應(yīng)電動勢 和和 。 11260/rad/spn 2F1F1F1I1113 4222dp1N kFIp 120FFF1 12EE2、漏磁通（如圖、漏磁通（如圖7.17）定子電流定子電流 漏磁通，其電抗用漏磁通，其電抗用 表示，且為常數(shù)。表示，且為常數(shù)。轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電流 漏磁通：其電抗用漏磁通：其電抗用 表示，一般情況下為常數(shù)。表示，一般情況

12、下為常數(shù)。 2I2X1I1X當轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子回路電壓方程式為：當轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子回路電壓方程式為：轉(zhuǎn)子相電流為：轉(zhuǎn)子相電流為： 為轉(zhuǎn)子繞組回路的功率因數(shù)角。為轉(zhuǎn)子繞組回路的功率因數(shù)角。定轉(zhuǎn)子磁通勢的關(guān)系為：定轉(zhuǎn)子磁通勢的關(guān)系為：定子回路電壓方程：定子回路電壓方程：22222220(j)=EI RXEI Z2 2222222222j=ejEEIRXRX 120102()FFFFFF 11111111(j)=-UEI RXEI Z 異步電動機定、轉(zhuǎn)子之間只有磁路聯(lián)系，沒有電路聯(lián)系。從異步電動機定、轉(zhuǎn)子之間只有磁路聯(lián)系，沒有電路聯(lián)系。從定子邊看轉(zhuǎn)子只有轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁通勢定子邊看轉(zhuǎn)子只有轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁通勢

13、和定子旋轉(zhuǎn)磁通勢和定子旋轉(zhuǎn)磁通勢 起作起作用，只要保持轉(zhuǎn)子磁通勢的用，只要保持轉(zhuǎn)子磁通勢的 大小和相位不變，其它轉(zhuǎn)子參數(shù)大小和相位不變，其它轉(zhuǎn)子參數(shù)無關(guān)緊要。根據(jù)這個設(shè)想，把實際轉(zhuǎn)子抽出，換上一個相數(shù)、無關(guān)緊要。根據(jù)這個設(shè)想，把實際轉(zhuǎn)子抽出，換上一個相數(shù)、每相串聯(lián)匝數(shù)以及繞組系數(shù)和定子一樣的轉(zhuǎn)子，但新的轉(zhuǎn)子產(chǎn)每相串聯(lián)匝數(shù)以及繞組系數(shù)和定子一樣的轉(zhuǎn)子，但新的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁通勢應(yīng)該和原來轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁通勢相同，但感應(yīng)電動勢、生的磁通勢應(yīng)該和原來轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁通勢相同，但感應(yīng)電動勢、電流、轉(zhuǎn)子漏阻抗分別為：電流、轉(zhuǎn)子漏阻抗分別為： 1F12121203 42423 42222222dp1dp2dp1N k

14、N kN kmIIIppp120FFF2F2F22222jE , I , ZRX根據(jù)定轉(zhuǎn)子磁通勢的關(guān)系：根據(jù)定轉(zhuǎn)子磁通勢的關(guān)系：可以改寫為：可以改寫為：令：令：由此可得：由此可得：簡化為：簡化為：新轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的電流和原轉(zhuǎn)子電流之間的關(guān)系為：新轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的電流和原轉(zhuǎn)子電流之間的關(guān)系為：其中：其中： 稱為電流比。稱為電流比。21222423 422222dp2dp1N kN kmIIpp 1111203 423 423 42222222dp1dp1dp1N kN kN kIIIppp 120III 22222122221133dp2dp2dp1dp1iN kmm N kIN kIIIIN kk1222

15、2233dp1dp2ieN kIkkIm N km 以上把以上把異步電動機轉(zhuǎn)子繞組的實際相數(shù)異步電動機轉(zhuǎn)子繞組的實際相數(shù)m2，匝數(shù)，匝數(shù)N2和繞組和繞組系數(shù)系數(shù)kdp2看成和定子的相數(shù)看成和定子的相數(shù)3、匝數(shù)、匝數(shù)N1和繞組系數(shù)和繞組系數(shù)kdp1完全一樣的完全一樣的方法，稱為轉(zhuǎn)子繞組向定子折算。方法，稱為轉(zhuǎn)子繞組向定子折算。 折合以后的轉(zhuǎn)子回路電壓方程式為：折合以后的轉(zhuǎn)子回路電壓方程式為： 折合前后轉(zhuǎn)子阻抗之間的關(guān)系為：折合前后轉(zhuǎn)子阻抗之間的關(guān)系為： 折合前后漏阻抗之間的關(guān)系為：折合前后漏阻抗之間的關(guān)系為：22022(j)EI RX2222eieiXk k XRk k R 22e2222ei22ei2ei22ij(j)=jk EEZRXk k RXk k Rk k XIIk 阻抗角：阻抗角：折合前