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1、异步电机分析第一节异步电动机的工作原理1 .、转差，转差率（为什么叫异步电动机？） 切割磁力线是产生转子感应电流和电磁转矩的必要条件。 转子必须与旋转磁场保持一定的速度差，才可能切割磁力线。 旋转磁场的转速用n1表示，称为同步转速；转子的实际转速用n表示，转差A n=n1-n nx-ns = 转差率：公 转差率是异步电动机的一个基本变量，在分析异步电动机运行时有着重要的地位。o 起动瞬间，n = 0,s=1o 理想空载运行时：n=n1,s=0o作为电动机运行时，s的范围在0-1之间。o 转差率一般很小，如s = 0.03 。o制动运行时，电磁转矩方向与转速方向相反，即 n1与n反向，s1o发电
2、运行时，n高于同步转速n1,sl s=l s=0sA 1附l笫如Jo结论：空载运行时，转子电流为 0,定子电流等于激磁电流；负载时，定子电 流随负载增大而增大。第二节 异步电动机的等效电路等效电路法是分析异步电动机的重要手段。 在异步电动机中，作等效电路遇到的两大障碍是: （1）定转子电路的频率不相同；（2）定转子边的相数，匝数，绕组系数等不相等。所以，首先研究异步电动机的 频率折算和绕组折算的问题。一、频率折算（用静止的转子代替旋转的转子）转差率为s的异步电动机转子电路频率:转子静止时s=1；则转子频率等于定子频率。1 2 -频率折算后，希望磁势平衡不变，即转子电流不变 ： J &+）现,将
3、上式略作变化：W ,此是可以理解为：转子不动，转子电阻为的异步电动机的转子电流，此电流和转子以转差率s旋转的，转子电阻为及的异步电动机转子电流相等。由以上原理可以得出频率折算的方法：给转子绕组电阻中，计入一个附加电阻 S 即可以把原来旋转的转子看成静止的转子。 进一步讨论：o不论静止或者旋转的转子，其转子磁势总以同步转速旋转，即转子磁势的转速 不变，大小相位又没有变，故电机的磁势平衡依然维持。o静止的转子不再输出机械功率，即电机的功率平衡中少了 一大块机械功率。o静止的转子中多了一个附加电阻，而电流有没有变，所以多了一个电阻功率。0分析证明：附加电阻上消耗的电功率等于电机输出的机械功率。用绕组
4、（町此上明 等效替代绕组（啊，M，O）代替的原则是:o磁势平衡不变o功率平衡不变掰/n q MA凡_幽1。U. j = U. j电流折算：根据磁势不变:得至上电势折算：磁通应不变E广444/曲片二感二444/M。,得到:2 I P J 2 I p )第10页共12页阻抗折算：功率不变：啊小耳二加达均，得到:段谭偿）&总裁）&=2&*&对漏电抗有同样的结论三、等效电路激磁回路：Z就-Rjh +凡折算后的磁势方程式：【幽掰t/1 + 4 =。经过频率折算和绕组折算后异步电动机的方程式：仄二一国十人（舄+）几）&二瓦二，;。+ 或LI 5）-用二4（乙+ jx等效电路：在异步电动机分析中具有重要地位
5、四、相量图异步电动机的相量图类似于变压器相量图。从转子电路方程出发可以一步一步作出异步电机相量图第三节异步电动机的功率平衡和转矩平衡关系功率变换和传递是电动机的主要功用。一、功率平衡方程式，电机效率 结合等效电路分析异步电动机功率流向。 异步电动机从电源获取电功率，即输入功率：P广用用力。$甲1 此一功率首先通过定子绕组，产生定子铜耗：%1二啊,；/ 由此功率产生的旋转磁场掠过定转子铁心，产生铁耗：o定子铁心与旋转磁场相对转速为 n1较大，故铁耗主要为定子铁耗：4二网,我o转子铁心与旋转磁场相对转速为 sn1较小，故转子铁耗可以忽略不计剩余功率将通过气隙磁场感应到转子绕组，此一功率称为电磁功率
6、:%二 g _ 九1 一 P.二小同4 cos Pa 电磁功率首先提供转子铜耗：Pm =眄 剩余的电磁功率全部转化为机械功率： 机械功率一部分克服机械损耗和附加损耗：户口 +-(0 5-羽瓜) 其余功率为输出的机械功率：月二4一外 一 P山 异步电动机的功率平衡方程式：,= g一%i一为一Pq?一/M=芯一工p =鹤&_ y -=s - = (1 - 5)= 几个重要的关系：加一】；为；及巧；斤=殳100% =耳一汇100% 电机效率：片尸 1、转矩平衡方程 转矩由机械功率产生：月二4一pp山LL红一红 nT = T.T _丁转矩平衡方程为:Q Q Q Q 30 第四节 异步电动机的电磁转矩和
7、机械特性电磁转矩是异步电动机的驱动转矩，本节专题研究之。一、电磁转矩 与直流电机类似的公式：心 胸遥4 gs仍 的x4.44/iA体皿J； cos仍 广小/ 山二一区=无巫=12侬仍60 pR1屿优T=马鱼电磁转矩的实用公式:“4 +巨+区+局/I 、机械特性电动机的机械特性是指电磁转矩与转速之间的关系曲线 异步电动机的机械特性就是T-s曲线。o最大转矩点o额定工作点电动，发电，制动三种运行状态、最大转矩，过载能力 异步电动机的T-s曲线上有一个最高点； 最大转矩可以根据高等数学中求极值的方法求得。第9页共12页o带入转矩公式，可得:%o令：出 ,求得:5分十用不用T _ 过载能力：最大转矩与
8、额定转矩之比：配 ;（一般在1.6-2.2之间，起重，冶金电动机2-3） 几个重要结论：o最大转矩与电网电压的平方成正比；o最大转矩近似于漏电抗反比o最大转矩的位置可以由转子电阻的大小来调整；o最大转矩的值与转子电阻值没有关系。 异步电动机调节转子电阻时机械特性的变化。（看 动画T-S ） 四、异步电动机的起动转矩，起动转矩倍数 作出起动时（s=1）的（等效电路）可以直接求得起动电流和起动转矩j口 起动电流指起动瞬间电机从电网吸收的电流,J区 +段产+（无山+岗。）.一 1 砧河招居+凡）,起动转矩则是起动瞬间电动机的电磁转矩： Q（&1+&；产+几+必 如果希望起动转矩等于最大转矩，则：令
9、sm = 1,可得:第10页共12页 对绕线式电动机：以上电阻指的是转子每相电阻与外用电阻之和。另，实际电阻应反 折算。 几个重要结论：o异步电动机的起动转矩与电压的平方成正比；o总漏抗越大，起动转矩越小；o绕线式异步电动机可以在转子回路用入适当的电阻一增大起动转矩；o当+区+*丫时，起动转矩最大。五、转矩的实用计算公式:第16页共12页 通过名牌数据求取电动机转矩的方法： 除 5第五节异步电动机工作特性分析异步电动机的工作特性是指在额定电压及额定频率下，电动机的主要物理量（转差率, 转矩电流，效率，功率因数等随输出功率变化的关系曲线。转差率特性L_ P也片冽妙_叫R也. PM QT%C7 1
10、4 cos 仍 0，*。00？ 随着负载功率的增加，转子电流增大，故转差率随输出功率增大而增大。二、转矩特性 异步电动机的输出转矩：门 转速的变换范围很小，从空载到满载，转速略有下降。 转矩曲线为一个上翘的曲线。（近似直线）三、电流特性 八二（七）+乙,空载时电流很小，随着负载电流增大，电机的输入电流增大四、效率特性尾+尸始+2山+外+外+% 其中铜耗随着负载的变化而变化（与负载电流的平方正比）；铁耗和机械损耗近似不 变； 效率曲线有最大值，可变损耗等于不变损耗时，电机达到最大效率。 异步电动机额定效率载74-94%之间；最大效率发生在（0.7-1.0）倍额定效率处。五、功率因数特性 空载时，定子电流基本上用来产生主磁通，有功功率很小，功率因数也很低； 随着负载电流增大，输入电流中的有功分量也增大，功率因数逐渐升高； 在额定功率附近，功率因数达到最大值。 如果负载继续增大，则导致转子漏电抗增大（漏电抗与频率正比），从而引起功率因 数下降。