異步電動機工作狀態分析報告《電機技術》講稿

(10-11-1學期)

（異步電動機工作狀態分析1）4/25/20252第十三章對異步電動機的運行進行分析分析進行需要相關的工具利用工具找出電動機的基本特征利用基本特征得出電機的運行特點運行特點就反應出了電機的性能4/25/20253第一、二節異步電機電磁關系及等值電路異步電動機在運行的過程中，所涉及到的運行參數包括：電源電壓（輸入電壓）U、輸入電流I、輸出機械的功率P2、旋轉速度n、溫度°t的高低等，這些運行運行參數間有一定的關系，這種關系反映了異步電動機運行時的特點和規律，若找出這個關系和規律，就能把握電機運行的特點，從而對電機的運行狀態進行分析，以利于正確使用電機，并利用這些關系判斷電機的運行狀態，以保證電機運行的安全、正常。在分析、討論這兩節內容的過程中，書上給出了詳細的分析、推導過程。在此我們略掉繁瑣的理論推導過程，直接給出書上推出的結論及實用分析工具，著重介紹結論的應用。4/25/20254這兩節最重要的是推出在對異步電動機進行分析時所使用的等效電路。－－見圖13-3所示。此電路稱為異步電動機的“T”形等效電路。等效的含義？－－要能利用此電路對異步電動機進行分析，必須要明確等效電路中各參數的含義。4/25/20255x′2－－轉子回路繞組的漏電抗折算值；在等效電路中：（腳標1表示定子，2表示轉子）U1－－電源電壓（此處為相電壓）；I1－－輸入電流（此處為相電流）；I0－－電動機的空載電流（此處為相電流）；I′2－－轉子回路折算后的電流；r1－－定子回路一相繞組的電阻；x1－－定子回路一相繞組的漏電抗；r′2－－轉子回路繞組的電阻折算值；－－電動機總機械功率的等效電阻。4/25/20256幾點說明：1、轉子回路參數的折算：第一，轉子回路與定子回路沒有直接電的聯系，等效電路是將定、轉子電路等效成一個整體，這時轉子回路的參數值就與實際值不一樣了，這與變壓器一樣，需通過折算使等效電路中轉子回路的效果與實際情況一樣；第二，轉子回路的頻率與定子回路的頻率是不一樣的，f2=sf1，當定、轉子等效成一個整體后，定、轉子對應回路的頻率是一樣的，還需要頻率折算。所以，在等效電路中，轉子回路的所有參數都需要進行折算（包括繞組折算和頻率折算），至于如何折算可暫不深究它，要知道結論。4/25/202572、總機械功率等效電阻[(1-s)/s]r′2是一非常重要的參數，通過等效電路只能進行電氣量的計算，而電動機是將電能轉換成機械能的裝置，其中的機械能在等效電路中用電能的計算方法可進行計算，見下式：公式中的轉差率s表明，這是一個與轉動相關的參數，顯然機械功率是與轉動相關的。3、折算前后參數的性質不變，在電機的制造中，廠家盡量保證阻抗參數r1、r2、x1、x2(r′2、x′2)盡可能小。4、由于氣隙的存在，異步電動機空載電流的百分數較變壓器大，I0%=20~30%IN，但在很多情況下仍視rm、xm回路開路，即認定I0=0。4/25/20258第三節三相異步電動機的電磁轉矩三相異步電動機是一能量轉換裝置，在其將電能轉換成機械能的過程中，在穩定的運行狀態下，它一定遵從能量守恒、運行參數平衡。一、功率傳遞過程與功率平衡關系見異步電動機的功率傳遞圖：P1PemPmec

P2pCu1pFe1pCu2pmec+pad4/25/20259（一）定子側對應功率傳遞圖，定子部分的功率及相互關系：1、輸入電功率P1，含義－－２、定子銅損耗pCu1，含義－－３、定子鐵損耗pFe，含義－－４、電磁功率Pem，含義－－有：4/25/202510（二）轉子側對應功率傳遞圖，轉子部分的功率及相互關系：1、轉子銅損耗pCu2，含義－－２、總機械功率Pmec，含義－－３、機械摩擦損耗pmec，含義－－４、附加損耗pad，含義－－５、輸出功率P2（機械功率），含義－－4/25/202511有：二、轉矩平衡方程式前面推出了異步電動機工作時，功率的平衡關系，利用功率平衡關系可推出轉矩平衡關系式：根據有得4/25/202512式即異步電動機轉矩平衡方程式。式中各參數的含義及意義－－轉矩平衡方程式在異步電動機運行分析中的重要性－－當時，電機轉速恒定；當時，電機轉速升高；當時，電機轉速降低；這是分析異步電動機運行狀態的一個非常有用、非常重要的工具，要求要掌握運用此工具對電動機的運行進行分析！4/25/202513三、電磁轉矩的兩種計算式電動機是在電磁轉矩的推動下運轉的，電磁轉矩的大小、性質將確定電動機的運行狀況。因此，要準確分析電動機的運行狀況，必須首先知道電磁轉矩與哪些因素有關？是什么關系？（一）電磁轉矩的物理表達式經推導，有：上式各參數的含義－－如何運用上式對電磁力矩進行分析？－－4/25/202514（二）電磁轉矩的參數表達式經推導，電磁轉矩也可用下式進行計算：如何利用上式進行分析？（1）設電動機接入一電壓U1、頻率f1穩定的電源，除轉差率s外，其它參數都是定數，則電磁轉矩T的大小只與轉差率有關（即與轉動狀態有關）；（2）電源電壓U1或頻率f1的改變會引起電磁轉矩T改變。式中各參數的含義－－4/25/202515從表達式（13-49）不能直觀看出電磁轉矩與轉差率的關系，為直觀起見用坐標曲線描述這個關系，這樣就直觀了，見下圖：這個坐標曲線稱為T－s[T＝f(s)]曲線。4/25/202516將T＝f(s)曲線坐標改變為右圖示，得到的坐標曲線稱為異步電動機的機械特性曲線，即n=f(T)坐標曲線。為分析方便，也常常用異步電動機的機械特性曲線來分析，因此也要熟悉機械特性曲線形狀及特點。4/25/202517四、電磁轉矩特性（一）電磁轉矩特性的定義電磁轉矩T與轉差率s的關系－－電磁轉矩特性。對應的坐標曲線－－電磁轉矩特性曲線。對照坐標特性曲線，電磁轉矩特性曲線的特點：以sm為界，左邊：隨s的增大，T增大；右邊：隨s的增大，T減小。sm－－臨界轉差率。Tmax－－與臨界轉差率對應的電磁轉矩。把握以下幾個電磁轉矩及特點，也就把握了電磁轉矩特性。4/25/2025184/25/202519二、轉子繞組中的電氣參數及電動勢方程式1、轉子繞組感應電動勢：轉子靜止時（電動機起動瞬間），n=0，s=1，轉子回路頻率f2=sf1=f1，這時轉子電動勢為：轉子靜止時的感應電勢轉子轉動時的感應電勢且當轉速n=0(s=1)時，f2最高，E2最大，即隨著轉速n的升高（轉差率s的減?。珽2會減小。4/25/2025202、轉子繞組漏電抗：式中：x2s為轉子旋轉時轉子每相繞組的漏電抗；x2σ為轉子不轉時轉子每相繞組的漏電抗。當轉速n=0(s=1)時，f2最高，x2s最大，即隨著轉速n的升高（轉差率s的減?。瑇2s會減小。轉子繞組每相的總阻抗為：當轉速n=0(s=1)時，f2最高，z2s最大，即隨著轉速n的升高（轉差率s的減小），z2s會減小。轉子電流I2s也要產生漏磁通Φ2s，對應產生漏抗壓降，對應轉子回路有一轉子繞組的漏電抗：4/25/2025213、轉子回路的電流：根據基爾霍夫電壓定律，轉子回路的電動勢平衡方程式為：轉子繞組每相的電流為：4、轉子繞組回路的功率因數為：可見，轉子回路中各參數都與轉差率有關！4/25/202522這也很好理解，因為異步電動機的旋轉速度會隨負載的變化及其它參數的改變而相應變化。轉子繞組回路各參數隨轉差率的變化而相應變化的規律見下圖示：就各曲線的意義及變化規律進行分析－－4/25/202523異步電動機的磁動勢平衡方程式異步電動機內部磁場情況：三相定子繞組施加三相對稱交流電壓在異步電動機內部形成三相旋轉磁場旋轉磁場切割轉子繞組形成感應電流I２轉子電流I２產生磁場（也是旋轉磁場）轉子磁場與主磁場相互作用形成電磁力矩電磁力矩推動電動機轉動。電能機械能由于電動機的能量轉換過程與主磁場和轉子磁場的相互作用有關，因此有必要弄清楚這兩個磁場的相互關系，而兩者間的相互關系是通過磁動勢平衡關系反映出來的。4/25/202524一、定子磁場與轉子磁場的相對位置關系定子磁場相對于定子以n1的速度旋轉。轉子繞組感應電流所產生的轉子磁場相對于轉子以n2的速度旋轉。并有：轉子磁場相對于定子的轉速為：（前面分析已知，轉子旋轉磁場的轉動方向n2與定子磁場的轉動方向n1相同。)上式說明：轉子旋轉磁場與定子旋轉磁場的旋轉速度相同，并且旋轉的方向也是一致的，即轉子旋轉磁場與定子旋轉磁場是相對靜止的。4/25/202525二、磁動勢平衡方程式異步電動機在運行過程中，電動機內部有兩個磁場，即定子磁場和轉子磁場，這兩個磁場相對靜止，在電動機內部合成一個磁場－－氣隙磁場，這個氣隙磁場切割定子繞組產生感應電動勢E1δ。這個感應電動勢的大小約等于