相异步电机的等效电路

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第三节三相异步电机的等效电路,0-1 概述,要求：掌握异步电机稳态分析的基本方,法-,等效电路法,异步电动机分析中，主要涉及四个量-,（输入能量的）电端口：电压与电流；,（输出能量的）机械端口：功率和转速 （或转矩与转速）。,实际中要解决的问题：,主要是已知异步电动机电压与输出功率求解电流、转速的问题；或已知电压和转速求电流和功率等问题。,为解决上述问题仍用等效电路法，要设法找出与变压器相似的等效电路。本章要求掌握等效电路方面的要点：,1）如何得到等效电路？掌握绕组归算、转子位置归算与频率归算等；,2）等效电路各元件各代表什么？等效哪些实际的物理量？,为了得到等效电路的过程，主要解决以下三个问题：,1）设法用静止转子等效旋转的转子，以便借用变压器的分析方法；,2）在气隙磁场作用下，定转子绕组的感应电势之间的关系，引入电压变比；,3）定转子电流产生的磁势如何合成，引入电流变比。,仿照变压器的思路得到等效电路,基本思路,首先分析仅仅定子有电流而转子没有电流的情况转子绕组开路，转子只有感应电动势，但无电流；,然后分析，转子绕组短路，但转子堵转的情况；,最后分析转子旋转的情况,采用等效静止转子代替实际旋转转子。,规定定、转子各相电气物理量的正方向；,规定磁动势、磁通的正方向；,确定定转子绕组空间坐标。,正方向的规定,正方向的规定（下页图）,定子漏磁通,不起传递能量的媒介作用，只起电抗压降的作用；,包括：槽部漏磁通、端部漏磁通和谐波磁通,一 转子开路的异步电机,主磁通,和变压器一样起到传递能量的媒介作用；,1、基本电磁关系示意图,类比变压器的空载运行，说说它们的异同。,由于转子开路，因此定子三相电流 产生合成基波旋转磁动势 用于建立主磁场 ，因此这个磁动势亦称为励磁磁动势。,2、励磁磁动势及励磁电流,励磁电流 可看成由两部分组成：提供铁耗，是有功分量；建立磁动势产生主磁场 ，是无功分量，即：,这样得到定转子每相电动势变比（）：,和变压器一、二次绕组感应电动势的推导类似，得定、转子每相电动势有效值的大小：,3、主磁通在定转子绕组感应电动势,4、电动势平衡方程,定子一相绕组的漏阻抗,定子一相电动势平衡式为：,转子回路开路，转子回路电动势平衡方程：,与变压器分析时一样，如果用励磁电流 在参数 上的压降表示 ，则：,激磁阻抗；,5、时空相矢图和等效电路：,1、基本电磁关系示意图,二 转子不动（堵转）时异步电机,根据全电流定律知道，产生气隙磁密 的磁动势,是作用在磁路上的所有磁动势的总和。即认为合成磁,动势产生气隙磁密：,由于转子短路，；由于转子堵转，频率也为 ；旋转速度为,结论：与 在定子内圆空间同转速、同转向，即相对静止。,2、磁动势分析,转子角折合以后，在时空相矢图中肯定有 和 、和 、和 都相互重合的关系。这样就有：,3、电流形式的磁动势平衡方程,简化后有：，其中：,式中，称为电流比。,根据 ，就可得：,目的：由于定转子之间只有磁的联系，没有电路上的,直接联系，为了把定转子电路直接连接起来构成统一,的的等效电路，必须像变压器一样，把异步电机的转,子侧量归算到定子侧，或者说用一个等效的转子来代,替实际的转子。等效转子的相数为 ，有效匝数为,。,4、转子绕组相数和有效匝数的折合,原则：归算后不能改变异步电机的电端口的电磁本质。,步骤：具体折合原则和步骤和处理变压器的折合相似。,给出转子侧电流、电动势和阻抗折合后的结果：,六、基本方程、等效电路和相量图,当转子旋转起来后（），转子中仍会感应,电流 ，产生转子磁动势 。,由于 相对定子的转速为 ；,那么 相对定子的转速为？,另外，那么 与 还会保持静止吗？,1、问题的提出,结论：,无论转子旋转与否，转子磁动势 相对于定子,磁动势 总是静止的，也就是说转子磁动势 转速,总是为 。,下面我们首先具体分析转子旋转时磁动势 。,三 转子转动后的异步电机,异步电动机额定负载时 通常在0.020.05范围内，由此可知：转子旋转时转子感应电势和电流的频率很低，当,Hz时，Hz。,1）转子电流的频率 ：,其频率取决于气隙旋转磁场切割转子绕组,的相对转速：，,即：,2、转子回路的电流和磁动势分析,2）磁动势 的转速：,相对于转子转速为：，,相对于定子的转速就为：相对于转子转,速 加上转子转速 ，即：。,结论：,不论转子静止还是旋转，与 在空,间上总相对静止，都以同步速 旋转，所以,得稳定的磁动势平衡关系：,说明：,1）转子回路的频率为：；,2）转子电阻：；转子漏电抗和频率成正比，因,此有：；转子电动势大小和,频率成正比，因此有：,3、基本电磁关系示意图,通过分析可以得到定转子回路的电动势方程（已,经对转子的空间位置、相数、有效匝数进行了折合）,和等效电路：,由于定转,子回路的频率,不等，得不到,实用的等效电,路，因此下面,研究转子回路,频率折合的问,题，即：寻求,“等效静止转子”,的问题。,4、转子绕组的折合,转子旋转与否影响了转子绕组的频率，但是对,转子磁动势相对定子的转速（即同步速 ）不会,产生影响。现在寻求一个所谓的“等效”静止转子，,它产生的磁动势肯定和转子旋转时候的磁动势相比,是不变的，只是转子绕组的频率就由 改变为 而已。这就是转子绕组频率折合的思路。,1）转子绕组频率折合的思路,转子磁动势是由转子电流产生的，那么要保持折合前后转子磁动势不变，必然有折合前后转子电流有效值和相位不变的关系（只是频率改变了）：,由于式中：，转子旋转时和转子堵,转时相比，只在转子绕组等效电路中多了 项。,2）转子绕组频率的折合,经过,转子绕组位置角,、,相数,、,有效匝数,和,频率,的,折合后，转子绕组电动势和定子绕组电动势就完全相,同了。,这样可以把前面定转子回路分离的等效电路统一,起来，得到如下的异步电动机的“T”型等效电路。,1）“T”型等效电路,5、转子旋转时等效电路,有时为了工程计算的方便，常把“T”型等效电路,简化，得到如下图所示的简化等效电路。,2）简化等效电路,六、基本方程和相量图,本章前面是以绕线型电机为例来分析的，,这种电机转子在设计制造时就确定了极对数、,相数、有效匝数等数据。,对于鼠笼转子绕组由于转子导条在转子铁,心表面均匀布置，那么得到如下关系：,1）转子极对数自动恒等于定子极对数；,2）转子相数等于 通常就认为等于总的转子,导条数；,3）转子的有效匝数：,7、鼠笼转子的问题,1)等效电路中 为机械功率的等效电阻：,当转子堵转时，此时无机械,功率输出；旋转时 ，此时有,机械功率输出，即 对应的功率等于,机械功率总功械功率。,总结,空载时，转子绕组,2)旋转的异步电动机和一台副边绕组接有电阻负载的变压器相似：,时，即刚起动瞬间 ，相当,于副,边短路的变压器；,近似开路，相当于空载运行的变压器。,，,3)机械负载的变化在等效电路中由转差率 的变化来体现：,机械负载 ,电动机从电源吸收更多的电功率,。,4）总是滞后 ，所以异步电动机功率因数,总是滞后的。原因是异步电动机只能从,电网吸收感性无功功率来建立主磁场和漏磁,场。激磁电流 愈大，所需感性无功亦愈多，功率因数亦愈低。,5）异步电动机和变压器有相同形式的等效电,路，但是它们对应的参数数值相差较大。,