電機學多媒體課件系列第三篇異步電機第十一章異步電機的基本電磁關系電氣工程與自動化學院主講黃燦水2016.3配套教材：《電機學》，林榮文（福州大學），中國電力出版社，2014.1電機學多媒體課件系列第三篇異步電機第十一章異步目錄第十一章異步電機的基本電磁關系

§11.1異步電機的磁路

§11.2轉子靜止時異步電機的等效電路

§11.3轉子轉動時異步電機的等效電

§11.4異步電機等效電路的簡化

§11.5

異步電機的參數及測定目錄第十一章異步電機的基本電磁關系第一節異步電機的磁路空載時：定子加三相交流電→產生旋轉磁場負載時：轉子感應電動勢（電流）頻率轉子磁場相對轉子的轉速n2：則轉子磁場相對定子轉速：第一節異步電機的磁路空載時：定子加三相交流電→產生旋轉磁場主磁通φm由基波磁動勢產生，是每極的基波磁通量同時交鏈定轉子繞組，實現能量傳遞以同步速旋轉：氣隙磁場：（均以n1旋轉）主磁通φm氣隙磁場：（均以n1旋轉）

主磁路（主磁通經過的路徑）：空氣隙、定子齒、轉子齒、定子軛、轉子軛主磁路（主磁通經過的路徑）：漏磁通Φσ漏磁通——除去主磁通以外的磁通漏磁通包含三個部分：槽漏磁通、端部漏磁通和諧波漏磁通槽漏磁通和端部漏磁通。僅只交鏈單個繞組，不傳遞能量諧波漏磁通——由高次諧波磁動勢所產生的諧波磁通，交鏈轉子繞組并在其中感應電勢,有傳遞能量，產生有害附加電磁轉矩漏磁通Φσ定子的槽漏磁通和端部漏磁通，只交鏈單個繞組，沒有互感作用，不傳遞能量槽漏磁通和端部漏磁場定子的槽漏磁通和端部漏磁通，只交鏈單個繞組，沒有互感作用，不諧波磁場極對數，旋轉速度諧波磁場在定子繞組上的感應電動勢頻率諧波漏磁通(差異漏磁通）諧波磁場極對數，旋轉速度諧波磁場在轉子繞組的感應電動勢頻率：可見：兩者頻不率同。基波磁通產生有用的電磁轉矩，而諧波磁通產生有害的附加電磁轉矩，所以將諧波磁通歸為漏磁通基波磁場在轉子繞組中感應電動勢頻率：諧波磁場在轉子繞組的感應電動勢頻率：可見：兩者頻不率同。基波第二節轉子靜止時異步電動機的等效電路氣隙空載時：轉子定子空載時轉軸阻力矩小，n≈n1→E2≈0→I2

≈

0*異步電機的電磁物理現象:思考:與變壓器二次側空載運行的區別?第二節轉子靜止時異步電動機的等效電路氣隙空載時：轉子定子空定子轉子氣隙負載時：負載時轉軸阻力矩↑→

n↓<n1

→E2↑、I2↑→F2定子轉子氣隙負載時：負載時轉軸阻力矩↑→n↓<n1→1、轉子不動時的異步電機特點：相當于變壓器二次側短路，可用類比法進行分析研究思考:與變壓器二次側短路運行的區別?1、轉子不動時的異步電機特點：相當于變壓器二次側短路，可用類2、電壓平衡式以下標l和2區別定子和轉子電路的各物理量，各種數量均取每相值。2、電壓平衡式以下標l和2區別定子和轉子電路的各物理量，各種3、磁動勢平衡式異步機與變壓器類似：鐵芯中的主磁通Фm取決于外加電壓U1的大小(U1≈E1=4.44f1NKN1Φm）所以：負載時異步電動機的定子磁動勢F1含兩個分量：一個是產生主磁通的勵磁分量Fm，另一個是抵消轉子磁動勢的分量（-F2）。空載時：負載時：3、磁動勢平衡式異步機與變壓器類似：鐵芯中的主磁通Фm取決于整理得：物理意義：負載時異步電動機的定子電流分兩個分量：Im為勵磁電流分量，用于產生氣隙主磁通Фm；（一I2’）為負載電流分量，用于抵消轉子電流產生的磁效應。整理得：物理意義：負載時異步電動機的定子電流分兩個分量：Im4、繞組歸算定義：用一個相數、每相串聯匝數以及繞組因數和定子繞組相同的假想繞組替代實際的轉子繞組歸算的原則：（1）保持歸算前后轉子磁勢F2不變（2）保持歸算前后總的功率不變（有功、無功）歸算的原因：E1≠E2，定轉子電路無法聯系4、繞組歸算定義：用一個相數、每相串聯匝數以及繞組因數和定子（一）電流歸算（一）電流歸算（二）電動勢歸算（二）電動勢歸算（三）阻抗歸算

由轉子銅耗和漏磁場儲能保持不變：（三）阻抗歸算由轉子銅耗和漏磁場儲能保持不變：1、轉子旋轉對轉子各物理量的影響轉子轉動后，轉子繞組的電動勢和電流的頻率:由轉子電流所產生的F2和由定子電流所產生的F1在空間相對靜止，都是以n1旋轉第三節轉子轉動時異步電動機的等效電路1、轉子旋轉對轉子各物理量的影響由轉子電流所產生的F2和由定轉子轉動后的基本方程式轉子感應電勢與轉差率成正比頻率f2=sf1頻率f1E2：轉子不動時的感應電動勢轉子轉動后的基本方程式轉子感應電勢與轉差率成正比頻率f2=2、頻率歸算定義：用一個頻率等于定子頻率f1的轉子去替代實際的轉子電路兩個原則：1）轉子磁勢F2保持不變2）轉子電路的電磁性能不變歸算方法：當f2=sf1，則s=1，即轉子不動時有，f2=f1即：用一個靜止的轉子電路代替實際轉子電路2、頻率歸算定義：用一個頻率等于定子頻率f1的轉子去替代實際歸算過程：結論：用r2/s代替r2后，可使得靜止轉子電路的電流相量與實際轉子電路相同，其產生的則F2不變歸算過程：結論：用r2/s代替r2后，可使得靜止轉子電路的電*如何保證功率不變？即相當于轉子串入附加電阻實際轉子電路無此項電阻，但有機械功率輸出頻率歸算后，轉子靜止，沒有機械功率輸出，但卻串入附加電阻，消耗有功功率它是頻率歸算后用于模擬轉軸上輸出的機械功率的模擬電阻*如何保證功率不變？即相當于轉子串入附加電阻實際轉子電路無此經頻率歸算、繞組歸算以后的轉子模型：經頻率歸算、繞組歸算以后的轉子模型：3、異步電動機的等效電路經過頻率與繞組歸算之后的基本方程：3、異步電動機的等效電路經過頻率與繞組歸算之后的基本方程：根據基本方程得等效電路圖如下：異步電動機的Ｔ型等效電路根據基本方程得等效電路圖如下：異步電動機的Ｔ型等效電路異步電機的幾種典型運行情況空載運行額定運行異步電機的幾種典型運行情況空載運行額定運行發電機運行起動情況發電機運行起動情況三、異步電機相量圖根據基本方程可以畫出相量圖如下：可見：異步電動機的I1總是滯后U1。因為異步電動機建立和維持主磁場需消耗一定的無功功率。三、異步電機相量圖根據基本方程可以畫出相量圖如下：可見：異步1、近似等效電路變壓器： 磁阻小，激磁阻抗大 標幺值rm=1-5,xm=10—50 x1,x2較小約為0.014-0.08異步電機： 存在氣隙，激磁阻抗較小 標幺值rm=0.08-0.35,xm=2-5 x1,x2較大，約為0.07-0.15根據T型等效電路：即：進行簡化時，需考慮激磁阻抗的影響第四節異步電機等效電路的簡化1、近似等效電路變壓器：根據T型等效電路：即：進行簡化時，需近似計算轉子電流近似計算轉子電流近似計算定子電流近似計算定子電流簡化等效電路較大容量電機，xm>>x1，c11。簡化等效電路較大容量電機，xm>>x1，c11。第五節異步電機的參數及測定基本參數：r1x1r2x2rmxm運行參數：s—轉差率一、異步電機等效電路參數的測定T型電路中的r1（定子繞組內阻），可用電橋法測定其它參數可通過空載和短路實驗來測定思考：轉子回路電阻能否用電橋法測定？第五節異步電機的參數及測定基本參數：r1x11、空載試驗試驗條件：額定電源頻率f1

轉子空載（n≈n1s≈0→(1-s)r2/s≈∞）測量：定子電壓U1

激磁電流I1

（定子電流I1=Im)

空載損耗P0試驗目的：求激磁參數rm、xm、Zm

鐵耗pFe

和機械損耗pmec1、空載試驗試驗條件：額定電源頻率f1分析： P0P0I0I0PmecPFePmecU1損耗分離法：分析： P0P0I0I0PmecPFePmecU1損耗分2、堵轉試驗(短路試驗)試驗條件:

額定電源頻率f1

轉子堵轉(n=0,s=1(1-s)r2/s=0)測量:

定子短路電流Ik=I1

電壓

Uk

短路損耗：pk試驗目的： 短路參數rk=r1+r2’、xk=x1+x2’2、堵轉試驗(短路試驗)試驗條件:分析

PKIKUKPKIK分析PKIKUKPKIK電機學多媒體課件系列第三篇異步電機第十一章異步電機的基本電磁關系電氣工程與自動化學院主講黃燦水2016.3配套教材：《電機學》，林榮文（福州大學），中國電力出版社，2014.1電機學多媒體課件系列第三篇異步電機第十一章異步目錄第十一章異步電機的基本電磁關系

§11.1異步電機的磁路

§11.2轉子靜止時異步電機的等效電路

§11.3轉子轉動時異步電機的等效電

§11.4異步電機等效電路的簡化

§11.5

異步電機的參數及測定目錄第十一章異步電機的基本電磁關系第一節異步電機的磁路空載時：定子加三相交流電→產生旋轉磁場負載時：轉子感應電動勢（電流）頻率轉子磁場相對轉子的轉速n2：則轉子磁場相對定子轉速：第一節異步電機的磁路空載時：定子加三相交流電→產生旋轉磁場主磁通φm由基波磁動勢產生，是每極的基波磁通量同時交鏈定轉子繞組，實現能量傳遞以同步速旋轉：氣隙磁場：（均以n1旋轉）主磁通φm氣隙磁場：（均以n1旋轉）

主磁路（主磁通經過的路徑）：空氣隙、定子齒、轉子齒、定子軛、轉子軛主磁路（主磁通經過的路徑）：漏磁通Φσ漏磁通——除去主磁通以外的磁通漏磁通包含三個部分：槽漏磁通、端部漏磁通和諧波漏磁通槽漏磁通和端部漏磁通。僅只交鏈單個繞組，不傳遞能量諧波漏磁通——由高次諧波磁動勢所產生的諧波磁通，交鏈轉子繞組并在其中感應電勢,有傳遞能量，產生有害附加電磁轉矩漏磁通Φσ定子的槽漏磁通和端部漏磁通，只交鏈單個繞組，沒有互感作用，不傳遞能量槽漏磁通和端部漏磁場定子的槽漏磁通和端部漏磁通，只交鏈單個繞組，沒有互感作用，不諧波磁場極對數，旋轉速度諧波磁場在定子繞組上的感應電動勢頻率諧波漏磁通(差異漏磁通）諧波磁場極對數，旋轉速度諧波磁場在轉子繞組的感應電動勢頻率：可見：兩者頻不率同。基波磁通產生有用的電磁轉矩，而諧波磁通產生有害的附加電磁轉矩，所以將諧波磁通歸為漏磁通基波磁場在轉子繞組中感應電動勢頻率：諧波磁場在轉子繞組的感應電動勢頻率：可見：兩者頻不率同。基波第二節轉子靜止時異步電動機的等效電路氣隙空載時：轉子定子空載時轉軸阻力矩小，n≈n1→E2≈0→I2

≈

0*異步電機的電磁物理現象:思考:與變壓器二次側空載運行的區別?第二節轉子靜止時異步電動機的等效電路氣隙空載時：轉子定子空定子轉子氣隙負載時：負載時轉軸阻力矩↑→

n↓<n1

→E2↑、I2↑→F2定子轉子氣隙負載時：負載時轉軸阻力矩↑→n↓<n1→1、轉子不動時的異步電機特點：相當于變壓器二次側短路，可用類比法進行分析研究思考:與變壓器二次側短路運行的區別?1、轉子不動時的異步電機特點：相當于變壓器二次側短路，可用類2、電壓平衡式以下標l和2區別定子和轉子電路的各物理量，各種數量均取每相值。2、電壓平衡式以下標l和2區別定子和轉子電路的各物理量，各種3、磁動勢平衡式異步機與變壓器類似：鐵芯中的主磁通Фm取決于外加電壓U1的大小(U1≈E1=4.44f1NKN1Φm）所以：負載時異步電動機的定子磁動勢F1含兩個分量：一個是產生主磁通的勵磁分量Fm，另一個是抵消轉子磁動勢的分量（-F2）。空載時：負載時：3、磁動勢平衡式異步機與變壓器類似：鐵芯中的主磁通Фm取決于整理得：物理意義：負載時異步電動機的定子電流分兩個分量：Im為勵磁電流分量，用于產生氣隙主磁通Фm；（一I2’）為負載電流分量，用于抵消轉子電流產生的磁效應。整理得：物理意義：負載時異步電動機的定子電流分兩個分量：Im4、繞組歸算定義：用一個相數、每相串聯匝數以及繞組因數和定子繞組相同的假想繞組替代實際的轉子繞組歸算的原則：（1）保持歸算前后轉子磁勢F2不變（2）保持歸算前后總的功率不變（有功、無功）歸算的原因：E1≠E2，定轉子電路無法聯系4、繞組歸算定義：用一個相數、每相串聯匝數以及繞組因數和定子（一）電流歸算（一）電流歸算（二）電動勢歸算（二）電動勢歸算（三）阻抗歸算

由轉子銅耗和漏磁場儲能保持不變：（三）阻抗歸算由轉子銅耗和漏磁場儲能保持不變：1、轉子旋轉對轉子各物理量的影響轉子轉動后，轉子繞組的電動勢和電流的頻率:由轉子電流所產生的F2和由定子電流所產生的F1在空間相對靜止，都是以n1旋轉第三節轉子轉動時異步電動機的等效電路1、轉子旋轉對轉子各物理量的影響由轉子電流所產生的F2和由定轉子轉動后的基本方程式轉子感應電勢與轉差率成正比頻率f2=sf1頻率f1E2：轉子不動時的感應電動勢轉子轉動后的基本方程式轉子感應電勢與轉差率成正比頻率f2=2、頻率歸算定義：用一個頻率等于定子頻率f1的轉子去替代實際的轉子電路兩個原則：1）轉子磁勢F2保持不變2）轉子電路的電磁性能不變歸算方法：當f2=sf1，則s=1，即轉子不動時有，f2=f1即：用一個靜止的轉子電路代替實際轉子電路2、頻率歸算定義：用一個頻率等于定子頻率f1的轉子去替代實際歸算過程：結論：用r2/s代替r2后，可使得靜止轉子電路的電流相量與實際轉子電路相同，其產生的則F2不變歸算過程：結論：用r2/s代替r2后，可使得靜止轉子電路的電*如何保證功率不變？即相當于轉子串入附加電阻實際轉子電路無此項電阻，但有機械功率輸出頻率歸算后，轉子靜止，沒有機械功率輸出，但卻串入附加電阻，消耗有功功率它是頻率歸算后用于模擬轉軸上輸出的機械功率的模擬電阻*如何保證功率不變？即相當于轉子串入附加電阻實際轉子電路無此經頻率歸算、繞組歸算以后的轉子模型：經頻率歸算、繞組歸算以后的轉子模型：3、異步電動機的等效電路經過頻率與繞組歸算之后的基本方程：3、異步電動機的等效電路經過頻率與繞組歸算之后的基本方程：根據基本方程得等效電路圖如下：異步電動機的Ｔ型等效電路根據基本方程得等效電路圖如下：異步電動機的Ｔ型等效電路異步電機的幾種典型運行情況空載運行額定運行異步電機的幾種典型運行情況空載運行額定運行發電機運行起動情況發電機運行起動情況三、異步電機相量圖根據基本方程可以畫出相量圖如下：可見：異步電動機的I1總是滯后U1。因為異步電動機建立和維持主磁場需消耗一定的無功功率。三、異步電機相量圖根據基本方程可以畫出相量圖如下：可見：異步1、近似等效電路變壓器： 磁阻小，激磁阻抗大 標幺值rm=1-5,xm=10—50 x1,x2較小約為0.014-0.08異步電機： 存在氣隙，激磁阻抗較小 標幺值rm=0.08-0.35,xm=2-5 x1,x2較大，約為0.07-0.15根據T型等效電路：即：進行簡化時，需考慮激磁阻抗的影響第四節異步電機等效電路的簡化1、近似等效電路變壓器：根據T型等效電路：即：進行簡化時，需近似計算轉子電流近似計算轉子電流近似計算定子電流近似計算定子電流簡化等效電路較大容量電機，xm>>x