1、三相异步电动机三相异步电动机 等效电路分析等效电路分析 5.4 转子静止时的异步电机转子静止时的异步电机 分析前提：分析前提： 把异步电机的磁通分成主磁通和漏磁通，并把把异步电机的磁通分成主磁通和漏磁通，并把 谐波磁通归并到漏磁通谐波磁通归并到漏磁通 假设：气隙中只有基波磁通，定、转子绕组上假设：气隙中只有基波磁通，定、转子绕组上 只感应有基波电势只感应有基波电势 漏磁感应电势用漏抗压降表示漏磁感应电势用漏抗压降表示 一、转子静止时的电路表示一、转子静止时的电路表示 正方向按变压器惯例 2222 11111 0jxrIE jxrIEU 二、电压平衡式二、电压平衡式（转子静止时的异步电机）（转子
2、静止时的异步电机） 以下标以下标1和和2区别定子和转子电路的各物理量，区别定子和转子电路的各物理量，各种各种 数量均取每相值数量均取每相值。 从电路分析角度来看，转子不动时的异步电机的电从电路分析角度来看，转子不动时的异步电机的电 路方程与次级侧短路时的变压器的电路方程相似。路方程与次级侧短路时的变压器的电路方程相似。 2222 11111 0jxrIE jxrIEU 三、磁势平衡式三、磁势平衡式 转子绕组是对称多相绕组，与定子绕组有转子绕组是对称多相绕组，与定子绕组有相同相同 极数极数。 绕线式转子有明显的相数和极对数，设计转子绕线式转子有明显的相数和极对数，设计转子 绕组时，绕组时，必须使
3、转子极数等于定子极数必须使转子极数等于定子极数。否则，。否则， 没有平均电磁转矩。没有平均电磁转矩。 鼠笼转子的转子有鼠笼加端环组成。所有导条鼠笼转子的转子有鼠笼加端环组成。所有导条 在两头被端环短路，整个结构是对称的，实质在两头被端环短路，整个结构是对称的，实质 上是一个对称的多相绕组。上是一个对称的多相绕组。鼠笼转子的极数恒鼠笼转子的极数恒 等于定子绕组的极数。等于定子绕组的极数。 在转子不动时，定、转子电势有相同频率，由转在转子不动时，定、转子电势有相同频率，由转 子电流所产生的基波旋转磁势与由定子电流所产子电流所产生的基波旋转磁势与由定子电流所产 生的基波旋转磁势有相同转速，没有相对运
4、动。生的基波旋转磁势有相同转速，没有相对运动。 转子旋转磁势对定子旋转磁势产生去磁作用，二转子旋转磁势对定子旋转磁势产生去磁作用，二 者共同作用在主磁路中产生主磁通，决定于定子者共同作用在主磁路中产生主磁通，决定于定子 电势电势El E1受到定子电压平衡支配，决定了基波磁通受到定子电压平衡支配，决定了基波磁通m， 从而决定了激磁电流从而决定了激磁电流Im。 mN kNfE 1111 44. 4 当转子有电流时，定子电流应包含两个分量当转子有电流时，定子电流应包含两个分量 由定子电流所产生的磁势也包含两个分量由定子电流所产生的磁势也包含两个分量 第一项用以产生基波磁通；第二项为负载分量，第一项用
5、以产生基波磁通；第二项为负载分量， 用以抵消转子磁势去磁作用，它与转子磁势大小用以抵消转子磁势去磁作用，它与转子磁势大小 相等方向相反。相等方向相反。 Lm III 11 Lm FFF 11 设定子绕组有设定子绕组有m1相，磁势的振幅相，磁势的振幅 转子绕组有转子绕组有m2相，磁势振幅相，磁势振幅 激磁磁势激磁磁势 静止时：静止时：f1=f2（磁势速度为同步速一致），磁（磁势速度为同步速一致），磁 势平衡式势平衡式 m N m I p kNm F 111 *9 . 0* 2 1 111 1 *9 . 0* 2 I p kNm F N 2 222 2 *9 . 0* 2 I p kNm F N
6、2 222 1 111111 *9 . 0* 2 *9 . 0* 2 *9 . 0* 2 I p kNm I p kNm I p kNm NN m N 四、绕组归算四、绕组归算 转子绕组的归算转子绕组的归算把实际相数为把实际相数为m2、绕组、绕组 匝数为匝数为N2、绕组系数为、绕组系数为kN2的转子绕组，归算的转子绕组，归算 成与定子绕组有成与定子绕组有相同相数相同相数、相同匝数相同匝数和和相同绕相同绕 组系数组系数的转子绕组。的转子绕组。 在进行归算时，有电压变比、电流变比和阻抗在进行归算时，有电压变比、电流变比和阻抗 变比。变比。 ( (一一) )电流的归算电流的归算 根据归算前后转子磁势
7、应保持不变为条件根据归算前后转子磁势应保持不变为条件 ( (二二) )电势的归算电势的归算 根据归算前后转子视在功率保持不变为条件根据归算前后转子视在功率保持不变为条件 2 222 2 111 *9 . 0* 2 *9 . 0* 2 I p kNm I p kNm NN 222 2 21 IEmIEm ( (三三) )阻抗的归算阻抗的归算 根据归算前后转子上的铜耗保持不变为条件根据归算前后转子上的铜耗保持不变为条件 根据归算前后转子功率因数保持不变为条件根据归算前后转子功率因数保持不变为条件 2 2 22 2 2 21 rImrIm 2 2 2 2 2 r x r x tg ie e N N
8、iN N kk EkE kN kN E k I I kNm kNm I 阻抗变比阻抗变比 变比变比压压电电 电流变比电流变比 22 22 11 2 2 2 111 222 2 mmmmm m R ZIjXRIE III Xj s R IEE jXIEU )( ; ; );( 1 21 2 2 212 11111 五、等效电路五、等效电路 single-phase equivalent circuit 六、参数的物理意义六、参数的物理意义 rm铁耗等效电阻铁耗等效电阻core-less resistance xmmagnetizing reactance定子每相绕定子每相绕 组与主磁通对应的电抗
9、，随的、铁芯的饱和组与主磁通对应的电抗，随的、铁芯的饱和 不同而变化。不同而变化。 异步电机中，磁通由三相联合产生异步电机中，磁通由三相联合产生； 变压器中，磁通由一相绕组产生变压器中，磁通由一相绕组产生 定子漏抗，由定子三相电流联合产定子漏抗，由定子三相电流联合产 生的漏磁通，在定子每一相上引起的电抗。生的漏磁通，在定子每一相上引起的电抗。 1 x 5.5 转子旋转时的异步电动机转子旋转时的异步电动机 一一、转子旋转对转子各物理量的影响转子旋转对转子各物理量的影响 转子转动后转子转动后，转子绕组的电势和电流的频率与转子绕组的电势和电流的频率与 转子的转速有关转子的转速有关取决于气隙旋转磁场与
10、转取决于气隙旋转磁场与转 子的相对速度子的相对速度。 转子电势和电流的频率转子电势和电流的频率（转子频率转子频率，与转差率与转差率 成正比成正比，又称为转差频率又称为转差频率）为为 1 1 1 11 2 6060 sf n p n nnnn pf 转子转动后，由转子电流所产生的转子基波旋转磁转子转动后，由转子电流所产生的转子基波旋转磁 势相对于转子的转速为势相对于转子的转速为 转子基波旋转磁势相对于定子的转速为转子基波旋转磁势相对于定子的转速为 由转子电流所产生的转子基波旋转磁势和由定子电由转子电流所产生的转子基波旋转磁势和由定子电 流所产生的定子基波旋转磁势没有相对运动流所产生的定子基波旋转
11、磁势没有相对运动。（磁。（磁 势平衡式不变）势平衡式不变） 1 12 2 6060 sn p sf p f n 112 nnsnnn 二、转子转动后的基本方程式二、转子转动后的基本方程式 221222 22212222 22 44. 444. 4 sxLsfLfx sEkNsfkNfE s mNmNs ss jxrIE 2222 0 11111 jxrIEU 电压平衡式电压平衡式 频率频率 f f2 2=sf=sf1 1 频率频率 f f1 1 归算 绕组归算绕组归算转子绕组的相数、每相有效串联匝转子绕组的相数、每相有效串联匝 数与定子绕组一样；数与定子绕组一样； 频率归算频率归算使转子绕组的
12、频率与定子绕组一致。使转子绕组的频率与定子绕组一致。 2 222 2 111 *9 . 0* 2 *9 . 0* 2 I p kNm I p kNm NN 222 2 21 IEmIEm 2 2 22 2 2 21 rImrIm 2 2 2 2 2 r x r x tg 22 2 22 2 2 jsxr Es jxr E I s s 222 2 2 2 2 2 ) 1 (jx s s rr E jx s r E I 三、频率归算三、频率归算 频率归算频率归算用一等效的转子电路替代实际转动的用一等效的转子电路替代实际转动的 转子电路，使与定子电路有相同频率。（转子静止）转子电路，使与定子电路有相
13、同频率。（转子静止） 保持频率归算后的转子电流的大小和相位不变保持频率归算后的转子电流的大小和相位不变，可，可 保持磁势平衡不变，保持定子电流的大小和相位不保持磁势平衡不变，保持定子电流的大小和相位不 变，保持了损耗和功率不变。变，保持了损耗和功率不变。 转子转动时的实际情形转子转动时的实际情形 22 2 22 2 2 jsxr Es jxr E I s s 频率归算后的等效转子频率归算后的等效转子 222 2 2 2 2 2 ) 1 (jx s s rr E jx s r E I 折算为定子频率的 转子电势 等效电路 电阻 的物理意义 在实际转动的电机中，在转子回路中并无此项电阻，在实际转动
14、的电机中，在转子回路中并无此项电阻， 但有机械功率输出。但有机械功率输出。 在频率归算后的转子电路中，因已等效成静止转子，在频率归算后的转子电路中，因已等效成静止转子， 没有机械功率输出，但却串入附加电阻没有机械功率输出，但却串入附加电阻 ，其，其 电功率为电功率为 电功率电功率 模拟轴上的机械功率。模拟轴上的机械功率。 s s r 1 2 s s r 1 2 s s rI 1 2 2 2 s s rIm 1 2 2 22 讨论讨论 不论静止或者旋转的转子，其转子磁势总以同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，大小相步转速旋转，即转子磁势的转速不变，大小相
15、 位又没有变，故电机的磁势平衡依然维持。位又没有变，故电机的磁势平衡依然维持。 静止的转子不再输出机械功率，即电机的功率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。平衡中少了一大块机械功率。 静止的转子中多了一个附加电阻，而电流有没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。有变，所以多了一个电阻功率。 分析证明：附加电阻上消耗的电功率等于电机分析证明：附加电阻上消耗的电功率等于电机 输出的机械功率输出的机械功率 四、四、 T T形等效电路形等效电路 各参数的物理意义各参数的物理意义： 定子绕组的电阻定子绕组的电阻r1、漏抗、漏抗x1 转子绕组归算后的电阻转子绕组归算后的电阻r2、漏抗、漏抗x2 定子铁耗的等效电阻 对应主磁通的励磁电抗 等效机械负载的附加电阻 图图5-19 简化简化等效电路等效电路 五、相量图五、相量图 异步电动机的相量图类似于变压器相量图。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从转子电路方程出发可以一步一步作出异步电机 相量图。相量图。 本节例题：本节例题：P230 例例5.2 例例5.3 2 E 22 IXj 2 I 2 2 I s R 1 m I 2 I 1 I 1 E 11 IjX 1 U 11I R
