课题四 三相感应电动机运行原理

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1、课题四三相感应电动机的运行原理教学目的及要求：通过教学使学生会分析交流电动机空载和负载运行时的电压平衡方程式，会绘制交流电动机的等效电路和相量图；明确功率平衡关系和转矩平衡关系，掌握转矩公式；熟悉交流电动机空载实验和堵转实验的方法和目的。教学方式：理论讲解实验演示演示操作：电机系统试验装置重点难点：三相感应电动机的电压平衡方程；转矩公式；功率平衡关系、转矩平衡关系；三相感应电动机的试验4.1三相感应电动机的空载运行一、空载电流和空载磁动势当电机空载，定子三相绕组接到对称的三相电源时，在定子绕组中流过的电流成为空载电流I0。I0也称为励磁电流，它

2、的有功分量用来供给空载损耗，包括空载时的定子铜损耗、定子铁心损耗和机械损耗。无功分量用来产生气隙磁场，也称磁化电流，它是空载电流的主要部分。也可写为：=+。三相空载电流所产生的合成磁动势的基波分量的幅值为：它以同步转速n1旋转。二、空载时的定子电压平衡关系设定子绕组上每相所加的端电压为，相电流为，主磁通在定子绕组中感应的每相电动势为，定子漏磁通在每相绕组中感应的电动势为，定子的每相电阻为，则电动机空载时每相的定子电压平衡方程式为与变压器类似于是电压平衡方程可改写为由上式可画出感应电动机空载时的等效电路和相量图如图4.1所示。图4.1感应电动机空

3、载时的等效电路和相量图4.2三相感应电动机的负载运行一、负载运行时的物理情况负载运行时，电机将以低于同步转速的速度n旋转，其转向仍与n1的方向相同，因此，气隙磁场与转子的相对速度为,△n也就是气隙磁场切割转子绕组的速度，于是在转子绕组中感应出电势，产生电流，其频率为：对感应电机，一般s=0.02～0.06，当f1=50Hz时，f2仅为（1～3HZ）。负载运行时，除了定子电流产生一个磁势，转子电流也产生一个磁势，总的磁势是由它们合成，因此必须对转子磁势作一说明。1.转子磁动势的分析无论是笼型电机还是绕线型转子电机，其转子绕组都是一个对称的多相系统

4、。转子中的电流也一定是一个对称的多相电流，产生的磁势必是一个旋转磁势，其幅值为:转子磁动势F2在空间的（相对于定子）旋转速度为n2+n=sn1+n=n1,即等于定子磁势F1在空间的旋转速度。上面的式子是在任意转速下得到的，这就说明，无论电机的转速如何变化，定子磁势与转子磁势相对静止。这是一切电机正常运行的必要条件。1.电动势平衡方程式负载时，定子电流为，则负载时定子的电动势平衡方程式为负载时，转子电动势的频率为，转子电动势的大小为转子的电动势平衡方程为转子电流的有效值为2.磁动势平衡由于定、转子磁动势相对静止，因此可以合并成一个磁动势Fm。即：

5、F1+F2=FmFm也称为励磁磁动势，它产生气隙中的旋转磁场。对上述公式其物理意义如下：在平衡方程式中，表现出：在转子绕组中通过电流产生磁势F2的同时，定子绕组中必然要增加一个分量，使这一分量产生磁势-F2抵消转子电流产生的磁势F2，从而保持总磁动势Fm近似不变，显然Fm等于空载时的定子磁动势F0。二、感应电动机的相量图根据变压器负载运行时的定、转子电势激磁势平衡方程可以绘制出感应电动机的相量图如图4.2（b）所示三、感应电机的等效电路1.用静止的转子代替转动的转子—频率折算通过对转子旋转的分析可知,转子旋转后,转子频率的大小仅仅影响转子旋转磁

6、动势相对于转子本身的转速n2,转子旋转磁动势相对于定子的转速永远为同步转速,与转子电流的频率无关,另外,定转子之间是通过磁动势相联系的,所以只要保持转子旋转磁动势的大小不变,至于电流的频率是多少无所谓.根据这个概念,我们对下式进行变换:上述公式说明，进行频率折算后，只要用代替Rr,就可以保持转子电流的大小不变。而转子电流滞后电动势的角度为：说明频率折算后，转子对定子的影响不变。由此可见,频率折算是用一个静止的电阻为Rr的等效转子去代替电阻为Rr的实际旋转的转子,等效转子将与实际转子具有相同的转子磁动势。用静止的转子等效转动的转子时，转子上的动能

7、就用消耗在电阻Rr上的电能来表示了。2.绕组的折算为了得到电机的等效电路以方便计算，我们仿照变压器对电机进行绕组的折算。折算后得值在右上角加“´”表示（1）电流的折算根据折算前后转子磁动势不变电流变比。（2）电压的折算电压变比Ke。（3）阻抗的的折算a)电阻的折算根据折算前后转子铜耗不变b)电抗的折算根据折算前后电路的功率因数角不变c)阻抗的折算3.感应电动机的等效电路经过绕组折算后，感应电动机的基本方程可写为：由基本方程可作出感应电动机的等效电路如图4.2（a）所示。图4.2三相感应电动机的等效电路及相量图4.3感应电动机的功率和电磁转矩异步

8、电动机是一种机电能量转换元件，是通过电磁感应作用把电能传送到转子再转化为轴输出机械能。本节从能量观点出发阐述电动机的能量转换过程，分析其功率和转矩的平