专题二十二 三相异步电动机的运行原理（教案）-河北省对口升学《电机与变压器》（第5版）(高教社）专题复习讲练测

专题二十二 三相异步电动机的运行原理（教案）-河北省对口升学《电机与变压器》（第5版）(高教社）专题复习讲练测

一、考纲解读

1.要求学生理解定子、转子绕组感应电动势的产生原理，明确电动势公式中各参数的含义，能结合电机结构说明气隙磁场对电动势的影响。

2.能运用定子、转子电路的特性规律，分析电动机在启动、运行等不同工况下的电路参数变化，解决简单的参数计算问题。

3.需准确区分定子与转子电路的本质差异（如电源是否外接、频率是否固定），以及漏电抗与主电抗的功能区别，避免概念混淆。

4.能根据具体设备或场景，判断其中三相异步电动机的运行原理，并简要分析选择的原因。

二、知识点梳理

一、绕组的电动势与电抗

1.定子绕组与转子绕组的感应电动势

在分析异步电动机的基本原理时,讲到转子绕组切割磁感线时,转子绕组要产生感应电动势定子绕组在空间是静止不动的,那么定子绕组与旋转磁场也有交链和相对运动,因而定子绕组也要切割磁感线,所以也要产生感应电动势。

(1)定子绕组的感应电动势

在三相异步电动机定子绕组内通人三相交流电后,即产生旋60f转磁场,旋转磁场以转速旋转,而定子绕组是静止不动的。因此,定子绕组切割旋转磁场产生感应电动势,其频率也与电源频率一样,也为。

假设旋转磁场的磁感应强度沿圆周气隙是按正弦分布的,即某一时刻沿气隙圆周上各点的磁感应强度大小可用正弦函数来描述。或者说,气隙圆周上某一点的磁感应强度随时间按正弦函数变化。这样,由这个磁场切割某一导体而产生的感应电动势,将随时间按正弦函数变化。感应电动势大小的推理过程和变压器一次绕组感应电动势的推理过程一样。所不同的是,变压器绕组是集中绕在一个铁心上的,在任意瞬间穿过绕组各

个线圈中的主磁通大小和方向都相同,整个绕组的电动势为各个线圈电动势的代数和。

定子绕组感应电动势大小为

式中 ——定子绕组感应电动势有效值;——定子绕组的绕组系数();——每相定子绕组的匝数;——定子绕组感应电动势频率;——旋转磁场每极磁通最大值。

(2)转子绕组的感应电动势

在旋转磁场的作用下,转子绕组也要切割磁场,产生感应电动势E2。由于转子转速为n,转向与旋转磁场的转向一致,旋转磁场的转速为n1,所以转子绕组与旋转磁场的相对转速为,故转子绕组中感应电动势的频率f2为

从上式可见,转子绕组感应电动势的频率随转差率s而变,即随电动机的转速而变。当电动机刚启动时,即,转子与旋转磁场间相对速度最大,旋转磁场被转子绕组切割得最快,所以此时最高。当带额定负载时,时,则Hz。可见满载时转子电流频率是很低的。

2.漏电抗

能同时使定子绕组和转子绕组产生感应电动势的磁通称为主磁通,它穿过的路径是定子铁心一气隙一转子铁心一气隙一定子铁心,形成闭合回路,它既交链定子绕组,又交链转子绕组。

另外,在定子方面还有一小部分磁通只交链定子绕组不交链转子绕组,称为定子绕组漏磁通(如同变压器一次绕组漏磁通一样)。由于它产生感应电动势,其有效值为

式中 ——定子电流;

      ——由定子绕组漏磁通引起的电抗,称为定子漏电抗,简称。

同理,在转子方面也有一小部分磁通只交链转子绕组不交链定子绕组,称为转子绕组漏磁通,它在转子绕组中产生感应电动势,其有效值为

式中 ——定子电流;

       ——由定子绕组漏磁通引起的电抗,称为定子漏电抗,简称X_2。

当转子转动时,漏电抗为

由此得出

式中——定子电流;

       ——由定子绕组漏磁通引起的电抗,称为定子漏电抗,简称X_2。

二、定子电路与转子电路特性

1. 定子电路

定子绕组加上电源电压()后,将产生主磁通,由于主磁通的变化又要产生感应电动势()。对电源来说,() ̇具有反电动势的性质,因而电源中有一个分量()来与它平衡。此外,定子绕组还有电阻,漏电抗X1,当电流()流过时,将产生电阻压降和漏电抗压降。这样,加在定子绕组上的外加电压,大部分用来平衡定子绕组的感应电动势,一小部分用在电阻及漏电抗的电压降上。

这样就有定子电路电压平衡方程式为

但由于很小,所以电阻压降及漏电抗压降同外加电压,相比可以忽略,因而近似认为

这就是说,感应电动势与外加电压,在数值上近似相等,在方向上近似反相位,相对抗。在数值上小于U1,而又接近U1,一般

2.转子电路

(1)转子电流与转差率的关系

当s增加到一定数值时,值变小,此时不能忽略了,电流的增长就变慢了。当s接近于1时,()2值接近于值。是一个不变的值,所以,变化不大,近于常数,达到最大值。据此,可以画出随s变化的曲线,如图 4-14 所示。

(2)功率因数与转差率的关系

综上所述,异步电动机的定子电路与转子电路是由主磁通联系起来的,这和变压器的一次绕组与二次绕组