继电保护浅析三线异步电动机的折算原则毕业论文.doc

1、- 1 -内容提要作 电动机运行的三相异步电机。三相异步电动速低于旋转 磁场的转速， 转子绕组因与磁场间存在着相对运动而感生电动势和电流，并与磁场相互作用产生 电磁转矩，实现能量变换。三 相 异 步 电 动 机 与 单 相 异 步 电 动 机 相 比 。三 相 异 步 电 动 机 运 行 性 能 好 ，并 可 节 省 各 种 材 料 。按 转 子 结 构 的 不 同 ，三 相 异 步 电动 机 可 分 为 笼 式 和 绕 线 式 两 种 。笼 式 转 子 的 异 步 电 动 机 结 构 简 单 、运 行 可 靠 、重 量 轻 、价 格 便 宜 ，得 到 了 广 泛 的 应 用 ，其 主 要 缺

2、 点 是 调 速 困 难 。绕 线 式 三 相 异 步 电 动 机 的 转 子和 定 子 一 样 也 设 置 了 三 相 绕 组 并 通 过 滑 环 、电 刷 与 外 部 变 阻 器 连 接 。调 节 变 阻 器 电 阻 可以 改 善 电 动 机 的 起 动 性 能 和 调 节 电 动 机 的 转 速 。其 中 折算是把多级传动机构等效成一级传动机构时，把各级的阻转矩或阻力折算到电动机轴上各级传动机构的摩擦损耗也需要折算到电动机轴上，折算的原则是保证折算前后系统的功率传递关系机系统的储存的动能不变。关 键 词 ：绕 组 折 算 电 流 折 算 频 率 折 算 动 能 电 动 机 - 2 -浅

3、析 三 相 异 步 电 动 机 的 折 算 原 则一 、 前 言作电动机运行的三相异步电机。三相异步电动速低于旋转磁场的转速，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而感生电动势和电流，并与磁场相互作用产生电磁转矩，实现能量变换。三 相 异 步 电 动 机 与 单 相 异 步 电 动 机 相 比 。 三 相 异 步 电 动 机 运 行 性 能 好 ， 并 可 节 省 各 种 材料 。 按 转 子 结 构 的 不 同 ， 三 相 异 步 电 动 机 可 分 为 笼 式 和 绕 线 式 两 种 。 笼 式 转 子 的 异 步 电动 机 结 构 简 单 、 运 行 可 靠 、 重 量 轻 、 价 格 便 宜

4、 ， 得 到 了 广 泛 的 应 用 ， 其 主 要 缺 点 是 调 速困 难 。 绕 线 式 三 相 异 步 电 动 机 的 转 子 和 定 子 一 样 也 设 置 了 三 相 绕 组 并 通 过 滑 环 、 电 刷与 外 部 变 阻 器 连 接 。 调 节 变 阻 器 电 阻 可 以 改 善 电 动 机 的 起 动 性 能 和 调 节 电 动 机 的 转 速 。其 中 折算是把多级传动机构等效成一级传动机构时，把各级的阻转矩或阻力折算到电动机轴上各级传动机构的摩擦损耗也需要折算到电动机轴上，折算的原则是保证折算前后系统的功率传递关系机系统的储存的动能不变。三 相 定 子 绕 组 中 通 过

5、 入 三 相 交 流 电 时 ， 就 产 生 了 一 个 以 同 步 转 速 n1 沿 定 子 和 转 子内 圆 空 间 作 顺 时 针 方 向 旋 转 的 旋 转 磁 场 。 由 于 旋 转 磁 场 以 n1 转 速 旋 转 ， 转 子 导 体 开 始时 是 静 止 的 ， 故 转 子 导 体 将 切 割 定 子 旋 转 磁 场 而 产 生 感 应 电 动 势 。 由 于 转 子 导 体 两 端 被短 路 环 短 接 ， 在 感 应 电 动 势 的 作 用 下 ， 转 子 导 体 中 将 产 生 与 感 应 电 动 势 方 向 基 本 一 致 的感 生 电 流 。 转 子 的 载 流 导 体

6、 在 定 子 磁 场 中 受 到 电 磁 力 的 作 用 。 电 磁 力 对 转 子 轴 产 生 电磁 转 矩 ， 驱 动 转 子 沿 着 旋 转 磁 场 方 向 旋 转 。 通 过 上 述 分 析 可 以 总 结 出 电 动 机 工 作 原 理 为 ： 当 电 动 机 的 三 相 定 子 绕 组 ， 通 入 三 相对 称 交 流 电 后 ， 将 产 生 一 个 旋 转 磁 场 ， 该 旋 转 磁 场 切 割 转 子 绕 组 ， 从 而 在 转 子 绕 组 中产 生 感 应 电 流 （ 转 子 绕 组 是 闭 合 通 路 ） ， 载 流 的 转 子 导 体 在 定 子 旋 转 磁 场 作 用

7、下 将 产 生电 磁 力 ， 从 而 在 电 机 转 轴 上 形 成 电 磁 转 矩 ， 驱 动 电 动 机 旋 转 ， 并 且 电 机 旋 转 方 向 与 旋 转磁 场 方 向 相 同 。- 3 -二 、 三 相 异 步 电 动 机 原 理当 向 三 相 定 子 绕 组 中 通 过 入 对 称 的 三 相 交 流 电 时 ， 就 产 生 了 一 个 以 同 步 转 速 n1 沿 定子 和 转 子 内 圆 空 间 作 顺 时 针 方 向 旋 转 的 旋 转 磁 场 。 由 于 旋 转 磁 场 以 n1 转 速 旋 转 ， 转 子导 体 开 始 时 是 静 止 的 ， 故 转 子 导 体 将 切

8、 割 定 子 旋 转 磁 场 而 产 生 感 应 电 动 势 （ 感 应 电 动 势的 方 向 用 右 手 定 则 判 定 ） 。 由 于 转 子 导 体 两 端 被 短 路 环 短 接 ， 在 感 应 电 动 势 的 作 用 下 ，转 子 导 体 中 将 产 生 与 感 应 电 动 势 方 向 基 本 一 致 的 感 生 电 流 。 转 子 的 载 流 导 体 在 定 子 磁场 中 受 到 电 磁 力 的 作 用 （ 力 的 方 向 用 左 手 定 则 判 定 ） 。 电 磁 力 对 转 子 轴 产 生 电 磁 转 矩 ，驱 动 转 子 沿 着 旋 转 磁 场 方 向 旋 转 。 通 过 上

9、 述 分 析 可 以 总 结 出 电 动 机 工 作 原 理 为 ： 当 电 动 机 的 三 相 定 子 绕 组 （ 各 相 差120 度 电 角 度 ） ， 通 入 三 相 对 称 交 流 电 后 ， 将 产 生 一 个 旋 转 磁 场 ， 该 旋 转 磁 场 切 割 转子 绕 组 ， 从 而 在 转 子 绕 组 中 产 生 感 应 电 流 （ 转 子 绕 组 是 闭 合 通 路 ） ， 载 流 的 转 子 导 体 在定 子 旋 转 磁 场 作 用 下 将 产 生 电 磁 力 ， 从 而 在 电 机 转 轴 上 形 成 电 磁 转 矩 ， 驱 动 电 动 机 旋 转 ，并 且 电 机 旋 转

10、 方 向 与 旋 转 磁 场 方 向 相 同 。三 、 三 相 异 步 电 动 机 的 折 算（ 一 ） 什 么 是 三 相 异 步 电 动 机 的 折 算异 步 电 动 机 定 子 、 转 子 之 间 没 有 电 路 上 的 联 系 ， 只 有 磁 路 上 的 联 系 ， 不 便 于 实 际 工 作的 计 算 ， 为 了 能 将 转 子 电 路 与 定 子 电 路 与 电 子 电 路 直 接 的 电 的 连 接 ， 要 进 行 电 路 等 效 ，等 效 要 在 不 改 变 定 子 绕 组 的 物 理 （ 电 子 的 电 动 势 、 电 流 、 及 功 率 因 数 等 ） ， 而 且 转 子

11、对定 子 对 定 子 的 影 响 不 变 的 原 则 下 进 行 ， 即 将 转 子 电 路 折 算 到 定 子 侧 ， 同 时 要 保 持 折 算 前后 F2 不 变 以 保 证 磁 动 势 平 衡 不 变 。 为 了 找 到 异 步 电 动 机 的 等 效 电 路 ， 除 了 进 行 转 子 绕 组的 折 合 外 ， 还 需 要 尽 享 转 子 频 率 的 折 算 。（ 二 ） 折 算 的 分 类1.频 率 折 算将 频 率 为 f2 的 旋 转 转 子 电 路 折 算 为 与 定 子 频 率 f1 相 同 的 等 效 静 止 转 子 电 路 ， 称 为频 率 折 算 ， 转 子 静 止

12、不 动 时 S=1,f2=f1。 因 此 ， 只 要 将 实 际 上 转 动 的 转 子 电 路 折 算 为 静止 不 动 的 等 效 转 子 电 路 ， 便 可 达 到 频 率 折 算 的 目 的 。由 于 频 率 折 算 前 后 转 子 电 流 的 数 值 未 变 ， 所 以 磁 动 势 的 大 小 不 变 。 同 时 磁 动 势 的 转速 是 同 步 转 速 与 转 子 转 速 无 关 ， 所 以 频 率 折 算 保 证 了 电 磁 效 应 的 不 变 。频 率 折 算 前 后 转 子 的 电 磁 效 应 不 变 ， 即 转 子 电 流 的 大 小 、 相 位 不 变 ， 除 了 改 变

13、 与 频率 有 关 的 参 数 以 外 只 要 用 等 效 转 子 的 电 阻 代 替 实 际 转 子 中 的 电 阻 即 可 。- 4 -2.绕 组 折 算进 行 频 率 折 算 以 后 ， 虽 然 已 将 旋 转 的 异 步 电 动 机 转 子 电 路 转 化 为 等 效 的 静 止 电 路 ，但 还 不 能 把 定 子 、 转 子 电 路 连 接 起 来 ， 因 为 两 个 电 路 的 的 电 动 势 还 不 相 等 。 和 变 压 器 的绕 组 折 算 一 样 ， 异 步 电 动 机 绕 组 折 算 也 是 人 为 的 用 一 个 相 数 、 每 相 串 联 匝 数 以 及 绕 组 系

14、数 和 定 子 绕 组 一 样 的 绕 组 代 替 相 数 为 m2,每 相 串 联 匝 数 为 N2 以 及 绕 组 系 数 为 而 经 过 频率 折 算 的 转 子 绕 组 。 但 仍 然 要 保 证 折 算 前 后 转 子 对 定 子 的 电 磁 效 应 不 变 ， 即 转 子 的 电 动势 、 转 子 总 的 视 在 功 率 、 铜 耗 及 转 子 漏 磁 场 储 能 均 保 持 不 变 。 转 子 折 算 值 上 均 加“ ”表 示 。（ 1） 电 流 的 折 算（ 2） 电 动 势 的 折 算（ 3） 阻 抗 的 折 算转 子 电 路 向 定 子 电 路 进 行 绕 组 折 算 的

15、 规 律 是 ； 电 流 A 除 以 电 流 比 Ki 电 压 V 乘 以 电压 比 Ke， 阻 抗 乘 以 电 压 比 Ke 与 电 流 比 Ki 的 乘 积 。注 意 ： 折 算 只 改 变 相 关 值 的 大 小 ， 而 不 改 变 其 相 位 的 大 小 。根 据 折 算 前 后 物 理 量 的 关 系 ， 可 以 做 出 折 算 后 的 T 型 等 效 电 路 ， 如 图 所 示 。三 相 异 步 电 动 机 的 型 等 效 电 路由 T 型 等 效 电 路 可 得- 5 -当 空 载 运 行 时 ， n n1,s 0,(1-s/s)R2 ， 由 图 可 见 相 当 于 转 子 开

16、路 。转 子 堵 转 时 （ 接 上 电 源 转 子 被 堵 住 转 不 动 时 ） n=0,s=1, (1-s/s)R2=0,相 当 于 变 压器 二 次 侧 短 路 情 况 。 因 此 在 异 步 电 动 机 启 动 初 始 接 上 电 源 时 ， 就 相 当 于 短 路 状 态 ， 会 使电 动 机 电 流 很 大 ， 这 在 电 机 试 验 及 使 用 电 动 机 时 应 多 加 注 意 。四 、 三 相 异 步 电 动 机 得 折 算 原 则（ 一 ） 折 算 的 意 义折算是把多级传动机构等效成一级传动机构时，把各级的阻转矩或阻力折算到电动机轴上各级传动机构的摩擦损耗也需要折算到电

17、动机轴上。（二）折算目的获得等效电路；简化计算；画相量图（三）折算的原则折算的原则是保证折算前后系统的功率传递关系机系统的储存的动能不变和二次侧的各功率保持不变（四）折算方法1.二次侧电流的折算I2=I2/k2.二次侧电动势的折算E2=kE2 E2=kE2 U2=kU23.二次侧阻抗的折算R2=k2R2 X2=k2 X2 RL=k2RL XL=k2XL五、三相异步电动机的折算的应用- 6 -异 步 电 动 机 定 子 、 转 子 之 间 没 有 电 路 上 的 联 系 ， 只 有 磁 路 上 的 联 系 ， 不 便 于 实 际 工作 的 计 算 ， 为 了 能 将 转 子 电 路 与 定 子

18、电 路 与 电 子 电 路 直 接 的 电 的 连 接 ， 要 进 行 电 路 等 效 ，等 效 要 在 不 改 变 定 子 绕 组 的 物 理 ， 而 且 转 子 对 定 子 对 定 子 的 影 响 不 变 的 原 则 下 进 行 ， 即将 转 子 电 路 折 算 到 定 子 侧 ， 同 时 要 保 持 折 算 前 后 F2 不 变 以 保 证 磁 动 势 平 衡 不 变 。 为 了找 到 异 步 电 动 机 的 等 效 电 路 ， 除 了 进 行 转 子 绕 组 的 折 合 外 ， 还 需 要 尽 享 转 子 频 率 的 折 算 。折算是把多级传动机构等效成一级传动机构时，把各级的阻转矩或

19、阻力折算到电动机轴上各级传动机构的摩擦损耗也需要折算到电动机轴上。可以获得等效电路；简化计算；画相量图。折算必须保证折算前后系统的功率传递关系机系统的储存的动能不变和二次侧的各功率保持不变。（一）异步电动机等效电路的折算等效电路法是分析异步电动机的重要手段。在异步电动机中，作出等效电路需要进行两个折算：转子电路的频率折算；与定子方面具有同样相数、匝数、绕组系数的转子绕组折算。1.频率折算（1）在什么情况下转子电路频率等于定子电路频率? 转子旋转时, 转差率为 s，转子电路频率：f2=sf1 转子堵转时 s=1，f2=sf1=f1, E2s=E2 ,X2s=X2 故：转子堵转时 f2=f1 （2

20、）如何使转子电路的频率等于定子电路的频率? 频率折算后，希望磁势平衡不变，即转子电流不变: I2=sE2/(R2+jsX2)不变。 将上式略作变化：I2=E2/(R2/s +jX2),此式就相当于转子堵转时的情况， 而转子电阻为 R2/s=（1-s)R2/s+R2结论：用一个堵转着的等效转子来代替一个以 s 为转差率实际旋转着的转子，这时只需要将异步电动机的转子电阻增加到 R2/s 即可，这就是频率折算的过程。堵转的转子中多了一个附加电阻，而电流确没有变化，相当于多了一个电阻功率。 分析证明：附加电阻上消耗的电功率等于电机的总机械功率 P。2.绕组折算- 7 -（1）绕组折算的定义用一个与定子

21、方面具有同样相数 m1、匝数 N1 和绕组系数 kw1 的等效转子绕组来替代实际的转子绕组(m2、N2、kw2)。 折算条件是：磁势幅值不变；功率大小不变。 （2）电流折算根据磁势不变: (m1/2)(0.9*I2N1/p)kw1= (m2/2)(0.9*I2N2/p)kw2 I2=I2.(m2N2kw2)/(m1N1kw1)=I2/ki （3）电动势折算磁通应不变: E2=4.44f1N11kw1；E2=4.44f1N21kw2；E2=E2 ( N1kw1)/( N2kw2) = E2 ke （4） 阻抗折算：功率不变：m1I22R2=m2I22R2；R2=R2 m2/m1(I2/I2)2=

22、R2 m2/m1(m2N2kw2/m1N1kw1)2=R2 keki=R2kz （5） 漏电抗折算:X2= X2 kz 折算后转子电路方程式： E2/ke= kiI2 R2 / (s keki)+j X2 / (keki)E2=I2 R2/s + jX2 （二）等效电路激磁回路: Zm=Rm+jXm 折算后的磁势方程式: I1+(m2N2kw2/m1N1kw1)I2=I1+I2/ki=ImI1+I2=Im - 8 -经过频率折算和绕组折算后异步电动机的方程式: U1= -E1+I1(R1+jX1)E2= E1=I2(R2/s+jX2)Im = I1+I2-E1=Im(Rm+jXm)对应的等效电

23、路简化等效电路(三)相量图似于绘制变压器相量图的方法 ，电动机的参数和感应电势 E2= E1 为已知，从转子电路方程出发可以一步一步作出异步电动机相量图。 - 9 -参考相量：水平方向为 1，垂直方向为 E（=E1）。 步骤： 在垂直方向做出 E2 相量 滞后 arctan(s X2/R2)角度做出 I2 相量 根据 E2=I2R2/s+jX2I2 做出电阻压降和漏抗压降相量 在水平方向做出主磁通 1 相量 超前某一角度做出激磁电流 Im 相量 根据 I1=Im+(-I2)做出 I1 相量 做出-E1=-E2 相量 根据 U1= -E1+I1(R1+jX1) 做出 U1 相量，并标出公率因数角。参考文献1电机学 - 10 -2大电机技术 3电机设计4微电机5电力系统自动化