等效电路(equivalent circuit)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:(1)转子电路的频率折算;(2)与定子方面具有同样相数、匝数、绕组系数的转子绕组折算。
一.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 ,x2σs=x2σ故:转子堵转时 f2=f1
2.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+jsx2σ)不变。
将上式略作变化:i2=e2/(r2/s +jx2σ),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pω。
二.绕组折算
1.定义:用一个与定子方面具有同样相数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。
电流折算:根据磁势不变:
(m1/2)(0.9*i'2n1/p)kw1= (m2/2)(0.9*i2n2/p)kw2 i'2=i2.(m2n2kw2)/(m1n1kw1)=i2/ki
电势折算:磁通应不变:
e'2=4.44f1n1φ1kw1
e2=4.44f1n2φ1kw2
e'2=e2 ( n1kw1)/( n2kw2) = e2 ke
阻抗折算:功率不变:
m1i'22r'2=m2i22r2
r'2=r2 m2/m1(i2/i'2)2=r2 m2/m1(m2n2kw2/m1n1kw1)2=r2 keki=r2kz
漏电抗折算: x'2σ= x2σ kz
折算后转子电路方程式:
e'2/ke= kii'2 [r'2 / (s keki)+j x'2σ / (keki)]→
e'2=i'2[ r'2/s + jx'2σ ]
三.等效电路 (equivalent circuit)
激磁回路: zm=rm+jxm
折算后的磁势方程式:
i1+(m2n2kw2/m1n1kw1)i2=i1+i2/ki=im→
i1+i'2=im
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+jx1σ)
e'2= e1=i'2(r'2/s+jx'2σ)
im = i1+i'2
-e1=im(rm+jxm)
对应的等效电路:
简化等效电路:
四.相量图(phasor diagram)
类似于绘制变压器相量图的方法
假设电动机的参数(1200-4)和感应电势 e'2= 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。(看动画)
参考相量:水平方向为φ1,垂直方向为e'(=e1)。
步骤:
在垂直方向做出e'2相量
滞后arctan(s x'2σ/r'2)角度做出i'2相量
根据e'2=i'2r'2/s+jx'2σi'2做出电阻压降和漏抗压降相量
在水平方向做出主磁通φ1相量
超前某一角度做出激磁电流im相量
根据i1=im+(-i'2)做出i1相量
做出-e1=-e'2相量
根据u1= -e1+i1(r1+jx1σ)做出u1相量,并标出公率因数角。
