《電機(jī)培訓(xùn)教材》PPT課件.pptVIP

第四篇 異步電機(jī),第8章 異步電動機(jī)的基本工作原理和主要結(jié)構(gòu),8.1異步電動機(jī)的主要用途和分類 一、異步電機(jī)主要用作電動機(jī)，去拖動各種生產(chǎn)機(jī)械。 異步電動機(jī)的優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡單、容易制造、價格低廉、運(yùn)行可靠、堅固耐用、運(yùn)行效率較高和具有適用的工作特征。 異步電動機(jī)的缺點(diǎn):功率因數(shù)較差。異步電動機(jī)運(yùn)行時，必須從電網(wǎng)里吸收落后性的無功功率，它的功率因數(shù)總是小于。,異步電動機(jī)運(yùn)行時，定子繞組接到交流電源上，轉(zhuǎn)子繞組自身短路，由于電磁感應(yīng)的關(guān)系，在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生電動勢、電流，從而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。所以，異步電機(jī)又叫感應(yīng)電機(jī)。 二、異步電動機(jī)的種類很多，從不同角度看，有不同的分類法： （1）按定子相數(shù)分有 單相異步電動機(jī)； 兩相異步電動機(jī)； 三相異步電動機(jī)。 （2）按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分有 繞線式異步電動機(jī)； 鼠籠式異步電動機(jī)。后者又包括單鼠籠異步電動機(jī)、雙鼠籠異步電動機(jī)和深槽式異步電動機(jī)。 此外，根據(jù)電機(jī)定子繞組上所加電壓的大小，又有高壓異步電動機(jī)、低壓異步電動機(jī)之分。從其它角度看，還有高起動轉(zhuǎn)矩異步電機(jī)、高轉(zhuǎn)差率異步電機(jī)、高轉(zhuǎn)速異步電機(jī)等等。,異步電機(jī)也可作為異步發(fā)電機(jī)使用。單機(jī)使用時，常用于電網(wǎng)尚未到達(dá)的地區(qū)，又找不到同步發(fā)電機(jī)的情況，或用于風(fēng)力發(fā)電等特殊場合上。在異步電動機(jī)的電力拖動中，異步電機(jī)回饋制動時，即運(yùn)行在異步發(fā)電機(jī)狀態(tài)。,8.2 異步電動機(jī)的主要結(jié)構(gòu),異步電動機(jī)在結(jié)構(gòu)上也是由定子、轉(zhuǎn)子、氣隙組成。,一、異步電動機(jī)的定子： 異步電動機(jī)的定子是由機(jī)座、定子鐵心和定子繞組三個部分組成的。 1、定子鐵心：是電動機(jī)磁路的一部分，裝在機(jī)座里。為了降低定子鐵心里的鐵損耗，定子鐵心用用0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成的，在硅鋼片的兩面還應(yīng)途上絕緣漆。下圖所示為定子槽,其中(a)是開口槽，用于大、中型容量的高壓異步電動機(jī)中；(b)是半開口槽，用于中型500V以下的異步電動機(jī)中；(c)是半閉口槽，用于低壓小型異步電動機(jī)中。,2、定子繞組： 高壓大、中型容量的異步電動機(jī)定子繞組常采用Y接，只有三根引出線，如圖(a)所示。對中、小容量低壓異步電動機(jī)，通常把定子三相繞組的六根出線頭都引出來，根據(jù)需要可接成Y形或形，如圖(b)所示。定子繞組用絕緣的銅（或鋁）導(dǎo)線繞成，嵌在定子槽內(nèi)。,3、機(jī)座：主要是為了固定與支撐定子鐵心。如果是端蓋軸承電機(jī)，還要支撐電機(jī)的轉(zhuǎn)子部分。因此，機(jī)座應(yīng)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和剛度。對中、小型異步電動機(jī)，通常用鑄鐵機(jī)座。對大型電機(jī)，一般采用鋼板焊接的機(jī)座，整個機(jī)座和座式軸承都固定在同一個底板上。 二、氣隙： 異步電動機(jī)的氣隙比同容量直流電動機(jī)的氣隙小得多，在中、小型異步電動機(jī)中，氣隙一般為0.21.5mm左右。,三、異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子： 異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子是由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸組成的 。 1、轉(zhuǎn)子鐵心：是電動機(jī)磁路的一部分，它用0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成。鐵心固定在轉(zhuǎn)軸或轉(zhuǎn)子支架上，整個轉(zhuǎn)子的外表呈圓柱形。 2、轉(zhuǎn)子繞組：分為籠型和繞線型兩類。 1）籠型轉(zhuǎn)子：籠型繞組是一個自己短路的繞組。在轉(zhuǎn)子的每個槽里放上一根導(dǎo)體，在鐵心的兩端用端環(huán)連接起來，形成一個短路的繞組。如果把轉(zhuǎn)子鐵心拿掉，則可看出，剩下來的繞組形狀像個松鼠籠子，如圖（a) 所示，因此又叫鼠籠轉(zhuǎn)子。導(dǎo)條的材料有用銅的，也有用鋁的。,如果用的是銅料，就需要把事先做好的裸銅條插入轉(zhuǎn)子鐵心上的槽里，再用銅端環(huán)套在伸了兩端的銅條上，最后焊在一起，如圖(b)所示。如果用的是鑄鋁，就連同端環(huán)、風(fēng)扇一次鑄成，如圖(c)所示 。籠型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、是一種經(jīng)濟(jì)、耐用的電機(jī)，所以應(yīng)用極廣。,2）繞線型轉(zhuǎn)子：繞線型轉(zhuǎn)子的槽內(nèi)嵌放有用絕緣導(dǎo)線組成的三相繞組，一般都聯(lián)接成Y形。轉(zhuǎn)子繞組的三條引線分別接到三個滑環(huán)上，用一套電刷裝置引出來，如圖所示。這就可以把外接電阻串聯(lián)到轉(zhuǎn)子繞組回路里去，以改善電動機(jī)的啟動性能或調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。 與籠型轉(zhuǎn)子相比較，繞線型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜，價格稍貴，因此只在要求起動電流小，起動轉(zhuǎn)距大，或需平滑調(diào)速的場合使用。,8.3 異步電動機(jī)的銘牌數(shù)據(jù),三相異步電動機(jī)的銘牌上標(biāo)明電機(jī)的型號、額定數(shù)據(jù)等。 8.3.1 異步電動機(jī)的型號： 電機(jī)產(chǎn)品的型號一般采用大寫印刷體的漢語拼音字母和阿拉伯?dāng)?shù)字組成。其中漢語拼音字母是根據(jù)電機(jī)的全名稱選擇有代表意義的漢字，再用該漢字的第一個拼音字母組成。例如Y系列三相異步電動機(jī)表示如下：,Y 100 L 1 2,異步電動機(jī) 極數(shù),鐵心長度代號,機(jī)座中心高 機(jī)座長度代號,我國生產(chǎn)的異步電動機(jī)種類很多，下面列出一些常見的產(chǎn)品系列。 Y系列為小型鼠籠全封閉自冷式三相異步電動機(jī)。用于金屬切削機(jī)床、通用機(jī)械、礦山機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械等。也可用于拖動靜止負(fù)載或慣性負(fù)載較大的機(jī)械，如壓縮機(jī)、傳送帶、磨床、錘擊機(jī)、粉碎機(jī)、小型起重機(jī)、運(yùn)輸機(jī)械等。 JQ2 和JQO2系列是高起動轉(zhuǎn)矩異步電動機(jī)，用在起動靜止負(fù)載或慣性負(fù)載較大的機(jī)械上。JQ2 是防護(hù)式和JQO2是封閉式的。 JS系列是中型防護(hù)式三相鼠籠異步電動機(jī)。 JR系列是防護(hù)式三相繞線式異步電動機(jī)。用在電源容量小、不能用同容量鼠籠式電動機(jī)起動的生產(chǎn)機(jī)械上。 JSL2 和JRL2系列是中型立式水泵用的三相異步電動機(jī)，其中JSL2 是鼠籠式，JRL2是繞線式。,JZ2 和JZL2系列是起重和冶金用的三相異步電動機(jī)，JZ2是鼠籠式，JZL2是繞線式。 JD2 和JDO2系列是防護(hù)式和封閉式多速異步電動機(jī)。 BJO2 系列是防爆式鼠籠異步電動機(jī)。 JPZ系列是旁磁式制動異步電動機(jī)。 JZZ系列是錐形轉(zhuǎn)子制動異步電動機(jī)。 JZT系列是電磁調(diào)速異步電動機(jī)。 其他類型的異步電動機(jī)可參閱產(chǎn)品目錄。,8.3.2 異步電動機(jī)的額定值： 異步電動機(jī)的額定值包含下列內(nèi)容： （1）額定功率 PN 指電動機(jī)在額定運(yùn)行時軸上輸出的機(jī)械功率，單位是kw。 （2）額定電壓 UN 指額定運(yùn)行狀態(tài)下加在定子繞組上的線電壓，單位為V。 （3）額定電流IN 指電動機(jī)在定子繞組上加額定電壓、軸上輸出額定功率時，定子繞組中的線電流，單位為A。 （4）額定頻率f 指我國規(guī)定工業(yè)用電的頻率是50Hz。 （5）額定轉(zhuǎn)速n 指電動機(jī)定子加額定頻率的額定電壓，且軸端輸出額定功率時電機(jī)的轉(zhuǎn)速，單位為r/min 。 （6）額定功率因數(shù) 指電動機(jī)定子加額定負(fù)載時，定子邊的功率因數(shù)。,8.3.3如何根據(jù)電機(jī)的銘牌進(jìn)行定子的接線？ 如果電動機(jī)定子繞組有六根引出線，并已知其首、末端，分幾種情況討論。 （1）當(dāng)電動機(jī)銘牌上標(biāo)明“電壓380/220V，接法Y/”時，這種情況下，究竟是接成Y或，要看電源電壓（線電壓）的大小。如果電源電壓為380V，則接成Y接；電源電壓為220V時，則接成接。 （2）當(dāng)電動機(jī)銘牌上標(biāo)明“電壓380V，接法時”時，則只有這一種接法。但是在電動機(jī)起動過程中，可以接成Y接，接在380V電源上，起動完畢，恢復(fù)接法。 對有些高壓電動機(jī)，往往定子繞組有三根引出線，只在電源電壓符合電動機(jī)銘牌電壓值，便可使用。,8.4 異步電動機(jī)的工作原理,工作原理： 三相異步電動機(jī)定子接三相電源后，電機(jī)內(nèi)便形成圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢，圓形旋轉(zhuǎn)磁密，設(shè)其方向?yàn)槟鏁r針轉(zhuǎn)，如圖所示。若轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子鼠籠導(dǎo)條與旋轉(zhuǎn)磁密有相對運(yùn)動，導(dǎo)條中有感應(yīng)電動勢e，方向由右手定則確定。由于轉(zhuǎn)子導(dǎo)條彼此在端部短路，于是導(dǎo)條中有電流，不考慮電動勢與電流的相位差時，電流方向同電動勢方向。這樣，導(dǎo)條就在磁場中受力f，用左手定則確定受力方向，如圖所示。,轉(zhuǎn)子受力，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩T，為電磁轉(zhuǎn)矩，方向與旋轉(zhuǎn)磁動勢同方向，轉(zhuǎn)子便在該方向上旋轉(zhuǎn)起來。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)后，轉(zhuǎn)速為n，只要nn1（n1為旋轉(zhuǎn)磁動勢同步轉(zhuǎn)速），轉(zhuǎn)子導(dǎo)條與磁場仍有相對運(yùn)動，產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時相同方向的電動勢、電流及受力，電磁轉(zhuǎn)矩T仍舊為逆時針方向，轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，穩(wěn)定運(yùn)行在T=TL情況下。記為異步電動機(jī)轉(zhuǎn)差率：,注意：在正常情況下，異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速總是略低與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速（同步轉(zhuǎn)速）。轉(zhuǎn)差率是一個表征異步電動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的一個基本參數(shù)。感應(yīng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速隨負(fù)載的變化而變化。,第9章 異步電動機(jī)的運(yùn)行分析,9.1 三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)子繞組開路時的電磁關(guān)系 正常情況下，電機(jī)轉(zhuǎn)子總是旋轉(zhuǎn)的，但是為了分析問題的方便，在這里我們首先從轉(zhuǎn)子靜止出發(fā)進(jìn)行分析。 9.1.1 正方向的規(guī)定：,9.1.2 磁通及磁動勢： 1、勵磁磁動勢：我們給異步電動機(jī)通入對稱的三相交流電時，根據(jù)我們前面所學(xué)的可知將會在氣隙中會產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)的氣隙磁場，這個旋轉(zhuǎn)的磁場會同時切割定轉(zhuǎn)子繞組，這樣，在兩個繞組內(nèi)會產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電動勢，但是由于轉(zhuǎn)子繞組是開路的所以，沒有電流，即沒有磁動勢，由此可見，在這種情況下，整個氣隙磁場全部是由定子繞組內(nèi)的三相對稱電流產(chǎn)生，為此，定子磁動勢又叫做勵磁磁動勢，定子電流亦叫做勵磁電流。,（a） （b） （c）,而由于整個分析過程是完全對稱的，所以我們在分析時僅以A相為例來進(jìn)行講解。下面我們來看一下由電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的磁動勢的特點(diǎn)： 1）幅值： 2）轉(zhuǎn)向：逆時針轉(zhuǎn)向。A1B1C1 3）轉(zhuǎn)速：相對于定子繞組以角頻率 旋轉(zhuǎn)。 4）瞬間位置：正如前面所分析的，當(dāng)A相電流達(dá)到正最大 時，他所對應(yīng)的磁動勢也達(dá)到正最大。,轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)的三相異步電機(jī)，相當(dāng)于一臺副邊開路的三相變壓器，其中定子繞組是原繞組，轉(zhuǎn)子繞組是副繞組，只是在磁路中，異步電機(jī)定、轉(zhuǎn)子鐵心中多了一個空氣隙磁路而已。 2）主磁通和漏磁通： 主磁通：同時鉸鏈定子、轉(zhuǎn)子、氣隙構(gòu)成閉和回路的磁通，氣隙里每極主磁通量用1 表示 漏磁通：只鉸鏈定子繞組就形成閉和回路，叫定子漏磁通，用 表示。,如圖所示：,由于氣隙是均勻的，勵磁磁動勢F0產(chǎn)生的主磁通1所對應(yīng)的氣隙磁密是一個在氣隙中旋轉(zhuǎn)、在空間按正弦分布的磁密。用空間向量表示為 ， 的位置載其最大值處， 為是氣隙磁密的最大值。氣隙里每極主磁通為： 氣隙磁密和勵磁磁動勢同方向，這是因?yàn)榇艅觿葸_(dá)到最大值時，該處的磁密也為最大。（在不考慮磁滯、渦流的影響下）,9.1.3 感應(yīng)電動勢: 我們以知旋轉(zhuǎn)磁場同時切割定轉(zhuǎn)子繞組,在定轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)將會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢E1,E2,根據(jù)我們前面所學(xué)的知識可知: 定子、轉(zhuǎn)子每相電動勢之比叫電壓變化，用ke表示，即:,二、 的相位關(guān)系： 我們以知感應(yīng)電動勢總是滯后于產(chǎn)生他的磁通900，而在轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)，且轉(zhuǎn)子繞組開路的情況下，定子和轉(zhuǎn)子是被同一個磁通所鉸鏈，所以，很顯然，兩個感應(yīng)電動勢之間是同相位的。 9.1.4 勵磁電流： 和前面分析變壓器的情況是一樣的，勵磁電流也是由IFe 和I兩分量組成。,有功分量IFe很小，因此 領(lǐng)先 一個不大的角度。在時間空間向量圖上， 與 相位相同，與 相位一樣， 和 領(lǐng)先 一個不大的角度。 9.1.5 電壓方程式： 從前面的圖中，我們可以得到相應(yīng)的電動勢平衡方程式，但是在這里需要注意的一點(diǎn)是：定子繞組的漏磁通在定子繞組內(nèi)也會產(chǎn)生一個電動勢，我們稱之為定子漏電動勢，用 表示， 所以，電壓方程式為：,式中Z1=R1+ j 是定子一相繞組的漏阻抗。上式用相量表示時，與三相變壓器副繞組開路時的情況，完全一樣。,9.1.6 等值電路： 與三相變壓器空載時一樣，異步電動機(jī)也能找出并聯(lián)或串聯(lián)的等值電路。以知： 于是，電壓平衡等式為,作成電路圖： 轉(zhuǎn)子回路電壓方程式：,9.2 三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時的電磁關(guān)系,堵轉(zhuǎn):即堵住轉(zhuǎn)子讓轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)的現(xiàn)象,實(shí)際上就是對轉(zhuǎn)子進(jìn)行了短路.下面,我們就來詳細(xì)的分析一下,當(dāng)轉(zhuǎn)子被短路情況下的電機(jī)的電磁關(guān)系. 9.2.1 磁動勢和磁通: 1)磁動勢:異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子被短路的這種情況和變壓器副邊短路的情況類似.,現(xiàn)在,轉(zhuǎn)子被短路,所以,當(dāng)在定子繞組內(nèi)通入三相對稱電流后,產(chǎn)生的沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)的磁場,不僅在定子繞組內(nèi)產(chǎn)生磁動勢,在轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)也會產(chǎn)生磁動勢,下面我們就來詳細(xì)的進(jìn)行分析. 一、轉(zhuǎn)子側(cè)磁動勢的特點(diǎn)： 在三相對稱的轉(zhuǎn)子 繞組里流過三相對稱電流 時，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子空間旋轉(zhuǎn)磁動勢 的特點(diǎn)： 1）幅值： 2）轉(zhuǎn)向：假設(shè)氣隙旋轉(zhuǎn)磁密是逆時針方向旋轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)感應(yīng)產(chǎn)生的電動勢及電流的相序,就應(yīng)為A2B2C2。 3）轉(zhuǎn)速：相對于轉(zhuǎn)子繞組為 注意：現(xiàn)在定轉(zhuǎn)子被同一個磁通所鉸鏈，所以，產(chǎn)生的電流的頻率是相等的。 4）瞬間位置： 當(dāng)A相電流達(dá)到正的最大值時，與他相對應(yīng)的磁動勢也達(dá)到正的幅值。 與副邊短路的三相變壓器一樣，當(dāng)異步電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組短路時，定子邊電流不再是 ，用 表示。由定子電流產(chǎn)生的氣隙空間旋轉(zhuǎn)磁動勢用 表示，叫定子旋轉(zhuǎn)磁動勢。定子旋轉(zhuǎn)磁動勢的特點(diǎn)與轉(zhuǎn)子繞組開路時一樣，僅幅值不同。,轉(zhuǎn)于繞組短路的三相異步電機(jī)，作用在磁路上的磁動勢有兩個：一為定子旋轉(zhuǎn)磁動勢 ；一為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動勢。由于它們的旋轉(zhuǎn)方向相同，轉(zhuǎn)速又相等，只是一前一后地旋轉(zhuǎn)著，我們稱它們?yōu)橥叫D(zhuǎn)。 既然它們是同步旋轉(zhuǎn)，又作用在同一個磁路上，把它們按向量的關(guān)系加起來，得到合成的磁動勢仍用 表示。即:,這個合成的旋轉(zhuǎn)磁動勢 ，才是產(chǎn)生氣隙每極主磁通 的磁動勢。主磁通 在定、轉(zhuǎn)子相繞組里感應(yīng)電動勢 和 2）漏磁通： 在這種情況下,除了定子側(cè)的漏磁通外,轉(zhuǎn)子側(cè)有電流也要產(chǎn)生漏磁通,表現(xiàn)為 注意，變壓器中的主磁通是脈振磁通， 是它的最大振幅。在異步電動機(jī)中，氣隙里主磁通的卻是旋轉(zhuǎn)磁通，它對應(yīng)的磁密波沿氣隙圓周方向是正弦分布，以同步速相對于定子在旋轉(zhuǎn)， 表示氣隙里每極的磁通量。,9.2.3 定轉(zhuǎn)子回路方程: 根據(jù)前面的分析可知: 式中: 是轉(zhuǎn)子繞組的漏阻抗. 轉(zhuǎn)子相電流為:,式中 是轉(zhuǎn)子繞組回路的功率因數(shù)角. 顯然，上式中的轉(zhuǎn)子側(cè)的感應(yīng)電動勢和電流、電抗等的頻率都是 ，轉(zhuǎn)子電流在相位上滯后與電動勢 時間電角度。 根據(jù)定、轉(zhuǎn)子磁動勢合成關(guān)系，有 改寫成,從上面的分析我們可以看出，當(dāng)轉(zhuǎn)子側(cè)電流不為零時，他也會產(chǎn)生一個磁動勢，而此時定子側(cè)的磁動勢此時變成了 ， 這就可以認(rèn)為定子旋轉(zhuǎn)磁動勢里包含著兩個分量：一個分量是大小等于 ，而方向與 相反，用 表示。它的作用是抵消轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動勢對主磁通的影響；另一個分量就是勵磁磁動勢 。它是用來產(chǎn)生氣隙旋轉(zhuǎn)磁密的。由于這種情況下定子磁動勢已變?yōu)?了，定子繞組里的電流也就變?yōu)?了。,定子回路的電壓方程式為： 9.2.3 轉(zhuǎn)子繞組的折合（折算）： 從前面的分析我們可以看出，分別對定轉(zhuǎn)子進(jìn)行分析太過麻煩，異步電動機(jī)定、轉(zhuǎn)子之間沒有電路上的聯(lián)結(jié)，只有磁路的聯(lián)系，這點(diǎn)和變壓器的情況相類似 ，所以在這里我們?nèi)圆捎谜鬯愕姆椒ǎ艳D(zhuǎn)子折算到定子側(cè)，用一個新轉(zhuǎn)子，它的相數(shù)、每相串聯(lián)匝數(shù)以及繞組系數(shù)都分別和定子的一樣（三相、 ）,但是關(guān)鍵的一點(diǎn)是：要保證轉(zhuǎn)子側(cè)在折算前后對整個磁場的影響不能發(fā)生改變，即折算前后轉(zhuǎn)子的總視在功率、有功功率、轉(zhuǎn)子的銅耗和漏磁場儲能均保持不變。簡單的說就是轉(zhuǎn)子側(cè)的磁動勢沒有改變，不影響定子邊。 根據(jù)定、轉(zhuǎn)子磁通勢的關(guān)系： 可以寫成,令 這樣可得,簡化為： 而折算前后的電流的關(guān)系為：,電流變比 式中 是轉(zhuǎn)子繞組的相數(shù)，只有繞線式三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子繞組是三相，鼠籠式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子繞組一般不是三相，而是相。 經(jīng)過折算，從表面上看，好像定、轉(zhuǎn)子之間真的在電路上有了聯(lián)系。,這樣，我們就可以對相關(guān)的量進(jìn)行折算。 于是轉(zhuǎn)子回路的電壓方程式 ：,于是折合后轉(zhuǎn)子漏阻抗與折合前轉(zhuǎn)子漏阻抗的關(guān)系為： 折合前后的功率關(guān)系不變。例如轉(zhuǎn)子里的銅損耗，用折合后的關(guān)系表示為：,折合前后的無功功率也不變。例如轉(zhuǎn)子漏抗上的無功功率，用折合后的關(guān)系式表示為 即折算后的量我們?nèi)坑谩啊眮肀硎?,9.2.4基本方程式、等值電路和相量圖： 整理可的基本方程式：,異步電動機(jī)定、轉(zhuǎn)子的漏阻抗標(biāo)么值都是比較小的，如果在它的定子繞組加上額定電壓，這時定、轉(zhuǎn)子的電流都很大，大約是額定電流的47倍。這就是異步電動機(jī)加額定電壓直接起動而轉(zhuǎn)速等于零的瞬間情況。如果使電動機(jī)長期工作在這種狀態(tài)，則有可能將電機(jī)燒壞。 有時為了測量異步電動機(jī)的參數(shù)，采用轉(zhuǎn)子繞組短路并堵轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)。為了不使電動機(jī)定轉(zhuǎn)子過電流，必須把加在定子繞組上的電壓降低，以限制定、轉(zhuǎn)子繞組中的電流。,9.3 三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的電磁關(guān)系,前面我們分析了轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)、開路和轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)、短路情況下的異步電動機(jī)的工作原理，下面我們來看一下轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時將會是怎樣的電磁關(guān)系。 一、轉(zhuǎn)差率：當(dāng)轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速 開始旋轉(zhuǎn)時，此時顯然，氣隙磁場不在以同步轉(zhuǎn)速 切割轉(zhuǎn)子繞組，同步轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之間有一個同方向的相對運(yùn)動，即此時的氣隙磁場是以一個 在切割轉(zhuǎn)子繞組：,s是一個沒有量綱的數(shù)，它的大小也能反映電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。例如 時， ; 時， ； 時s為負(fù)；電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向與氣隙旋轉(zhuǎn)磁密 的轉(zhuǎn)向相反時，s1。一般： 二、轉(zhuǎn)子電動勢： 當(dāng)異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速 恒速運(yùn)轉(zhuǎn)時，此時一些相應(yīng)的物理量將要結(jié)合轉(zhuǎn)差率發(fā)生相應(yīng)的變化轉(zhuǎn)子回路的電壓方程式為：,此時在轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)感應(yīng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流及其他一些相關(guān)的參數(shù)的頻率發(fā)生了變化。因?yàn)楝F(xiàn)在切割速度為： 表現(xiàn)在電動機(jī)轉(zhuǎn)子上的頻率 為： 為此轉(zhuǎn)子頻率也叫轉(zhuǎn)差頻率。正常運(yùn)行的異步電動機(jī)，轉(zhuǎn)子頻率約為0.52.5Hz。 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電動勢為：,上式說明了當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，每相感應(yīng)電動勢與轉(zhuǎn)差率s成正比。 轉(zhuǎn)子漏抗 是對應(yīng)轉(zhuǎn)子頻率時的漏電抗。它與轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)子漏電抗 (對應(yīng)于頻率 Hz)的關(guān)系為： = s,正常運(yùn)行的異步電動機(jī)， 9.3.3 定、轉(zhuǎn)子磁動勢及磁動勢關(guān)系 下面對轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，定、轉(zhuǎn)子繞組電流產(chǎn)生的空間合成磁動勢進(jìn)行分析。 1定于磁動勢 ： 前面我們以多次詳細(xì)的介紹了，在這里不在重復(fù)。 2、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動勢 ： （1）幅值：,（2）轉(zhuǎn)向：由于現(xiàn)在的氣隙磁場在切割轉(zhuǎn)子繞組時僅是切割速度發(fā)生了變化，而它的旋轉(zhuǎn)方向并沒有發(fā)生改變，所以此時是以 的速度沿逆時針方向切割轉(zhuǎn)子繞組，因此：產(chǎn)生電流的相序仍然是 由轉(zhuǎn)子電流入產(chǎn)生的三相合成旋轉(zhuǎn)磁動勢的轉(zhuǎn)向，相對于轉(zhuǎn)子繞組而言，仍為逆時針方向旋轉(zhuǎn)。 （3）轉(zhuǎn)速：,（4）瞬間位置：當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組哪相電流達(dá)正最大值時，正好位于該相繞組的軸線上。 3合成磁動勢：搞清楚了定、轉(zhuǎn)子三相合成旋轉(zhuǎn)磁動勢的特點(diǎn)后，現(xiàn)在希望站在定子繞組的角度上看定、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動勢 （1）幅值：關(guān)于定、轉(zhuǎn)子磁勢的幅值，不因站在定子上看而有什么改變，仍為前面分析的結(jié)果。 （2）轉(zhuǎn)向：二者的轉(zhuǎn)向相對于定子都為逆時針方向旋轉(zhuǎn)。,（3）轉(zhuǎn)速：相對與定子繞組而言，定子磁動勢 的轉(zhuǎn)速為 ，而轉(zhuǎn)子我們分開看：首先轉(zhuǎn)子磁動勢相對于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為 而轉(zhuǎn)子本身又是以轉(zhuǎn)速n 旋轉(zhuǎn)，為此站在定子繞組上看轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動勢的轉(zhuǎn)速為 于是，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動勢相對于定子繞組的轉(zhuǎn)速為：,可見，轉(zhuǎn)子磁動勢和定子磁動勢的轉(zhuǎn)速在空間總是等于同步轉(zhuǎn)速，始終保持相對靜止，即定、轉(zhuǎn)子磁勢之間沒有相對運(yùn)動！所以，感應(yīng)電機(jī)在任何異步轉(zhuǎn)速下均能產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩，并實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。 所以：合成的總磁動勢，仍用 來表示。即 這種情況下的合成磁動勢，與前面介紹過的兩種情況下的勵磁磁動勢，就實(shí)質(zhì)來說都一樣，都是產(chǎn)生氣隙每極主磁通的勵磁磁動勢。就大小來說，不一定都一樣大。,9.3.4 轉(zhuǎn)子繞組頻率的折合: 通過對轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的分析可知,轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)后,轉(zhuǎn)子頻率的大小僅僅影響轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動勢相對于轉(zhuǎn)子本身的轉(zhuǎn)速 ,轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動勢相對于定子的轉(zhuǎn)速永遠(yuǎn)為同步轉(zhuǎn)速,與轉(zhuǎn)子電流的頻率無關(guān),另外,定轉(zhuǎn)子之間是通過磁動勢相聯(lián)系的,所以只要保持轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動勢的大小不變,至于電流的頻率是多少無所謂.根據(jù)這個概念,我們對下式進(jìn)行變換:,同時，在頻率變換的過程中，除了電流有效值保持不變外，轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)角 也沒有發(fā)生任何變化。即 在上式的推導(dǎo)過程中，并沒做任何的假設(shè)，結(jié)果證明了兩個電流 和 的有效值以及初相角完全相等,但此時的頻率以從 變成 ,下面我們來分析一下這兩個有效值相等的電流和它們的頻率如何。,由此可見,頻率折算是用一個靜止的電阻為 的等效轉(zhuǎn)子去代替電阻為R2的實(shí)際旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子,等效轉(zhuǎn)子將于實(shí)際轉(zhuǎn)子具有相同的轉(zhuǎn)子磁動勢.,此時，轉(zhuǎn)子電路雖然經(jīng)過這種變換，但是從定子邊看轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁通勢并沒有發(fā)現(xiàn)任何不同，兩個情況下產(chǎn)生的磁通勢的幅值大小是完全一樣的，這就是轉(zhuǎn)子電路的頻率折算，即：把轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時實(shí)際頻率為f2的電路，變成了轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)，頻率為f1的電路。 而把上式得到的電阻的形式再進(jìn)行變形，可以分解成， 很明顯和轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時相比，轉(zhuǎn)子側(cè)多了一個電阻。,注意:它的電動勢為轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時 （注意不是轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時的電動勢），轉(zhuǎn)子回路的電阻變成 ，漏電抗變成 。對其中轉(zhuǎn)子回路電阻來說，除了原來轉(zhuǎn)子繞組本身電阻 外，相當(dāng)于多串一個大小為 的電阻,由等效電路可見.而這個電阻很重要！,我們知道在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時有機(jī)械能產(chǎn)生，在經(jīng)過了頻率折算后，得到轉(zhuǎn)子側(cè)的頻率和定子側(cè)的頻率相等，而我們知道在轉(zhuǎn)子靜止轉(zhuǎn)子短路的情況下，我們得到兩側(cè)的頻率相等的情況，能量是不能憑空消失的，所以，顯然，此時我們是用一個靜止的轉(zhuǎn)子電阻來代替旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子電阻，即用在靜止的轉(zhuǎn)子上消耗的電功率來等值代替旋轉(zhuǎn)的時候產(chǎn)生的機(jī)械能。 再考慮把轉(zhuǎn)子繞組的相數(shù)、匝數(shù)以及繞組系數(shù)都折合到定子邊，轉(zhuǎn)子回路的電壓方程式則變?yōu)?：,當(dāng)異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子電路進(jìn)行了頻率折合后， 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁通勢的幅值可寫成: 再考慮轉(zhuǎn)子繞組的相數(shù)、匝數(shù)折合， 為:,這樣一來，定、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動勢的關(guān)系 ，又可寫 : 9.3.5 基本方程式、等值電路和時間空間向量圖 : 與異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子繞組短路并把轉(zhuǎn)子堵住不轉(zhuǎn)時相比較，在基本方程式中，只有轉(zhuǎn)子繞組回路的電壓方程式有所差別，其他幾個方程式都一樣。可見，用式（7-10）代替式（7-7），就能得到異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的基本方程式，為:,這樣就可以畫出相應(yīng)的等值電路:,從等效電路圖上我們可以看出，轉(zhuǎn)子電路中多了一個表征機(jī)械負(fù)載的等效電阻 ，而在這個電阻上消耗的電功率在數(shù)值上剛好和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的機(jī)械功率相等。,當(dāng)異步電動機(jī)空載時，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速接近同步速，轉(zhuǎn)差率s很小， /s趨于， 電流可認(rèn)為等于零,這時定子電流就是勵磁電流,電動機(jī)的功率因數(shù)很低。 當(dāng)電動機(jī)運(yùn)行于額定負(fù)載時，轉(zhuǎn)差率 /s 約為 的20倍左右，等值電路里轉(zhuǎn)子邊呈電阻性，功率因數(shù)COS 較高。這時定子邊的功率因數(shù)COS 也比較高，可達(dá)0.80.85.,由于異步電動機(jī)定子漏阻抗不大,異步電動機(jī)從空載到額定負(fù)載運(yùn)行時，由于定于電壓不變，主磁通1基本上也是固定的數(shù)值。因此勵磁電流也差不多是個常數(shù)。但是，當(dāng)異步電動機(jī)剛起動時，轉(zhuǎn)速n0（s=1），這時定子電壓全部降落在定、轉(zhuǎn)子的漏阻抗上，已知定、轉(zhuǎn)子漏阻抗 ，這樣，定、轉(zhuǎn)子漏阻抗上的電壓降近似為定子電壓一半左右。也就是說，近似是的一半左右，氣隙主磁通1也將變?yōu)榭蛰d時的一半左右,這樣,根據(jù)上述五個基本方程式畫出的異步電動機(jī)時間空間相量圖，與三相變壓器帶純電阻負(fù)載運(yùn)行時的相量圖相似。,9.3.6 鼠籠轉(zhuǎn)子: 鼠籠轉(zhuǎn)子每相鄰兩根導(dǎo)條電動勢(電流)的相位相差的電角度與他們空間相差的電角度是相同的,導(dǎo)條是均勻分布的.若一對磁極范圍內(nèi)有m2根導(dǎo)條,轉(zhuǎn)子就感應(yīng)產(chǎn)生m2相對稱的感應(yīng)電動勢和電流.若一對磁極范圍內(nèi)的導(dǎo)條數(shù)不為整數(shù),則取m2等于轉(zhuǎn)子槽數(shù). 對于鼠籠轉(zhuǎn)子的整個分析過程和前面我們所用的方法相同,所以,在這里我們不在進(jìn)行詳細(xì)的分析.,第10章 三相異步電動機(jī)及機(jī)械特性,10.1 三相異步電動機(jī)的功率與轉(zhuǎn)矩 10.1.1 功率關(guān)系: 當(dāng)三相異步電動機(jī)以轉(zhuǎn)速n穩(wěn)定運(yùn)行時，從電源輸入的功率為 : 定子銅損耗 為:,在正常情況下，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速接近與同步轉(zhuǎn)速，所以轉(zhuǎn)子回路的鐵耗很小，我們給予忽略，因此只計定子回路的鐵耗： 從等值電路看出，傳輸給轉(zhuǎn)子回路的電磁功率等于轉(zhuǎn)子回路全部電阻上的損耗。 電磁功率也可表示為 ：,轉(zhuǎn)子繞組中的銅損耗為： 這樣電磁功率減去轉(zhuǎn)子銅耗，剩下的就是等效電阻上的損耗，而此損耗實(shí)際上是電機(jī)轉(zhuǎn)軸上總的機(jī)械功率，用 表示。 電動機(jī)在運(yùn)行時，會產(chǎn)生軸承以及風(fēng)阻等摩擦阻轉(zhuǎn)矩，這也要損耗一部分功率，把這部分功率叫做機(jī)械損耗，用 表示。,當(dāng)然除了這些損耗外，還有一些附加損耗等， 這樣，輸出功率為： 所以整個功率傳遞過程中的功率關(guān)系為： 功率流程圖：,從以上功率關(guān)系定量分析中看出，異步電動機(jī)運(yùn)行時電磁功率、轉(zhuǎn)子回路銅損耗和機(jī)械功率三者之間的定量關(guān)系是： 10.1.2 轉(zhuǎn)矩關(guān)系： 機(jī)械功率 除以軸的角速度就是電磁轉(zhuǎn)矩 ，即：,式中1為同步角速度（用機(jī)械角表示），對功率表達(dá)式進(jìn)行變形： T0是空載轉(zhuǎn)矩 10.1.3 電磁轉(zhuǎn)矩的物理表達(dá)式： 電磁功率除以同步機(jī)械角速度 得電磁轉(zhuǎn)矩：,式中 ： 是一常數(shù)，叫轉(zhuǎn)矩系數(shù)。,10.2 三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性,三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性是指在定子電壓、頻率和參數(shù)固定的條件下，電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速 （或轉(zhuǎn)差率 ）之間的函數(shù)關(guān)系。 10.2.1 機(jī)械特性的參數(shù)表達(dá)式: 已知:,異步機(jī)等值電路中，由于勵磁阻抗比定、轉(zhuǎn)子漏阻抗大很多，把T型等值電中勵磁阻抗這一段電路前移來計算 ，誤差很小,故: 代入上面電磁轉(zhuǎn)矩公式中去，得到:,這就是機(jī)械特性的參數(shù)表達(dá)式。固定 、及阻抗等參數(shù)， 畫成曲線便為Ts曲線。 10.2.2固有機(jī)械特性: 1)固有機(jī)械特性曲線:,有了機(jī)械特性的表達(dá)式,我們就可以作出相應(yīng)的特性曲線.根據(jù)條件 的不同,特性曲線又可以分為固有機(jī)械特性曲線和人為特性曲線: 固有機(jī)械特性曲線:三相異步電動機(jī)在電壓、頻率均為額定值不變，定、轉(zhuǎn)子回路不串入任何電路元時的機(jī)械特性稱為固有機(jī)械特性，如圖. 從圖上我們可以看出相異步電動機(jī)固有機(jī)械特性不是一條直線，它具有以下特點(diǎn)： （1）在0S1，即n0的范圍內(nèi)，特性在第象限，電磁轉(zhuǎn)矩T和轉(zhuǎn)速n都為正，從正方向規(guī)定判斷，T與n同方向，如圖所示。電動機(jī)工作在這范圍內(nèi)是電動狀態(tài)。這也是我們分析的重點(diǎn).,（2）在s0范圍內(nèi)，n ，特性在第象限，電磁轉(zhuǎn)矩為負(fù)值，是制動性轉(zhuǎn)矩，電磁功率也是負(fù)值，是發(fā)電狀態(tài)，如圖左上部所示,機(jī)械特性在 S0和s0兩個范圍內(nèi)近似對稱。 （3）在s1范圍內(nèi)，nO，特性在第象限，T0，也是一種制動狀態(tài)，如圖右下部所示。在第象限電動狀態(tài)的特性上，B點(diǎn)為額定運(yùn)行點(diǎn)，其電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速均為額定值。A點(diǎn)， T=0,為理想空載運(yùn)行點(diǎn)。C點(diǎn)是電磁轉(zhuǎn)矩最大點(diǎn)。D點(diǎn)n=0，轉(zhuǎn)矩為TS，是起動點(diǎn)（見圖 ）。,2)最大電磁轉(zhuǎn)矩: 正、負(fù)最大電磁轉(zhuǎn)矩可以從參數(shù)表達(dá)式求得，令 : 得到最大電磁轉(zhuǎn)矩: 最大轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的轉(zhuǎn)差率稱為臨界轉(zhuǎn)差率,一般情況下， 值不超過 的5%，可以忽略。這樣一來，有: 也就是說，異步發(fā)電機(jī)狀態(tài)和電動機(jī)狀態(tài)的最大電磁轉(zhuǎn)矩絕對值可近似認(rèn)為相等，臨界轉(zhuǎn)差率也近似認(rèn)為相等，機(jī)械特性具有對稱性。,過載倍數(shù):最大電磁轉(zhuǎn)矩與額定電磁轉(zhuǎn)矩的比值即最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)，又稱過載能力，用表示為 一般三相異步電動機(jī)=1.62.2,起重、冶金用的異步電動機(jī)=2.22.8。 3.起動轉(zhuǎn)矩: 滿足n=0，s=1的電磁轉(zhuǎn)矩,將s1代入式（7-14）中，得到起動轉(zhuǎn)矩為:,從式中看出，TS與電壓平方成正比，而且轉(zhuǎn)子電阻越大，起動轉(zhuǎn)矩越大，漏電抗越大，起動轉(zhuǎn)矩越小。 起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù):起動轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比值稱為起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)，用 表示， 電動機(jī)起動時，只有TS大于(1.11.2)倍的負(fù)載轉(zhuǎn)矩才可順利起動。一般異步電動機(jī)起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù) =0.81.2。,4.穩(wěn)定運(yùn)行問題: 從三相異步電動機(jī)機(jī)械特性上看，當(dāng)0s ，機(jī)械特性下斜，拖動恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載和泵類負(fù)載運(yùn)行時均能穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng) s1，機(jī)械特性上翹，拖動恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載不能穩(wěn)定運(yùn)行。拖動泵類負(fù)載時，滿足 處 的條件，即可以穩(wěn)定運(yùn)行。但是由于這時候轉(zhuǎn)速低，轉(zhuǎn)差率大，轉(zhuǎn)子電動勢 比正常運(yùn)行時大很多，造成轉(zhuǎn)子電流、定子電流均很大，不能長期運(yùn)行。因此三相異步電動機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行在0s 范圍內(nèi)，長期穩(wěn)定運(yùn)行在0s 范圍內(nèi)。,10.2.3 人為機(jī)械特性: 從機(jī)械特性表達(dá)式上我們可以看出我們可以通過改變一些參數(shù)使得特性曲線更滿足用戶的需要,這樣就得到了我們的人為機(jī)械特性曲線. 1)降低定子端電壓的人為機(jī)械特性: 除了自變量與因變量外，保持其它量都不變，只改變定子電壓的大小，研究這種情況下的機(jī)械特性。由于異步電機(jī)的磁路在額定電壓下已有點(diǎn)飽和了，故不宜再升高電壓。下面只討論降低定子端電壓時的人為機(jī)械特性。,從表達(dá)式上可以看出,異步電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速與電壓無關(guān)不同電壓的人為機(jī)械性，都得通過 點(diǎn)。我們知道，電磁轉(zhuǎn)矩T與 成正比，為此最大轉(zhuǎn)矩 以及起動轉(zhuǎn)矩TS都要隨 的降低而按 的平方減小。而最大轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的轉(zhuǎn)差率 不變。如圖所示。 2轉(zhuǎn)子回路串入三相對稱電阻的人為機(jī)械特性: 繞線式三相異步電動機(jī)通過滑環(huán)，可以把 三相對稱電阻串入轉(zhuǎn)子回路而后三相再短路。,從機(jī)械特性的表達(dá)式上可以看出,最大電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子每相電阻值無關(guān)，即轉(zhuǎn)子串入電阻后，Tm不變。從式（10-6）看出，臨界轉(zhuǎn)差率: 轉(zhuǎn)子回路串電阻并不改變同步轉(zhuǎn)速.轉(zhuǎn)子回路串三 相對稱電阻后的人為機(jī)械特性圖所示。 從圖看出，轉(zhuǎn)子回路稍串入一些電阻，可以增大 起動轉(zhuǎn)矩，串的電阻合適時，,（,+R）,但是若串入轉(zhuǎn)子回路的電阻再增加，則 1了。因此轉(zhuǎn)子回路串電阻增大起動轉(zhuǎn)矩并非是電阻越大越好，而是有一個限度，如圖所示。 除了上面兩種方法,還可以改變定子電源頻率,這種方法我們異步電動機(jī)起動與調(diào)速方法中介紹。 10.2.4 機(jī)械特性的實(shí)用公式: 1實(shí)用公式: 實(shí)際應(yīng)用時，三相異步電機(jī)的參數(shù)不易得到， 這樣我們用前面的機(jī)械特性表達(dá)式就很不方便,所以,在實(shí)際工程中,若利用異步電機(jī)產(chǎn)品目錄中給出的數(shù)據(jù)，找出異步電動機(jī)的機(jī)械特性公式，即便是粗糙些，但也很有用，這就是實(shí)用公式。下面我們進(jìn)行一下推導(dǎo)。,以知: 代入上式,于是上式變?yōu)?,式中: 其中 大約在0.10.2范圍內(nèi)，上式中，顯然在任何s值時，都有 而q 2可忽略，這樣上式可簡化為,這就是三相異步電動機(jī)機(jī)械特性的實(shí)用公式。 2實(shí)用公式的使用: 從實(shí)用公式看出，必須先知道最大轉(zhuǎn)矩及臨界轉(zhuǎn)差率才能計算。而額定輸出轉(zhuǎn)矩可以通過額定功率和額定轉(zhuǎn)速計算，在實(shí)際應(yīng)用中，忽略空載轉(zhuǎn)矩，近似認(rèn)為 。過載能力可從產(chǎn)品目錄中查到，故 便可確定。 下面再推導(dǎo)一下臨界轉(zhuǎn)差率 的計算公式。,若用額定工作點(diǎn)的 和 ，將其代入上式 此式使用時，額定工作點(diǎn)的數(shù)據(jù)是已知的。,若使用實(shí)用公式時，不知道額定工作點(diǎn)數(shù)據(jù)，更多的情況是在人為機(jī)械特性上運(yùn)行（機(jī)械特性照樣可以用實(shí)用公式計算），但該特性上沒有額定運(yùn)行點(diǎn)，這時可用如下公式： 異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩實(shí)用公式很簡單，使用起來也較方便，應(yīng)該記住。同時最大轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的轉(zhuǎn)差率 的公式也應(yīng)記住。,當(dāng)三相異步電動機(jī)在額定負(fù)載范圍內(nèi)運(yùn)行時，它的轉(zhuǎn)差率小于額定轉(zhuǎn)差率（ 0.010.05）。這就是說 忽略s/ ，式（10-8）變成為 : 經(jīng)過以上簡化，使三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性呈線性變化關(guān)系，使用起來更為方便。但是，上式只能用于轉(zhuǎn)差率在 s0的范圍內(nèi)。,10.3 三相異步電動機(jī)的工作特性及其測試方法,異步電動機(jī)的工作特性: 指 時電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n、定子電流 ,功率因數(shù) 電磁轉(zhuǎn)矩T、效率等與輸出功率P2的關(guān)系。 可以通過直接給異步電動機(jī)帶負(fù)載測得工作特性，也可以利用等值電路計算而得。 下面，我們將分別進(jìn)行介紹.,1)轉(zhuǎn)速特性 : 三相異步電動機(jī)空載時，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n接近于同步轉(zhuǎn)速 。隨著負(fù)載的增加，轉(zhuǎn)速n要略微降低，這時轉(zhuǎn)子電動勢 增大，轉(zhuǎn)子電流 增大，以產(chǎn)生大的電磁轉(zhuǎn)矩來平衡負(fù)載轉(zhuǎn)矩。因此，隨著P2的增加，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n下降，轉(zhuǎn)差率s增大。 2)定子電流特性 空載時,轉(zhuǎn)子電流基本上為零,此時的定子電流就是勵磁電流I0,隨著負(fù)載的增加,轉(zhuǎn)速降低,轉(zhuǎn)子電流增大,定子電流也增大.,3)定子邊功率因數(shù) 以知三相異步電動機(jī)運(yùn)行時必須從電網(wǎng)中吸收滯后的無功功率來建立磁場,所以它的功率因數(shù)永遠(yuǎn)小于1.空載時,定子側(cè)的功率因數(shù)很低,不超過0.2,接近額定負(fù)載時,定子電流中的有功電流增加,使功率因數(shù)提高,接近負(fù)載時,功率因數(shù)接近于1.但是如果進(jìn)一步增大負(fù)載,由于轉(zhuǎn)差率的增大,使功率因數(shù)角增大,則功率因數(shù)減小.,4)電磁轉(zhuǎn)矩特性 穩(wěn)定運(yùn)行時異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩方程為 輸出功率 ，所以 當(dāng)電動機(jī)空載時，電磁轉(zhuǎn)矩 。隨著負(fù)載增加， 增大，由于機(jī)械角速度變化不大，電磁轉(zhuǎn)矩T隨的變化近似地為一條直線。 5) 效率特性:,空載時， = 0， 0，隨著輸出功率的增加，效率也在增加。在正常運(yùn)行范圍內(nèi)因主磁通變化很小，所以鐵損耗變化不大，機(jī)械損耗變化也很小，合起來叫不變損耗。定、轉(zhuǎn)子銅損耗與電流平方成正比，變化很大，叫可變損耗。當(dāng)不變損耗等于可變損耗時，電動機(jī)的效率達(dá)最大。對中、小型異步電動機(jī)，大約 時，效率最高。如果負(fù)載繼續(xù)增大，效率反而要降低。一般來說，電動機(jī)的容量越大，效率越高。,10.3.2 用試驗(yàn)法測三相異步電動機(jī)的工作特性: 直接負(fù)載試驗(yàn)是在電源電壓為額定電壓、額定頻率的條件下，給電動機(jī)的軸上帶上不同的機(jī)械負(fù)載，測量不同負(fù)載下的輸入功率、定子電流、轉(zhuǎn)速n，即可算出各種工作特性，并畫成曲線。,10.4三相異步電動機(jī)參數(shù)的測定,上面已經(jīng)說明，為了要用等值電路計算異步電動機(jī)的工作特性，應(yīng)先知道它的參數(shù)。和變壓器一樣，通過做空載和短路（堵轉(zhuǎn)）兩個試驗(yàn)，就能求出異步電動機(jī)的參數(shù)來。 10.4.1短路(堵轉(zhuǎn))實(shí)驗(yàn):,短路試驗(yàn)又叫堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)，即把繞線式異步電機(jī)的轉(zhuǎn)于繞組短路，并把轉(zhuǎn)子卡住，不使其旋轉(zhuǎn)，鼠籠式電機(jī)轉(zhuǎn)子本身已短路。 實(shí)驗(yàn)過程:從 開始,然后逐漸降低電壓。 實(shí)驗(yàn)過程:記錄定子繞組加的端電壓、定子電流 和定子輸入功率 。試驗(yàn)時，還應(yīng)量測定子繞組每相電阻 的大小。根據(jù)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，畫出異步電動機(jī)的短路特性 、 ,如圖所示。,因電壓低鐵損耗可忽略，為了簡單起見，可認(rèn)為 由于試驗(yàn)時，轉(zhuǎn)速n0，機(jī)械損耗 ,定子全部的輸入功率 都損耗在定、轉(zhuǎn)子的電阻上，即 由于 所以,根據(jù)短路試驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)，可以算出短路阻抗、短路電阻和短路電抗。即,10.4.2空載實(shí)驗(yàn): 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?為了測勵磁阻抗 機(jī)械損耗pm,鐵心損耗pFe 。 試驗(yàn)過程:轉(zhuǎn)軸上不加任何負(fù)載，即電動機(jī)處于空載運(yùn)行，把定子繞組接到頻率為額定的三相對稱電源上，當(dāng)電源電壓為額定值時，讓電動機(jī)運(yùn)行一段時間，使其機(jī)械損耗達(dá)到穩(wěn)定值。用調(diào)壓器改變加在電動機(jī)定于繞組上的電壓，使其從（1.11.3）開始，逐漸降低電壓 ,直到電動機(jī)的轉(zhuǎn)速,發(fā)生明顯的變化為止。記錄電動機(jī)的端電壓、空載電流、空載功率P。和轉(zhuǎn)速n，并畫成曲線。如圖所示，即異步電動機(jī)的空載特性。 由于異步電動機(jī)處于空載狀態(tài)，轉(zhuǎn)子電流很小，轉(zhuǎn)子里的銅損耗可忽略不計。所以這個時候的空載損耗全部消耗在定子銅耗,鐵耗,機(jī)械損耗,和附加損耗中,既:,轉(zhuǎn)換一下: 在上面的損耗中,鐵耗和附加損耗是隨著定子的端電壓變化的,與磁密的平方成正比,近似地看成為與電動機(jī)的端電壓成正比。 而機(jī)械損耗與電壓無關(guān),只要轉(zhuǎn)速不變,可認(rèn)為是常數(shù).這樣就可以作出 對 的關(guān)系曲線.,如圖所示,把圖中曲線延長與縱坐標(biāo)軸交于點(diǎn) ，過 做一水平虛線，把曲線的縱坐標(biāo)分成兩部分。由于機(jī)械損耗與轉(zhuǎn)速有關(guān)，電動機(jī)空載時，轉(zhuǎn)速接近于同步轉(zhuǎn)速，對應(yīng)的機(jī)械損耗是個不變的數(shù)值。即可由虛線與橫坐標(biāo)軸之間的部分來表示這個損耗，其余部分當(dāng)然就是鐵損耗和空載附加損耗了。 定子加額定電壓時，根據(jù)空載試驗(yàn)測得的數(shù)據(jù) 和 ，可以算出:,式中 是測得的三相功率； 、 分別是相電流和相電壓。 可從短路（堵轉(zhuǎn)）試驗(yàn)中測出， 于是勵磁電抗:,勵磁電阻為:,第11章 三相異步電動機(jī)的起動、制動與調(diào)速,我們知道異步電動機(jī)的作用就是拖動負(fù)載工作，那么關(guān)于它的起動、制動和調(diào)速問題就是我們關(guān)心的重點(diǎn)。 在三相異步電動機(jī)電力拖動系統(tǒng)中，電動機(jī)轉(zhuǎn)速、電磁轉(zhuǎn)矩、負(fù)載轉(zhuǎn)矩等物理量的正方向，都按電動機(jī)慣例規(guī)定。本章討論三相異步電動機(jī)的起動、調(diào)速及各種運(yùn)行狀態(tài)。,11.1 三相異步電動機(jī)的直接起動 對于電動機(jī)來說最簡單、最直接的起動方法就是我們大家能最先想到的直接起動法。由前面所介紹的機(jī)械特性出發(fā)，我們知道如果在額定電壓下直接起動三相異步電動機(jī)，由于最初起動瞬間主磁通約減少到額定值的一半，功率因數(shù)cos 很低，造成了起動電流相當(dāng)大而起動轉(zhuǎn)矩并不大的結(jié)果。以普通鼠籠式三相異步電動機(jī)為例，起動電流,起動轉(zhuǎn)矩 如圖所示為三相異步電動機(jī)直接起動時的固有機(jī)械特性與電流特性，其中 為定子每相電流，而 一般地說，容量在7.5kw以下的小容量鼠籠式異步電動機(jī)都可直接起動。 起動電流較大有什么影響呢？ 1、首先對于繞組來說是非常不利的，如果電機(jī)是屬于頻繁起動的，頻繁出現(xiàn)短時大電流會使電動機(jī)內(nèi)部發(fā)熱較多而過熱。 2 對于變壓器而言，整個交流電網(wǎng)的容量相對于,單個的三相異步電動機(jī)來講是非常大的。但是具體到直接供電的變壓器來講，容量卻是有限的。若變壓器額定容量相對不夠大時，電動機(jī)短時較大的起動電流，會使變壓器輸出電壓短時下降幅度較大，超過了正常規(guī)定值，例如 U 10或更嚴(yán)重。這樣一來，影響了幾個方面： （1）起動電動機(jī)本身，由于電壓太低起動轉(zhuǎn)矩下降很多（ ），當(dāng)負(fù)載較重時，可起動不了。 （2）影響由同一臺配電變壓器供電的其他負(fù)載，比如說電燈會變暗，數(shù)控設(shè)備可能失常，重載的異步電動機(jī)可能停轉(zhuǎn)等。,起動轉(zhuǎn)矩不大有什么影響呢 ？ 很顯然，電機(jī)的起動是非常吃力的， l.1-1.2的條件下，電動機(jī)才能正常起動。一般地說，如果異步電動機(jī)輕載和空載起動，直接起動時的起動轉(zhuǎn)矩就夠大了，但是如果是重載起動例如 ，且要求起動過程快時，某些異步電動機(jī)例如繞線式三相異步電動機(jī)， 往往小于1，直接起動的起動轉(zhuǎn)矩就不夠大了。,從上面分析看出，三相異步電動機(jī)直接起動有些情況下是可行的，而下面兩種情況下是不可行的：變壓器與電動機(jī)容量之比不足夠大；起動轉(zhuǎn)矩不能滿足要求。 不能直接起動的第種情況下需要減小起動電流，第種情況下需要加大起動轉(zhuǎn)矩。 即起動必須滿足的條件是： 起動電流要足夠??；起動轉(zhuǎn)矩要足夠大。 起動電流：,從上面兩個表達(dá)式我們可以看出，降低起動電流的方法有：降低電源電壓；加大定子邊電抗或電阻；加大轉(zhuǎn)子邊電阻或電抗。加大起動轉(zhuǎn)矩的方法只有適當(dāng)加大轉(zhuǎn)子電阻，但不能過份，否則起動轉(zhuǎn)矩反而可能減小。 而直接起動的最大優(yōu)點(diǎn)就是不需要專門的起動設(shè)備。,11.2 三想鼠籠異步電動機(jī)的降壓起動,11.2.1 定子串接電抗器起動： 三相異步電動機(jī)定子串電抗器起動，起動時電抗器接入定子電路；起動后，切除電抗器，進(jìn)入正常運(yùn)行。顯然此時的電抗器起到了分壓的作用。三相異步電動機(jī)直接起動時，其每相等值電路如圖（a）所示，電源電壓 直接加在短路阻抗 上。定子邊串入電抗X起動時，每相等值電路如圖（b）所示，,加在（jX ）上，而 上的電壓是 。定子邊串電抗起動可以理解為增大定子邊電抗值，也可以理解為降低定子實(shí)際所加電壓，其目的是減小起動 電流。根據(jù)等值電路，可以得出 我們知道，三相異步電動機(jī)直接起動時轉(zhuǎn)子功率因數(shù)很低，這是由于電動機(jī)設(shè)計時，短路阻抗,所至，一般說來， 因此，串電抗起動時，可以近似把 看成是電抗性質(zhì)。設(shè)串電抗時電動機(jī)定子電壓與直接起動時電壓比值為u，則,顯然，定子串電抗器起動，降低了起動電流，但起動轉(zhuǎn)矩降低得更多。因此，定子串電抗器起動，只能用于空載和輕載。 工程實(shí)際中，往往先給定線路允許電動機(jī)起動電流的大小 ，再計算電抗X的大小。計算公式推導(dǎo)如下： 其中短路阻抗為,若定子回路串電阻起動，也屬于降壓起動，也可以降低起動電流。但由于外串的電阻上有較大的有功功率損耗，特別對中型、大型異步電動機(jī)更不經(jīng)濟(jì)，因此這里不予介紹。 11.2.2 Y一 起動： 在這里主要是利用了星三角電壓之間 的關(guān)系，我們知道在星接中線電壓是相電壓的 倍，注意這種方法只適用與繞組在起動的時候是星接，而運(yùn)行的時候是角接。如圖所示：,試想一下，如果起動的時候是角接，這樣，相電壓等于線電壓 每相起動電流為 線上的起動電流為 。而如果起動時定子繞組Y接，如圖（b）所示，每根起動電壓為 每相起動電流，則,線起動電流為 :,上式說明，Y一 起動時，盡管相電壓和相電流與直接起動時相比降低到原來的1，但是對供電變壓器造成沖擊的起動電流則降低到直接起動時的13。 直接起動時起動轉(zhuǎn)矩為 ，Y一 起動時起動轉(zhuǎn)矩為 ，則： Y一 起動可以用于拖動 的輕負(fù)載。在輕載起動條件下，應(yīng)該優(yōu)先采用。,11.2.3自耦變壓器（起動補(bǔ)償器）降壓起動： 如圖所示： 我們在前邊已經(jīng)學(xué)過了自耦變壓器的工作原理，在這里就是利用了自耦變壓器有抽頭可供選用，比較靈活，可以實(shí)現(xiàn)不同要求的降壓。 電動機(jī)起動電壓下降為 ， 與直接起動時電壓的關(guān)系為,電動機(jī)降壓起動電流為 ，與直接起動的起動電流 之間關(guān)系是： 自耦變壓器原邊的起動電流為 ，與 之間關(guān)系為： 因此降壓起動與直接起動相比，供電變壓器的起動電流的關(guān)系為：,自耦變壓器起動時記起動轉(zhuǎn)矩為 ，與直接起動時起動轉(zhuǎn)矩 之間的關(guān)系為： 采用自耦變壓器降壓起動時，與直接起動相比較，電壓降低到 倍，起動電流與起動轉(zhuǎn)矩降低到 倍。,實(shí)際上起動用的自耦變壓器，備有幾個抽頭供選用。例如QJ 2型有三種抽頭，分別為5