《驅(qū)動電動機》ppt課件

1、第3章驅(qū) 動 電 動 機 第3章驅(qū) 動 電 動 機 3.1 3.1 直流電動機直流電動機3.2 3.2 三相異步電動機的任務(wù)原理及特性三相異步電動機的任務(wù)原理及特性3.3 3.3 步進電動機步進電動機3.4 3.4 直流伺服電動機直流伺服電動機3.5 3.5 交流伺服電動機交流伺服電動機第3章驅(qū) 動 電 動 機 3.1 直直 流流 電電 動動 機機 3.1.1 3.1.1 直流電動機的構(gòu)造和任務(wù)原理直流電動機的構(gòu)造和任務(wù)原理1 1 直流電動機的構(gòu)造直流電動機的構(gòu)造直流電動機由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。直流電機運轉(zhuǎn)時直流電動機由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。直流電機運轉(zhuǎn)時靜止不動的部分稱為定子，定子的主

2、要作用是產(chǎn)生磁場，由機靜止不動的部分稱為定子，定子的主要作用是產(chǎn)生磁場，由機座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷安裝等組成。運轉(zhuǎn)時座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷安裝等組成。運轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)動的部分稱為轉(zhuǎn)子，其主要作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動轉(zhuǎn)動的部分稱為轉(zhuǎn)子，其主要作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動勢，勢， 是直流電機進展能量轉(zhuǎn)換的樞紐，所以通常又稱為電樞，是直流電機進展能量轉(zhuǎn)換的樞紐，所以通常又稱為電樞， 由轉(zhuǎn)軸、電樞鐵心、電樞繞組、換向器和風(fēng)扇等組成。圖由轉(zhuǎn)軸、電樞鐵心、電樞繞組、換向器和風(fēng)扇等組成。圖3 31 1是直流電機的縱剖面圖，圖是直流電機的縱剖面圖，圖3 32 2是橫剖面表示圖。是橫剖面

3、表示圖。第3章驅(qū) 動 電 動 機 圖3-1 直流電機的縱剖面圖 第3章驅(qū) 動 電 動 機 圖3-2 直流電機橫剖面表示圖 1234567891電樞繞組；2電樞鐵心；3機座；4主磁極鐵心；5勵磁繞組；6換向極繞組；7換向極鐵心；8主磁極極靴；9機座底腳第3章驅(qū) 動 電 動 機 1 定子部分(1) 主磁極。主磁極由主磁極鐵心和勵磁繞組兩部分組成， 其作用是產(chǎn)生氣隙磁場。鐵心用0.51.5 mm厚的鋼板沖片疊壓鉚緊而成，上面套勵磁繞組的部分稱為極身，下面擴寬的部分稱為極靴，極靴寬于極身，既可以使氣隙中磁場分布比較理想， 又便于固定勵磁繞組。勵磁繞組用絕緣銅線繞制而成。勵磁繞組套在極身上， 再將整個主

4、磁極用螺釘固定在機座上。 第3章驅(qū) 動 電 動 機 (2) 換向極。兩相鄰主磁極之間的小磁極叫換向極，也叫附加極或間極。換向極的作用是改善換向，減小電機運轉(zhuǎn)時電刷與換向器之間能夠產(chǎn)生的火花。換向極由換向極鐵心和換向極繞組組成。換向極鐵心普通用整塊鋼制成，對換向性能要求較高的直流電機，換向極鐵心可用1.01.5 mm厚的鋼板沖制疊壓而成。換向極繞組用絕緣導(dǎo)線繞制而成，套在換向極鐵心上。整個換向極用螺釘固定于機座上。換向極的數(shù)目與主磁極相等。 第3章驅(qū) 動 電 動 機 (3) 機座。電機定子部分的外殼稱為機座，見圖3-1中的3，一方面機座用來固定主磁極、換向極和端蓋，并對整個電機起支撐和固定作用，

5、另一方面也是磁路的一部分，借以構(gòu)成磁極之間磁的通路，磁統(tǒng)統(tǒng)過的部分稱為磁軛。為保證機座具有足夠的機械強度和良好的導(dǎo)磁性能，普通為鑄鋼件或由鋼板焊接而成。 第3章驅(qū) 動 電 動 機 (4) 電刷安裝。電刷安裝用以引入或引出直流電壓和直流電流。 電刷安裝由電刷、 刷握、刷桿和刷桿座等組成。電刷放在刷握內(nèi)，用彈簧壓緊，使電刷與換向器之間有良好的滑動接觸，刷握固定在刷桿上，刷桿裝在圓環(huán)形的刷桿座上， 相互之間必需絕緣。刷桿座裝在端蓋或軸承內(nèi)蓋上，圓周位置可以調(diào)整，調(diào)好以后加以固定。 第3章驅(qū) 動 電 動 機 2 轉(zhuǎn)子(電樞)部分 (1) 電樞鐵心。電樞鐵心是主磁通磁路的主要部分，同時用以嵌放電樞繞組。

6、為了降低電機運轉(zhuǎn)時電樞鐵心中產(chǎn)生的渦流損耗和磁滯損耗，電樞鐵心用0.5 mm厚的硅鋼片沖制的沖片疊壓而成，沖片的外形如圖3-3所示。疊成的鐵心固定在轉(zhuǎn)軸或轉(zhuǎn)子支架上，鐵心的外圓開有電樞槽，槽內(nèi)嵌放電樞繞組。第3章驅(qū) 動 電 動 機 圖3-3 電樞鐵心沖片1231齒；2槽；3軸向通風(fēng)孔第3章驅(qū) 動 電 動 機 (2) 電樞繞組。電樞繞組的作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動勢，是直流電機進展能量變換的關(guān)鍵部件。 它由許多線圈按一定規(guī)律銜接而成，線圈用高強度漆包線或玻璃絲包扁銅線繞成，不同線圈的線圈邊分上下兩層嵌放在電樞槽中，線圈與鐵心之間和上、下兩層線圈邊之間都必需妥善絕緣，為防止離心力將線圈邊甩出槽外

7、， 槽口用槽楔固定。 第3章驅(qū) 動 電 動 機 (3) 換向器。在直流電動機中，換向器配以電刷，能將外加直流電源轉(zhuǎn)換為電樞線圈中的交變電流，使電磁轉(zhuǎn)矩的方向恒定不變；在直流發(fā)電機中，換向器配以電刷，能將電樞線圈中感應(yīng)產(chǎn)生的交變電動勢轉(zhuǎn)換為正、負電刷上引出的直流電動勢。換向器是由許多換向片組成的圓柱體，換向片之間用云母片絕緣，換向片的緊固通常如圖3-4所示，換向片的下部做成鴿尾形，兩端用鋼制V形套筒和V形云母環(huán)固定， 再用螺母鎖緊。 第3章驅(qū) 動 電 動 機 圖3-4 普通換向器 第3章驅(qū) 動 電 動 機 (4) 轉(zhuǎn)軸。轉(zhuǎn)軸起轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的支撐作用，需有一定的機械強度和剛度，普通用圓鋼加工而成。 第

8、3章驅(qū) 動 電 動 機 2 直流電動機的任務(wù)原理任何電機的任務(wù)原理都是建立在電磁力和電磁感應(yīng)根底之上的，直流電動機也是如此。直流電動機任務(wù)時電刷兩端外加直流電源，轉(zhuǎn)子上同軸銜接機械負載。如圖3-5所示，電機作為電動機運轉(zhuǎn)時，由直流電源把直流電能經(jīng)電刷A、B引入電機，在圖3-5a所示的瞬間，導(dǎo)體a的電流方向為，導(dǎo)體b的電流方向為，載流導(dǎo)體在磁場中遭到電磁力作用，方向由左手法那么確定，a、b導(dǎo)體所受的電磁力對軸構(gòu)成一個順時針方向的轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩，當電磁轉(zhuǎn)矩大于阻力矩時，電樞沿順時針方向旋轉(zhuǎn)。 第3章驅(qū) 動 電 動 機 圖3-5直流電動機的任務(wù)原理NSTnaABb(a)NSTnbABa(b)第3章驅(qū)

9、動 電 動 機 直流電機的電樞電勢a是指電機正負電刷間的電勢，電樞電勢可用下式表示： nCEea3-1 式中，Ce為直流電機的電勢常量，與電機的構(gòu)造有關(guān)，P為電機的極對數(shù)；N為電樞的總導(dǎo)體數(shù)；a為并聯(lián)支路對數(shù); 為正、 負電刷間的磁通;n為電機的轉(zhuǎn)速。 電樞繞組感應(yīng)電勢的方向， 用右手法那么斷定。 aPNCe60第3章驅(qū) 動 電 動 機 直流電機電樞繞組中的電流與磁通相互作用，產(chǎn)生電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩。電磁轉(zhuǎn)矩T是指電樞繞組中每根導(dǎo)體所受電磁轉(zhuǎn)矩的和。 電磁轉(zhuǎn)矩可用下式表示： aTICT 3-2 式中,CT為直流電機的轉(zhuǎn)矩常量，與電機的構(gòu)造有關(guān),為正、負電刷間的磁通；Ia為電樞電流。 2PNCT;

10、第3章驅(qū) 動 電 動 機 由于 ,60,2aPNCaPNCeT所以 eTCaPNC55. 9602603-3 無論是發(fā)電機還是電動機，電磁功率均指電機經(jīng)過電磁感應(yīng)原理進展能量轉(zhuǎn)換的這部分功率，既可以表示為機械功率的方式，也可以表示為電功率的方式。 因此，無論是發(fā)電機還是電動機，電磁功率都可表示為 Pem=EaIa=T 3-4 第3章驅(qū) 動 電 動 機 3 直流電機的可逆原理直流發(fā)電機和電動機的構(gòu)造完全一樣，每一臺電機既可以作為發(fā)電機運轉(zhuǎn)，也可以作為電動機運轉(zhuǎn)， 這一性質(zhì)稱為直流電機的可逆原理。電機的實踐運轉(zhuǎn)方式由外部條件決議： 假設(shè)在電機軸上施加外力，使電樞轉(zhuǎn)動，那么電機可以把輸入的機械能轉(zhuǎn)換

11、為直流電能輸出，電機作為發(fā)電機運轉(zhuǎn)；假設(shè)在電樞繞組兩端施加直流電源，輸入直流電流，那么電機可以把輸入的直流電能轉(zhuǎn)換為機械能輸出，電機作為電動機運轉(zhuǎn)。 發(fā)電機和電動機，不是兩種不同的電機，而是同一電機的兩種不同的運轉(zhuǎn)方式。 第3章驅(qū) 動 電 動 機 3.1.2 直流電動機的機械特性直流電動機的機械特性 1 機械特性方程式機械特性方程式 他勵直流電動機的機械特性方程式可由電動機的根本方程式導(dǎo)出。他勵直流電動機的電路原理接線圖如圖3-6所示。 第3章驅(qū) 動 電 動 機 圖 3-6 他勵直流電動機的接線圖 UMIaEaRpaIfUfRfrf第3章驅(qū) 動 電 動 機 根據(jù)電路圖可以列出電動機的根本方程式

12、為電勢方程式：U=Ea+IaR電樞電勢：Ea=Cen電磁轉(zhuǎn)矩：T=CTIa式中,R=Ra+RPa，表示電樞總電阻，包括電樞電阻a和附加電阻RPa 。 第3章驅(qū) 動 電 動 機 將Ea和T的表達式代入電勢方程式中，可得機械特性方程式為 TCCRCUnTee23-5 在機械特性方程式3-5中，當電源電壓U、電樞總電阻R、磁通為常數(shù)時，即可畫出一條向下傾斜的直線如圖3-7所示，這根直線就是他勵直流電動機的機械特性, 即n=f(T)。由圖可見，轉(zhuǎn)速n隨電磁轉(zhuǎn)矩T的增大而降低，這闡明電動機加上負載，轉(zhuǎn)速會有一些降落。 第3章驅(qū) 動 電 動 機 1) 理想空載點A0，n0 在方程式3-5中，當T=0時，n

13、=U/Ce稱為理想空載轉(zhuǎn)速n0，即 CUne03-6 由公式3-6可見，調(diào)理電源電壓U或磁通，可以改動理想空載轉(zhuǎn)速n0的大小。必需指出，電動機的實踐空載轉(zhuǎn)速n0比n0略低，如圖3-7所示。這是由于，電動機在實踐的空載形狀下運轉(zhuǎn)時，其輸出轉(zhuǎn)矩T2=0，但電磁轉(zhuǎn)矩T不能夠為零， 必需抑制空載阻力轉(zhuǎn)矩T0，即T=T0，所以實踐空載轉(zhuǎn)速n0為 0200TCCRnnTe3-7 第3章驅(qū) 動 電 動 機 2) 堵轉(zhuǎn)點BTK，0圖3-7中，機械特性與橫軸的交點B即為堵轉(zhuǎn)點。在堵轉(zhuǎn)點， n=0，因此Ea=0。此時電樞電流Ia=U/(Ra+RPa)=IK，稱為堵轉(zhuǎn)電流。與堵轉(zhuǎn)電流相對應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩TK=CTIK稱

14、為堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。 第3章驅(qū) 動 電 動 機 0TnBTT0n0AnT圖3-7他勵直流電動機的機械特性第3章驅(qū) 動 電 動 機 3) 機械特性的斜率方程式3-5中右邊第二項表示電動機帶負載后的轉(zhuǎn)速降，用n表示，那么 TTCCRnTe23-8 其中，表示機械特性的斜率，在同樣的理想空載轉(zhuǎn)速下，越小，n小，即轉(zhuǎn)速隨電磁轉(zhuǎn)矩的變化較小，稱此機械特性為硬特性；越大，n大，即轉(zhuǎn)速隨電磁轉(zhuǎn)矩的變化較大，稱此機械特性為軟特性。 2TeCCR第3章驅(qū) 動 電 動 機 將公式3-6及3-8代入式3-5，即得機械特性方程式的簡化式： Tnn03-9 第3章驅(qū) 動 電 動 機 2 固有機械特性固有機械特性當他勵電動機的電

15、源電壓當他勵電動機的電源電壓U=UN，磁通，磁通=N，電樞回路，電樞回路中附加電阻中附加電阻RPa=0時，電動機的機械特性稱為固有機械特性。時，電動機的機械特性稱為固有機械特性。 固有機械特性的方程式為固有機械特性的方程式為 TCCRCUnNTeaNeN23-10 根據(jù)公式3-10可繪出他勵直流電動機的固有機械特性如圖3-8所示。由于Ra較小，數(shù)值最大，所以特性的斜率最小，他勵直流電動機的固有機械特性較硬。 第3章驅(qū) 動 電 動 機 圖 3-8 他勵直流電動機的固有機械特性nNnn00TNT T第3章驅(qū) 動 電 動 機 3 人為機械特性1) 電樞回路串接電阻時的人為機械特性 此時U=UN，=N

16、，R=Ra+RPa，電樞串接電阻RPa時的人為機械特性方程式為 TCCRRCUnNTepaaNeN23-11 第3章驅(qū) 動 電 動 機 與固有機械特性相比，電樞回路串接電阻時的人為機械特性的特點是：理想空載點堅持不變；斜率隨的增大而增大，使轉(zhuǎn)速降n增大，特性變軟。如圖3-9所示是不同時的一組人為機械特性從理想空載點發(fā)出的一組射線。 NeNCUn0PaRPaR第3章驅(qū) 動 電 動 機 圖3-9 他勵直流電動機電樞回路串接電阻時的人為機械特性 nn00T TRaRaRPa1Ra RPa2第3章驅(qū) 動 電 動 機 2) 改動電源電壓時的人為機械特性此時，電樞不串接電阻，改動電源電壓時的人為機械特性方

17、程式為： 0PaRTCCRCUnNTeaNe23-12 留意：由于遭到絕緣強度的限制，因此電壓只能從額定值UN向下調(diào)理。 第3章驅(qū) 動 電 動 機 與固有機械特性相比，改動電源電壓時的人為機械特性的特點是： (1) 理想空載轉(zhuǎn)速n0隨電源電壓U的降低而成比例降低。(2) 斜率那么堅持不變，特性的硬度不變。圖3-10所示是不同電壓U時的一組人為機械特性一組平行直線。 第3章驅(qū) 動 電 動 機 圖3-10他勵直流電動機降壓時的人為機械特性n0T Tn01n02n03UNU1U2UNU1U2第3章驅(qū) 動 電 動 機 3) 改動磁通時的人為機械特性普通他勵直流電動機在額定磁通下運轉(zhuǎn)時，電機已接近飽和。

18、改動磁通只能在額定磁通以下進展調(diào)理。 此時U=UN，電樞不串接電阻PPa=0，減弱磁通時的人為機械特性方程式為 TCCRCUnNTeaNeN23-13 第3章驅(qū) 動 電 動 機 圖 3-11 他勵直流電動機弱磁時的人為機械特性 n0T Tn01n02n02N121N第3章驅(qū) 動 電 動 機 與固有機械特性相比，減弱磁通時的人為機械特性的特點是： (1) 理想空載點n0=UNCeN，減弱磁通，理想空載轉(zhuǎn)速n0升高。(2) 斜率與2成反比，減弱磁通，使斜率增大，特性變軟。如圖311所示是弱磁時的一組人為機械特性一組理想空載轉(zhuǎn)速升高， 斜率變大的直線。 顯然，在實踐運用中，有時需求同時改動兩個、甚至

19、三個參數(shù)，那么此時的人為機械特性同樣可根據(jù)特性方程式分析得到。 第3章驅(qū) 動 電 動 機 4 機械特性的繪制1) 固有機械特性的繪制他勵直流電動機的固有機械特性是一條直線，只需求出直線上兩個點的數(shù)據(jù)，就可繪制出固有機械特性。普通選擇理想空載點T=0，n0和額定點TN，n0。 對于理想空載點，只需求n0, 由于 NeNCUn 0第3章驅(qū) 動 電 動 機 式中, UN知，CeN可由額定形狀下的電勢方程式求得： NaNNNenRIUC3-14 式中、均知，只需為未知，可以實測，也可用下式估算得到： 2)3221(NNNNaIPIUR3-15 式3-15是一個閱歷公式，表示在額定負載下，電樞繞組的銅損

20、耗占電機總損耗的1/22/3。 這樣，按公式3-15估算出Ra后，代入公式3-14，即可算出CeN， 因此可得理想空載點。 第3章驅(qū) 動 電 動 機 對于額定點，只需求： NTNNeNICT55. 9兩點求出后，經(jīng)過該兩點連線即為固有機械特性。 第3章驅(qū) 動 電 動 機 2人為機械特性的繪制對于各種人為機械特性，只需求將相應(yīng)的參數(shù)代入機械特性方程式中，求出恣意兩點普通仍選理想空載點和額定負載點，即可繪出。下面經(jīng)過例子來闡明機械特性的繪制。 第3章驅(qū) 動 電 動 機 例3-1 他勵直流電動機，PN=13 kW，UN=220V，IN=68.6A， nN=1500r/min。 (1) 繪制固有機械特

21、性。 (2) 分別繪制三種情況下的人為機械特性： 電樞回路中串入Pa=0.9。 電源電壓降至額定電壓的一半，即U=110 V。 磁通減弱為額定磁通的2/3，即 N32第3章驅(qū) 動 電 動 機 解：解：(1)(1)繪制固有機械特性繪制固有機械特性 估算Ra： 22. 06 .6810136 .682202121232NNNNaIPIUR計算eN：136. 0150022. 06 .68220NaNNNenRIUC 理想轉(zhuǎn)速： min/ r1620136. 02200NeNCUn第3章驅(qū) 動 電 動 機 額定電磁轉(zhuǎn)矩： mN5 .886 .68136. 055. 955. 9NNeNICT根據(jù)理想

22、空載點0，1620r/min和額定運轉(zhuǎn)點88.5 Nm，1500 r/min繪出固有機械特性，如圖3-12所示。 第3章驅(qū) 動 電 動 機 圖 3-12 他勵直流電動機固有機械特性和人為機械特性的繪制 nT T0255075100213810106016202430U110 V固有機械特性RPa0.9 N32第3章驅(qū) 動 電 動 機 (2) 繪制人為機械特性電樞回路中串入RPa=0.9 。 理想空載轉(zhuǎn)速不變，T=T時電動機的轉(zhuǎn)速n1為 min/ r10605 .88136.550. 99 . 022. 016202201NNTePaaTCCRRnn人為機械特性是過0，1620 r/min和88

23、.5Nm，1060 r/min兩點的直線，如圖3-12中1所示。 第3章驅(qū) 動 電 動 機 min/810136. 01100rCUnNe 電源電壓U=110V理想空載轉(zhuǎn)速降為 0n時電動機的轉(zhuǎn)速： NTT 2nmin/ r7005 .88136. 055. 922. 08102202NNTeaTCCRnn人為機械特性是過0，810 r/min和88.5N m，700 r/min兩點的直線，如圖3-12中2所示。 第3章驅(qū) 動 電 動 機 磁通減弱為=2/3N。理想空載轉(zhuǎn)速升為n0: nmin/ r24303/2136. 0220 0eNCUnT=TN時電動機的轉(zhuǎn)速n3： min/ r2260

24、5 .88)136. 03/2(55. 922. 02430)3/2(2203NNTeaTCCRnn第3章驅(qū) 動 電 動 機 5. 電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)條件電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)條件 在消費機械運轉(zhuǎn)時，電動機的機械特性與消費機械的負載轉(zhuǎn)矩特性是同時存在的。為了分析電力拖動的運轉(zhuǎn)問題，可以把兩者畫在同一個坐標圖上。如圖3-13所示，直線1為電動機的機械特性，直線2為負載轉(zhuǎn)矩機械特性。兩條直線交于A點，系統(tǒng)在A點恒速運轉(zhuǎn)并處于平衡形狀。但系統(tǒng)處于平衡形狀并不能代表系統(tǒng)在此點就可以穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。 第3章驅(qū) 動 電 動 機 圖3-13電動機的機械特性負載的機械特性n0T Tn0na12TLA1電動機的機

25、械特性；2負載的機械特性第3章驅(qū) 動 電 動 機 必需留意，假設(shè)在交點處兩特性配合情況不好，運轉(zhuǎn)也有能夠是不穩(wěn)定的。就是說，兩種特性有交點僅是穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的必要條件，但還不充分，充分條件是：假設(shè)電力拖動系統(tǒng)原在交點處穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，由于出現(xiàn)某種干擾作用如電網(wǎng)電壓的動搖、 負載轉(zhuǎn)矩的微小變化等，分開了平衡位置，當干擾消除后， 拖動系統(tǒng)還能回到原來的平衡位置。電力拖動系統(tǒng)如能滿足這樣的特性配合條件， 那么該系統(tǒng)是穩(wěn)定的，否那么是不穩(wěn)定的。 第3章驅(qū) 動 電 動 機 圖3-14a表示他勵直流電動機特性2、3拖動恒轉(zhuǎn)矩負載特性1。系統(tǒng)原任務(wù)在平衡點A處，由于某種緣由，電網(wǎng)電壓向上動搖，從U1升為U2，電動機的特

26、性由2變?yōu)?， 又由于瞬間轉(zhuǎn)速不變，系統(tǒng)任務(wù)點由A平移到B，出現(xiàn)TTL，然后沿BC加速直到C點，最后又以nC恒速運轉(zhuǎn)。當擾動消逝，電壓從U2降到U1，電動機的特性由3回到2，系統(tǒng)任務(wù)點由C平移到D，出現(xiàn)TTL，之后系統(tǒng)沿DA減速，直到轉(zhuǎn)速恢復(fù)到nA?？梢?， 該系統(tǒng)在擾動消逝后還能回到原來的平衡位置，所以A點是穩(wěn)定運轉(zhuǎn)點。 第3章驅(qū) 動 電 動 機 圖 3-14 他勵直流電動機的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)條件 n0T TTLTBTDA12CBD3U2U1(a)n0T T(b)n0T T(c)n0AB122TLATLBTLBTLATAn0A12第3章驅(qū) 動 電 動 機 從以上分析可見，對于恒轉(zhuǎn)矩負載，要得到穩(wěn)定運轉(zhuǎn)

27、， 電動機需求具有向下傾斜的機械特性。假設(shè)電動機的機械特性向上翹， 就不能穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。 推行到普通情況，假設(shè)電動機的機械特性n=f(T)與負載的機械特性n=f(TL)在交點處的配合能滿足以下要求，那么系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)是穩(wěn)定的，否那么是不穩(wěn)定的： 在交點所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速之上應(yīng)保證TTL。即在交點TTL處，滿足dT/dndTL/dn。顯然，特性這樣的配合能保證系統(tǒng)有恢復(fù)原轉(zhuǎn)速的才干。 第3章驅(qū) 動 電 動 機 3.2 三相異步電動機的任務(wù)原理及特性三相異步電動機的任務(wù)原理及特性 3.2.1 3.2.1 三相異步電動機的構(gòu)造和任務(wù)原理三相異步電動機的構(gòu)造和任務(wù)原理三相異步電機是一種交流旋轉(zhuǎn)電機，由于它具有體積小

28、、三相異步電機是一種交流旋轉(zhuǎn)電機，由于它具有體積小、 分量輕、構(gòu)造簡單、運轉(zhuǎn)可靠、制造方便、價錢低廉、效率高而分量輕、構(gòu)造簡單、運轉(zhuǎn)可靠、制造方便、價錢低廉、效率高而又鞏固耐用等一系列優(yōu)點，因此在消費中得到了及其廣泛的運用。又鞏固耐用等一系列優(yōu)點，因此在消費中得到了及其廣泛的運用。 但異步電動機的缺陷是它的啟動、調(diào)速性能較差。但異步電動機的缺陷是它的啟動、調(diào)速性能較差。 異步電動機是靠定子繞組建立的旋轉(zhuǎn)磁場在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生異步電動機是靠定子繞組建立的旋轉(zhuǎn)磁場在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電勢與電流，感應(yīng)電勢與電流， 因此產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩而進展能量轉(zhuǎn)換的。因此產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩而進展能量轉(zhuǎn)換的。 所以所以, , 異

29、步電動機又稱感應(yīng)電動機。異步電動機又稱感應(yīng)電動機。 第3章驅(qū) 動 電 動 機 1. 三相異步電動機的構(gòu)造三相異步電動機的種類很多，并且有不同的分類方法。按轉(zhuǎn)子繞組的構(gòu)造分類有：籠型異步電動機和繞線形異步電動機兩類?；\型異步電動機的構(gòu)造簡單、制造方便、本錢低、運轉(zhuǎn)可靠；繞線形異步電動機那么可經(jīng)過外串電阻來改善啟動性能并進展調(diào)速。假設(shè)按機殼的防護方式分類，那么可分為防護式、封鎖式和開啟式。還可按電動機的容量的大小、冷卻方式進展分類。 不論三相異步電動機的分類如何，各類異步電動機的根本構(gòu)造是一樣的。它們都由定子和轉(zhuǎn)子這兩大根本部分組成，在定子和轉(zhuǎn)子之間存在著氣隙。圖3-15所示是一臺三相鼠籠型異步電

30、動機的構(gòu)造圖。 第3章驅(qū) 動 電 動 機 圖 3-15 三相鼠籠型異步電動機構(gòu)造圖 第3章驅(qū) 動 電 動 機 1) 定子1 定子鐵心。定子鐵心是主磁路的一部分，為了加強導(dǎo)磁性能并減少磁滯損耗和渦流損耗，鐵心由0.5 mm的硅鋼片疊壓而成。在定子鐵心內(nèi)圓上均勻的沖有一定數(shù)目的槽，用來嵌放定子繞組。定子鐵心及沖片的表示圖如圖3-16所示。 槽的外形分半閉口槽、半開口槽和開口槽等，如圖3-17所示。從提高效率和功率因數(shù)來看，半閉口槽最好，由于它可以減少氣隙磁阻，使產(chǎn)生一定數(shù)量的旋轉(zhuǎn)磁場所需的勵磁電流最少。但由于繞組的絕緣和嵌線工藝比較復(fù)雜，因此只用于低壓中小型異步電動機中。對于中型異步電動機通常采用

31、半開口槽，對于高壓中型和大型異步機，普通采用開口槽，以便于嵌線。 第3章驅(qū) 動 電 動 機 圖 3-16 定子鐵心及沖片表示圖(a) 定子鐵心； (b) 定子鐵心沖片 (a)(b)第3章驅(qū) 動 電 動 機 圖 3-17 定子鐵心槽型和繞組分布(a) 半閉口槽； (b) 半開口槽； (c) 開口槽 (a)(b)(c)第3章驅(qū) 動 電 動 機 2 定子繞組。定子繞組是電動機的定子電路部分。嵌放在定子鐵心的槽內(nèi)，既可以是單層的，也可以是雙層的。 三相繞組的六個出線端都引至接線盒上，首端為U1、V1、W1， 尾端分別為U2、V2、W2。為了接線方便，這六個出線端在接線板上的陳列如圖318所示，根據(jù)需求

32、可以連成星形和三角形。 第3章驅(qū) 動 電 動 機 圖 3-18 定子繞組的銜接(a) 星形銜接； (b) 三角形銜接 (b)(a)U1U2V1V2W1W2U1V1W1W2U2V2U2W2U1V1W1W2U2V2U1V1W1V2第3章驅(qū) 動 電 動 機 3 機座。 機座是電動機機械構(gòu)造的組成部分， 用來支撐整個電機。 第3章驅(qū) 動 電 動 機 2) 轉(zhuǎn)子三相異步電動機的轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、 轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸組成。 1 轉(zhuǎn)子鐵心。轉(zhuǎn)子鐵心也是主磁路的一部分并且用來嵌放轉(zhuǎn)子繞組。它由厚0.5 mm的硅鋼片疊壓而成，在鐵心外緣沖有一圈開口槽，外外表成圓柱形。中小型異步電動機的轉(zhuǎn)子鐵心普通直接固定在轉(zhuǎn)軸上，而

33、大型異步電動機的轉(zhuǎn)子鐵心那么套在轉(zhuǎn)子支架上，然后把支架固定在轉(zhuǎn)軸上。 第3章驅(qū) 動 電 動 機 2 轉(zhuǎn)子繞組。轉(zhuǎn)子繞組是轉(zhuǎn)子的電路部分，它的作用是感應(yīng)電勢、流過電流并產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。按構(gòu)造方式可分為籠型和繞線形轉(zhuǎn)子兩種。 籠型轉(zhuǎn)子?；\型轉(zhuǎn)子繞組是在轉(zhuǎn)子鐵心的每個槽內(nèi)放入一根導(dǎo)體，在伸出鐵心的兩端分別用兩個導(dǎo)電端環(huán)把一切的導(dǎo)條銜接起來，構(gòu)成一個自行閉合的短路繞組。假設(shè)去掉鐵心， 那么剩下的繞組的外形就像一個鼠籠，如圖3-19所示，所以稱之為籠型轉(zhuǎn)子。對于中小型異步電動機，籠型轉(zhuǎn)子繞組普通采用鑄鋁將導(dǎo)條、端環(huán)和風(fēng)葉一次鑄出，如圖3-19a所示。也有用銅條焊接在兩個銅端環(huán)上的銅條籠型繞組，如圖3-19

34、b所示。 第3章驅(qū) 動 電 動 機 圖 3-19 籠型轉(zhuǎn)子繞組的構(gòu)造表示圖(a) 鑄鋁轉(zhuǎn)子； (b) 銅排轉(zhuǎn)子 第3章驅(qū) 動 電 動 機 圖 3-20 繞線形轉(zhuǎn)子繞組表示圖 第3章驅(qū) 動 電 動 機 繞線形轉(zhuǎn)子繞組。繞線形轉(zhuǎn)子與定子繞組一樣，也是一個對稱的三相繞組。它銜接成Y形后， 其三根引出線分別接到軸上的三個集電環(huán)，再經(jīng)電刷引出而與外部電路接通，如圖3-20所示。所以，可以經(jīng)過集電環(huán)與電刷在轉(zhuǎn)子繞組中串入附加電阻或其他的控制安裝，以便改善三相異步電動機的啟動性能及調(diào)速性能。繞線形轉(zhuǎn)子的異步電動機還裝有提刷短路安裝。 當電動機啟動終了而不需調(diào)速時，可操作手柄將電刷提起切除全部電阻的同時使三只

35、集電環(huán)短路起來， 其目的是減少電動機在運轉(zhuǎn)中的電刷磨損和摩擦損耗。 第3章驅(qū) 動 電 動 機 普通的繞線形異步電動機的外串電阻是放在電動機的非軸端而且伸出蓋外的，所以繞線形異步電動機的外形與籠型異步電動機的外形有很大的區(qū)別，看上去一頭大、一頭小，大的是電動機本身，小的是三相電阻包，且還有一個手柄外露。 但在消費實踐中, 大噸位行車主鉤電動機的外串電阻可以不緊挨在電動機旁，而且不需求手柄操作，而是操作員在駕駛室中控制接觸器開關(guān)來串入或調(diào)理電阻的。 第3章驅(qū) 動 電 動 機 3 轉(zhuǎn)軸。轉(zhuǎn)軸是支撐轉(zhuǎn)子鐵心和輸出轉(zhuǎn)矩的部件， 它必需具有足夠的剛度和強度。 轉(zhuǎn)軸普通用中碳鋼車削加工而成， 軸伸出端銑有鍵

36、槽， 用來固定帶輪或連軸器。 第3章驅(qū) 動 電 動 機 3) 氣隙三相異步電動機中在定、 轉(zhuǎn)子之間有一氣隙，該氣隙比同容量的直流電機的氣隙小的多，普通僅為0.21.5 mm。氣隙的大小對異步機的性能有很大的影響。氣隙大那么磁阻大， 要產(chǎn)生同樣大小的旋轉(zhuǎn)磁場就需較大的勵磁電流，由于勵磁電流根本上是無功電流，所以為了降低電機的空載電流，提高功率因數(shù)，氣隙應(yīng)盡量減少。但是氣隙過小時，將使裝配困難，運轉(zhuǎn)不可靠。同時高次諧波磁場加強，從而使附加損耗添加以及使啟動性能變差。普通氣隙長度應(yīng)為機械條件所允許到達的最小值。 第3章驅(qū) 動 電 動 機 2. 異步電動機的銘牌 三相異步電動機的銘牌數(shù)據(jù)有: (1)

37、額定功率PN: 是指電動機在額定運轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)軸上輸出的機械功率，單位是kW。 (2) 額定電壓UN: 是指額定運轉(zhuǎn)時電網(wǎng)加在定子繞組上的線電壓，單位是V或kV。 (3) 額定電流IN: 是指電動機在額定電壓下，輸出額定功率時，定子繞組中的線電流，單位是A。 (4) 額定轉(zhuǎn)速nN: 是指額定運轉(zhuǎn)時電動機的轉(zhuǎn)速，單位是轉(zhuǎn)/分r/min。 第3章驅(qū) 動 電 動 機 (5) 額定頻率fN: 是指電動機所接電源的頻率，單位是Hz。 中國的工頻頻率為50 Hz。 (6) 絕緣等級: 絕緣等級決議了電動機的允許溫升，有時也不標明絕緣等級而直接標明允許溫升。 (7) 接法: 用Y或D表示。 表示在額定運轉(zhuǎn)時，定子

38、繞組應(yīng)采用的銜接方式。 (8) 轉(zhuǎn)子繞組開路電壓: 是指定子為額定電壓，轉(zhuǎn)子繞組開路時的轉(zhuǎn)子線電壓，單位是V。 (9) 轉(zhuǎn)子繞組額定電流: 是指定子為額定電壓，轉(zhuǎn)子繞組短路時的轉(zhuǎn)子線電流， 單位是A。 第3章驅(qū) 動 電 動 機 (8)、 (9)兩項主要用來作為配備啟動電阻時的根據(jù)。 銘牌上除了上述的額定數(shù)據(jù)外，還闡明了電動機的型號。 型號普通用來表示電動機的種類和幾何尺寸等。 如新系列的異步電動機用字母Y表示，并用中心高表示電動機的直徑大小；鐵心長度那么用S、M、L表示，S最短，L最長；電動機的維護方式由字母IP和兩個數(shù)字表示， I是International國際的第一個字母， P是Prote

39、ction防護的第一個字母，IP后面的第一個數(shù)字代表第一種防護方式防塵的等級，第二個數(shù)字代表第二種防護方式防水的等級， 數(shù)字越大，表示防護的才干越強。 第3章驅(qū) 動 電 動 機 3. 三相異步電動機的任務(wù)原理1) 根本任務(wù)原理 圖3-21繪出了三相異步電動機任務(wù)原理的表示圖。 當三相異步電動機接到三相電源上，定子繞組中便有對稱的三相交流電流相序為U、V、W經(jīng)過，產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)的磁場方向如圖3-21所示，轉(zhuǎn)速n1=60f1/P。由于啟動瞬間轉(zhuǎn)子是靜止的，因此該旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子導(dǎo)體之間有相對運動， 轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生感應(yīng)電勢 (方向由右手定那么斷定,如圖3-21所示)。由于轉(zhuǎn)子繞組閉合，轉(zhuǎn)子繞組

40、中便有電流經(jīng)過，該電流與旋轉(zhuǎn)磁場作用，產(chǎn)生電磁力F，構(gòu)成電磁轉(zhuǎn)矩T(方向由左手定那么斷定)。當電磁力矩大于轉(zhuǎn)子所受的阻力矩的時候，轉(zhuǎn)子就沿著電磁轉(zhuǎn)矩方向旋轉(zhuǎn)起來。電機把由定子輸入的電能轉(zhuǎn)變成機械能從軸上輸出。由圖3-21可知，異步電動機的轉(zhuǎn)向與電磁轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向一致。 第3章驅(qū) 動 電 動 機 圖 3-21 異步電動機的任務(wù)原理 Tnn1U1V2W1U2V1W2第3章驅(qū) 動 電 動 機 由于異步電動機的旋轉(zhuǎn)方向一直與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向一致， 而旋轉(zhuǎn)磁場的方向又取決于三相電流的相序,因此要改動轉(zhuǎn)向， 只需改動電流的相序即可，即恣意對調(diào)電動機的兩根電源線， 便可使電動機反轉(zhuǎn)。 異步電動機的轉(zhuǎn)速恒

41、小于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n1。由于假設(shè)當轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速等于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n1的時候，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與旋轉(zhuǎn)磁場之間就不再有相對運動，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體就不再切割旋轉(zhuǎn)磁場的磁通， 轉(zhuǎn)子繞組中的電流及其所受的電磁力均消逝。由此可見，nn1是異步電動機任務(wù)的必要條件。異步電動機的轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速不同， 這就是異步電動機得名的緣由。 第3章驅(qū) 動 電 動 機 2) 轉(zhuǎn)差率異步電動機的轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場之間必需存在轉(zhuǎn)差n1-n， 否那么異步電動機就不能正常任務(wù)。轉(zhuǎn)差相對于同步轉(zhuǎn)速的比值稱為轉(zhuǎn)差率，常用s來表示，即 11nnns3-16 s是異步電動機的一個重要的運轉(zhuǎn)參數(shù)，它反映異步電動機的各種運轉(zhuǎn)形狀。對于異步電動機，起動的瞬間，

42、n=0，此時轉(zhuǎn)差率s=1;額定運轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速接近于同步轉(zhuǎn)速n1時，轉(zhuǎn)差率非常小。第3章驅(qū) 動 電 動 機 異步電動機的負載越大，轉(zhuǎn)速越慢，轉(zhuǎn)差率越大；反之，負載越小，轉(zhuǎn)速越快，轉(zhuǎn)差率越小。故轉(zhuǎn)差率直接反映了轉(zhuǎn)速的高低和負載的大小。 異步電動機的轉(zhuǎn)速由下式推算： 1)1 (nsn3-17 第3章驅(qū) 動 電 動 機 3) 異步電動機的三種運轉(zhuǎn)形狀根據(jù)轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的電流所受的電磁力與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向之間的關(guān)系或s的數(shù)值，可以把異步電動機分為三種運轉(zhuǎn)形狀。1電動機運轉(zhuǎn)形狀。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n與同步轉(zhuǎn)速n1的方向一致但低于同步轉(zhuǎn)速時，即ns0，這時異步電機作為電動機運轉(zhuǎn)。 第3章驅(qū) 動 電 動 機 異步電動機運轉(zhuǎn)

43、時有以下幾個特征：n與n1同方向，且永遠堅持ns0；F或T的方向與n的方向一致，T起著驅(qū)動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的作用；定子繞組的電磁功率表達為負值，即實踐上是定子繞組從電網(wǎng)汲取電功率；轉(zhuǎn)子在拖動負載時將向負載輸出機械功率。 第3章驅(qū) 動 電 動 機 2發(fā)電機運轉(zhuǎn)形狀。假設(shè)用原動機拖動異步電機的轉(zhuǎn)子，使其沿旋轉(zhuǎn)磁場的方向作高速運動，使nn1，并且定子繞組一直堅持和電網(wǎng)接通，這時sn1的關(guān)系，即s0； F或T的方向與n的方向相反，T起著妨礙轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的作用； 必需存在一高速旋轉(zhuǎn)的原動機，轉(zhuǎn)子從它那里獲取機械功率，同時定子繞組向電網(wǎng)輸出電功率。 第3章驅(qū) 動 電 動 機 3電磁制動運轉(zhuǎn)形狀。假設(shè)用一原動機拖動轉(zhuǎn)子

44、使其沿著與旋轉(zhuǎn)磁場相反的方向轉(zhuǎn)動，此時n1，異步電機處于電磁制動形狀。異步電機運轉(zhuǎn)于電磁制動形狀時有以下幾個特征： n與n1方向相反，s1； F或T的方向與n的方向相反，T起著妨礙轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的作用； 必需存在拖動轉(zhuǎn)子向n1的反方向轉(zhuǎn)動的原動機，轉(zhuǎn)子從它那里獲取一定的機械功率，同時定子繞組從電網(wǎng)汲取一定的電功率，這兩種功率都變成繞組的損耗使其大量發(fā)熱。 第3章驅(qū) 動 電 動 機 綜上所述，異步電機可以作電動機運轉(zhuǎn)，也可以作發(fā)電機和電磁制動形狀運轉(zhuǎn)。但普通作電動機運轉(zhuǎn)；異步發(fā)電機很少運用；電磁制動形狀是異步電動機完成某一消費過程出現(xiàn)的短時運轉(zhuǎn)形狀。例如，起重機下放重物時，為使平安、平穩(wěn)，需求限制速度

45、，就使異步電動機短時處于電磁制動形狀。 第3章驅(qū) 動 電 動 機 3.2.2 3.2.2 三相異步電動機的空載運轉(zhuǎn)和負載運轉(zhuǎn)三相異步電動機的空載運轉(zhuǎn)和負載運轉(zhuǎn) 1. 1. 空載電流和空載磁勢空載電流和空載磁勢三相異步電動機的定子繞組接在對稱的三相電源上，轉(zhuǎn)子三相異步電動機的定子繞組接在對稱的三相電源上，轉(zhuǎn)子軸上不帶機械負載時的運轉(zhuǎn)稱為空載運轉(zhuǎn)。軸上不帶機械負載時的運轉(zhuǎn)稱為空載運轉(zhuǎn)。異步電動機空載時，定子三相繞組中經(jīng)過空載電流，異步電動機空載時，定子三相繞組中經(jīng)過空載電流，三相空載電流將產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁勢，稱為空載磁勢，用表三相空載電流將產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁勢，稱為空載磁勢，用表示，其基波幅值為示，其基

46、波幅值為 0I0F011109 . 02IPkNmFw3-18 第3章驅(qū) 動 電 動 機 異步電動機空載電流的大小約為額定電流的2050異步電動機比變壓器的空載電流大的緣由是異步電動機的磁路中有氣隙存在。 異步電動機空載運轉(zhuǎn)時，由于軸上不帶機械負載，其轉(zhuǎn)速很高，接近同步轉(zhuǎn)速，即nn1， s很小。此時定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子之間的相對速度幾乎為0，于是轉(zhuǎn)子的感應(yīng)電勢E20, 轉(zhuǎn)子電流I20, 轉(zhuǎn)子磁勢F20。所以空載時電動機的氣隙磁場完全由定子空載磁勢產(chǎn)生?？蛰d時的定子磁勢即為勵磁磁勢， 空載時的定子電流即為勵磁電流。 0F第3章驅(qū) 動 電 動 機 空載電流的有功分量用來供應(yīng)空載損耗，包括空載時的定子

47、銅耗、定子鐵耗和機械損耗。無功分量用來產(chǎn)生氣隙磁場，也稱為磁化電流，它是空載電流的主要部分，空載電流可寫為 0IPI0QI00IQPIII0003-19 第3章驅(qū) 動 電 動 機 勵磁磁勢產(chǎn)生的磁通大部分同時與定子、轉(zhuǎn)子繞組交鏈， 這稱為主磁通，用m表示，主磁通參與能量的轉(zhuǎn)換，在電動機中產(chǎn)生有效的電磁轉(zhuǎn)矩。主磁通的磁路由定、轉(zhuǎn)子鐵心和氣隙組成，受磁路飽和的影響，為非線性磁路。此外還有一小部分磁通僅與定子繞組交鏈，稱為定子漏磁通。漏磁通不參與能量的轉(zhuǎn)換，并且主要經(jīng)過空氣閉合，受磁飽和的影響較小， 在一定的條件下可以看作線性磁路。 第3章驅(qū) 動 電 動 機 2. 2. 空載時的電壓平衡關(guān)系空載時的

48、電壓平衡關(guān)系1) 1) 主、主、 漏磁通的感應(yīng)電勢漏磁通的感應(yīng)電勢主磁通在定子繞組中的感應(yīng)電勢為主磁通在定子繞組中的感應(yīng)電勢為 m111144. 4kNfjEw3-20 和變壓器的分析方法一樣，定子漏磁通在定子繞組中的感應(yīng)電勢可采用漏抗壓降的方式來表示，即 011IjXE3-21 式中,X1為定子漏抗，其大小為 ,是指對應(yīng)于定子漏磁通的電抗值。 1211NX第3章驅(qū) 動 電 動 機 2) 空載時的電壓平衡方程式及等效電路 據(jù)以上分析的異步電動機空載時的電磁關(guān)系，可列出異步電動機定子回路電勢平衡方程式 10110111ZIErIEEU3-22 和變壓器的分析一樣，可寫出： mmmZIjXrIE0

49、01)(3-23 式(3-22)和式(3-23)中,Z1為定子漏阻抗，Z1=r1+jX1;Zm為勵磁阻抗，Zm=rm+jXm;rm為勵磁電阻，反映鐵耗的等效電阻；Xm為勵磁電抗，與主磁通m對應(yīng)。 第3章驅(qū) 動 電 動 機 由于,可近似以為 101ZIE 1111EUEU或者由3-22，可畫出異步電動機空載時的等值電路，如圖3-22所示。 第3章驅(qū) 動 電 動 機 1E0Ir2X2X1r11U圖3-22異步電動機空載時的等效電路第3章驅(qū) 動 電 動 機 3. 三相異步電動機的負載運轉(zhuǎn)三相異步電動機的負載運轉(zhuǎn)異步電動機負載是指定子外施對稱的三相電壓，轉(zhuǎn)子帶上異步電動機負載是指定子外施對稱的三相電壓

50、，轉(zhuǎn)子帶上機械負載時的運轉(zhuǎn)形狀。機械負載時的運轉(zhuǎn)形狀。1) 負載時轉(zhuǎn)子繞組的各電磁量與轉(zhuǎn)差率負載時轉(zhuǎn)子繞組的各電磁量與轉(zhuǎn)差率s的關(guān)系的關(guān)系轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)時，旋轉(zhuǎn)磁場以旋轉(zhuǎn)時，旋轉(zhuǎn)磁場以n1n相對速度切割相對速度切割轉(zhuǎn)子繞組，因此當轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子繞組，因此當轉(zhuǎn)速n變化時，轉(zhuǎn)差率變化，那么轉(zhuǎn)子繞組變化時，轉(zhuǎn)差率變化，那么轉(zhuǎn)子繞組的各電磁量將隨之變化。的各電磁量將隨之變化。1 轉(zhuǎn)子電勢的頻率轉(zhuǎn)子電勢的頻率f2。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，旋轉(zhuǎn)磁場以。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，旋轉(zhuǎn)磁場以 的速度切割轉(zhuǎn)子繞組，所以在轉(zhuǎn)子中感應(yīng)電勢的頻率為：的速度切割轉(zhuǎn)子繞組，所以在轉(zhuǎn)子中感應(yīng)電勢的頻率為： nnn1第3章驅(qū) 動 電 動 機 1

51、11126060sfpnnnnnpf3-24 式中f1為電網(wǎng)頻率，為定值，所以轉(zhuǎn)子頻率與轉(zhuǎn)差率s成正比。這是異步電動機轉(zhuǎn)子回路的一個重要特點。轉(zhuǎn)差率s是異步電動機中一個重要的變化量。當轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)如起動瞬間時，此時轉(zhuǎn)子頻率到達最大。轉(zhuǎn)速升高時， s減小， f2也隨之減小；到達額定轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速非常接近，轉(zhuǎn)差率很小，所以轉(zhuǎn)子頻率只需幾赫茲。由于轉(zhuǎn)子的頻率隨著轉(zhuǎn)差率s的變化而變化，便引起了轉(zhuǎn)子電路中與s有關(guān)的各物理量發(fā)生變化。 12, 1, 0ffsn第3章驅(qū) 動 電 動 機 2 轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電勢。由于轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電勢的頻率為f2，因此，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時的感應(yīng)電勢為 2221222244

52、. 444. 4sEKsNfKNfEmWmWS3-25 式中，表示轉(zhuǎn)子靜止時的感應(yīng)電勢。 式3-25闡明：轉(zhuǎn)子電勢的大小與轉(zhuǎn)差率成正比。 第3章驅(qū) 動 電 動 機 3轉(zhuǎn)子繞組的漏抗。轉(zhuǎn)子的漏電抗是由轉(zhuǎn)子漏磁通引起的，所以漏抗與頻率有關(guān)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時的漏抗為 22122222sXsLfLfXS3-26 式中,X2s為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的漏電抗,X2為轉(zhuǎn)子靜止時的漏電抗,L2為轉(zhuǎn)子繞組的每相漏電感。 式3-26闡明：轉(zhuǎn)子漏抗的大小與轉(zhuǎn)差率s成正比。 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，X2s隨s的減小而減小。 第3章驅(qū) 動 電 動 機 4 轉(zhuǎn)子繞組的電流。異步電動機轉(zhuǎn)子繞組在正常時處于短接形狀，其端電壓u=。由于轉(zhuǎn)子繞組的電勢和轉(zhuǎn)

53、子的漏抗都隨s而變化， 所以轉(zhuǎn)子電流一定也與轉(zhuǎn)差率有關(guān)， 即: 22222222222)(sXrsEXrEIsSS3-27 上式闡明轉(zhuǎn)子電流隨著s的增大而增大。當電機啟動的瞬間， s=1最大，轉(zhuǎn)子電流也最大； 當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，s減小，轉(zhuǎn)子電流也隨之減小。 第3章驅(qū) 動 電 動 機 5轉(zhuǎn)子繞組的功率因數(shù)。 轉(zhuǎn)子的每相電路都包括電阻和漏抗，是一感性電路。那么轉(zhuǎn)子電流滯后與電勢的角度2隨轉(zhuǎn)差率s而變化，功率因數(shù)為 222222)(cossXrr3-28 闡明，轉(zhuǎn)子回路的功率因數(shù)也與轉(zhuǎn)差率s有關(guān)，隨著轉(zhuǎn)差率的降低而降低。 第3章驅(qū) 動 電 動 機 6 轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)磁勢。不論是繞線形異步電動機還是鼠籠型異步

54、電動機，其轉(zhuǎn)子繞組都是對稱的。對繞線形異步電動機而言，轉(zhuǎn)子極對數(shù)可以經(jīng)過轉(zhuǎn)子繞組的銜接法做到與定子一樣； 而鼠籠型異步電動機，其轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中的電動勢和電流由氣隙磁場感應(yīng)而產(chǎn)生，因此轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中電流分布構(gòu)成的磁極數(shù)必然等于氣隙磁場的極數(shù)。由于氣隙磁場的極數(shù)決議于定子繞組的極數(shù)，因此鼠籠型電動機轉(zhuǎn)子的極數(shù)與定子繞組的極數(shù)相等， 與轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的數(shù)目無關(guān)。 第3章驅(qū) 動 電 動 機 異步電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向一樣，但轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速小于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，即nn1，所以轉(zhuǎn)子磁勢F2的旋轉(zhuǎn)方向和定子磁勢F1一樣。由于轉(zhuǎn)子電流的頻率為f2=f1，因此F2相對于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為 11226060snPsfPfn又由于

55、轉(zhuǎn)子本身以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)，所以F2的空間轉(zhuǎn)速即相對于定子的轉(zhuǎn)速為： nnnnnnnsn1111第3章驅(qū) 動 電 動 機 2) 磁勢平衡方程式由于磁勢F1與F2相對靜止，就可以把F1和F2合成起來，所以異步機負載時在氣隙內(nèi)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場是定、轉(zhuǎn)子合成磁勢，即 F1F2F0 3-29 式中 F0是氣隙中總的勵磁磁勢，它產(chǎn)生負載時的氣隙中的總旋轉(zhuǎn)磁場。此式即為異步電動機的磁勢平衡方程式。3-29也可寫成： F1F1F0F0F2F2 3-30 第3章驅(qū) 動 電 動 機 3) 電勢平衡方程式帶負載時， 定子電流為， 可列出負載時的電勢平衡方程式： 1I0)(,222211111111jxrIEZIErIEE

56、UsS3-31 留意：由于轉(zhuǎn)子繞組自成閉路，端電壓 02U第3章驅(qū) 動 電 動 機 式(3-31)中， 是指轉(zhuǎn)子每相電流，有： sI222222222222)(sxrsExrEIsSS3-32 它是由轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的電勢和轉(zhuǎn)子實踐的電阻及電抗來決議的， 其頻率為f2。 第3章驅(qū) 動 電 動 機 4. 4. 異步電動機的等效電路異步電動機的等效電路1) 1) 頻率折算頻率折算頻率折算是指在堅持整個電磁系統(tǒng)的電磁性能不變的前提頻率折算是指在堅持整個電磁系統(tǒng)的電磁性能不變的前提下，把一種頻率的參數(shù)及物理量換算成另一種頻率的參數(shù)及物下，把一種頻率的參數(shù)及物理量換算成另一種頻率的參數(shù)及物理量。我們知道，在轉(zhuǎn)子

57、不動的時候，理量。我們知道，在轉(zhuǎn)子不動的時候，所，所以頻率折算就是用一個靜止的轉(zhuǎn)子來替代轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子繞組。以頻率折算就是用一個靜止的轉(zhuǎn)子來替代轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子繞組。為此，將實踐運轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子電流：為此，將實踐運轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子電流： 12, 1, 0ffsnsssjxrEI22223-33 第3章驅(qū) 動 電 動 機 分子和分母同除以轉(zhuǎn)差率s，那么得 22222222)1(jxrssrEjxsrEIs3-34 以上兩式的電流的數(shù)值仍是相等的，轉(zhuǎn)子的功率因數(shù)角的大小也沒有改動，但兩式的物理意義是不同的。這就闡明了假設(shè)在轉(zhuǎn)子回路中串入一個電阻，那么轉(zhuǎn)子的電流大小及相位大小都沒有變化。這就實現(xiàn)了頻率折算。 22222/a

58、rctanarctanxsrxrs21rss第3章驅(qū) 動 電 動 機 為了便于和變壓器的等效電路對應(yīng)，將電阻分為兩部分,即r2和。第一項r2為轉(zhuǎn)子繞組的實踐電阻, 第二項稱為模擬電阻，它與轉(zhuǎn)差率s有關(guān)，又稱為等效負載電阻。等效負載電阻上耗費的電功率為，為整個轉(zhuǎn)子繞組的m2相等效負載電阻上的電功率，實踐上相當于電動機軸上的總機械負載功率Pm, 即: sr221rss21rss21rss22221rssIm22221rssImPm3-35 第3章驅(qū) 動 電 動 機 2) 繞組折算對異步電動機進展了頻率折算后，定轉(zhuǎn)子頻率不同而發(fā)生的問題就處理了，但是還不能把定轉(zhuǎn)子電路聯(lián)絡(luò)起來，由于E1=4.44f1

59、N1KW1m，E2=4.44f1N2KW2m，即E1E2，所以還要像變壓器的處置方法一樣，進展繞組折算，才干得出兩個電路有電的聯(lián)絡(luò)的等效電路。所謂繞組折算，就是人為的用一個相數(shù)、匝數(shù)以及繞組系數(shù)和定子一樣的繞組去替代原來的轉(zhuǎn)子繞組，在折算中必需保證折算前后轉(zhuǎn)子的電磁效應(yīng)不變。折算后的轉(zhuǎn)子各量稱為折算量， 加上符號“表示。 第3章驅(qū) 動 電 動 機 2222211129 . 029 . 0IPKNmIPKNmWW假設(shè)折算后的轉(zhuǎn)子電流為，應(yīng)堅持折算前后轉(zhuǎn)子磁勢不變，所以 2I 3-36 式中, ki稱為電流變比， 222111WWiKNmKNmK 假設(shè)折算后的轉(zhuǎn)子電勢為，由于折算前后主磁通不變，所

60、以電勢與匝數(shù)和繞組系數(shù)成正比。即， 22112221112244. 444. 4WWmWmWKNKNKNfKNfEE第3章驅(qū) 動 電 動 機 2222112EKEKNKNEeWW3-37 式中，稱為電勢變比， ek2211WWeKNKNK 假設(shè)折算后轉(zhuǎn)子每相電阻為，由于折算前后轉(zhuǎn)子的銅耗不變，所以 22222221rImrIm22222222212121122rKKrKNmKNmmmreiWW3-38 第3章驅(qū) 動 電 動 機 假設(shè)轉(zhuǎn)子折算后的每相電抗，由于折算前后轉(zhuǎn)子無功功率不變，所以 2x2222222221XKKXXImXImei 3-39 顯然，折算后轉(zhuǎn)子的每相阻抗 22ZkkZie3