感應電機的結構和運行狀態(tài)

1、感應電機的結構和運行狀態(tài)一、感應電機的結構感應電機的定子由定子鐵心、定子繞組和機座三部分組成。定子鐵心是主磁路的一部分。為了減少激磁電流和旋轉磁場在鐵心中產(chǎn)生的渦流和磁滯損耗，鐵心由厚0.5mm、的硅鋼片疊成。容量較大的電動機，硅鋼片兩面涂以絕緣漆作為片間絕緣。小型定子鐵心用硅鋼片疊裝、壓緊成為一個整體后固定在機座內；中型和大型定子鐵心由扇形沖片拼成.在定子鐵心內圓，均勻地沖有許多形狀相同的槽，用以嵌放定子繞組。小型感應電機通常采用半閉口槽和由高強度漆包線繞成的單層(散下式)繞組，線圈與鐵心之間墊有槽絕緣。半閉口槽可以減少主磁路的磁阻，使激磁電流減少，但嵌線較不方便。中型感應電機通常采用半開口

2、槽。大型高壓感應電機都用開口槽以便于嵌線。為了得到較好的電磁性能，中、大型感應電機都采用雙層短距繞組。轉子由轉子鐵心、轉子繞組和轉軸組成。轉子鐵心也是主磁路的一部分，一般由厚0.5mm的硅鋼片疊成，鐵心固定在轉軸或轉子支架上。整個轉子的外表呈圓柱形。轉子繞組分為籠型和繞線型兩類?；\型轉子 籠型繞組是一個自行閉合的繞組，它由插人每個轉子槽中的導條和兩端的環(huán)形端環(huán)構成，如果去掉鐵心，整個繞組形如一個“圓籠”，因此稱為籠型繞組(圖51)。為節(jié)約用銅和提高生產(chǎn)率，小型籠型電機一般都用鑄鋁轉子；對中、大型電機由于鑄鋁質量不易保證，故采用銅條插入轉子槽內、再在兩端焊上端環(huán)的結構。籠型感應電機結構簡單、制造

3、方便，是一種經(jīng)濟、耐用的電機。所以應用極廣。圖52表示一臺小型籠型感應電動機的結構圖。繞線型轉子 繞線型轉子的槽內嵌有用絕緣導線組成的三相繞組，繞組的三個出線端接到設置在轉軸上的三個集電環(huán)上，再通過電刷引出如圖5-3所示。這種轉子的特點是，可以在轉子繞組中接人外加電阻，以改善電動機的起動和調速性能。與籠型轉子相比較，繞線型轉子結構稍復雜，價格稍貴，因此只在要求起動電流小、起動轉矩大，或需要調遣的場合下使用。圖54表示一臺繞線型感應電動機的結構。為減少激磁電流、提高電機的功率因數(shù)，感應電動機的氣隙選得較小，中、小型電機一般為0.22mm。二、感應電機的運行狀態(tài)感應電機是利用電磁感應原理，通過定子

4、的三相電流產(chǎn)生旋轉磁場，并與轉子繞組中的感應電流相互作用產(chǎn)生電磁轉矩，以進行能量轉換。正常情況下，感應電機的轉子轉速總是略低或略高于旋轉磁場的轉速(同步轉速)，因此感應電機又稱為“異步電機”。旋轉磁場的轉速ns與轉子轉速n之差稱為轉差轉差n與同步轉速ns的比值稱為轉差率，用s表示，即： (51)轉差率是表征感應電機運行狀態(tài)的一個基本變量。當感應電機的負載發(fā)生變化時，轉子的轉速和轉差率將隨之而變化，使轉子 導體中的電動勢、電流和電磁轉矩發(fā)生相應的變化，以適應負載的需要。按照轉 差率的正負和大小，感應電機有電動機、發(fā)電機和電磁制動三種運行狀態(tài)，如圖 5-5所示。當轉子轉速低于旋轉磁場的轉速時(ns

5、>n>0)，轉差率0<s<l。設定子 三相電流所產(chǎn)生的氣隙旋轉磁場為逆時針轉向，按右手定則即可確定轉子導體 “切割”氣隙磁場后感應電動勢的方向，如圖55a所示。由于轉子繞組是短路的，轉子導體中便有電流流過。轉子感應電流與氣隙磁場相互作用，將產(chǎn)生電磁力和電磁轉矩；按左手定則，電磁轉矩的方向與轉子轉向相同，即電磁轉矩為驅動性質的轉矩(圖55a)。此時電機從電網(wǎng)輸入功率，通過電磁感應，由轉子輸出機械功率，電機處于電動機狀態(tài)。若電機用原動機驅動，使轉子轉速高于旋轉磁場轉速(n> ns)，則轉差率s<0。此時轉子導體中的感應電動勢以及電流的有功分量將與電動機狀態(tài)時相反

6、，因此電磁轉矩的方向將與旋轉磁場和轉子轉向兩者相反，如圖55b所示，即電磁轉矩為制動性質的轉矩。為使轉子持續(xù)地以高于旋轉磁場的轉速旋轉原動機的驅動轉矩必須克服制動的電磁轉矩；此時轉子從原動機輸入機械功率，通過電磁感應由定于輸出電功率，電機處于發(fā)電機狀態(tài)。若由機械或其他外因使轉子逆著旋轉磁場方向旋轉(n<0)，則轉差率s>1。此時轉子導體“切割”氣隙磁場的相對速度方向與電動機狀態(tài)時相同，故轉子導體中的感應電動勢和電流的有功分量與電動機狀態(tài)時同方向，如圖55c所示，電磁轉矩方向亦與圖55a中相同。但由于轉子轉向改變，故對轉子而言，此電磁轉矩表現(xiàn)為制動轉矩。此時電機處于電磁制動狀態(tài)，它一

7、方面從外界輸入機械功率，同時又從電網(wǎng)吸取電功率，兩者都變成電機內部的損耗。例51 有一臺50Hz的感應電動機，其額定轉速nN730rmin，試求該機的額定轉差率。解 已知額定轉速為730rmin，因額定轉速略低于同步轉速，故知該機的同步轉速為750rmin，極數(shù)2p=8。于是，額定轉差率sN為三、額定值感應電動機的額定值有：(1)額定功率PN：指電動機在額定狀態(tài)下運行時，軸端愉出的機械功率單位為千瓦(kw)。(2)定子額定電壓UN：指電機在額定狀態(tài)下運行時，定子繞組應加的線電壓。單位為伏(v)。(3)定子額定電流IN” 指電機在額定電壓下運行，輸出功率達到額定功率時，流入定子繞組的線電流，單位

8、為安(A)。(4)額定頻率fN 指加于定子邊的電源頻率，我國工頻規(guī)定為50赫(Hz)。 (5)額定轉速nN 電機在額定狀態(tài)下運行時轉子的轉速，單位為轉分(rmin) 。除上述數(shù)據(jù)外，銘牌上有時還標明額定運行時電機的功率因數(shù)、效率、溫升、定額等。對繞線型電機，還常標出轉子電壓和轉子額定電流等數(shù)據(jù)。52 三相感應電動機的磁動勢和磁場為便于說明，先分析空載時的磁動勢和聰場。一、空載運行時的磁動勢和磁場空載運行時的磁動勢 當三相感應電動機的定子接到正序對稱三相電壓時，定子繞組中就將流過一組對稱的三相電流I1A、I1B和I1C (下標1代表定子)，于是定于繞組將產(chǎn)生個正向同步旋轉的基波合成旋轉磁動勢F1

9、。在F1的作用下，將產(chǎn)生通過氣隙的主磁場Bm。Bm以同步轉速旋轉，并“切割”轉子繞組，使轉于繞組內產(chǎn)生三相感應電動勢E2A、E12和E2C、。(下標2表示轉子)和三相電流I2a、I2b和I2c。氣隙磁場和轉子電流相互作用產(chǎn)生電磁轉矩，使轉子順旋轉磁場方向轉動起來?？蛰d運行時，轉子轉速非常接近于同步轉速，此時旋轉磁場“切割”轉子導體的相對速度接近于零，所以轉子電流很小，可近似認為零。因此空載運行時。定子磁動勢基本上就是產(chǎn)生氣隙主磁場的激磁磁動勢，空載時的定子電流就近似等于激磁電流。計及鐵心損耗時，Bm在空間滯后于Fm以鐵心損耗角Fe，如圖56所示。主磁通和激磁蛆抗 氣隙中的主磁場以同步轉速旋轉時

10、，主磁通中m將在定子每相繞組中感生電動勢E1 (52)主磁通是通過氣隙并同時與定、轉子繞組相交鏈的磁通，它經(jīng)過的磁路(稱為主磁路)包括氣隙、定子齒、定子軛、轉于齒、轉子軛等五部分如圖5-7所示。若主磁路的磁化曲線用一條線性化的磁化曲線來代替，則主磁通將與激磁電流成正比；于是可認為E1與Im之間具有下列關系： （5-3）式中，Zm稱為激磁阻抗，它是表征主磺路的磁化特性和鐵耗的一個綜合參敷；Xm稱為激磁電抗，它是表征主磁路的等效電抗；Rm稱為激磁電阻，它是表征鐵心損耗的一個等效電阻。和其他電抗相似，激磁電抗式中為主磁路的磁導，所以氣隙越小，激磁電抗就越大，在同一定子電壓下，激磁電流就越小。定子漏磁

11、通和漏抗 除主磁通中m外，定子電流還同時產(chǎn)生僅與定于繞組交鏈而 不進入轉子的定子漏磁通1.根據(jù)所經(jīng)路徑的不同，定子漏磁通又可分為槽漏磁、端部漏磁和諧波漏磁等三部分，圖58a和b分別示出了槽漏磁和端部漏磁的示意圖。氣隙中的高次諧波磁場，雖然它們也通過氣隙，但是與主磁場在轉子中所感應的電動勢和電流的頻率互不相同；另一方面，它們將在定于繞組中感應基波頻率的電動勢，其效果與定子漏磁相類似，因此通常把它作為定子漏磁通的一部分來處理，稱為諧波漏磁。定子漏磁通1將在定子繞組中感應漏磁電動勢E1。把E1作為負漏抗壓降來處理，可得 (54)式中，I1為定子電流；X1為定子一相的漏磁電抗，筒稱定子漏抗。和其他電抗

12、相類似，定子漏抗可表示為：式中1為定子的漏磁導，所以定子的槽形越深越窄，槽漏磁的磁導越大，槽漏抗亦越大。在工程分析中，常把電機內的磁通分成主磁通和漏磁通兩部分來處理，這是因為；一則它們所起的作用不同，主磁通在電機中產(chǎn)生電磁轉矩，直接關系到能量轉換，而漏磁通并不直接具有此作用；二則這兩種磁通所經(jīng)磁路不同，主磁路是一個非線性磁路，受磁飽和的影響較大，而漏磁磁路主要通過空氣而閉合，受飽和的影響較小。把兩者分開處理，對電機的分析常常帶來很大的方便二、負載運行肘的轉子磁動勢和磁動勢方程轉子磁動勢 當電動機帶上負載時，電機的轉速將從空載轉n0速下降到轉速n，與此同時，轉子電流將增大。若定子旋轉磁場為正向旋

13、轉(即從ABC相)，則轉子感應電動勢和電流的相序是正相序，流有三相正序電流的轉子繞組將產(chǎn)生正向旋轉的轉子磁動勢F2。 設轉子轉速為n，則定子旋轉磁場將sn2的相對速度“切割”轉子繞組(圖5-9)，此時轉子感應電動勢和電流的頻率f2應為 (5-5)轉子電流產(chǎn)生的旋轉磁動勢F2相對于轉子的轉速為n：， (56)而轉子本身又以轉速n在旋轉，因此從定子側觀察時， F2在空間的轉速應為 即無論轉子的實際轉速是多少，轉子磁動勢F2和定子磁動勢F1在空間的轉速總是等于同步轉速ns，他們在空間始終保持相對靜止。定子和轉子磁動勢之間的速度關系，如圖5-9所示例5-2有一臺50HZ、三相、四極的感應電動機，若轉子

14、的轉差率s=5%，試求：（1)轉子電流的頻率；(2)轉子磁動勢相對于轉子的轉速；(3)轉子磁動勢在空間的轉速。解(1)轉子電流的頻率 (2)轉子磁動勢相對于轉子的轉速 (3)由于轉子轉速nns(1-s)1500(1-0.05)rmin=1425rmin，所以轉子磁動勢在空間的轉速應為(1425+75)rmin1500rmin，即為同步轉速下面來看轉子磁動勢的空間相位。圖510表示三相繞線型轉子的情況，為簡單計，每相用一個技中線圈來表示。氣隙磁場Bm以同步轉速兒在氣隙中推移，并以轉差速度n“切割”轉子繞組。圖510所示瞬間恰好是a相感應電動勢達到最大值時的位置。若轉子漏抗X2=0，則當a相感應電

15、動勢最大時，該相電流亦為最大。這時三相合成磁動勢的軸線恰好與a相繞相軸線重合，氣隙磁場與轉子磁動勢波之間的夾角=900，如圖510a所示。實際上轉子總有漏抗，此時轉子電流將滯后于感應電動勢一個阻抗角2這樣，a相電流將在該相電動勢達到最大值以后再經(jīng)過2電角度的時間，才達到其最大值；亦就是說，氣隙磁場波要從圖510a再向前移過2角時，轉子a相電流才達到最大值；故氣隙磁場波和轉子磁動勢波之間的空間夾角應為900+2，如圖5-10b所示。轉子反應 負載時轉子磁動勢的基波對氣隙磁場的影響，稱為轉子反應.轉子反應有兩個作用：其一是使氣隙磁場的大小和空間相位發(fā)生變化，從而引起定子感應電動勢和定子電流發(fā)生變化

16、。所以和兩繞組變壓器相類似，感應電機負載以后，定子電流中除激磁分量Im以外，還將出現(xiàn)一個補償轉子磁動勢的“負載分量”I1L 即 (57)此I1L所產(chǎn)生的磁動勢F1L與轉子磁動勢F2大小相等、方向相反，以保持氣隙內的主磁通基本不變；即 F1L -F2 (58)由于負載分量I1L的出現(xiàn)，感應電動機將從電源吸取一定的電功率。轉子磁動勢的另一個作用是，它與主磁場相互作用，產(chǎn)生所需要的電磁轉矩，以帶動軸上的機械負載這兩個作用合在一起，體現(xiàn)了通過電磁感應作用，實現(xiàn)機電能量轉換的機理。負載時的磁動勢方程 負載時，定子磁動勢F1，可以分成兩部分：一部分是產(chǎn)生主磁通的激磁磁動勢Fm ,另一部分是抵消轉子磁動勢的

17、負載分量- F2，即 F1Fm十(-F2)或 F1 + F2 = Fm （5-9）上式就是感應電機的磁動勢方程。式(5-9)說明，負載時電動機的激磁磁動勢是定、轉子繞組的合成磁動勢。式(59)亦可以改寫為或（5-10）式中，I，2為歸算到定子邊時轉子電流的歸算值，ki 為電流比, .式（5-10）就是用電流形式表示的磁動勢方程。不難看出，定子電流的負載分量圖511示出了負載時定、轉子磁動勢間的關系，以及定子電流與激磁電流和轉于電流的關系；為簡單起見，圖中把磁動勢和磁場的空間矢量(用黑體字表示)和磁通、電流的時間相量(用打點的量表示)畫在了一起。53三相感應電動機的電壓方程和等效電路先導出感應電

18、機的電壓方程。為簡單計設定于為星形聯(lián)結的對稱三相繞組，電源電壓為三相對稱電壓。一、電壓方程定子電壓方程 以同步轉速旋轉的氣隙旋轉磁場(主磁場)，將在定子三相繞組內感應對稱的三相電動勢E1根據(jù)基爾霍夫定律，定于每相所加的電塬電壓U1應當?shù)扔谠撾妱觿莸呢撝?E1加上定于電流所產(chǎn)生的漏阻抗壓降。由于三相對稱，故僅需分析其中的一相(取A相)。于是，定子的電壓方程為 或（5-11）式中，R1、X1分別為定子每相的電阻和漏抗；其中 轉子電壓方程 氣隙主磁場除在定于繞組內感生頻率為f1的電動勢E1外，還將在旋轉的轉子繞組內感生轉差頻率的電動勢E2s，E2s的有效值為 (512)當轉于不轉(s1)時，轉子每相

19、感應電動勢為E2， (5-13)從上式不難看出，在數(shù)值上 (5-14)即轉子的感應電動勢與轉差事s成正比，s越大，主磁場“切割轉子繞組的相對速度就越大，E2s亦越大。轉于每相繞組亦有電阻和漏抗。由于轉子頻率為 ，故轉子繞組的漏抗X2應為 (5-15)式中，X2為轉子頻率等于f1 (即轉子不轉)時的漏抗.感應電機的轉于繞組通常為短接，即端電壓U2=0，此時根據(jù)基爾霍夫第二定律，可寫出轉于繞組一相的電壓方程為 (516)或 (5-l7)式中，I2s為轉子電流；R2為轉子每相電阻。 歸納起來，鏈過定子和轉于的各個磁通及其相應的感應電動勢如下表所示： 圖5-12表示與式(511)和式(5-17)相應的

20、定、轉子的耦合電路圖，其中定子頻率為f1，轉子頻率為f2，定子電路和旋轉的轉子電路通過氣隙旋轉磁場(主磁場)相耦合 二、等效電路從圖5-12可見，由于定、轉子頻率不同，相數(shù)和有效匝數(shù)亦不同，故定、轉子電路無法聯(lián)在一起。為得到定轉子統(tǒng)一的等效電路，必須把轉子頻率變換為定子頻率，轉子的相數(shù)、有效匝數(shù)變換為定子的相數(shù)和有效匝數(shù)，即進行頻率歸算和繞組歸算。頻率歸算 式(516)的頻率為f2，為了把它變換為定子頻率，只要把該式的兩端同時乘以 ，此時有或（5-18） 注意，式（518)中的I2其幅值雖仍與I2s相同，但頻率已從f2變成f1，這一步就稱為頻率歸算。頻率歸算的物理含義是，用一個靜止的電阻為R2

21、/s的等效轉子去代替電阻為R2 的實際旋轉的轉子，等效轉子將于實際轉子具有同樣的轉子磁勢 (同空間轉速、同幅值、同空間相位) 圖5-13表示頻率歸算后，感應電動機定、轉子的等效電路田；圖中定子和轉子的頻率均為f1，轉子電路中出現(xiàn)了一個表征機械負載的等效電阻。繞組歸算 為把定子和轉子的相數(shù)、有效匝數(shù)變換成相同，需要進行“繞組歸算”。所謂繞組歸算，就是用一個與定子繞組的相數(shù)、有效匝數(shù)完全相同的等效轉子繞組，去代替相數(shù)為m2、有效匝數(shù)為N2 kw2：的實際轉子繞組。繞組歸算時，同樣應當保持轉子繞組具有同樣的磁動勢(同幅值、同相位)。下面歸算值用加“´”的量來表示。設I´2為歸算后

22、的轉子電流，為使繞組歸算前、后轉子磁動勢的幅值和相位不變，應有 于是 （5-19）式中，ki為電流比。歸算后，轉子的有效匝數(shù)已變換成定子的有效匝數(shù)，所以轉子的電動勢E´2應為 (5-20)式中，ke為電壓比.把式(518)的轉子電壓方程乘以ke可得 (5-21) 式中，R´2和X´2為轉子電阻和漏抗的歸算值， (522)式(521)就是歸算后轉子的電壓方程。從式(519)和式(521)可見，歸算前、后轉子的總視在功率保持不變，即 (523)從式(522)和式(519)可知，歸算前、后轉子的銅耗和漏磁場儲能亦保持不變，即(5-24) 歸納起來，繞組歸算時，轉子電動勢

23、和電壓應乘以ke，轉子電流應除以ki，轉子電阻和漏抗則應乘以ke ki;歸算前后轉子的總視在功率、有功功率、轉子的銅耗和漏磁場儲能均保持不變。圖5-14表示頻率和繞組歸算后，定、轉子的耦合電路圖。再把主磁路的作用用激磁阻抗Zm表出，并考慮到激磁電流 ，即可得到T型等效電路。T形等效電路和相量圈 經(jīng)過歸算，感應電動機的電壓方程和磁動勢方程成為 （5-25）根據(jù)式(525)，即可畫出感應電動機的T形等效電路，如圖5-15 所示。從等效電路可見，感應電動機空載時，轉于轉速接近于同步轉速，s0，R´2 /s ，轉子相當于開路；此時轉子電流接近于零，定子電流基本上是激磁電流。當電動機加上負載時

24、，轉差率增大，減小使轉子和定子電流增大。負載時。由于定子電流和漏阻抗壓降增加，E1和相應的主磁通值將比空載時略小。起動時s1，轉子和定子流都很大；由于定于的漏阻抗壓降較大，此時E1和主磁通值將顯著減小，僅為空載時的50一60左右。圖516表示與基本方程(525)相對應的相量圖，圖中右側是轉子的相量圖；中部是磁動勢方程的相量圖，其中m與E1和E´2垂直，Im超前于m鐵損角Fe；左側是定子邊的組量圖。 ¨從等效電路和相量圖可見，感應電動機的定子電流I1總是滯后于電源電壓U1，這是因為產(chǎn)生氣隙中主磁場和定、轉子的漏磁場都要從電源輸入一定的感性無功功率；磁化電流越大，定、轉子漏抗越

25、大，電機的功率因數(shù)就越低這里應當注意，由等效電路算出的所有定子側的量均為電機中的實際量，而轉子電動勢、電流則是歸算值而不是實際值。由于歸算是在有功功率不變的條件下進行，所以用歸算值算出的轉子有功功率、損耗和轉矩均與實際值相同。等效電路是分析和計算感應電動機性能的主要工具。在給定參數(shù)和電源電壓的情況下，若己知轉差率s，從圖5-15可見，定子和轉子電流應為（5-26）式中，Z1為定子的漏阻抗， 為轉子的等效阻抗, c為修正系數(shù)，近似等效電路 從式(526)可知，正常工作時， 則上式就簡化為(5-27)式（526)中的I´2和I1則分別為(5-28)根據(jù)式(527)和式(528)，即可畫出

26、形近似等效電路，如圖517所示。從式(527)和式(528)可見，由形等效電路算出的轉于電流歸算值I´2與T形等效電路一致，但激磁電流Im和定子電流I1則略為偏大。54 感應電動機的功率方程和轉矩方程本節(jié)將用等效電路來分析感應電動機的功率關系，并列出功率方程和轉矩方程。一、功率方程，電磁功率和轉換功率從等效電路可見，感應電動機從電源輸人的電功率PN，其中一小部分將消耗于定子繞組的電阻而變成銅耗Pcu1，一小部分將消耗于定子鐵心變?yōu)殍F耗PFe，余下的大部分功率將借助于氣隙旋轉磁場的作用，從定子通過氣隙傳送到轉子，這部分功率稱為電磁功率，用Pe表示.寫成方程式時有(5-29)式中(5-3

27、0)其中，cos1為定子的功率因數(shù)從等效電路可知，電磁功率Pe為(5-31)其中，cos´2為轉子的內功率因數(shù). 正常運行時，轉差率很小，轉于中磁通的變化頻率很低，通常僅13Hz，所以轉子鐵耗一般可略去不計。因此，從傳送到轉子的電磁功率Pe中扣除轉子銅耗Pcu2后，可得轉換為機械能的總機械功率(即轉換功率P，即(5-32)用電磁功率表示時，上式亦可改寫成（5-33）式(5-33)說明：傳送到轉子的電磁功率Pe中，s部分變?yōu)檗D子銅耗，（1-s）部分轉換為機械功率。由于轉子銅耗等于sPe，所以它亦稱為轉差功率。從P中再扣除轉子的機械損耗p和雜散損耗p，可得轉子軸上輸出的機械功率P2，即（

28、5-34）在小型籠型感應電動機中，滿載時的雜散損耗可達輸出功率的13；在大型感應電動機中，可取為輸出功率的0。5。P的大小與槽配合、槽開口、氣隙大小和制造工藝等因素有關。圖5-18表示與式（5-29)，式(5-32)和式(5-34)相應的功率圖。二、轉矩方程和電磁轉矩把轉子的輸出功率方程式（5-34)除以機械角速度，可得轉子的轉矩方程（5-35）式中，TE為電磁轉矩，T0為與機械損耗和雜散損耗所對應的阻力轉矩，如忽略雜散損耗，它就是空載轉矩；T2為電動機的輸出轉矩由于總機械功率P=(1-s) Pe, ,轉子的機械角速度(1s) s，所以電磁轉矩TE亦可以寫成(5-36)式(5-36)表明：電磁

29、轉矩既可用機械功率，亦可用電磁功率算出。用機械功率去求電磁轉矩時，應除以轉子的機械角速度；用電磁功率去求電磁轉矩時，則應除以旋轉磁場的同步角速度s，因為電磁功率是通過氣隙旋轉磁場傳送到轉子的?？紤]到電磁功率把這些關系代人式(536)，經(jīng)過整理，可得（5-37）式中上式說明，電磁轉矩與氣隙主磁通量m和轉子電流的有功分量成正比；增加轉子電流的有功分量，可是電磁轉矩增大。例53 有一臺三相四極的籠型感應電動機，額定功率PNlOkW，額定電壓UN380V(三角形聯(lián)結)，定子每相電阻R1=1.33,漏抗X12.43，轉子電阻的歸算值R´2=1。12，漏抗歸算值X´2=4。4，激磁阻抗

30、Rm712，Xm900，電動機的機械損耗p=1OOW，額定負載時的雜散損耗p=100W。試求額定負載時電動機的轉速，電磁轉矩，輸出轉矩，定子和轉子相電流，定子功率因數(shù)和電動機的效率。從上面的計算可見，在所設轉差率下，輸出功率P210kw，即電動機在額定負載下運行，符合題目要求。如果算出的P2PN,則要重新假設一個轉差率s，一直到算出的P2 = PN為止。55 感應電動機參數(shù)的測定感應電動機的參數(shù)可以用空載試驗和堵轉(短路)試驗來確定。一、空載試驗空載試驗的目的是確定電動機的激磁參數(shù)Rm、Xm，以及鐵耗pFe和機械損耗p. 試驗是在轉子軸上不帶任何負載，電源頻率f = fN，轉速nns的情況下進

31、行。用調壓器改變試驗電壓的大小，使定子端電壓從(1.11.2)U1N，逐步下降到0.3 U1N左右，每次記錄電動機的端電壓U1、空載電流1。和空載功率P，即可得到電動機的空載特性1，P（U1），如圖5-21所示?？蛰d時，電動機的三相輸人功率全部用以克服定子銅耗、鐵耗和轉子的機械損耗，所以從空載功率P減去定子銅耗，即得鐵耗和機械損耗兩項之和即 （5-39）由于鐵耗基本上與端電壓的平方成正比，機械損耗則僅與轉速有關而與端電壓的高低無關，因此把鐵耗和機械損耗兩項之和與端電壓的平方值畫成曲線p（），則該線將近似為一直線，如圖5-22所示把該線延長到Ul處，如圖522中虛線所示，則該處的縱坐標就表示機械

32、損耗P，虛線以上部分則是隨電壓而變化的鐵耗?？蛰d時，轉差率，轉子可認為開路，于是根據(jù)等效電路，激磁電阻為（5-40）定于的空載電抗1為 （5-41）式中，1X1X，RR1R；其中定子漏抗X1可由堵轉試驗確定，于是激磁電抗X為 （5-42）二、堵轉試驗堵轉(短路)試驗的目的是確定感應電動機的漏阻抗，試驗在轉子堵轉情況(1)下進行調節(jié)試驗電壓，使1 0.4U1N (對小型電動機若條件具備，最好從U10.9U11.0U1N做起)，然后逐步降低電壓，每次記錄定子的端電壓U1、定子電流1k和功率P，即可得到短路特性，1，P（U1），如圖5-23所示。由堵轉(1)時的等效電路(圖5-24)可見，由于比1大

33、很多，所以定于電流主要由定，轉子的漏阻抗所限制。因此即使在0.4U1N下進行堵轉試驗，定子電流仍然很大，可達額定電流的2.53.5倍；為避免定子繞組過熱試驗應盡快進行。根據(jù)堵轉試驗數(shù)據(jù)，可求出堵轉時的阻抗(即短路阻抗) 、電阻R和電抗X（5-43）根據(jù)圖524，若不計鐵耗(即認為R0)，可得短路阻抗為這樣，根據(jù)堵轉試驗測出的R和X以及空載試驗測出的X，即可確定只R´此外，還可證明（5-48）式中，；這樣，先用XK、R´2和X0算出Xki,在把Xki代入式（5-48），既可算出定、轉子的漏抗值。對于大型感應電機，一般來講Zm>>Z´2,堵轉時激磁電流可略

34、去不計，此時可近似認為（5-49）于是（5-50）在正常工作范圍內，定、轉子的漏抗基本為一常值。但當高轉差時(例如在起動時)，定、轉子電流將比額定值大很多，此時漏磁磁路中的鐵磁部分將達到飽和，從而使總的漏磁磁阻變大、漏抗變小。因此，起動時定、轉于的漏抗值(飽和值)將比正常工作時小1535左右故在進行堵轉試驗時，應力求測得11，1（）1和U1U1N三處的數(shù)據(jù)，然后分別算出不同飽和程度時的漏抗值。計算工作特性時，采用不飽和值；計算起動特性時，采用飽和值；計算最大轉矩時，采用對應于(23)1時的漏抗值。這樣可使計算結果接近于實際情況。6 感應電動機的轉矩轉差率曲線感應電動機的輸出主要體現(xiàn)在轉矩和轉速

35、上。在電源為額定電壓的情況下，電磁轉矩與轉差率的關系（）就稱為轉矩轉差率特性，或曲線。特性是感應電動機最主要的特性。一、轉矩轉差率特性從式（5-36）可知，電磁轉矩 從式（5-26）可知，轉子電流為 式中， ，取轉子電流的模代入電磁轉矩，可得 （5-51）把不同的轉差率代人上式，算出對應的電磁轉矩，便可得到轉矩轉差率特性，如圖525所示。圖中<<l的范圍是電動機狀態(tài)，<的范圍為發(fā)電機狀態(tài)二、最大轉矩和起動轉矩最大轉矩 從圖525可知，曲線有一個最大值令，即可求出產(chǎn)生時的轉差率為（5-52）稱為臨界轉差率。將代入式（5-51），可得（5-53）式中，正號對應于電動機狀態(tài)，負號對

36、應于發(fā)電機狀態(tài)。當1« X1X´，系數(shù)時，和可近似的寫成（5-54）從上式可見：(1)感應電機的最大轉矩與電源電壓的平方成正比，與定、轉子漏抗之和近似成反比；(2)最大轉矩的大小與轉子電阻值無關，臨界轉差則與轉于電阻´2成正比：´2增大時，增大，但max保持不變，此時曲線的最大值將向左偏移,如圖5-26所示。電動機的最大轉矩與額定轉矩之比稱為過載能力，用kT表示kT =max/N。如果負載的制動轉矩大于最大轉矩,電動機就會停轉。為保證電動機不因短時過載而停轉，通常kT1.6-2.5起動轉矩 感應電動機接通電源開始起動時(s1)的電磁轉矩稱為起動轉矩，用s

37、t表示。將s1代入式(5-51)，可得（5-55）從上式和圖526可見，增大轉子電阻，就增大，起動轉矩st將隨之增大直到達到最大轉矩值為止。對于繞線型電機，可以在轉子中接人外加電阻來實現(xiàn)這一點。三、轉矩-轉速特性(機械特性)把轉矩-轉差率曲線T。= f(s)的縱、橫坐標對調，井利用n=ns(1-s)把轉差率轉換為對應的轉速n,就可以得到轉矩轉速特性n= f()如圖5-27所示。 把電動機的轉矩轉速特性n= f()和負載的特性n= f(2+0)畫在一起,在交點處(圖5-27中的A點)，電動機的電磁轉矩與負載轉矩相干衡、該點即為電動機組的運行點。例5·4 一臺四極、380V、三角形聯(lián)結的

38、感應電動機，其參數(shù)為1=4。47，´2 = 3。18，X1= 6。7，X´2= 9。85，X= 188, m忽略不計。試求該電動機的最大轉矩max及臨界轉差，起動電流Ist及起動轉矩st.解 系數(shù)c為由式(552)和(553)，臨界轉差率和最大轉矩max為58 感應電動機的工作特性為保證感應電動機運行可靠、使用經(jīng)濟，國家標準對電動機的主要性能指標作出了具體規(guī)定。標志工作性能的主要指標有：額定效率N，額定功串因敷cosN和最大轉矩倍數(shù)max/N。一、工作特性在額定電壓和額定頻率下，電動機的轉速n、電磁轉矩、定于電流I1、功率因數(shù)cos1效率與輸出功率P2的關系曲線n, ，I1

39、, cos1, = f(P2) 稱為感應電動機的工作特性。下面分別加以說明。轉速 電動機的轉速為n=ns(1-s)，空載時P20，轉差率s0,轉子的轉速非常接近于同步轉速ns。隨著負載的增大，為使電磁轉矩足以克服負載轉矩，轉子電流將增大，轉差率s也增大。通常額定負載時的轉差率s2%-5%，即額定轉速約比同步轉速低2%-5%。定子電流 電動機的定子電流I1= Im(-I´)?？蛰d時轉子電流I20，定子電流幾乎全部是激磁電流Im；隨著負載的增大，轉于電流增大,于是定子電流將隨之增大。圖528表示一臺10kW的三相感應電動機的轉速特性和定子電流特性功率因數(shù) 從等效電路可見，感應電動機是一個感性電路，所以感應電動機的功率因數(shù)恒小于l，且為滯后?？蛰d運行時，定子電流基本上是激磁電流(其主要成分是無功的磁化電流)，所以功率因數(shù)很低，約為0.1一0.2加上負載后，輸出的機械功率增加，定子電流中的有功分量也增大，于是電動機的功率因數(shù)就逐漸提高。通常在額定負載附近，功率因數(shù)將達到其最大值。若負載繼續(xù)增大，由于轉差率較大，轉子等效電阻´2s和轉子功率因數(shù)cos2下降得