電機學(xué)之異步電機2

1、西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院蘇少平蘇少平2011.8（異步電動機起動與調(diào)速）（異步電動機起動與調(diào)速）12222112UIRRXXs 1221212stUIRRXX1s 1nn2I12/LiIIk 101LIII1 22cosTTCI2I1I111 1EUZ I111114.44wEN f k 2cos1 22cosTTCIKM3K1M3K2RUNK1M3K2XUNstNUkU=ststIkI=2ststTk T=U3stUIZUZ 接法的起動電流接法的起動電流Y 接法的啟動電流接法的啟動電流U3stUIZ3stUIZ13ststII13ststTTK1UNK2abcM3st

2、INUstINaUkNstaUUk=2ststaIIk=2ststaTTk=3M1C2C3C4C3pR2pR1pR2123pppRRRR+212ppRRR+21pRR+2RTmaxT1TzT2T1nnOabcdfghimRmX1R2sF2JTs1s =T上上T下下T16011fns nspNSNSNSNSNSNSNSNSNSABCNUpIpIpIABCNUp2IpIpIYP3cos3cos3NpNpUIU IYYP32cos2 3cos23NpNpYUIU IP9550YYYPTn2955095502YYYYYYYYYPPTTnn211max22111122mUTRRXX2m22112RsRX

3、X21122211212stmU RTRRXXYYY12 /4ZmaxT2ms1stT2YYYnTmaxTstTmax2Tst2TABABCNUp3IpIpIABCNUp2IpIpI3cosNpPU I232cos1.1533NYYpUPIPP9550PTn1582YYYYYYPPTTnnn211max22111122mUTRRXX2m22112RsRXX21122211212stmU RTRRXXYY12 /4Zmax2T3ms1st2T31/3UnTmaxTstTst2T3ABmax2T3YYB一、從基頻下調(diào)時應(yīng)滿足什么條件，調(diào)速特點是什么？一、從基頻下調(diào)時應(yīng)滿足

4、什么條件，調(diào)速特點是什么？ 降低電源頻率降低電源頻率f1時，如果電源電壓時，如果電源電壓U1不變，則磁通量不變，則磁通量 會增大，使得電機過飽和，導(dǎo)致電會增大，使得電機過飽和，導(dǎo)致電流急劇增大。流急劇增大。 因此在降低頻率因此在降低頻率f1時，必須同時降低電壓時，必須同時降低電壓U1，以保持磁通，以保持磁通 基本不變。基本不變。 實際控制方法有兩種，即（實際控制方法有兩種，即（1）保持）保持 E1/ f1常數(shù)常數(shù)（2）保持）保持 U1/ f1= 常數(shù)常數(shù)。 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。22221 2122111221221112222122260MRm IPm pERm pfEsTnRsX

5、fsfRXsRs222122mRRsXf L21112112 22mm pETfL常常21211212606022mmRfRns nf LpLp常常nTmT1f1f 1f 1n1n1nOZT二、從基頻上調(diào)時調(diào)速特點是什么？二、從基頻上調(diào)時調(diào)速特點是什么？ 提高頻率提高頻率f1時，電源電壓時，電源電壓U1不變，磁通量不變，磁通量 會減小，相當于直流電動機的弱磁增速。會減小，相當于直流電動機的弱磁增速。 恒功率調(diào)速方式。恒功率調(diào)速方式。221111max222111211112111112 22 2m pUm pUTffXXfRRXX2m221211121RRsXXfRXX21m1112602mR

6、fns nfLLp常常Ton1f1f 1f 1f mT一、什么是異步電動機的調(diào)壓調(diào)速？一、什么是異步電動機的調(diào)壓調(diào)速？ 異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與定子電壓的平方成正比。改變定子電壓，即可改變電動機拖動系異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與定子電壓的平方成正比。改變定子電壓，即可改變電動機拖動系統(tǒng)的動力轉(zhuǎn)矩，達到改變轉(zhuǎn)速的目的。統(tǒng)的動力轉(zhuǎn)矩，達到改變轉(zhuǎn)速的目的。 過去主要利用自耦變壓器或者飽和電抗器串聯(lián)在定子三相電路中來實現(xiàn)調(diào)壓。過去主要利用自耦變壓器或者飽和電抗器串聯(lián)在定子三相電路中來實現(xiàn)調(diào)壓。 目前多采用晶閘管交流調(diào)壓器串在定子三相電路中來實現(xiàn)。目前多采用晶閘管交流調(diào)壓器串在定子三相電路中來實現(xiàn)。 調(diào)節(jié)變壓器

7、輸出電壓、電抗器勵磁電流、晶閘管的導(dǎo)通角就可調(diào)節(jié)定子繞組電壓。調(diào)節(jié)變壓器輸出電壓、電抗器勵磁電流、晶閘管的導(dǎo)通角就可調(diào)節(jié)定子繞組電壓。abcABCMMABCabcMabcABC二、異步電動機定子電壓改變時機械特性如何改變？二、異步電動機定子電壓改變時機械特性如何改變？NU0.7NU0.5NUnTsms 電磁轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩隨著與定子電壓平方成正比。電磁轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩隨著與定子電壓平方成正比。 出現(xiàn)最大轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)差率出現(xiàn)最大轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)差率 sm 保持不變。保持不變。 驅(qū)動恒轉(zhuǎn)矩負載時，調(diào)速范圍小。普通異步電動機帶恒轉(zhuǎn)矩負載時不宜采用調(diào)壓調(diào)速。驅(qū)動恒轉(zhuǎn)矩負載時，調(diào)速范圍小。普通異步電動機帶恒轉(zhuǎn)矩負載時不

8、宜采用調(diào)壓調(diào)速。 驅(qū)動泵類負載時，可以在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速，取得明顯的節(jié)能效果。驅(qū)動泵類負載時，可以在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速，取得明顯的節(jié)能效果。NU0.7NU0.5NUnTsms一、一、 繞線異步電動機的轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速繞線異步電動機的轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速 給繞線式異步電動機的轉(zhuǎn)子回路串入調(diào)節(jié)電阻給繞線式異步電動機的轉(zhuǎn)子回路串入調(diào)節(jié)電阻Rtj，其機械特性曲線，其機械特性曲線T= f (s)形狀將發(fā)生變化。形狀將發(fā)生變化。最大轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩 Tmax 的位置隨所串電阻的增大而下移。的位置隨所串電阻的增大而下移。 若電動機驅(qū)動恒轉(zhuǎn)矩負載，本來工作于若電動機驅(qū)動恒轉(zhuǎn)矩負載，本來工作于a 點，串入調(diào)節(jié)

9、電阻點，串入調(diào)節(jié)電阻Rtj后，工作點會移動到后，工作點會移動到 b 點。點。由于由于a、b 點的電磁轉(zhuǎn)矩相等，所以點的電磁轉(zhuǎn)矩相等，所以 22tjabRRRss22tjabRRRss 串入電阻前后的兩個穩(wěn)態(tài)，電動機的阻抗沒有發(fā)生變化，所以電流不變，轉(zhuǎn)矩也不變。由于串入電阻前后的兩個穩(wěn)態(tài)，電動機的阻抗沒有發(fā)生變化，所以電流不變，轉(zhuǎn)矩也不變。由于PM=T 1 ，所以電磁功率也保持不變。而總的機械功率，所以電磁功率也保持不變。而總的機械功率P =T 隨著轉(zhuǎn)速下降而減小。所減少的隨著轉(zhuǎn)速下降而減小。所減少的功率消耗在了調(diào)節(jié)電阻上。功率消耗在了調(diào)節(jié)電阻上。 asbsab1s LTTs二、串級調(diào)速的原理是

10、什么？二、串級調(diào)速的原理是什么？ 電動機的動力轉(zhuǎn)矩電動機的動力轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子電流大小有關(guān)，為了改變電磁轉(zhuǎn)矩，可以通過給轉(zhuǎn)電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子電流大小有關(guān)，為了改變電磁轉(zhuǎn)矩，可以通過給轉(zhuǎn)子繞組串入電阻或者電勢來改變轉(zhuǎn)子電流，進而改變電磁轉(zhuǎn)矩。子繞組串入電阻或者電勢來改變轉(zhuǎn)子電流，進而改變電磁轉(zhuǎn)矩。 串入的電勢串入的電勢 Ed 必須與轉(zhuǎn)子電勢必須與轉(zhuǎn)子電勢 sE2 同相數(shù)同頻率。同相數(shù)同頻率。 如果如果Ed與轉(zhuǎn)子電勢與轉(zhuǎn)子電勢 sE2反相，則接入電勢瞬間，轉(zhuǎn)子回路合成電勢反相，則接入電勢瞬間，轉(zhuǎn)子回路合成電勢 S S E2 減小，轉(zhuǎn)子電流減減小，轉(zhuǎn)子電流減小，電磁轉(zhuǎn)矩減小，電機減速，轉(zhuǎn)差率增大，合成

11、電勢、轉(zhuǎn)子電流、電磁轉(zhuǎn)矩反升，直到與負小，電磁轉(zhuǎn)矩減小，電機減速，轉(zhuǎn)差率增大，合成電勢、轉(zhuǎn)子電流、電磁轉(zhuǎn)矩反升，直到與負載轉(zhuǎn)矩再次平衡。則電機在較低轉(zhuǎn)速下又開始新的穩(wěn)態(tài)運行。載轉(zhuǎn)矩再次平衡。則電機在較低轉(zhuǎn)速下又開始新的穩(wěn)態(tài)運行。 如果如果Ed與轉(zhuǎn)子電勢與轉(zhuǎn)子電勢 sE2同相，則經(jīng)過瞬態(tài)調(diào)整后，電機將在較高轉(zhuǎn)速開始新的穩(wěn)態(tài)運行。同相，則經(jīng)過瞬態(tài)調(diào)整后，電機將在較高轉(zhuǎn)速開始新的穩(wěn)態(tài)運行。 由于轉(zhuǎn)子電勢的頻率隨著轉(zhuǎn)速變化而變化，要獲得和轉(zhuǎn)子同頻率的附加電勢，往往需要一臺由于轉(zhuǎn)子電勢的頻率隨著轉(zhuǎn)速變化而變化，要獲得和轉(zhuǎn)子同頻率的附加電勢，往往需要一臺輔助發(fā)電機，與異步電機的轉(zhuǎn)子繞組相連接，裝置較為復(fù)雜

12、。輔助發(fā)電機，與異步電機的轉(zhuǎn)子繞組相連接，裝置較為復(fù)雜。2222222ssEsEIRjXRjsXss=+三、什么是可控硅串級調(diào)速系統(tǒng)？三、什么是可控硅串級調(diào)速系統(tǒng)？ 將工頻交流電通過變壓器、可控整流器、逆變器變成與轉(zhuǎn)子頻率一樣的電勢接入轉(zhuǎn)子繞組，將工頻交流電通過變壓器、可控整流器、逆變器變成與轉(zhuǎn)子頻率一樣的電勢接入轉(zhuǎn)子繞組，實現(xiàn)串級調(diào)速。通過改變可控整流器觸發(fā)角的大小，改變接入的附加電勢大小。實現(xiàn)串級調(diào)速。通過改變可控整流器觸發(fā)角的大小，改變接入的附加電勢大小。一、什么是單相異步電動機？一、什么是單相異步電動機？ 單相異步電動機是指只需要單相交流電源供電的異步電動機。其特點是結(jié)構(gòu)簡單，使用方單

13、相異步電動機是指只需要單相交流電源供電的異步電動機。其特點是結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。廣泛應(yīng)用于家電、醫(yī)療、電動工具等設(shè)備中。便。廣泛應(yīng)用于家電、醫(yī)療、電動工具等設(shè)備中。 與同容量的三相異步電動機相比，它體積較大，運行性能稍差，僅適用于小容量電機。與同容量的三相異步電動機相比，它體積較大，運行性能稍差，僅適用于小容量電機。 單相異步電動機定子上通常有兩套繞組單相異步電動機定子上通常有兩套繞組( 主繞組主繞組m和輔繞組和輔繞組a ), 并在空間錯開并在空間錯開90電角度。轉(zhuǎn)電角度。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與三相異步電動機相同。子結(jié)構(gòu)與三相異步電動機相同。二、單相異步電動機如何分類？二、單相異步電動機如何分類？ 分析表

14、明，單相繞組產(chǎn)生的是脈振磁場。盡管它可以分解為兩個旋轉(zhuǎn)磁場；但無法產(chǎn)生啟分析表明，單相繞組產(chǎn)生的是脈振磁場。盡管它可以分解為兩個旋轉(zhuǎn)磁場；但無法產(chǎn)生啟動轉(zhuǎn)矩。動轉(zhuǎn)矩。 要產(chǎn)生啟動轉(zhuǎn)矩，必須利用輔繞組。如果給主輔繞組通入相差要產(chǎn)生啟動轉(zhuǎn)矩，必須利用輔繞組。如果給主輔繞組通入相差90電角度的兩相電流，則相電角度的兩相電流，則相當于兩相電機，就會有啟動轉(zhuǎn)矩。當于兩相電機，就會有啟動轉(zhuǎn)矩。 而單相電機采用的是單相電源，必須將單相電源設(shè)法分成相位不同的兩路分別接入主輔繞而單相電機采用的是單相電源，必須將單相電源設(shè)法分成相位不同的兩路分別接入主輔繞組中，才能產(chǎn)生啟動轉(zhuǎn)矩，這稱為分相。組中，才能產(chǎn)生啟動轉(zhuǎn)矩

15、，這稱為分相。 根據(jù)不同的分相方法，可以把異步電動機分為：電阻分相啟動、電容分相啟動、電容運轉(zhuǎn)、根據(jù)不同的分相方法，可以把異步電動機分為：電阻分相啟動、電容分相啟動、電容運轉(zhuǎn)、電容啟動與運轉(zhuǎn)、罩極電動機等不同的類別。電容啟動與運轉(zhuǎn)、罩極電動機等不同的類別。三、一相定子繞組通入一相交流電流時的產(chǎn)生怎樣的磁場和三、一相定子繞組通入一相交流電流時的產(chǎn)生怎樣的磁場和機械特性？機械特性？ 一相繞組通一相電流，產(chǎn)生脈振磁勢，可以分解成兩個旋轉(zhuǎn)磁勢。一相繞組通一相電流，產(chǎn)生脈振磁勢，可以分解成兩個旋轉(zhuǎn)磁勢。 單獨考慮每一個旋轉(zhuǎn)磁勢的作用時，與三相電機的作用一樣，各有自己的機械特性。單獨考慮每一個旋轉(zhuǎn)磁勢的作

16、用時，與三相電機的作用一樣，各有自己的機械特性。 兩條機械特性曲線合成后對原點對稱，在啟動點合成轉(zhuǎn)矩為零，也就是說沒有啟動轉(zhuǎn)矩。兩條機械特性曲線合成后對原點對稱，在啟動點合成轉(zhuǎn)矩為零，也就是說沒有啟動轉(zhuǎn)矩。 如果設(shè)法使它轉(zhuǎn)起來，則轉(zhuǎn)矩會逐漸增大，并能穩(wěn)定運行。其轉(zhuǎn)向由啟動時轉(zhuǎn)向決定。如果設(shè)法使它轉(zhuǎn)起來，則轉(zhuǎn)矩會逐漸增大，并能穩(wěn)定運行。其轉(zhuǎn)向由啟動時轉(zhuǎn)向決定。 理想空載轉(zhuǎn)速小于同步轉(zhuǎn)速。理想空載轉(zhuǎn)速小于同步轉(zhuǎn)速。Ms1s =M+M-四、兩相定子繞組通兩相交流電流時產(chǎn)生的磁場和機械特性是四、兩相定子繞組通兩相交流電流時產(chǎn)生的磁場和機械特性是怎樣的？怎樣的？ 兩相繞組通入兩相交流電時，各自產(chǎn)生兩個轉(zhuǎn)

17、向相反的旋轉(zhuǎn)磁場。兩個正向旋轉(zhuǎn)磁場相位兩相繞組通入兩相交流電時，各自產(chǎn)生兩個轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)磁場。兩個正向旋轉(zhuǎn)磁場相位接近，互相加強；兩個反向旋轉(zhuǎn)磁場接近反相，互相削弱。接近，互相加強；兩個反向旋轉(zhuǎn)磁場接近反相，互相削弱。 電機內(nèi)部存在一個較強的正向旋轉(zhuǎn)磁場和一個較弱的反向旋轉(zhuǎn)磁場，其合成磁場為一個橢電機內(nèi)部存在一個較強的正向旋轉(zhuǎn)磁場和一個較弱的反向旋轉(zhuǎn)磁場，其合成磁場為一個橢圓形的旋轉(zhuǎn)磁場。圓形的旋轉(zhuǎn)磁場。 正反向旋轉(zhuǎn)磁場強弱有別，對應(yīng)機械特性不再對稱，合成后具有一定的啟動轉(zhuǎn)矩。正反向旋轉(zhuǎn)磁場強弱有別，對應(yīng)機械特性不再對稱，合成后具有一定的啟動轉(zhuǎn)矩。 兩繞組的對稱性和通過的電流的對稱性越好，合成磁場就越接近圓形，啟動轉(zhuǎn)矩也就越大，兩繞