異步牽引電動機(jī)

1、工作原理工作原理基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)電磁關(guān)系電磁關(guān)系建立物理模型建立物理模型 基本方程基本方程建立數(shù)學(xué)模型建立數(shù)學(xué)模型運(yùn)行特性運(yùn)行特性應(yīng)用知識應(yīng)用知識電機(jī)學(xué)研究各種電機(jī)的一般順序：電機(jī)學(xué)研究各種電機(jī)的一般順序：12第第 3 章章 異步牽引電動機(jī)異步牽引電動機(jī)3. 1 異步牽引電動機(jī)的異步牽引電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)1. 定子定子定子主要包括定子鐵心、定子繞組以及機(jī)座和端蓋。定子主要包括定子鐵心、定子繞組以及機(jī)座和端蓋?；\型感應(yīng)電機(jī)籠型感應(yīng)電機(jī)3定子鐵心定子鐵心4定子繞組定子繞組562. 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸等部件組成。由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸等部件組成?；\型感應(yīng)電機(jī)籠型感應(yīng)電機(jī)7籠

2、型轉(zhuǎn)子籠型轉(zhuǎn)子8轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子鐵心9轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組籠型轉(zhuǎn)子籠型轉(zhuǎn)子1011繞線型轉(zhuǎn)子繞線型轉(zhuǎn)子12133. 氣隙氣隙1415異步牽引電動機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：異步牽引電動機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1. 氣隙較大。氣隙較大。2. 定子繞組絕緣結(jié)構(gòu)采用耐電暈聚酰亞胺薄膜加定子繞組絕緣結(jié)構(gòu)采用耐電暈聚酰亞胺薄膜加 云母帶。絕緣等級為云母帶。絕緣等級為200級。級。3. 采用絕緣軸承。采用絕緣軸承。4. 轉(zhuǎn)子導(dǎo)條采用專用銅合金。轉(zhuǎn)子導(dǎo)條采用專用銅合金。5. 結(jié)構(gòu)部件輕量化。結(jié)構(gòu)部件輕量化。3. 1. 2 感應(yīng)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)感應(yīng)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)ssnnns 稱為轉(zhuǎn)差率稱為轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率是表征感應(yīng)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的基本變量。轉(zhuǎn)差率是

3、表征感應(yīng)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的基本變量。三種運(yùn)行狀態(tài)：三種運(yùn)行狀態(tài)：nnns 稱為轉(zhuǎn)差。稱為轉(zhuǎn)差。163.1.3 額定值額定值(感應(yīng)電動機(jī)感應(yīng)電動機(jī))還包括額定功率因數(shù)、額定效率等。還包括額定功率因數(shù)、額定效率等。對于三相感應(yīng)電動機(jī)對于三相感應(yīng)電動機(jī)NNNNNIUP cos3 17 額定值是電機(jī)制造廠在設(shè)計電機(jī)時對電機(jī)的一些電量和額定值是電機(jī)制造廠在設(shè)計電機(jī)時對電機(jī)的一些電量和機(jī)械量所規(guī)定的數(shù)據(jù)。電機(jī)運(yùn)行時若各量均符合額定值，稱機(jī)械量所規(guī)定的數(shù)據(jù)。電機(jī)運(yùn)行時若各量均符合額定值，稱電機(jī)運(yùn)行于額定工況。電機(jī)運(yùn)行于額定工況。(1) 額定功率額定功率PN(2) 額定電壓額定電壓UN(3) 額定電流額定電流IN

4、(4) 額定頻率額定頻率fN(5) 額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速nN 感應(yīng)電機(jī)運(yùn)行在電動機(jī)狀態(tài)時，轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速感應(yīng)電機(jī)運(yùn)行在電動機(jī)狀態(tài)時，轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速0nns旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)，而定子磁場的轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速而定子磁場的轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速ns。此時，定子磁場相對于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為此時，定子磁場相對于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為sssnnnn 轉(zhuǎn)子電動勢和電流的頻率為轉(zhuǎn)子電動勢和電流的頻率為2160sP snfsf 稱為轉(zhuǎn)子頻率或轉(zhuǎn)差頻率稱為轉(zhuǎn)子頻率或轉(zhuǎn)差頻率轉(zhuǎn)子電流建立的轉(zhuǎn)子磁場相對于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)子電流建立的轉(zhuǎn)子磁場相對于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為2126060sfsfnsnnPP 轉(zhuǎn)子磁場相對于定子的轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)子磁場相對于定子的轉(zhuǎn)速為ssnnnnnnnn)

5、( 2183. 2 感應(yīng)電動機(jī)內(nèi)部的電磁關(guān)系感應(yīng)電動機(jī)內(nèi)部的電磁關(guān)系 由于定子電流建立的定子磁場和轉(zhuǎn)子電流建立的由于定子電流建立的定子磁場和轉(zhuǎn)子電流建立的轉(zhuǎn)子磁場相對于定子的轉(zhuǎn)速均為同步轉(zhuǎn)速，定子、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子磁場相對于定子的轉(zhuǎn)速均為同步轉(zhuǎn)速，定子、轉(zhuǎn)子磁場始終保持相對靜止。子磁場始終保持相對靜止。 定、轉(zhuǎn)子磁場保持相對靜止是產(chǎn)生恒定電磁轉(zhuǎn)矩的定、轉(zhuǎn)子磁場保持相對靜止是產(chǎn)生恒定電磁轉(zhuǎn)矩的必要條件。必要條件。19mwkNfE 1111444. mwskNfE 2222444. ssssILfjXI jEILfjXI jE22222211111122 22211122LfXLfXs 和和 為定、轉(zhuǎn)子的漏

6、電感；為定、轉(zhuǎn)子的漏電感； 和和 為定、轉(zhuǎn)子漏電抗。為定、轉(zhuǎn)子漏電抗。 1L 2L 1XsX 2旋轉(zhuǎn)時的定子、轉(zhuǎn)子電路為旋轉(zhuǎn)時的定子、轉(zhuǎn)子電路為定子方的定子方的頻率為頻率為f1轉(zhuǎn)子方的頻率轉(zhuǎn)子方的頻率為為f2= s f1由此可列出定子、轉(zhuǎn)子一相的電壓方程由此可列出定子、轉(zhuǎn)子一相的電壓方程)(sssjXRIE 2222)( 11111jXRIEU3. 3 三相感應(yīng)電動機(jī)的等效電路三相感應(yīng)電動機(jī)的等效電路 為了便于對感應(yīng)電機(jī)進(jìn)行分析計算，需要推出感應(yīng)為了便于對感應(yīng)電機(jī)進(jìn)行分析計算，需要推出感應(yīng)電機(jī)的等效電路。電機(jī)的等效電路。1 頻率歸算頻率歸算頻率歸算的目的是要解決定子、轉(zhuǎn)子頻率不同的問題。頻率歸

7、算的目的是要解決定子、轉(zhuǎn)子頻率不同的問題。頻率歸算的物理意義是：在轉(zhuǎn)子方對定子方影響不變的原則頻率歸算的物理意義是：在轉(zhuǎn)子方對定子方影響不變的原則下，用靜止的、轉(zhuǎn)子電阻為下，用靜止的、轉(zhuǎn)子電阻為R2/s的等效轉(zhuǎn)子代替旋轉(zhuǎn)的、電的等效轉(zhuǎn)子代替旋轉(zhuǎn)的、電阻為阻為R2的實(shí)際轉(zhuǎn)子。的實(shí)際轉(zhuǎn)子。21(f1)(f2 = sf1)頻率歸算后頻率歸算后的電路圖的電路圖頻率歸算前頻率歸算前的電路圖的電路圖22(f1)(f1)(f1)(f2 = sf1)將頻率歸算之后的轉(zhuǎn)子將頻率歸算之后的轉(zhuǎn)子電阻電阻寫成寫成2221RssRsR 綜上所述，進(jìn)行頻率歸算有兩方面的意義，一是使定、轉(zhuǎn)子綜上所述，進(jìn)行頻率歸算有兩方面的

8、意義，一是使定、轉(zhuǎn)子電路的頻率相等；二是推出了代表機(jī)械功率的等效電阻。電路的頻率相等；二是推出了代表機(jī)械功率的等效電阻。232 繞組歸算繞組歸算 繞組歸算是要解決定、轉(zhuǎn)子繞組匝數(shù)、相數(shù)和繞組歸算是要解決定、轉(zhuǎn)子繞組匝數(shù)、相數(shù)和繞組因數(shù)不同的問題。繞組因數(shù)不同的問題。 繞組歸算的物理意義是：在轉(zhuǎn)子對定子影響不繞組歸算的物理意義是：在轉(zhuǎn)子對定子影響不變的原則下，用匝數(shù)、相數(shù)和繞組因數(shù)與定子繞組變的原則下，用匝數(shù)、相數(shù)和繞組因數(shù)與定子繞組的匝數(shù)、相數(shù)和繞組因數(shù)相同的等效轉(zhuǎn)子繞組代替的匝數(shù)、相數(shù)和繞組因數(shù)相同的等效轉(zhuǎn)子繞組代替實(shí)際轉(zhuǎn)子繞組。實(shí)際轉(zhuǎn)子繞組。24(f1)(f1)25(f1)(f1)(f1)

9、(f1)(f1)(f2 = sf1)將前面的分析歸納起來，得到感應(yīng)電機(jī)的基本方程將前面的分析歸納起來，得到感應(yīng)電機(jī)的基本方程 21121222211111EEZIEIIIXjsRIEjXRIEUmmm)()/()( 等效電路等效電路26(f1)(f1)2728RESISTANCES 20 C 150 CR1 = 0.0696 Ohm R1 = 0.1051 Ohm 20 C 150 CR2 = 0.0661 Ohm R2 = 0.0919 OhmLEAKAGE INDUCTANCESL1 = 1.7938 mH L2 = 1.1959 mH293. 4 感應(yīng)電動機(jī)的功率方程和轉(zhuǎn)矩方程感應(yīng)電動機(jī)

10、的功率方程和轉(zhuǎn)矩方程 下面按照功率的傳遞過程，利用等效電路對各種功率下面按照功率的傳遞過程，利用等效電路對各種功率和損耗進(jìn)行分析，并建立功率和轉(zhuǎn)矩方程。和損耗進(jìn)行分析，并建立功率和轉(zhuǎn)矩方程。1 功率方程功率方程 感應(yīng)電動機(jī)從電源感應(yīng)電動機(jī)從電源輸入的電功率為輸入的電功率為11111 cosIUmP 定子繞組電阻產(chǎn)生的定子銅耗和鐵心中產(chǎn)生的鐵耗分別為定子繞組電阻產(chǎn)生的定子銅耗和鐵心中產(chǎn)生的鐵耗分別為121 11cupm I R 21Femmpm IR 感應(yīng)電動機(jī)正常運(yùn)行時，旋轉(zhuǎn)磁場相對于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速感應(yīng)電動機(jī)正常運(yùn)行時，旋轉(zhuǎn)磁場相對于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速很低，因此轉(zhuǎn)子鐵耗很小。很低，因此轉(zhuǎn)子鐵耗很小。30輸

11、入功率中減去定子銅輸入功率中減去定子銅耗和鐵耗后，其余部分耗和鐵耗后，其余部分通過旋轉(zhuǎn)磁場傳遞到轉(zhuǎn)通過旋轉(zhuǎn)磁場傳遞到轉(zhuǎn)子上，這部分利用電磁子上，這部分利用電磁感應(yīng)作用傳遞到轉(zhuǎn)子方感應(yīng)作用傳遞到轉(zhuǎn)子方的功率稱為電磁功率。的功率稱為電磁功率。FecueppPP11sRImIEmPe22212221 cos從傳遞到轉(zhuǎn)子的電磁功率中減去轉(zhuǎn)子銅耗，得到總機(jī)械功率從傳遞到轉(zhuǎn)子的電磁功率中減去轉(zhuǎn)子銅耗，得到總機(jī)械功率22212RImpcu222121RssImpPPcue ecusPp2ePsP)( 1 從總機(jī)械功率中扣除機(jī)械損耗和雜散損耗從總機(jī)械功率中扣除機(jī)械損耗和雜散損耗 ，得到感應(yīng)電動，得到感應(yīng)電動機(jī)

12、輸出的機(jī)械功率。機(jī)輸出的機(jī)械功率。 ppPP2312 轉(zhuǎn)矩方程轉(zhuǎn)矩方程02TTTe PTe ppT0 22PT 3 電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩ss )( 1seseePsPsPT )()(11 可以通過將總機(jī)械功率除以機(jī)械角速度，也可以通過將總機(jī)械功率除以機(jī)械角速度，也可以通過將電磁功率除以同步角速度來計算電磁可以通過將電磁功率除以同步角速度來計算電磁轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩。22 cosICTmTe TC 稱為轉(zhuǎn)矩常數(shù)稱為轉(zhuǎn)矩常數(shù)電磁轉(zhuǎn)矩與主磁通量和轉(zhuǎn)子電流的有功分量成正比。電磁轉(zhuǎn)矩與主磁通量和轉(zhuǎn)子電流的有功分量成正比。32第第4章章 異步牽引電動機(jī)的運(yùn)行特性異步牽引電動機(jī)的運(yùn)行特性4. 1 感應(yīng)電動機(jī)的工作特性感

13、應(yīng)電動機(jī)的工作特性 感應(yīng)電動機(jī)的工作特性是指：在額定電壓和額定頻率下，感應(yīng)電動機(jī)的工作特性是指：在額定電壓和額定頻率下，感應(yīng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速、電磁轉(zhuǎn)矩、定子電流、功率因數(shù)、效率感應(yīng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速、電磁轉(zhuǎn)矩、定子電流、功率因數(shù)、效率與輸出功率的關(guān)與輸出功率的關(guān) 系。系。)(cos211PfITne 、1. 轉(zhuǎn)速特性轉(zhuǎn)速特性 當(dāng)輸出功率當(dāng)輸出功率 時，時， ；02 Psnn NUU 1Nff 1即，當(dāng)即，當(dāng) ， 時，時， 2P 增加時，負(fù)載轉(zhuǎn)矩增加，轉(zhuǎn)速下降，轉(zhuǎn)子電流增加，增加時，負(fù)載轉(zhuǎn)矩增加，轉(zhuǎn)速下降，轉(zhuǎn)子電流增加，電磁轉(zhuǎn)矩增加，以克服負(fù)載轉(zhuǎn)矩；電磁轉(zhuǎn)矩增加，以克服負(fù)載轉(zhuǎn)矩；NPP 2%5%1 Nss

14、Nnn%)99%95( 當(dāng)當(dāng) 時，時， ，因此，因此， 。2. 定子電流特性定子電流特性 根據(jù)根據(jù) ，當(dāng)輸出功率，當(dāng)輸出功率 時，時， ；)(21IIIm 02 PmII 12P 增加時，轉(zhuǎn)子電流增加，定子電流隨之增大。增加時，轉(zhuǎn)子電流增加，定子電流隨之增大。3. 功率因數(shù)特性功率因數(shù)特性 當(dāng)輸出功率當(dāng)輸出功率 時，時， ，此時定子功率因數(shù)很低，此時定子功率因數(shù)很低， 約為約為0.2。02 PmII 1 當(dāng)當(dāng) 剛開始增加時，剛開始增加時，s 較小，轉(zhuǎn)子功率因數(shù)較大，定子較小，轉(zhuǎn)子功率因數(shù)較大，定子電流中的有功分量增加，定子功率因數(shù)增大。電流中的有功分量增加，定子功率因數(shù)增大。2P 當(dāng)當(dāng) 增加到

15、一定程度時，隨著增加到一定程度時，隨著 s 增大，轉(zhuǎn)子功率因數(shù)減增大，轉(zhuǎn)子功率因數(shù)減小，導(dǎo)致定子功率因數(shù)又開始下降，小，導(dǎo)致定子功率因數(shù)又開始下降， 通常在達(dá)到額定負(fù)載之通常在達(dá)到額定負(fù)載之前，定子功率因數(shù)出現(xiàn)最大值。前，定子功率因數(shù)出現(xiàn)最大值。2P4. 電磁轉(zhuǎn)矩特性電磁轉(zhuǎn)矩特性602202020nPTPTTTTe 當(dāng)輸出功率當(dāng)輸出功率 時，時， 。02 P0TTe 當(dāng)當(dāng) 增加時，轉(zhuǎn)速略有下降，因此特性為略微上翹的曲線。增加時，轉(zhuǎn)速略有下降，因此特性為略微上翹的曲線。2P5. 效率特性效率特性 pPPPP2212 4. 2 三相感應(yīng)電動機(jī)的機(jī)械特性三相感應(yīng)電動機(jī)的機(jī)械特性將激磁支路開路將激磁支

16、路開路 機(jī)械特性指的是：在電源電壓、電源頻率和電機(jī)機(jī)械特性指的是：在電源電壓、電源頻率和電機(jī)參數(shù)不變的情況下，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩之間的參數(shù)不變的情況下，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，即關(guān)系，即 )(eTfn 35考慮到考慮到Im很小，很小，T形等效電路形等效電路sRImPTssee222112222112()UIRRXXs pfnss12602 )(212121221122XXsRRfsRpUmTe 362. 固有機(jī)械特性固有機(jī)械特性 指電動機(jī)在規(guī)定接線方式下，外加額定頻率的額指電動機(jī)在規(guī)定接線方式下，外加額定頻率的額定電壓，定子、轉(zhuǎn)子回路不串接任何電路元件時，電定電壓，定子、轉(zhuǎn)子回路

17、不串接任何電路元件時，電動機(jī)轉(zhuǎn)速動機(jī)轉(zhuǎn)速(或轉(zhuǎn)差率或轉(zhuǎn)差率)與電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，即與電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，即n = f (Te)或或 s = f (Te)。 )(212121221122XXsRRfsRpUmTe 3738(1) 固有機(jī)械特性分析固有機(jī)械特性分析1) 電動機(jī)狀態(tài)電動機(jī)狀態(tài)2) 發(fā)電機(jī)狀態(tài)發(fā)電機(jī)狀態(tài)3) 電磁制動狀態(tài)電磁制動狀態(tài)3. 固有機(jī)械特性上的特殊點(diǎn)固有機(jī)械特性上的特殊點(diǎn)1) 同步轉(zhuǎn)速點(diǎn)同步轉(zhuǎn)速點(diǎn)A(理想空載點(diǎn)理想空載點(diǎn))2) 額定運(yùn)行點(diǎn)額定運(yùn)行點(diǎn)B3) 最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)C0 dsdTe由由212221212XXRXXRsRm )(得得 )(212121221122XX

18、sRRfsRpUmTe Sm稱為臨界轉(zhuǎn)差率。稱為臨界轉(zhuǎn)差率。39）（2112112212112111422XXfpmXXRfpmTURU )(max212mRsXX (1) 當(dāng)電源頻率和電機(jī)參數(shù)不變時，感應(yīng)電機(jī)的最大電磁轉(zhuǎn)矩當(dāng)電源頻率和電機(jī)參數(shù)不變時，感應(yīng)電機(jī)的最大電磁轉(zhuǎn)矩 與電源電壓的平方成正比，而臨界轉(zhuǎn)差率與電壓無關(guān)；與電源電壓的平方成正比，而臨界轉(zhuǎn)差率與電壓無關(guān)；(2) 當(dāng)電源電壓和頻率一定時，最大轉(zhuǎn)矩近似地與定、轉(zhuǎn)子漏抗當(dāng)電源電壓和頻率一定時，最大轉(zhuǎn)矩近似地與定、轉(zhuǎn)子漏抗 之和成反比；之和成反比；(3) 最大轉(zhuǎn)矩的大小與轉(zhuǎn)子電阻無關(guān)，臨界轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)子回路最大轉(zhuǎn)矩的大小與轉(zhuǎn)子電阻無關(guān)，臨

19、界轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)子回路 電阻成正比；電阻成正比；(4) 當(dāng)電壓和參數(shù)一定時，最大電磁轉(zhuǎn)矩隨頻率增加而減小。當(dāng)電壓和參數(shù)一定時，最大電磁轉(zhuǎn)矩隨頻率增加而減小。1 62 5max/( . . )NmTT 稱為過載能力稱為過載能力404) 起動點(diǎn)起動點(diǎn)D )(212212221112XXRRRUfpmTst 當(dāng)電源頻率和電機(jī)參數(shù)不變時，當(dāng)電源頻率和電機(jī)參數(shù)不變時， 起動轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比。起動轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比。5. 發(fā)電機(jī)狀態(tài)發(fā)電機(jī)狀態(tài)再生制動。再生制動。機(jī)組轉(zhuǎn)速高于同步轉(zhuǎn)速。機(jī)組轉(zhuǎn)速高于同步轉(zhuǎn)速。6. 機(jī)械特性的變化機(jī)械特性的變化（1） 降低電源電壓降低電源電壓212mRsXX ）（211211

20、4XXfpmTU max )(212212221112XXRRRUfpmTst 43降低電源電壓時，臨降低電源電壓時，臨界轉(zhuǎn)差率不變，最大界轉(zhuǎn)差率不變，最大轉(zhuǎn)矩和起動轉(zhuǎn)矩隨電轉(zhuǎn)矩和起動轉(zhuǎn)矩隨電壓平方減小。壓平方減小。(2) 轉(zhuǎn)子回路串入對稱電阻轉(zhuǎn)子回路串入對稱電阻212XXRsm ）（2112114XXfpmTU max44轉(zhuǎn)子電阻增大時，最大轉(zhuǎn)子電阻增大時，最大轉(zhuǎn)矩不變，臨界轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)矩不變，臨界轉(zhuǎn)差率增大，起動轉(zhuǎn)矩先增大，增大，起動轉(zhuǎn)矩先增大，臨界轉(zhuǎn)差率大于臨界轉(zhuǎn)差率大于1時，轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子電阻再增大，起動轉(zhuǎn)子電阻再增大，起動轉(zhuǎn)矩減小。矩減小。 )(212212221112XXRRRUfpmTst 1. 升