電機(jī)學(xué) 課件第5章

1、34138-05A 主編BJ11.TIF第5章5.1三相感應(yīng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行狀態(tài)5.2三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)5.3三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電壓方程和等效電路5.4感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的功率方程和轉(zhuǎn)矩方程5.5籠型轉(zhuǎn)子的極數(shù)、相數(shù)和參數(shù)的歸算5.6感應(yīng)電動(dòng)機(jī)參數(shù)的測(cè)定5.7感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)差率曲線5.8感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的工作特性5.9感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)，深槽和雙籠電動(dòng)機(jī)5.10感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速5.11單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)5.12感應(yīng)發(fā)電機(jī)和感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)，直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)5.1三相感應(yīng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行狀態(tài)1.三相感應(yīng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)2.三相感應(yīng)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)3.額定值圖5-1定子鐵心槽形a)開(kāi)口槽b)半開(kāi)口槽c)半閉口槽1

2、.三相感應(yīng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖5-2籠型繞組圖5-3小型三相籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)圖5-4三相繞線型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)示意圖圖5-5三相繞線型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)2.三相感應(yīng)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)圖5-6感應(yīng)電機(jī)的三種運(yùn)行狀態(tài)(圖中N,S代表氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，和表示轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和轉(zhuǎn)子電流有功分量的方向)解已知額定轉(zhuǎn)速為730r/min，因額定轉(zhuǎn)速略低于同步轉(zhuǎn)速，故知該機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為750r/min，極數(shù)2p=8。于是，額定轉(zhuǎn)差率sN為3.額定值(1)額定功率PN指電動(dòng)機(jī)在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，軸端輸出的機(jī)械功率，單位為千瓦(kW)。(2)定子額定電壓U1N指電機(jī)在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，定子繞組應(yīng)加的線電壓，單位為伏(V)。(3)定子額定電

3、流I1N指電機(jī)在額定電壓下運(yùn)行，輸出功率達(dá)到額定功率時(shí)，流入定子繞組的線電流，單位為安(A)。(4)額定功率因數(shù)cosN指電機(jī)在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，定子邊的功率因數(shù)。(5)額定頻率fN指加于定子邊的電源頻率，我國(guó)工頻多為50Hz。(6)額定轉(zhuǎn)速nN5.2三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)1.空載運(yùn)行時(shí)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)2.負(fù)載運(yùn)行時(shí)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)1.空載運(yùn)行時(shí)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)圖5-7感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的激磁磁動(dòng)勢(shì)和氣隙主磁場(chǎng)圖5-8感應(yīng)電機(jī)中主磁通所經(jīng)過(guò)圖5-9主磁路的磁化曲線圖5-10定子漏磁通a)槽漏磁b)端部漏磁2.負(fù)載運(yùn)行時(shí)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)(1)轉(zhuǎn)子電流的頻率(2)轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)相對(duì)于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速(3)由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速

4、n=ns(1-s)=1500(1-0.05)r/min=1425r/min,所以轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)在空間的轉(zhuǎn)速應(yīng)為(1425+75)r/min=1500r/min，即為同步轉(zhuǎn)速。圖5-11定、轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速圖5-12轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)與氣隙主磁場(chǎng)在空間的相對(duì)位置a)=0時(shí)和的空間矢量圖b)=0時(shí)和的時(shí)間相量圖c)0時(shí)和的空間矢量圖d)0時(shí)和的時(shí)間相量圖圖5-13、和的空間矢量圖與和的時(shí)間相量圖圖5-14三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載時(shí)的磁場(chǎng)分布(2p=6)5.3三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電壓方程和等效電路1.電壓方程2.等效電路1.電壓方程26d.TIF圖5-15感應(yīng)電動(dòng)機(jī)定、轉(zhuǎn)子耦合電路示意圖(取A、a一相)2.等效

5、電路圖5-16頻率歸算后感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的定、轉(zhuǎn)子電路圖(取A、a一相)圖5-17轉(zhuǎn)子順氣隙磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)方向移動(dòng)角時(shí)圖5-18頻率和繞組歸算后定、轉(zhuǎn)子的耦合電路圖圖5-19感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的T形等效電路圖5-20感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的相量圖圖5-21正常工作時(shí)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的近似等效電路5.4感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的功率方程和轉(zhuǎn)矩方程1.功率方程，電磁功率和轉(zhuǎn)換功率2.轉(zhuǎn)矩方程和電磁轉(zhuǎn)矩3.計(jì)算額定點(diǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)的MATLAB源程序1.功率方程，電磁功率和轉(zhuǎn)換功率圖5-22由T形等效電路導(dǎo)出感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的功率方程2.轉(zhuǎn)矩方程和電磁轉(zhuǎn)矩(1) 定子電流和定子輸入功率(2) 轉(zhuǎn)子電流和激磁電流(3) 定、轉(zhuǎn)子損耗(4) 輸出功率和效率(5) 額

6、定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速(6) 電磁轉(zhuǎn)矩和輸出轉(zhuǎn)矩2.轉(zhuǎn)矩方程和電磁轉(zhuǎn)矩2.轉(zhuǎn)矩方程和電磁轉(zhuǎn)矩3.計(jì)算額定點(diǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)的MATLAB源程序5jj1.TIF3.計(jì)算額定點(diǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)的MATLAB源程序5jj2.TIF3.計(jì)算額定點(diǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)的MATLAB源程序5jj3.TIF5.5籠型轉(zhuǎn)子的極數(shù)、相數(shù)和參數(shù)的歸算1.籠型轉(zhuǎn)子的極數(shù)和相數(shù)2.籠型轉(zhuǎn)子參數(shù)的歸算1.籠型轉(zhuǎn)子的極數(shù)和相數(shù)5z19.TIF圖5-24一對(duì)極下導(dǎo)條的電動(dòng)勢(shì)2.籠型轉(zhuǎn)子參數(shù)的歸算圖5-25籠型轉(zhuǎn)子的電路和電流a) 電路圖b) 部分電路c) 導(dǎo)條和端環(huán)電流的相量圖5.6感應(yīng)電動(dòng)機(jī)參數(shù)的測(cè)定1.空載試驗(yàn)2.堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)1.空載試驗(yàn)圖5-26空載特性,

7、=f()圖5-27鐵耗和機(jī)械損耗的分離2.堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)圖5-28短路特性,=f()圖5-29堵轉(zhuǎn)時(shí)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的等效電路5.7感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)差率曲線1.轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)差率特性2.最大轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩3.機(jī)械特性(轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩特性)4.計(jì)算和繪制Te-s曲線的MATLAB程序1.轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)差率特性圖5-30感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)差率曲線2.最大轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩(1)感應(yīng)電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩與電源電壓的平方成正比，與定轉(zhuǎn)子漏抗之和近似成反比。 (2)最大轉(zhuǎn)矩的大小與轉(zhuǎn)子電阻值無(wú)關(guān)，臨界轉(zhuǎn)差率sm則與轉(zhuǎn)子電阻R2成正比；R2增大時(shí)，sm增大，但Tmax保持不變，此時(shí)Te-s曲線的最大值將向左偏移，如圖5-31所示。圖5-3

8、1轉(zhuǎn)子電阻變化時(shí)的-s曲線3.機(jī)械特性(轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩特性)圖5-32感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性4.計(jì)算和繪制Te-s曲線的MATLAB程序jj0503.TIFjj0503a.TIF圖5-33例5-3所示電動(dòng)機(jī)的-s曲線5.8感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的工作特性1.工作特性2.感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的主要運(yùn)行數(shù)據(jù)1.工作特性圖5-34感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的s,n,=f()圖5-35感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的,cos,=f()2.感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的主要運(yùn)行數(shù)據(jù)5.9感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)，深槽和雙籠電動(dòng)機(jī)1.籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)2.繞線型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)3.深槽和雙籠感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1.籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)圖5-36Y/起動(dòng)法的接線圖圖5-37用自耦變壓器來(lái)降壓起動(dòng)2.繞線

9、型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)3.深槽和雙籠感應(yīng)電動(dòng)機(jī)圖5-38深槽感應(yīng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中的電流集膚效應(yīng)a) 轉(zhuǎn)子槽漏磁b) 導(dǎo)條內(nèi)電流密度j沿導(dǎo)條高度的分布圖5-39雙籠轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)圖5-40雙籠電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子槽形圖5-41雙籠電動(dòng)機(jī)的-s曲線圖5-42雙籠電動(dòng)機(jī)的等效電路(轉(zhuǎn)子具有兩套端環(huán)時(shí))a) 雙籠轉(zhuǎn)子的漏磁通b) 雙籠電動(dòng)機(jī)的等效電路5.10感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速1.變極調(diào)速2.變頻調(diào)速3.改變轉(zhuǎn)差來(lái)調(diào)速1.變極調(diào)速圖5-432p=4時(shí)一相繞組的連接a) 每相兩組線圈的正向串聯(lián)b) 兩組線圈的展開(kāi)圖圖5-442p=2時(shí)一相繞組的連接a) 每相兩組線圈的反向串聯(lián)b) 兩組線圈的展開(kāi)圖2.變頻調(diào)速圖5-4

10、5變頻調(diào)速時(shí)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性a)頻率從下調(diào)時(shí)b)頻率從上調(diào)時(shí)(U=)圖5-46變頻器的主電路圖5-47PWM變頻器的主電路圖5-48A相輸出電壓波形及其基波3.改變轉(zhuǎn)差來(lái)調(diào)速圖5-49轉(zhuǎn)子回路中加入電阻來(lái)調(diào)速圖5-50轉(zhuǎn)子帶變頻器的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)圖5-51雙饋電機(jī)示意圖5.11單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2.工作原理和等效電路3.起動(dòng)方法1.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)圖5-52單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的接線示意圖2.工作原理和等效電路圖5-53將脈振磁動(dòng)勢(shì)分解為兩個(gè)幅值相同、轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)圖5-54單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的-s曲線圖5-55單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的等效電路a) 歸算前定、轉(zhuǎn)子的耦合電路b) 頻率歸算和繞組歸算后的等

11、效電路3.起動(dòng)方法圖5-56單相電容起動(dòng)電動(dòng)機(jī)a) 接線圖b) 相量圖c) -s曲線圖5-57罩極式單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)a) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖b) 罩極部分的相量圖5.12感應(yīng)發(fā)電機(jī)和感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)，直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1.感應(yīng)發(fā)電機(jī)2.感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)3.直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1.感應(yīng)發(fā)電機(jī)圖5-58理想空載(s=0)時(shí)感應(yīng)電機(jī)的等效電路圖5-59單機(jī)運(yùn)行時(shí)感應(yīng)發(fā)電機(jī)的自激a) 定子端點(diǎn)的三相電容組b) 發(fā)電機(jī)的自激2.感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)圖5-60反接制動(dòng)時(shí)定子的接線圖圖5-61能耗制動(dòng)時(shí)的接線圖圖5-62由旋轉(zhuǎn)電機(jī)演變成3.直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)額定數(shù)據(jù)，包括額定電流I1N，額定轉(zhuǎn)速nN,額定轉(zhuǎn)矩TN,額定功率因數(shù)cos1N

12、和額定效率N；過(guò)載能力，即最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)Tmax;起動(dòng)性能，即起動(dòng)電流倍數(shù)Ist和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)Tst。從T形等效電路可見(jiàn)，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)是一個(gè)感性電路，故定子功率因數(shù)恒為滯后。額定功率因數(shù)cos1N的大小，主要取決于激磁電流和定、轉(zhuǎn)子漏抗的大小，Im越大，X1和X2 越大，cos1N就越低。由于感應(yīng)電機(jī)的主磁路中有一個(gè)氣隙，故Im較大，通常為額定電流的20%40%，所以cos1N通常只有0.80.9。最大轉(zhuǎn)矩Tmax和起動(dòng)電流Ist主要取決于定子的端電壓和定、轉(zhuǎn)子的漏抗，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst除與端電壓和定、轉(zhuǎn)子漏抗有關(guān)外，還與轉(zhuǎn)子電阻的大小有關(guān)。適當(dāng)?shù)卦龃筠D(zhuǎn)子電阻，可以減小起動(dòng)電流，增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，改善起動(dòng)性能；但是另一方面則會(huì)使銅耗增大，從而使正常工作時(shí)電動(dòng)機(jī)的效