第五章 感應(yīng)電機(jī)

1、第五章：感應(yīng)電機(jī)第五章：感應(yīng)電機(jī)第第1 1節(jié)節(jié): : 感應(yīng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)感應(yīng)電機(jī)的結(jié)構(gòu) 第第2 2節(jié)：節(jié)：感應(yīng)電機(jī)的工作原理和運(yùn)行狀態(tài)感應(yīng)電機(jī)的工作原理和運(yùn)行狀態(tài) 第第3 3節(jié)節(jié): : 三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng) 第第4 4節(jié)節(jié)：三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路：三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路 第第5 5節(jié)節(jié)：三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的參數(shù)測(cè)定：三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的參數(shù)測(cè)定 第第6 6節(jié)：節(jié)：鼠籠轉(zhuǎn)子參數(shù)的計(jì)算鼠籠轉(zhuǎn)子參數(shù)的計(jì)算 第第7 7節(jié)：節(jié)：感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的功率關(guān)系、功率方程和轉(zhuǎn)矩方程感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的功率關(guān)系、功率方程和轉(zhuǎn)矩方程 第第8 8節(jié)：節(jié)： 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的

2、電磁轉(zhuǎn)矩及機(jī)械特性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩及機(jī)械特性第第9 9節(jié)：節(jié)： 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的工作特性及其計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的工作特性及其計(jì)算 第第1010節(jié)節(jié): : 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)及深槽和雙籠電機(jī)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)及深槽和雙籠電機(jī) 第第1111節(jié)：感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速節(jié)：感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 第第1212節(jié)：特殊感應(yīng)電動(dòng)機(jī)節(jié)：特殊感應(yīng)電動(dòng)機(jī) 第第1313節(jié)：感應(yīng)發(fā)電機(jī)節(jié)：感應(yīng)發(fā)電機(jī) 第第1414節(jié)：感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在不對(duì)稱電壓下的運(yùn)行分析節(jié)：感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在不對(duì)稱電壓下的運(yùn)行分析 5-1 感應(yīng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)感應(yīng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)感應(yīng)電機(jī)主要由靜止的定子和轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子兩大部分組成，定、轉(zhuǎn)子之間有一很小的空氣隙。 一、定子一、定子(a) 半閉口

3、槽 (b) 半開(kāi)口槽 (c) 開(kāi)口槽感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的定子槽形 定子鐵心是主磁路的一部分，鐵心由0.5mm厚的硅鋼片疊成，在定子鐵心內(nèi)圓上有均勻分布的槽，用來(lái)嵌放定子繞組。定子鐵心采用的槽形主要有：半閉口槽、半開(kāi)口槽和開(kāi)口槽. 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的定子三相定子繞組可接成星形接法或三角形接法 (a) 星形接法 ( b)三角形接法感應(yīng)電動(dòng)機(jī)接線板 二、轉(zhuǎn)子二、轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸等組成，轉(zhuǎn)子繞組也是電路的一部分，有鼠籠式和繞線式兩種形式 。根據(jù)加工工藝的不同，鼠籠轉(zhuǎn)子分為鑄鋁式和焊接式兩種 (a) 鼠籠式焊接轉(zhuǎn)子 (b) 鼠籠式鑄鋁轉(zhuǎn)子 (c)鼠籠鼠籠轉(zhuǎn)子 繞線式轉(zhuǎn)子繞組和定子繞組相似，在轉(zhuǎn)子槽

4、內(nèi)嵌有三相繞組，通過(guò)滑環(huán)、電刷與外部接通 。繞線式轉(zhuǎn)子 一、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的工作原理一、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的工作原理5-2 感應(yīng)電機(jī)的工作原理和運(yùn)行狀態(tài)感應(yīng)電機(jī)的工作原理和運(yùn)行狀態(tài) 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)工作原理 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)工作原理是建立在電磁感應(yīng)定律和電磁力定律基礎(chǔ)上 二、感應(yīng)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)二、感應(yīng)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài) 設(shè)感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為n，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速為同步速ns，二者之間的相對(duì)速度 稱為轉(zhuǎn)差速度，定義轉(zhuǎn)差速度與同步速之比為轉(zhuǎn)差率s ssnnns 轉(zhuǎn)差率是感應(yīng)電機(jī)的一個(gè)重要參數(shù)，根據(jù)其正負(fù)和大小可以判斷電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，感應(yīng)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)分為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和電磁制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)三種 。感應(yīng)電機(jī)的三種運(yùn)行狀態(tài)

5、 三、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的額定值三、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的額定值感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的額定值及有關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)主要有： （1）額定功率：指額定運(yùn)行時(shí)輸出的機(jī)械功率，單位為瓦（W）或千瓦 （kW）；（2）額定電壓：指額定運(yùn)行狀態(tài)下定子繞組應(yīng)加的線電壓，單位為伏 （V）或千伏（kV）；（3）額定電流：指額定電壓和額定功率下運(yùn)行時(shí)的定子繞組線電流，單 位為安（A）或千安（kA）；（4）額定功率：指電動(dòng)機(jī)供電電壓的頻率。我國(guó)規(guī)定工頻為50赫茲 （Hz）；（5）額定轉(zhuǎn)速：指電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速，單位為 轉(zhuǎn)/分（r/min）。 除此以外，銘牌上還標(biāo)出額定運(yùn)行狀態(tài)下的功率因數(shù)、效率、相數(shù)、接線方式和溫升等。對(duì)繞線式電機(jī)，還應(yīng)標(biāo)出定子外加額

6、定電壓時(shí)的轉(zhuǎn)子開(kāi)路電壓和轉(zhuǎn)子額定電流等。 對(duì)于三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，額定功率為 NNNNNIUPcos3N式中 、 分別為額定運(yùn)行時(shí)的功率因數(shù)和效率 NcosN 1953年參照前蘇聯(lián)的A、AO系列設(shè)計(jì)了J、JO系列電機(jī)。1961年全國(guó)統(tǒng)一設(shè)計(jì)了J2、JO2系列，采用了E級(jí)絕緣，提高了性能。1971年起，設(shè)計(jì)了JO3系列電機(jī)，與老產(chǎn)品相比，重量平均減輕25.2%，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩提高34.5%。1979年開(kāi)始，組織了Y系列電動(dòng)機(jī)的統(tǒng)一設(shè)計(jì)，采用B級(jí)別絕緣。上世紀(jì)90年代，又設(shè)計(jì)了替代Y系列電動(dòng)機(jī)的Y2系列，與Y系列相比，Y2系列提高了防護(hù)等級(jí)和絕緣等級(jí)，安裝尺寸及功率等級(jí)符合IEC標(biāo)準(zhǔn)。目前已完成了Y3系列的

7、設(shè)計(jì)，Y3系列電機(jī)全部采用冷軋硅鋼片，具有效率高、噪音低、起動(dòng)性能好等優(yōu)點(diǎn)。 四、國(guó)產(chǎn)電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介四、國(guó)產(chǎn)電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介本節(jié)分析空載和負(fù)載時(shí)感應(yīng)電機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)本節(jié)分析空載和負(fù)載時(shí)感應(yīng)電機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng) 一、空載運(yùn)行時(shí)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)一、空載運(yùn)行時(shí)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)5-3 三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)1、空載磁動(dòng)勢(shì)和空載電流、空載磁動(dòng)勢(shì)和空載電流 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)空載時(shí)，將定子繞組接至對(duì)稱三相電壓，便有對(duì)稱三相電流 在定子繞組中流過(guò)，該電流稱為空載電流。若不計(jì)諧波磁動(dòng)勢(shì)，則該定子電流建立一基波旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)F1，其幅值為 10I1011135. 1IpkNFw在F1作用下產(chǎn)生氣隙磁場(chǎng)B

8、m，Bm沿氣隙圓周正弦分布并以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn) 空載運(yùn)行時(shí)定子磁動(dòng)勢(shì)空載運(yùn)行時(shí)定子磁動(dòng)勢(shì)F1近似為產(chǎn)生氣隙主磁場(chǎng)的激磁近似為產(chǎn)生氣隙主磁場(chǎng)的激磁磁動(dòng)勢(shì)磁動(dòng)勢(shì)Fm，空載電流，空載電流 近似等于激磁電流近似等于激磁電流 。10ImI空載磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng) 空載電流包括兩部分，絕大部分是用來(lái)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，稱為磁化電流，為無(wú)功分量，小部分用以供給空載損耗，為有功分量。 2、主磁通、定子漏磁通和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、主磁通、定子漏磁通和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 根據(jù)磁通通過(guò)的路徑的不同，將磁通分為兩部分：主磁通和漏磁通。由基波旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的通過(guò)氣隙并與定子繞由基波旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的通過(guò)氣隙并與定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組同時(shí)交鏈的磁通稱為主磁通。

9、組和轉(zhuǎn)子繞組同時(shí)交鏈的磁通稱為主磁通。主磁通為每極下的磁通量，用 表示 。m四極感應(yīng)電機(jī)主磁通分布圖 定子三相電流除產(chǎn)生主磁通 外，還產(chǎn)生僅與定子繞組交鏈而不與轉(zhuǎn)子繞組交鏈的磁通稱為定子漏磁通，用 表示。漏磁通包括三部分：即槽漏磁通、端部漏磁通和諧波漏磁通。 1 槽漏磁通和端部漏磁通 主磁路主要由定、轉(zhuǎn)子鐵心和氣隙組成是一個(gè)非線性磁路，主磁路主要由定、轉(zhuǎn)子鐵心和氣隙組成是一個(gè)非線性磁路，受磁路飽和程度影響較大受磁路飽和程度影響較大；而漏磁路的磁阻可認(rèn)為是常值而漏磁路的磁阻可認(rèn)為是常值。 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系如下圖所示 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系 主磁通在定子中感應(yīng)出對(duì)稱三相感應(yīng)電

10、動(dòng)勢(shì)，其表達(dá)式為 mwkNfjE111144. 4111XI jE漏磁通將在定子三相繞組中感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)，其表達(dá)式為 111112LfIEX式中稱為定子漏抗，1L稱為定子漏電感 二、負(fù)載運(yùn)行時(shí)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)二、負(fù)載運(yùn)行時(shí)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng) 當(dāng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載時(shí)，轉(zhuǎn)速低于空載轉(zhuǎn)速，因而定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子的相對(duì)速度增加，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)增大，電機(jī)內(nèi)部電磁關(guān)系發(fā)生變化。 1、負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)、負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì) 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，進(jìn)而產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流，產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)F2。 12606060sfnnnpnnnpnpfssss轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率為： 分析可知 F1與F2轉(zhuǎn)速相等，轉(zhuǎn)向

11、相同，在空間始終保持相對(duì)靜止 ，感應(yīng)電機(jī)在任何轉(zhuǎn)速下均能產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩。感應(yīng)電機(jī)負(fù)載時(shí)氣隙內(nèi)的磁場(chǎng)由定、轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)共同產(chǎn)生的。感應(yīng)電機(jī)負(fù)載時(shí)氣隙內(nèi)的磁場(chǎng)由定、轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)共同產(chǎn)生的。 當(dāng)負(fù)載運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)除了與定子磁動(dòng)勢(shì)共同產(chǎn)生主磁場(chǎng)外，還產(chǎn)生僅與轉(zhuǎn)子繞組交鏈的漏磁通，轉(zhuǎn)子漏磁通也包括槽漏磁通、端部漏磁通和諧波漏磁通三種。 2、轉(zhuǎn)子反應(yīng)、轉(zhuǎn)子反應(yīng)負(fù)載時(shí)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)對(duì)氣隙磁場(chǎng)的影響稱為轉(zhuǎn)子反應(yīng)。負(fù)載時(shí)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)對(duì)氣隙磁場(chǎng)的影響稱為轉(zhuǎn)子反應(yīng)。 LmIII11mI負(fù)載后定子電流中除激磁分量外，還有一個(gè)補(bǔ)償轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)的負(fù)載分量 LI1 所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)F1L與轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)F2大小相

12、等，方向相反，以維持氣隙內(nèi)主磁通基本不變。 負(fù)載變化對(duì)定子的影負(fù)載變化對(duì)定子的影響是通過(guò)響是通過(guò)F2起作用的起作用的LI1即 F1L=F2 轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)與主磁場(chǎng)轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)與主磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，02X繞線式電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)及磁場(chǎng)分布 轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)幅值與氣隙磁場(chǎng)幅值之間的夾角為 90 02X繞線式電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)及磁場(chǎng)分布 轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)幅值與氣隙磁場(chǎng)幅值之間的夾角為29002X籠型電動(dòng)機(jī)的的轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)及磁場(chǎng)分布 轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)幅值與氣隙磁場(chǎng)幅值之間的夾角為 90籠型電動(dòng)機(jī)的的轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)及磁場(chǎng)分布 02X轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)幅值與氣隙磁場(chǎng)幅值之間的夾角為2903、負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系、負(fù)載

13、運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系感應(yīng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系 三、激磁阻抗及漏抗三、激磁阻抗及漏抗 與變壓器中的分析方法類似，引入激磁阻抗表征主磁通對(duì)電路的電磁效應(yīng)，則定子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與激磁電流之間具有以下關(guān)系 )(1mmmmmjXRIZIEsssXI jEXI jE222111定、轉(zhuǎn)子漏磁通感應(yīng)電勢(shì)與定、轉(zhuǎn)子電流之間有以下關(guān)系5-4電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路 、磁動(dòng)勢(shì)方程、磁動(dòng)勢(shì)方程 即負(fù)載時(shí)的定子磁動(dòng)勢(shì)可分為兩部分，一部分是用來(lái)產(chǎn)生主磁通的激磁磁動(dòng)勢(shì)Fm，另一部分用來(lái)抵消轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)的負(fù)載分量-F2。mwmwwIpkNmFIpkNmFIpkNmF1112222211

14、11129 . 029 . 029 . 0考慮到 5-4電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路 222111wwikNmkNmk 式中為定、轉(zhuǎn)子繞組的電流變比 2211122221IkIkNmkNmIiww為歸算到定子邊的轉(zhuǎn)子電流 miIkII21則：則：mIII21或：或：5-4電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路 磁動(dòng)勢(shì)矢量圖及電流相量圖 該圖為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)矢量圖和電流相量圖，考慮轉(zhuǎn)子漏阻抗時(shí)，轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)F2滯后于激磁磁場(chǎng)Bm的角度為2905-4電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路 二、電壓

15、方程二、電壓方程 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)，主磁通分別在定、轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) mwmwskNfjEkNfjE1111222244. 444. 4定、轉(zhuǎn)子漏磁通分別在定、轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生漏電動(dòng)勢(shì) 111112222244. 444. 4wwskNfjEkNfjE定、轉(zhuǎn)子繞組電阻分別產(chǎn)生電阻壓降 22RI11RI和5-4電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路 采用變壓器中各物理量正方向的規(guī)定，根據(jù)基爾霍夫第二定律可分別列寫(xiě)出定、轉(zhuǎn)子電路的電壓方程式 222211111RIEERIEEUssssssssZIjXRIEZIEjXRIEU22222211111111或或1

16、11jXRZssjXRZ222式中5-4電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路 將轉(zhuǎn)子電路中與頻率有關(guān)的物理量都注有下標(biāo)s，用以表示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的參數(shù)，它們與轉(zhuǎn)差率的關(guān)系為 22221222222212222221222244. 444. 42244. 444. 4sEksNfkNfEsXsLfLfXsEksNfkNfEwwssmwmws則定、轉(zhuǎn)子電路的電壓平衡方程式可改寫(xiě)為 222221111jsXRIEsEZIEUss5-4電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路 ( a) 定子等效電路 (b) 轉(zhuǎn)子等效電路定、轉(zhuǎn)子等效電路 5-4電

17、動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路 三、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的等效電路及相量圖三、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的等效電路及相量圖定、轉(zhuǎn)子耦合電路示意圖 由上圖可見(jiàn)定、轉(zhuǎn)子電路之間只有磁的耦合，沒(méi)有電的聯(lián)系需要進(jìn)行相應(yīng)的頻率和繞組歸算，即把一個(gè)電路歸算到另一個(gè)電路中去。通常將轉(zhuǎn)子側(cè)物理量歸算到定子側(cè)。 5-4電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路 1、頻率歸算、頻率歸算 頻率歸算是指在保持電磁系統(tǒng)的電磁性能不變的前提頻率歸算是指在保持電磁系統(tǒng)的電磁性能不變的前提下，把一種頻率的物理量換算成另一種頻率的物理量。下，把一種頻率的物理量換算成另一種頻率的物理量。 22

18、222222222/IjXsREjsXREsjXREIsss 對(duì)感應(yīng)電機(jī)進(jìn)行頻率的歸算是將轉(zhuǎn)子電路的頻率歸算成定子電路的頻率。要使轉(zhuǎn)子電路的頻率等于定子電路的頻率，應(yīng)該用一個(gè)靜止的轉(zhuǎn)子代替實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子 5-4電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路 靜止電動(dòng)機(jī)定、轉(zhuǎn)子耦合電路示意圖 21Rss電阻電阻 為表征機(jī)械功率的電阻為表征機(jī)械功率的電阻 5-4電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路 2、繞組歸算、繞組歸算 對(duì)感應(yīng)電機(jī)進(jìn)行了頻率歸算后，雖然解決了定、轉(zhuǎn)子頻率不同的問(wèn)題，但不能把定、轉(zhuǎn)子電路連接起來(lái)。因此還要像變壓器中那樣進(jìn)行繞組歸

19、算。 在歸算中必須保證歸算前后轉(zhuǎn)子的電磁效應(yīng)不變，歸算后轉(zhuǎn)子各物理量斜上方標(biāo)符號(hào)。由歸算前后轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)不變得：2222211129 . 029 . 0IpkNmIpkNmww5-4電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路 2211122221IkIkNmkNmIiww歸算后轉(zhuǎn)子電流為 由感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與匝數(shù)、繞組因數(shù)的關(guān)系得：12222112EEkEkNkNEeww2211wwekNkNk 式中為電壓變比 由歸算前后轉(zhuǎn)子銅耗和漏磁場(chǎng)儲(chǔ)能保持不變得: 22222221222222212121XImXImRImRIm22222222121122222222212112Xkk

20、XkNmkNmXRkkRkNmkNmReiwweiww則：則：5-4電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路 經(jīng)過(guò)繞組歸算，可得到轉(zhuǎn)子各物理量的歸算值 222222221XkkXRkkREkEIkIieieei經(jīng)頻率和繞組歸算后，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的基本方程為 mmmIIIZIEEXjsRIEZIEU2121222211115-4電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路 歸算后的定、轉(zhuǎn)子等效電路 5-4電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路 3、感應(yīng)電機(jī)的等效電路、感應(yīng)電機(jī)的等效電路歸算后 ，可將定、轉(zhuǎn)子電路連接在一

21、起，所得等效電路稱為 “T”型等效電路型等效電路。 21EE感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的 “T”型等效電路 5-4電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路 211221211212221111ZZcZUZZZIIZcZUZZZIIZZZZZUImmmmmmm由等效電路可得222Xj sRZmXXZZc1m111式中：為轉(zhuǎn)子等效阻抗 為修正系數(shù) 5-4電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路 對(duì)“T”型等效電路簡(jiǎn)化后可得到感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的“”型等效電路 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的“”型等效電路 021ZZ可取5-4電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和

22、等效電路 4、感應(yīng)電機(jī)的相量圖、感應(yīng)電機(jī)的相量圖相量圖畫(huà)法如下 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的相量圖 5-5 三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的參數(shù)測(cè)定三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的參數(shù)測(cè)定 、空載試驗(yàn)與激磁參數(shù)的測(cè)定、空載試驗(yàn)與激磁參數(shù)的測(cè)定1、空載試驗(yàn)、空載試驗(yàn)空載試驗(yàn)的目的是測(cè)取激磁參數(shù)，并分離出鐵耗和機(jī)械損耗。 試驗(yàn)時(shí)電機(jī)軸上不帶負(fù)載，定子繞組接到額定頻率的對(duì)稱三相電源，先將電機(jī)空載運(yùn)行一段時(shí)間（約20分鐘左右）使其機(jī)械損耗達(dá)到穩(wěn)定，然后調(diào)節(jié)定子端電壓從1.11.2開(kāi)始逐步降低至0.3U1N為止，測(cè) 79組數(shù)據(jù) 繪制成空載特性曲線11010UfpI、 空載特性曲線 5-5 三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的參數(shù)測(cè)定三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的參數(shù)測(cè)定 鐵耗和機(jī)械損

23、耗的確定 2、鐵耗與機(jī)械損耗的分離、鐵耗與機(jī)械損耗的分離空載輸入功率為 mecFeppRImp1210110mecFeppRImp1210110把不同電壓下的mecFepp以端電壓平方為橫坐標(biāo)繪成曲線，即可分離額定電壓下的鐵耗和機(jī)械損耗 5-5 三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的參數(shù)測(cè)定三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的參數(shù)測(cè)定 3、激磁參數(shù)的確定、激磁參數(shù)的確定mZZZIU101012101100ImpR 20200RZX由空載時(shí)的等效電路得 2101ImpRFem已知額定電壓下的鐵耗Fep即可求得激磁電阻 10XXXm而空載運(yùn)行時(shí)的等效電路 5-5 三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的參數(shù)測(cè)定三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的參數(shù)測(cè)定 二、短路試驗(yàn)及短路參數(shù)的測(cè)

24、定二、短路試驗(yàn)及短路參數(shù)的測(cè)定1、短路試驗(yàn)、短路試驗(yàn) 短路試驗(yàn)也稱為堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)將轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn),試驗(yàn)應(yīng)在較低的電壓下進(jìn)行，一般從0.4U1N開(kāi)始，逐漸降低電壓記錄一組數(shù)據(jù)繪制短路特性曲線I1k、kp1=f（U1） 短路特性曲線 5-5 三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的參數(shù)測(cè)定三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的參數(shù)測(cè)定 2、短路參數(shù)的確定、短路參數(shù)的確定短路時(shí)的等效電路 由短路時(shí)的等效電路可得 22211111kkkkkkkkRZXImpRIUZ鐵耗可略去不計(jì)， 則0mRkkmmkjXRXXjRXjRjXjXRZ222211)(5-5 三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的參數(shù)測(cè)定三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的參數(shù)測(cè)定 從上式解得22222222212222221

25、XXRXXXRXXXXXRXRRRmmmkmmk為簡(jiǎn)化計(jì)算，假定21XX 20220122101202221021XRXXRXXXXXRXXRRRkk5-5 三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的參數(shù)測(cè)定三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的參數(shù)測(cè)定 經(jīng)整理后得到 002022210XXXXRXXkkkXXXRRR0012則202200021XRXXXXXXk 對(duì)于中、大型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，由于Xm很大，可將激磁支路去掉，則由短路時(shí)的近似等效電路可得 短路時(shí)的近似等效電路 22112kkXXXRRR5-6 鼠籠轉(zhuǎn)子參數(shù)的計(jì)算鼠籠轉(zhuǎn)子參數(shù)的計(jì)算一、鼠籠轉(zhuǎn)子的極數(shù)一、鼠籠轉(zhuǎn)子的極數(shù) 下圖為一籠型轉(zhuǎn)子處于兩極氣隙磁場(chǎng)的情況，可見(jiàn)，籠型轉(zhuǎn)子繞組本身沒(méi)

26、有固定的極數(shù)，它的極數(shù)完全取決于定子繞組所產(chǎn)生的氣隙磁場(chǎng)的極數(shù)，即總是與定子極數(shù)相同。 (a) 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流5-6 鼠籠轉(zhuǎn)子參數(shù)的計(jì)算鼠籠轉(zhuǎn)子參數(shù)的計(jì)算(b)磁動(dòng)勢(shì)鼠籠轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中電動(dòng)勢(shì)、電流及磁動(dòng)勢(shì)5-6 鼠籠轉(zhuǎn)子參數(shù)的計(jì)算鼠籠轉(zhuǎn)子參數(shù)的計(jì)算二、鼠籠轉(zhuǎn)子的相數(shù)二、鼠籠轉(zhuǎn)子的相數(shù)鼠籠轉(zhuǎn)子的相數(shù)2m取決于轉(zhuǎn)子導(dǎo)條感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的相位 若 為整數(shù)，則一對(duì)極下所有導(dǎo)條的電動(dòng)勢(shì)相量組成一個(gè)均勻分布的電動(dòng)勢(shì)星形，籠型繞組是一個(gè)對(duì)稱多相繞組，其中每對(duì)極下的每一根導(dǎo)條構(gòu)成一相。即鼠籠轉(zhuǎn)子的相數(shù)為 pQ /2pQm/2222Qm pQ /2若 為分?jǐn)?shù)，則轉(zhuǎn)子相數(shù)為 每相串聯(lián)匝數(shù)為N2=1/2，繞組因數(shù) =12w

27、k5-6 鼠籠轉(zhuǎn)子參數(shù)的計(jì)算鼠籠轉(zhuǎn)子參數(shù)的計(jì)算三、鼠籠轉(zhuǎn)子參數(shù)的計(jì)算三、鼠籠轉(zhuǎn)子參數(shù)的計(jì)算 鼠籠轉(zhuǎn)子參數(shù)的計(jì)算分兩步：第一步求出轉(zhuǎn)子每相的電阻R2和漏電抗 ，第二步將他們歸算到定子邊，求出每相漏阻抗的歸算值。 2X1、轉(zhuǎn)子每相的漏阻抗、轉(zhuǎn)子每相的漏阻抗 每根導(dǎo)條的漏阻抗 ， 是每根端環(huán)的漏阻抗，導(dǎo)條中流過(guò)的電流是 ，端環(huán)中流過(guò)的電流是 ,各導(dǎo)條內(nèi)電流的幅值相等，相鄰導(dǎo)條內(nèi)電流在相位上相差 電角度 。 BZRZBIRI25-6 鼠籠轉(zhuǎn)子參數(shù)的計(jì)算鼠籠轉(zhuǎn)子參數(shù)的計(jì)算(a) 電路圖 (b) 電流相量圖鼠籠轉(zhuǎn)子的電路圖和電流相量圖 5-6 鼠籠轉(zhuǎn)子參數(shù)的計(jì)算鼠籠轉(zhuǎn)子參數(shù)的計(jì)算由相量圖得322211:b

28、:aRBRRBRIIIIII節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)2sin22RBII根據(jù)幾何關(guān)系得 則一根導(dǎo)條和兩段端環(huán)的銅損耗為 RBBRBBRRBBRBcuRIRRIRIRIP222222222222sin22 2sin222222RBRBRRR整理上式得 5-6 鼠籠轉(zhuǎn)子參數(shù)的計(jì)算鼠籠轉(zhuǎn)子參數(shù)的計(jì)算 2sin22sin222sin222222222222222222RBRBRBBRBBRRBBRBCURBRRRRIRRIRIRIPII的銅耗為：則一根導(dǎo)條和兩段端環(huán)根據(jù)幾何關(guān)系可得：5-6 鼠籠轉(zhuǎn)子參數(shù)的計(jì)算鼠籠轉(zhuǎn)子參數(shù)的計(jì)算考慮到各對(duì)極下屬于同一相的 根導(dǎo)條是并聯(lián)的，所以轉(zhuǎn)子每相電阻為 2R 2sin2122222

29、2RBRBRRppRR同理，由導(dǎo)條和端環(huán)的漏磁場(chǎng)儲(chǔ)能得轉(zhuǎn)子每相漏抗為 2X 2sin2122)(222RBXXpX5-6 鼠籠轉(zhuǎn)子參數(shù)的計(jì)算鼠籠轉(zhuǎn)子參數(shù)的計(jì)算2、轉(zhuǎn)子漏阻抗歸算值、轉(zhuǎn)子漏阻抗歸算值求出轉(zhuǎn)子每相的電阻和電抗后，將其歸算到定子邊得： 2221112221122211122222111222112221112244XQkNpmXkNkNkNmkNmXkkXRQkNpmRkNkNkNmkNmRkkRwwwwweiwwwwwei5-7 感應(yīng)電動(dòng)功率關(guān)系、功率方程和轉(zhuǎn)矩方程感應(yīng)電動(dòng)功率關(guān)系、功率方程和轉(zhuǎn)矩方程 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)從外部電源吸收電能，經(jīng)電磁作用轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)子軸上的機(jī)械能。本節(jié)將依據(jù)等效電

30、路分析其能量關(guān)系，推出功率方程和轉(zhuǎn)矩方程。 一、功率關(guān)系一、功率關(guān)系 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)功率流程圖 5-7 感應(yīng)電動(dòng)功率關(guān)系、功率方程和轉(zhuǎn)矩方程感應(yīng)電動(dòng)功率關(guān)系、功率方程和轉(zhuǎn)矩方程二、功率方程二、功率方程 根據(jù)上述功率轉(zhuǎn)換過(guò)程，可得到感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的功率方程式如下 admeccueFecueppPPpPPppPP2211 上述各種功率可在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)“T”型等效電路中利用各種電阻上的損耗來(lái)表示 等效電路表示各種功率5-7 感應(yīng)電動(dòng)功率關(guān)系、功率方程和轉(zhuǎn)矩方程感應(yīng)電動(dòng)功率關(guān)系、功率方程和轉(zhuǎn)矩方程2221222122112111111111cosRssImPRImpRImpRImpIUmPcummFecu由上圖

31、可知 sRImppPFecu222111eecuPsPsPp)1 (2經(jīng)推到得上式表明，電磁功率的s部分轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)子銅耗，1-s部分轉(zhuǎn)換為機(jī)械功率。轉(zhuǎn)子銅損耗等于電磁功率與轉(zhuǎn)差率的乘積轉(zhuǎn)子銅損耗等于電磁功率與轉(zhuǎn)差率的乘積。5-7 感應(yīng)電動(dòng)功率關(guān)系、功率方程和轉(zhuǎn)矩方程感應(yīng)電動(dòng)功率關(guān)系、功率方程和轉(zhuǎn)矩方程三、轉(zhuǎn)矩方程三、轉(zhuǎn)矩方程02pPP將功率方程 兩端同除于機(jī)械角速度得轉(zhuǎn)矩方程如下：02TTTePTe22PT0p式中 ，為電磁轉(zhuǎn)矩， 為輸出轉(zhuǎn)矩， 為空載轉(zhuǎn)矩 ePsP1由于 則 eseTPP可見(jiàn)上述兩種方法均可計(jì)算電磁轉(zhuǎn)矩5-8 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩及機(jī)械特性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩及機(jī)械特性 電磁轉(zhuǎn)

32、矩是感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的重要物理量，下面分別推出其三種不同的表達(dá)形式。 一、電磁轉(zhuǎn)矩的物理表達(dá)式一、電磁轉(zhuǎn)矩的物理表達(dá)式2221cosIEmPemwkNfE11122ikII22pf12因?yàn)殡姶殴β?, , ,電磁轉(zhuǎn)矩可表示為2222222coscos21ICIkNpmPTmTmwsee 上式即為物理表達(dá)式，表明感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與氣隙合成磁場(chǎng)的磁通量及轉(zhuǎn)子電流的有功分量成正比氣隙合成磁場(chǎng)的磁通量及轉(zhuǎn)子電流的有功分量成正比。 5-8 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩及機(jī)械特性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩及機(jī)械特性二、電磁轉(zhuǎn)矩的參數(shù)表達(dá)式（機(jī)械特性）二、電磁轉(zhuǎn)矩的參數(shù)表達(dá)式（機(jī)械特性） 根據(jù)感應(yīng)電動(dòng)

33、機(jī) “”型等效電路，并設(shè) 得 cXXcm11222212211222111XcXsRcRsRUmsRImPTsssee 若電機(jī)的外加電壓、極對(duì)數(shù)、角頻率、相數(shù)和等效電路參數(shù)已知，則上式唯一地表達(dá)了電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)差率之間的函數(shù)關(guān)系，可用曲線表示，稱為轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)差率曲線，又稱為機(jī)械特性 。5-8 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩及機(jī)械特性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩及機(jī)械特性感應(yīng)電機(jī)的 曲線 sTe5-8 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩及機(jī)械特性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩及機(jī)械特性 在轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)差率曲線中，有兩個(gè)對(duì)電機(jī)運(yùn)行非常重要的轉(zhuǎn)矩參數(shù)，一是最大轉(zhuǎn)矩，另一個(gè)是起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。最大轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩是表征電機(jī)性能的重要指標(biāo)，下面分別介紹。 1、最大轉(zhuǎn)

34、矩、最大轉(zhuǎn)矩可對(duì)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)差率公式求導(dǎo)數(shù) ，且令 ，即可求出產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的轉(zhuǎn)差率 0dsdTedsdTe221212XcXRRcsmms為臨界傳差率，對(duì)應(yīng)的最大轉(zhuǎn)矩為221211211max2XcXRRcUmTs5-8 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩及機(jī)械特性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩及機(jī)械特性當(dāng) ， 時(shí)，可得到如下簡(jiǎn)化公式211XXR1c21211max2122XXUmTXXRssmNTTTKmax 為保證電動(dòng)機(jī)不因短時(shí)過(guò)載而停轉(zhuǎn)，要求電動(dòng)機(jī)具有一定的過(guò)載能力。將最大轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比稱為過(guò)載能力，用 表示TK5 . 26 . 1TK7 . 37 . 2TK通常 ，對(duì)于起重和冶金用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，。 5-8 感應(yīng)

35、電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩及機(jī)械特性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩及機(jī)械特性2、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)差率曲線中， 所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩稱為起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。1s2212212211XcXRcRRUmTsst 由上式可以看出，增大轉(zhuǎn)子電阻起動(dòng)轉(zhuǎn)矩增大。對(duì)繞線式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，在轉(zhuǎn)子電路中串入電阻可改變起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 2212121cXXRcRRst5-8 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩及機(jī)械特性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩及機(jī)械特性 對(duì)于籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，不能采用串電阻的方法提高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，因此在進(jìn)行電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)必須保證起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。通常將起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比值稱為起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)，用 表示 stKNststTTK三、電磁轉(zhuǎn)矩的實(shí)用表達(dá)式三、電磁轉(zhuǎn)

36、矩的實(shí)用表達(dá)式對(duì)于一般鼠籠式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，為 在2 左右 stK 下面推出較為實(shí)用的電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式，即簡(jiǎn)化的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)差率曲線。 5-8 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩及機(jī)械特性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩及機(jī)械特性2212212221211max2XcXsRcRsRXcXRRcTTe上式經(jīng)整理后得 mmmmmmesRcRsssssRcRsRcRsRcsRcssRcRRcTT2121212222212max212225-8 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩及機(jī)械特性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩及機(jī)械特性由于 和 很小，若忽略 不計(jì)，則 ms1R212RcsRmssssTTmme2max 上式為電磁轉(zhuǎn)矩的簡(jiǎn)化計(jì)算公式，或稱為電磁轉(zhuǎn)矩的實(shí)用

37、表達(dá)式。 5-9 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的工作特性及其計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的工作特性及其計(jì)算一、工作特性一、工作特性1、轉(zhuǎn)速特性、轉(zhuǎn)速特性 222122 212cosIEmRImPpsecu感應(yīng)電動(dòng)機(jī)工作特性曲線 可見(jiàn)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速特性是一條略微向下傾斜的曲線，如圖所示。 )(2Pfn 轉(zhuǎn)速特性是指轉(zhuǎn)速與輸出功率之間的關(guān)系 。 由下式 5-9 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的工作特性及其計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的工作特性及其計(jì)算2、定子電流特性、定子電流特性定子電流特性是指定子電流與輸出功率之間的關(guān)系 。 )(21PfI 21IIIm隨著負(fù)載的增加，轉(zhuǎn)子電流 加大，定子電流 隨之增加，其變化規(guī)律如圖所示 2I1I3、功率因數(shù)特性、功率因數(shù)

38、特性功率因數(shù)特性指功率因數(shù)與輸出功率之間的關(guān)系 )(cos21Pf5-9 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的工作特性及其計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的工作特性及其計(jì)算 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)總是滯后的?？蛰d運(yùn)行時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的定子電流基本上是用以建立磁場(chǎng)的無(wú)功磁化電流，所以很小，通常小于0.2。隨著負(fù)載的增加，轉(zhuǎn)子電流有功分量增加，定子電流有功分量隨之增加，使功率因數(shù)逐漸上升，在額定負(fù)載附近，功率因數(shù)達(dá)到最大值。當(dāng)負(fù)載增加到一定程度時(shí)，轉(zhuǎn)速較低，轉(zhuǎn)差率s較大，使功率因數(shù)下降，如圖中曲線所示 。5-9 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的工作特性及其計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的工作特性及其計(jì)算4、轉(zhuǎn)矩特性、轉(zhuǎn)矩特性轉(zhuǎn)矩特性是指電磁轉(zhuǎn)矩與輸出功率的關(guān)系 )(2PfTe0

39、202TPTTTe 從空載到額定負(fù)載范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速變化很小，若忽略轉(zhuǎn)速的變化，且T0可認(rèn)為基本不變，所以可近似認(rèn)為是一條斜率為 的直線。 15、效率特性、效率特性效率特性是指效率與輸出功率之間的關(guān)系 )(2Pf5-9 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的工作特性及其計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的工作特性及其計(jì)算1121PpPP 從空載運(yùn)行到滿載運(yùn)行，由于主磁通和轉(zhuǎn)速變化很小，所以鐵耗和機(jī)械損耗基本不變，可視為不變損耗。而定、轉(zhuǎn)子銅耗和附加損耗隨負(fù)載變化而變化，為可變損耗?？蛰d時(shí) ，所以=0，當(dāng)不變損耗與可變損耗相等時(shí)效率達(dá)到最大值，之后繼續(xù)增大負(fù)載時(shí)，定、轉(zhuǎn)子銅損耗增加較快，效率反而下降。一般最大效率出現(xiàn)在額定負(fù)載的70100范圍內(nèi)

40、。 02P5-9 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的工作特性及其計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的工作特性及其計(jì)算二、用直接負(fù)載法計(jì)算工作特性二、用直接負(fù)載法計(jì)算工作特性 由試驗(yàn)測(cè)得的 、 、 、 及 可得到電磁功率和電磁轉(zhuǎn)矩分別為 1P1I1RmecpFep、及 seeFeFecuePTpRImPppPP751211111轉(zhuǎn)子銅耗和雜散損耗分別為 2112%25 . 0NNadecuIIPpsPp5-9 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的工作特性及其計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的工作特性及其計(jì)算輸出功率和率分別為1222PPppsPPpppPPadmeceeadmeccue11111cosIUmP功率因數(shù)為直接負(fù)載法主要適用于中、小型感應(yīng)電機(jī)。如因條件所限不能做負(fù)載

41、試驗(yàn)時(shí)，一般先測(cè)取電機(jī)參數(shù)，然后用等效電路間接計(jì)算工作特性。 5-10 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)及深槽和雙籠電機(jī)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)及深槽和雙籠電機(jī)一、籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法一、籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)分直接起動(dòng)和降壓起動(dòng)兩種方法 1、直接起動(dòng)、直接起動(dòng)起動(dòng)時(shí)一般電動(dòng)機(jī)應(yīng)滿足下列經(jīng)驗(yàn)公式 電機(jī)容量電源總?cè)萘?41NstIIIKIK為起動(dòng)電流倍數(shù) 此方法簡(jiǎn)單，無(wú)需任何起動(dòng)設(shè)備5-10 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)及深槽和雙籠電機(jī)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)及深槽和雙籠電機(jī)2、降壓起動(dòng)、降壓起動(dòng) （1）星）星三角起動(dòng)三角起動(dòng) 只適用于正常運(yùn)行時(shí)定子繞組為三角形連接的電機(jī)，起動(dòng)線路如圖所示。 星三角起動(dòng) 5-10

42、 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)及深槽和雙籠電機(jī)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)及深槽和雙籠電機(jī)3133ZUZUIIDY可見(jiàn)采用星可見(jiàn)采用星三角起動(dòng)（三角起動(dòng)（Y/D）起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流減為原來(lái)的起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流減為原來(lái)的1/3，而起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也降低到原來(lái)的而起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也降低到原來(lái)的1/3。故只可用于輕載起動(dòng)的場(chǎng)合。 5-10 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)及深槽和雙籠電機(jī)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)及深槽和雙籠電機(jī)（2）自耦變壓器起動(dòng)）自耦變壓器起動(dòng) 自耦變壓器起動(dòng)法是利用自耦變壓器把電源電壓降低后再加到電動(dòng)機(jī)定子繞組上，以減少起動(dòng)電流。正常運(yùn)行時(shí)，將自耦變壓器從電源切除，電動(dòng)機(jī)直接接到電網(wǎng)上。圖為自耦變壓器降壓起動(dòng)接線圖。 自耦變壓器起動(dòng) 5-10 感

43、應(yīng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)及深槽和雙籠電機(jī)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)及深槽和雙籠電機(jī) 設(shè)自耦變壓器的變比為ak stastastIkIkI22111可見(jiàn)，自耦變壓器降壓起動(dòng)法的自耦變壓器降壓起動(dòng)法的電壓降低電壓降低 到，電網(wǎng)負(fù)擔(dān)的到，電網(wǎng)負(fù)擔(dān)的起動(dòng)電流降低起動(dòng)電流降低 到，起動(dòng)轉(zhuǎn)到，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也降低到矩也降低到 。 akU12astkI2astkT原理圖 5-10 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)及深槽和雙籠電機(jī)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)及深槽和雙籠電機(jī)二、繞線式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)二、繞線式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)1、轉(zhuǎn)子串接電阻起動(dòng)、轉(zhuǎn)子串接電阻起動(dòng)繞線式電機(jī)串阻起動(dòng) 要使起動(dòng)轉(zhuǎn)矩達(dá)到電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩，可使臨界轉(zhuǎn)差率sm=1，得到要串入的電阻為 222

44、121)(RkckcXXRReist5-10 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)及深槽和雙籠電機(jī)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)及深槽和雙籠電機(jī)2、轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動(dòng)、轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動(dòng) 頻敏變阻器的結(jié)構(gòu)及等效電路 （a）結(jié)構(gòu)示意圖 （b） 等效電路 轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能自動(dòng)平滑地減小電阻，無(wú)沖擊轉(zhuǎn)矩，壽命長(zhǎng)，是一種無(wú)觸點(diǎn)變阻器，目前已獲得大量推廣和應(yīng)用。缺點(diǎn)是電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜（與籠型相比），價(jià)格高。 5-10 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)及深槽和雙籠電機(jī)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)及深槽和雙籠電機(jī)三、三、 深槽和雙鼠籠感應(yīng)電動(dòng)機(jī)深槽和雙鼠籠感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1、深槽式感應(yīng)電機(jī)、深槽式感應(yīng)電機(jī) （a) 槽漏磁分布 （ b) 電流密度分布

45、（ c) 導(dǎo)條有效截面積深槽式轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中電流的集膚效應(yīng)5-10 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)及深槽和雙籠電機(jī)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)及深槽和雙籠電機(jī) 深槽式感應(yīng)電機(jī)的特點(diǎn)是槽深與槽寬之比達(dá)1012。槽漏磁通分布如圖（a）所示，交鏈槽底部分的漏磁通遠(yuǎn)大于交鏈槽口部分的漏磁通，使得槽底漏抗大于槽口漏抗。電流密度沿槽高的分布曲線如圖（b）所示，這種現(xiàn)象稱為電流的集膚效應(yīng)，其效果相當(dāng)于導(dǎo)體的有效截面積減小，如圖（c）所示，轉(zhuǎn)子電阻增大從而滿足了起動(dòng)要求。當(dāng)起動(dòng)結(jié)束后，電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子電流頻率很低（一般為13Hz），集膚效應(yīng)消失，轉(zhuǎn)子電阻自動(dòng)變小接近等于直流電阻。 5-10 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)及深槽和雙籠電機(jī)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的起

46、動(dòng)及深槽和雙籠電機(jī)2、雙鼠籠感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、雙鼠籠感應(yīng)電動(dòng)機(jī)雙鼠籠轉(zhuǎn)子槽 雙鼠籠電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)差率曲線 起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子頻率高集膚效應(yīng)顯著，電流多被擠到電抗小電阻大的上籠，上籠又稱為起動(dòng)籠；正常運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子頻率很低，集膚效應(yīng)消失漏抗較小，電流多被擠到電阻小的下籠，下籠又稱工作籠 。5-11 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 由感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表達(dá)式 可知，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有以下三種 spfsnns16011一、變極調(diào)速一、變極調(diào)速 當(dāng)改變定子繞組的極對(duì)數(shù)時(shí)，改變了旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速，即可改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，若極對(duì)數(shù)增加一倍，則同步速下降一半。顯然該調(diào)速方法只能做到一級(jí)一級(jí)地改變轉(zhuǎn)速，屬于有級(jí)調(diào)速。 改變定子

47、繞組接線，使每相的繞組中有一半繞組反向，改變定子繞組接線，使每相的繞組中有一半繞組反向，即可實(shí)現(xiàn)變極。即可實(shí)現(xiàn)變極。 5-11 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 （a) 連接圖 （ b) 展開(kāi)圖四極時(shí)一相繞組的連接5-11 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 （a）連接圖 （b）展開(kāi)圖兩極時(shí)一相繞組的連接5-11 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速二、變頻調(diào)速二、變頻調(diào)速在變頻調(diào)速時(shí)，通常希望電機(jī)的主磁通保持不變，則。常數(shù)mwkNfU111144. 4212121211max2fUKXXUmTs電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩 TTNKfUKKTT2121max額定轉(zhuǎn)矩應(yīng)為 5-11 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的

48、調(diào)速TTeeKKffUUTT21212121eeTTffUU1111 若變頻前后電機(jī)的過(guò)載能力不變，則 ，定子電壓應(yīng)按照下列規(guī)律進(jìn)行調(diào)節(jié)TTKK 根據(jù)各種生產(chǎn)機(jī)械的不同要求，常采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速和恒功率調(diào)速兩種方法，下面分別討論它們所對(duì)應(yīng)的電壓調(diào)節(jié)規(guī)律。 5-11 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速1、恒轉(zhuǎn)矩變頻調(diào)速、恒轉(zhuǎn)矩變頻調(diào)速 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速是指整個(gè)調(diào)速過(guò)程中電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩維持恒定，可得 常數(shù)1111fUfU恒轉(zhuǎn)矩變頻調(diào)速時(shí)電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩保持不變。 2、恒功率變頻調(diào)速、恒功率變頻調(diào)速 CfUfU1111由CTTPsesee得：最大轉(zhuǎn)矩將隨頻率的上升而下降 5-11 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速

49、三、改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速三、改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速改變轉(zhuǎn)差率實(shí)現(xiàn)調(diào)速的方法有多種，下面介紹幾種常用的方法。1、改變定子電壓調(diào)速、改變定子電壓調(diào)速改變定子電壓調(diào)速 這種調(diào)速方法的調(diào)速范圍小，且輕載時(shí)幾乎沒(méi)有調(diào)節(jié)作用；電機(jī)在額定負(fù)載下降壓時(shí)，電機(jī)電流將高于額定值，使電機(jī)過(guò)載運(yùn)行。主要用于拖動(dòng)風(fēng)機(jī)類負(fù)載的小型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。 5-11 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速2、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速這種調(diào)速方法僅適用于繞線式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)sRRsR22改變轉(zhuǎn)子電阻調(diào)速 此種調(diào)速方法的優(yōu)點(diǎn)是：初期投資小、方法簡(jiǎn)單、調(diào)速范圍較寬廣；缺點(diǎn)是：串入電阻越大，能量損耗越大，且機(jī)械特性斜率加大，動(dòng)態(tài)精度變差，主要用于起重機(jī)等場(chǎng)合。

50、 5-11 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速3、串級(jí)調(diào)速、串級(jí)調(diào)速 串級(jí)調(diào)速是在轉(zhuǎn)子回路中接入功率變換裝置，引入一附加感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)實(shí)現(xiàn)調(diào)速，并將原本消耗于電阻上的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或回送電網(wǎng)的電能。 轉(zhuǎn)子帶變頻器的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng) 整流器將轉(zhuǎn)差頻率的電流變?yōu)橹绷鳎俳?jīng)逆變器將直流變?yōu)楣ゎl交流，將電能送回電網(wǎng)，控制逆變器的逆變角，可改變逆變器的電壓，從而達(dá)到調(diào)速的目的。 5-11 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速4、雙饋電機(jī)調(diào)速、雙饋電機(jī)調(diào)速雙饋電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng) 雙饋調(diào)速轉(zhuǎn)子外接電源為頻率、幅值、相位和相序均可調(diào)的三相交流電源。 當(dāng)改變變頻器的頻率可實(shí)現(xiàn)調(diào)速，改變變頻器輸出相序時(shí)電機(jī)在超同步速下運(yùn)行。調(diào)節(jié)

51、變頻器輸出電壓的大小和相位可以實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)的調(diào)節(jié)。 5-12 特殊感應(yīng)電動(dòng)機(jī)特殊感應(yīng)電動(dòng)機(jī)一、單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)一、單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1、單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的工作原理、單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的工作原理 單相感應(yīng)電機(jī)接線圖 單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的工作原理可利用雙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)理論來(lái)說(shuō)明。單相交流電所建立的磁動(dòng)勢(shì)為脈振磁動(dòng)勢(shì)，其基波分量可表示為 ),(),(cos21cos21coscos),(1111tftftFtFtFtfssssss對(duì)于正向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)差率為 snnnsss112sffsf正向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流的頻率為 5-12 特殊感應(yīng)電動(dòng)機(jī)特殊感應(yīng)電動(dòng)機(jī)對(duì)于反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)差率為 ssnnnsss22反

52、向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流的頻率為 12)2(fsf正、反轉(zhuǎn)磁場(chǎng)分別產(chǎn)生正、反向電磁轉(zhuǎn)矩，如圖虛線所示 s單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的 曲線eT 5-12 特殊感應(yīng)電動(dòng)機(jī)特殊感應(yīng)電動(dòng)機(jī)單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的等效電路 2、等效電路、等效電路5-12 特殊感應(yīng)電動(dòng)機(jī)特殊感應(yīng)電動(dòng)機(jī)221222121115 . 025 . 05 . 05 . 0XjsRZIIXjsRZIIZZZUI由等效電路可得到定、轉(zhuǎn)子電流為222222221115 . 025 . 05 . 05 . 025 . 05 . 05 . 05 . 05 . 05 . 05 . 05 . 0XjsRZXjsRZZXjsRZXjsRZZjXRZmmmm，式中：5-12 特殊感應(yīng)電動(dòng)機(jī)特殊感應(yīng)電動(dòng)機(jī)正向電磁轉(zhuǎn)矩和反向電磁轉(zhuǎn)矩為sRITsRITsese25 . 015 . 0122 222 2合成電磁轉(zhuǎn)矩為 sRIsRITTTsseee25 . 015 . 0122 222 2 由于單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)始終存在一個(gè)反向轉(zhuǎn)矩，因此這種電機(jī)的性能要比三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)差，效率和功率因數(shù)較低。 5-12 特殊感應(yīng)電動(dòng)機(jī)特殊感應(yīng)電動(dòng)機(jī)3、起動(dòng)方法、起動(dòng)方法 根據(jù)起動(dòng)方法及相應(yīng)結(jié)構(gòu)上的不同，單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)常用的起動(dòng)方法有分相起動(dòng)和罩極起動(dòng)兩種。(1) 分相式電動(dòng)機(jī)分相式電動(dòng)機(jī) （a） 電阻分相起動(dòng)電動(dòng)機(jī) （b） 電容分相起動(dòng)電動(dòng)機(jī)5-