異步電機(jī)分析ppt課件

1、第六章 異步電機(jī)分析n異步電機(jī)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)n異步電機(jī)的三相對(duì)稱短路n計(jì)算機(jī)仿真6-1 異步電機(jī)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)假定定子繞組的端電壓為)cos(01tUumas顯然有ReRe101)(tjstjmaseUeUu其中：0jmseUU 為定子端電壓向量。由uFs的表達(dá)式，計(jì)及=(1-s)1有ReReRe111)1(tjstjFstsjFstjFsaseeueueuu兩個(gè)uas的表達(dá)式相比較不難發(fā)現(xiàn)有同樣假定定子電流和磁鏈可以寫(xiě)成(由于穩(wěn)態(tài),故為正弦)ReRe11tjsastjsaseeIi那么有：tjssFstjssFseeIi11FsFsFssFsjdtdiru將uFs，iFs和Fs代入FB0坐標(biāo)系下的定

2、子電壓方程整理后ssssjIrU1)(011tsjmtjssFseUeUu當(dāng)轉(zhuǎn)子電壓等于零時(shí)，根據(jù)sFBsFBp00)(IL且穩(wěn)態(tài)時(shí)，F(xiàn)B0坐標(biāo)系下的磁鏈和電流都為頻率為s1的正弦量，p可用j s1來(lái)替代。所以有ssIjsL)(1代入電壓方程得ssssssIjsLjrjIrU)(111因此有)(11jsLjrUIsss根據(jù)以上方程和標(biāo)幺值方式運(yùn)算電感的表達(dá)式prxxxpxrrms111)(不難畫(huà)出穩(wěn)態(tài)時(shí)異步電機(jī)的等效電路sIsUsj1rsjxsjxmjxrrr/srI電磁轉(zhuǎn)矩：)(Re)(ReReRe21*1*sssssFsFsemIjsjLpIIjsjLpIjpijpT將定子電流的表達(dá)式代入

3、整理后得：2221222121)()(mTsrTrsTrTssrrsrsremULrLsrLLMsrrrMspT6-2 異步電機(jī)的三相對(duì)稱短路 電機(jī)的機(jī)械時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電磁時(shí)間常數(shù)。為簡(jiǎn)化分析，假定在短路后，電機(jī)的轉(zhuǎn)速堅(jiān)持短路前的數(shù)值不變。這樣，電機(jī)的方程為一組線性微分方程?？梢岳美献儞Q和迭加原理來(lái)求解。 與同步電機(jī)的分析一樣，短路后的電流應(yīng)等于以下兩個(gè)電流分量之和：q短路前的穩(wěn)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)電流；q突加反向電壓后的電流增量。6-2.1 短路前的穩(wěn)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)電流 假定短路前電機(jī)的轉(zhuǎn)速為，以短路瞬間為時(shí)間起點(diǎn)，定子a相電壓為：)cos(01tUumas那么有)(0011tsjmtjssFseUeUu穩(wěn)

4、態(tài)電流為：0)()(1111jsmsssejsLjrUjsLjrUI)(11)(1100101)()(tsjmtsjsmFsejsLjUejsLjrUi或6-2.2 突加反向電壓后的電流增量對(duì)FB0坐標(biāo)系下的電壓方程取拉氏變換得)()()()(pjpppIrpUFsFsFssFs當(dāng)轉(zhuǎn)子電壓等于零時(shí)有)()()(pIpLpFsFs代入上式后得：)()()()()()()(jppLrpLpUpLjppLrpUpIsFssFsFs突加的反向電壓為)(0011tsjmtjssFsFseUeUuu對(duì)之進(jìn)展拉氏變換得運(yùn)算電壓01)(jmFsejspUpU將運(yùn)算電壓代入上述電流表達(dá)式得增量電流的運(yùn)算值)()

5、()()()()()(10jspjppLrpLeUjppLrpLpUpIsjmsFsFs當(dāng)忽略轉(zhuǎn)子電阻時(shí)有)(LpL注：L為瞬態(tài)電感，L為穩(wěn)態(tài)電感，T為瞬態(tài)時(shí)間常數(shù)。假設(shè)記Ta=L/rs，那么增量電流運(yùn)算值簡(jiǎn)化為)(1)()(10jspjpTpLeUpIajmFs求上式的拉氏族反變換得增量電流1)11()11)(1(1)1()1(1)()1(11)1(11110TtatjTaatjsajmFseTLLjTTjsTejTLTjejsLTjeUia思索到1/Ta和1/T遠(yuǎn)小于1和，將之忽略不計(jì)得1)11()1(1)(1)(11)1(11110TttjTtjsjmFseTLLjjsTejLjejsL

6、jeUia留意到增量電流中第一項(xiàng)不衰減，其大小與穩(wěn)態(tài)電流一樣，方向相反；其它兩項(xiàng)為突加電壓引起的暫態(tài)電流分量。6-2.3 三相忽然短路電流1)11()1(1)(11)1(100TttjTjmFsFsFseTLLjjsTejLjeUiiia 求得FB0坐標(biāo)系下的電流后，經(jīng)過(guò)變換可以獲得相坐標(biāo)系下三相短路電流。 與同步電機(jī)的短路電流相比，由于異步電機(jī)轉(zhuǎn)子對(duì)稱，在短路電流中不含兩次諧波。三相短路后定子電流和轉(zhuǎn)矩的波形6-4 計(jì)算機(jī)仿真電磁子系統(tǒng)機(jī)械子系統(tǒng)TemTrUI),(),(tTTgtfremUII 與同步電機(jī)一樣，異步電機(jī)的分析可以分為似穩(wěn)態(tài)分析和動(dòng)態(tài)分析兩種方法： 在恣意速坐標(biāo)系下，似穩(wěn)態(tài)分

7、析所采用的電磁子系統(tǒng)的方程為rqrdrsqsdsQDTrsrTrfsrssrsTssrTssrqrdrsqsdsrTrsrTrsrssrTssrTsrqrdrsqsdsiiiiiirrLMLrMrMrLMLriiiiiidtdLLMLMLMLMLuuuuuu00000000000000)(00)(0)(0)(000000000000000000000000000000000000006-4.1 似穩(wěn)態(tài)分析 定轉(zhuǎn)子的零序分量相互間及與其它各分量間無(wú)耦合，可將之分別出來(lái)。其他部分寫(xiě)成分塊矩陣的方式：rrrrrsssssidtdLiruidtdLiru00000000dqrdqsrTsrTsrTsT

8、dqrdqsrTrsrTsrTsTsdqrdqsIILLLLIILWWRLWWLWLWRUU)()()(00000000000000WWLLRLRIUIUsrsrsTTrTrrTrrrTsTssTsssqrdrdqrqrdrdqrqsdsdqsqsdsdqsMMLLrrLLrriiuuiiuu經(jīng)過(guò)對(duì)定子電壓進(jìn)展變換得0000)( 2/12/12/1) 3/2sin() 3/2sin(sin) 3/2cos() 3/2cos(cos32sssscsbsasabcssdqcsbsassssssssqsdstdttuuuuuuuuu或C 轉(zhuǎn)子電壓普通為零。解電磁子系統(tǒng)的方程得恣意速坐標(biāo)系下的定轉(zhuǎn)子電

9、流。之后可以1、經(jīng)過(guò)磁鏈方程求得恣意速坐標(biāo)系下定轉(zhuǎn)子磁鏈：rdqsdqrTTsrTsrTsTrdqsdq0000IILLLL2、經(jīng)過(guò)電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式求得電磁轉(zhuǎn)矩)()()(qrdrdrqrdsqsqsdsdsqrqsdrsremiipiipiiiipMT3、經(jīng)過(guò)反變換求得相坐標(biāo)系下定轉(zhuǎn)子電流0000000)()()( 2/1) 3/2sin() 3/2cos(2/1) 3/2sin() 3/2cos(2/1sincos322/1) 3/2sin() 3/2cos(2/1) 3/2sin() 3/2cos(2/1sincos32rrrrrqrdrrelrabcrrqrdrrrrrrrcrbrars

10、qsdssdqabcssqsdssssssscsbsastdtttiiiiiiiiiiiiiiiiii或CC求得電磁轉(zhuǎn)矩后代入機(jī)械子系統(tǒng)方程：dtdpTTdtdfdtdJTTpfdtdJemrem22)(或可以求得轉(zhuǎn)子角速度。將之代入電磁子系統(tǒng)方程，可以進(jìn)展下一步長(zhǎng)的求解。仿真過(guò)程表示圖：abcsrelsCrelsabcsCabcsUabcsI解電磁子系統(tǒng)方程，求電磁轉(zhuǎn)矩sdq0Usdq0Irdq0Urdq0I解機(jī)械子系統(tǒng)方程emTrTsabcrrelrCrelrabcrCabcrUabcrIr 仿真的初始形狀為各形狀變量包括各電流和轉(zhuǎn)速的初始值等于零。在t=0時(shí)，在定子的端部加上額定電壓。

11、由于定轉(zhuǎn)子都是對(duì)稱的，可以選擇任何一個(gè)坐標(biāo)系進(jìn)展仿真。 以下是一臺(tái)10馬力的電機(jī)，在不同的坐標(biāo)系下，空載啟動(dòng)時(shí)各量的波形圖。6-4.2 異步電機(jī)的啟動(dòng)靜止坐標(biāo)系0下各量波形轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系dq0下各量波形同步速坐標(biāo)系dcqc0下各量的波形圖相坐標(biāo)系下各量的波形圖一3馬力電機(jī)空載啟動(dòng)過(guò)程中，相坐標(biāo)系下各量的波形圖一2250馬力電機(jī)空載啟動(dòng)過(guò)程中，相坐標(biāo)系下各量的波形圖轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性曲線3馬力電機(jī)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性500馬力電機(jī)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性2250馬力電機(jī)的動(dòng)態(tài)與靜態(tài)轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性的比較6-4.3 異步電機(jī)的三相短路 三相異步電機(jī)初始時(shí)任務(wù)于額定形狀，在定子a相電壓從負(fù)過(guò)零到正值時(shí)，定子端部發(fā)

12、生三相短路。 經(jīng)過(guò)穩(wěn)態(tài)方程求得額定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)各電流和轉(zhuǎn)速，以此作為各形狀變量的初始值。 由于定轉(zhuǎn)子都對(duì)稱，坐標(biāo)系可以恣意選擇。經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換求得變換后的定子電壓。在短路瞬間令定子電壓為零。3馬力電機(jī)三相短路過(guò)程中各量波形短路后，各電流及電磁轉(zhuǎn)矩都很快從短路電流衰減到零。2250馬力電機(jī)三相短路過(guò)程中各量波形衰減過(guò)程較3馬力電機(jī)要慢。6-4.4 定子阻抗不平衡思索以下圖所示的定子電路如下圖有ngcsgcngbsgbngasasgavvevvevvpzie)(假定電網(wǎng)電壓三相平衡。將上述三式相加得)(31pzivasng因此有)()()(313132pzievpzievpzievasgccsasgbbs

13、asgaas 這時(shí)由于定子不對(duì)稱，選擇靜止的0坐標(biāo)系將會(huì)簡(jiǎn)化分析過(guò)程，這時(shí)2/12/12/12/32/302/12/1132abcsrelsC對(duì)定子電壓進(jìn)展變換后得：)(003200pzieeeuuuassqsdssqsds將dssdsasiiii32032)21(代入得)(003200pzieeeuuudssqsdssqsds將上式代入電磁子系統(tǒng)方程后，將idsz(p)項(xiàng)移到方程的右邊，重新整理后得到定子不平衡電機(jī)電磁子系統(tǒng)的形狀方程。下面作為例子，分析如下所示一相斷相的仿真：由于ias=0，因此有)3232drsrdsTsdsasasassasiMiLppppirv（由于ibs=-ics，

14、因此有ids=0。這樣drsraspiMv32不難求得2/)(2/)()(322132212121drsrgbgcnggccsdrsrgcgbnggbbsasgcgbngipMeevevipMeevevveev在求得三相電壓表達(dá)式后對(duì)之進(jìn)展變換得drsrgbgcgcgbabcsrelssqsdspiMeeeeuuu001)()(021210C將上式代入電磁子系統(tǒng)方程后，將idsz(p)項(xiàng)移到方程的右邊，重新整理后得到定子不平衡電機(jī)電磁子系統(tǒng)的形狀方程。10馬力電機(jī)在a相斷開(kāi)，然后重新合上，過(guò)程中各量的波形。初始時(shí)，電機(jī)任務(wù)于額定形狀。一相斷相時(shí)異步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性曲線Te(+) 正序磁場(chǎng)轉(zhuǎn)矩Te(-)負(fù)序磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)矩6-4.4 轉(zhuǎn)子阻抗不平衡如下圖，轉(zhuǎn)子三相各串一電阻，致使轉(zhuǎn)子電阻不平衡。根據(jù)上圖，不難寫(xiě)出：crcrpmcrbrbrpmbrararpmarRivvRivvRivv 在三相三線制系統(tǒng)中零序分量等于零。故上列三式相加得)(21crcrbrbrararpmRiRiRiv這樣轉(zhuǎn)子三相電壓可以寫(xiě)成：crbrarcrbrarcrbrarcrbrarcrbrariiiRRRRRRRRRvvv22231 這時(shí)由于轉(zhuǎn)子不對(duì)稱，選擇dq0坐標(biāo)系將會(huì)簡(jiǎn)化分析過(guò)程，這時(shí)2/12/12/12/32/302/12/1132abcrrelrC對(duì)轉(zhuǎn)子電壓進(jìn)展變換得rqrdrrelrabcr