電機(jī)學(xué)第九章

1、第三篇 異步電機(jī)第九章異步電機(jī)的理論分析與運(yùn)行特性第一節(jié) 異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)異步電動機(jī)的特點(diǎn)：v異步電機(jī)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與磁場同步轉(zhuǎn)速n1間存在一定差異。v優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，制造、使用和維護(hù)方便，運(yùn)行可靠，效率較高，價格低廉，堅固耐用。v缺點(diǎn)：轉(zhuǎn)速不易調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速不易調(diào)節(jié)鼠籠式異步電動機(jī)的起動性能較差起動性能較差功率因數(shù)滯后，功率因數(shù)滯后，勵磁電流由電網(wǎng)供給一、異步電動機(jī)的定子v定子鐵心磁路部分，放置定子繞組。 一般采用導(dǎo)磁性能良好和比損耗小的電工硅鋼片疊成。 為了嵌放定子繞組，在定子鐵心內(nèi)圓沖出許多形狀相同的槽定子槽。v定子繞組電路部分感應(yīng)電勢。v機(jī)座固定和支撐定子鐵心。1. 定子鐵心2 2定子槽形定

2、子槽形散嵌繞組成型繞組效率和功率因數(shù)較高繞組嵌線工藝復(fù)雜小容量及中型低壓電機(jī)可嵌放成型線圈大型低壓電動機(jī)絕緣放置可靠、繞組下線方便高壓電動機(jī)3 3定子繞組定子繞組v定子繞組通常應(yīng)用雙層短距繞組，小型電機(jī)可應(yīng)用單層繞組。3、機(jī)座v作用：主要起固定和支撐定子鐵心，要求有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和剛度二、轉(zhuǎn)子v轉(zhuǎn)子鐵心磁路，一般由硅鋼片疊成。在轉(zhuǎn)子鐵心上開有槽，以供放置或澆注轉(zhuǎn)子繞組。v轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電勢、流過電流和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩v轉(zhuǎn)軸1. 轉(zhuǎn)子鐵心：轉(zhuǎn)子鐵心：磁路，一般由硅鋼片疊成。2 2轉(zhuǎn)子槽轉(zhuǎn)子槽v槽形的選擇主要決定于對運(yùn)行性能和起動性能的要求。3 3轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組特點(diǎn):是一閉合的繞組,但其構(gòu)成的型式不同

3、v1）鼠籠式轉(zhuǎn)子：焊接，鑄鋁。斜槽形式2）線繞轉(zhuǎn)子：）線繞轉(zhuǎn)子：v鐵芯上繞有一對稱繞組，和定子繞組有相同的極數(shù)，且制成相同的相數(shù)。v通常采用對稱的三相繞組，連接成星形。v轉(zhuǎn)子的一端裝有三個集電環(huán)，各與轉(zhuǎn)子繞組的三個起始端相連接。每個集電環(huán)上各有一電刷，通過電刷把轉(zhuǎn)子繞組與外接變阻器相接。v安裝變阻器的目的是改善起動特性(增加起動轉(zhuǎn)短，減小起動電流)或用以調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。4. 轉(zhuǎn)軸三、氣隙v特點(diǎn)氣隙很小，在中、小型電機(jī)中，氣隙一般為0.2-2.0毫米。v氣隙大小對電機(jī)性能有很大的影響氣隙大氣隙大：磁阻大，勵磁電流（空載電流）大，功率因數(shù)低；氣隙磁場諧波含量（漏磁引起附加損耗）減少，改善啟動性能

4、。氣隙小氣隙?。喊醇庸た赡芗皺C(jī)械安全所限制。四、異步電機(jī)的銘牌1、型號 我國電機(jī)的產(chǎn)品型號一般采用大型印刷體的漢語拼音字母和阿拉伯?dāng)?shù)字組成。其中當(dāng)頭的字母是根據(jù)電機(jī)的全名稱選擇有代表意義的漢語拼音字母。如： Y 160 L 1- 4 三相異步電動機(jī) 機(jī)座中心高極數(shù)鐵芯長短代號機(jī)座號長短代號異步電動機(jī)的額定值：v2、額定功率PN：指電動機(jī)在額定方式下運(yùn)行時，轉(zhuǎn)軸上輸出的機(jī)械功率（W或kW）。v3、額定電壓UN：指電動機(jī)在額定方式運(yùn)行時定子繞組應(yīng)加的線電壓（V或kV）。v4、額定電流IN：指電動機(jī)在額定電壓和額定功率狀態(tài)下運(yùn)行時，流入定子繞組的額定線電流（A）。v5、額定頻率f：我國工業(yè)頻率為50

5、HZ。v6、額定轉(zhuǎn)速nN：指在額定狀態(tài)下運(yùn)行時的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速（rmin）。v三相異步電動機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)是指效率、功率因數(shù)、起動性能（堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩、堵轉(zhuǎn)電流和起動過程中的最小轉(zhuǎn)矩）、最大轉(zhuǎn)矩和噪聲、振動。第二節(jié) 異步電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和磁場一、異步電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)v三相對稱電流流入對稱定子三相繞組旋轉(zhuǎn)磁場，n1轉(zhuǎn)子繞組切割磁力線中產(chǎn)生感應(yīng)電勢 閉合的轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子導(dǎo)體受電磁力作用形成轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，n。v轉(zhuǎn)差速度：v轉(zhuǎn)差率 11nnnsv三種運(yùn)行方式電動機(jī)運(yùn)行發(fā)電機(jī)運(yùn)行電磁制動v分析時，從作用于轉(zhuǎn)子上的電磁力或電磁轉(zhuǎn)矩的方向，以及定子電勢e和定子電流i有功分量所產(chǎn)生的電功率的正負(fù)來判斷電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)

6、。異步電機(jī)的三種運(yùn)行情況：一、電動機(jī)運(yùn)行一、電動機(jī)運(yùn)行電動機(jī)運(yùn)行：電動機(jī)運(yùn)行：v當(dāng)一對稱的三相電流通入異步電機(jī)的定子繞組時，在空氣隙中便產(chǎn)生一旋轉(zhuǎn)磁場以同步轉(zhuǎn)速 n1 旋轉(zhuǎn)。v轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁力線，并產(chǎn)生感應(yīng)電勢條件。v轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中的感應(yīng)電流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用，使轉(zhuǎn)子導(dǎo)體上受到一電磁力Fe，其方向與旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向相同。v在電磁力的作用下形成電磁轉(zhuǎn)矩，拖動轉(zhuǎn)子順著旋轉(zhuǎn)磁場方向旋轉(zhuǎn)。v電磁力電磁力FeFe為原動力，相應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩為驅(qū)動轉(zhuǎn)為原動力，相應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩為驅(qū)動轉(zhuǎn)矩矩，負(fù)載力F為阻力，相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩為阻力矩。結(jié)論：v異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速常在同步轉(zhuǎn)速以下。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速在0nn1范圍內(nèi)，即在1s0范圍內(nèi)。v

7、從定子角度，定子上的電流有功分量與定子電勢方向相反，電功率為負(fù)值，說明定子從電網(wǎng)吸收電功率。二、發(fā)電機(jī)運(yùn)行二、發(fā)電機(jī)運(yùn)行發(fā)電機(jī)運(yùn)行：發(fā)電機(jī)運(yùn)行：v在轉(zhuǎn)子上施加原動力矩拖動轉(zhuǎn)子以大于同步轉(zhuǎn)速順著旋轉(zhuǎn)磁場方向旋轉(zhuǎn)，則旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子的相對速度便倒轉(zhuǎn)方向。和電動機(jī)運(yùn)行情況相比，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中感應(yīng)電勢和電流的方向倒轉(zhuǎn)v導(dǎo)體上所受到的電磁力的方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反；這時機(jī)械功率為輸入，電功率為輸出，外施力外施力F F為為原動力，電磁力原動力，電磁力FeFe為阻力為阻力發(fā)電機(jī)運(yùn)行。v結(jié)論：異步電機(jī)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，轉(zhuǎn)速需大于同步轉(zhuǎn)速，即nn1，s0。三、電磁制動三、電磁制動電磁制動：電磁制動：v轉(zhuǎn)子在外力拖動下

8、使其旋轉(zhuǎn)方向與旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向相反，則旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的相對轉(zhuǎn)速大于同步轉(zhuǎn)速 。v電磁力的方向與外施力方向相反，所起的作用是制動作用。v定子從電網(wǎng)吸收電功率,外力供給機(jī)械功率,都轉(zhuǎn)變?yōu)殡姍C(jī)內(nèi)部的損耗電磁制動狀態(tài)。v電機(jī)的n應(yīng)取負(fù)值，相對轉(zhuǎn)速大于同步轉(zhuǎn)速，即n0，sl。v例如，當(dāng)起重機(jī)下放重物時，如不采取任何措施，重物將加速下墜。這時如使電機(jī)運(yùn)行在制動狀態(tài)，由電磁轉(zhuǎn)矩制止了轉(zhuǎn)子的加速。小結(jié)vs是反映異步電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和負(fù)載情況的一個基本變量。二、異步電機(jī)的磁場v空載時：三相對稱電流流入對稱三相定子繞組中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，n1，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子中電流很小，氣隙中僅此旋轉(zhuǎn)磁場。 n1=60

9、f/pv負(fù)載時：轉(zhuǎn)子電勢和電流的頻率（轉(zhuǎn)子頻率，與轉(zhuǎn)差率成正比，又稱為轉(zhuǎn)差頻率）為 1111126060sfnpnnnnnpfv轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動后，由轉(zhuǎn)子電流所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子基波旋轉(zhuǎn)磁勢相對于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為v轉(zhuǎn)子基波旋轉(zhuǎn)磁勢相對于定子的轉(zhuǎn)速為v由轉(zhuǎn)子電流所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子基波旋轉(zhuǎn)磁勢和由定子電由轉(zhuǎn)子電流所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子基波旋轉(zhuǎn)磁勢和由定子電流所產(chǎn)生的定子基波旋轉(zhuǎn)磁勢沒有相對運(yùn)動流所產(chǎn)生的定子基波旋轉(zhuǎn)磁勢沒有相對運(yùn)動。（磁勢平衡式不變）nnsnpsfpfn1112260601112nnnnnsnnn三、異步電機(jī)的磁場1 1、主磁通、主磁通mv主磁通由基波磁勢產(chǎn)生，是每極的基波磁通量。v交鏈定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組，實(shí)現(xiàn)能量的

10、傳遞。v以同步速旋轉(zhuǎn)v主磁通途經(jīng)五段磁路：空氣隙、定子齒、轉(zhuǎn)子齒、定子軛和轉(zhuǎn)子軛。pfn601空氣隙、定子齒、轉(zhuǎn)子齒、定子軛、轉(zhuǎn)子軛2 2、漏磁通、漏磁通v漏磁通除去主磁通以外的磁通。v漏磁通包含三個部分：槽漏磁通、端部漏磁通和諧波漏磁通（按路徑區(qū)分）。v槽漏磁通和端部漏磁通。僅只交鏈定子繞組，與轉(zhuǎn)子繞組沒有互感作用，不傳遞能量。v諧波漏磁通由高次諧波磁勢所產(chǎn)生的諧波磁通，穿過空氣隙，交鏈轉(zhuǎn)子繞組并在其中感應(yīng)電勢，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩（無用）。 （氣隙總磁通氣隙基波磁通）橫穿定子槽交鏈定子繞組端部定子的槽漏磁通和端部漏磁通，只交鏈定子繞組，與轉(zhuǎn)子繞組沒有互感作用，不傳遞能量。3、諧波漏磁通v諧波磁場極對數(shù)

11、 ，旋轉(zhuǎn)速度 v在定子繞組上的感應(yīng)電勢 頻率仍為基波頻率，與其它定子漏磁通感應(yīng)的電勢頻率一樣，歸為定子漏磁通。pp1nn 1116060fpnnpfv諧波磁場在轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電勢v基波磁場在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電勢頻率為606012nnpnnpf6012nnpf與變壓器比較v變壓器：主磁通，脈動磁通， m表示振幅原、副繞組靜止，磁通幅值按正弦變化，產(chǎn)生感應(yīng)電勢。v異步電機(jī)：主磁通，旋轉(zhuǎn)磁通，沿氣隙按正弦分布且以同步速旋轉(zhuǎn)主磁通與轉(zhuǎn)子有相對運(yùn)動，（磁通幅值不變化），轉(zhuǎn)子中交鏈磁鏈變化，產(chǎn)生感應(yīng)電勢。第三節(jié)三相異步電動機(jī)的等效電路一、轉(zhuǎn)子靜止時的異步電機(jī)分析前提：v把異步電機(jī)的磁通分成主磁通和漏磁通，并

12、把諧波磁通歸并到漏磁通v假設(shè)：氣隙中只有基波磁通，定、轉(zhuǎn)子繞組上只感應(yīng)有基波電勢v漏磁感應(yīng)電勢用漏抗壓降表示轉(zhuǎn)子靜止時的電路表示正方向按變壓器慣例2222111110jxrIEjxrIEU轉(zhuǎn)子靜止時的異步電機(jī)1 1、電壓平衡式、電壓平衡式v以下標(biāo)l和2區(qū)別定子和轉(zhuǎn)子電路的各物理量，各種各種數(shù)量均取每相值數(shù)量均取每相值。v從電路分析角度來看，轉(zhuǎn)子不動時的異步電機(jī)的電路方程與次級側(cè)短路時的變壓器的電路方程相似2222111110jxrIEjxrIEU2 2、磁勢平衡式、磁勢平衡式v轉(zhuǎn)子繞組是一對稱多相繞組，與定子繞組有相同極數(shù)。v繞線式轉(zhuǎn)子有明顯的相數(shù)和極對數(shù)，設(shè)計轉(zhuǎn)子繞組時，必須使轉(zhuǎn)子極數(shù)等于定

13、子極數(shù)。否則，沒有平均電磁轉(zhuǎn)矩。v鼠籠轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子有鼠籠加端環(huán)組成。所有導(dǎo)條在兩頭被端環(huán)短路，整個結(jié)構(gòu)是對稱的，實(shí)質(zhì)上是一個對稱的多相繞組。鼠籠轉(zhuǎn)子的極數(shù)恒鼠籠轉(zhuǎn)子的極數(shù)恒等于定子繞組的極數(shù)等于定子繞組的極數(shù)v在轉(zhuǎn)子不動時，定、轉(zhuǎn)子電勢有相同頻率，由轉(zhuǎn)子電流所產(chǎn)生的基波旋轉(zhuǎn)磁勢與由定子電流所產(chǎn)生的基波旋轉(zhuǎn)磁勢有相同轉(zhuǎn)速，沒有相對運(yùn)動。v轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁勢對定子旋轉(zhuǎn)磁勢產(chǎn)生去磁去磁作用，二者共同作用在主磁路中產(chǎn)生主磁通，決定于定子電勢ElvE1受到定子電壓平衡支配，決定了基波磁通m，從而決定了激磁電流Im。mNkNfE111144. 4v當(dāng)轉(zhuǎn)子有電流時，定子電流應(yīng)包含兩個分量v由定子電流所產(chǎn)生的磁勢也包

14、含兩個分量v第一項用以產(chǎn)生基波磁通；第二項為負(fù)載分量，用以抵消轉(zhuǎn)子磁勢去磁作用，它與轉(zhuǎn)子磁勢大小相等方向相反LmIII11LmFFF11v設(shè)定子繞組有m1相，磁勢的振幅v轉(zhuǎn)子繞組有m2相，磁勢振幅v勵磁磁勢v靜止時：f1=f2（磁勢速度為同步速一致），磁勢平衡式mNmIpkNmF111*9 . 0*211111*9 . 0*2IpkNmFN22222*9 . 0*2IpkNmFN22221111111*9 . 0*2*9 . 0*2*9 . 0*2IpkNmIpkNmIpkNmNNmN3 3、繞組歸算、繞組歸算v轉(zhuǎn)子繞組的歸算把實(shí)際相數(shù)為m2、繞組匝數(shù)為N2、繞組系數(shù)為kN2的轉(zhuǎn)子繞組，歸算成

15、與定子繞組有相同相數(shù)、相同匝數(shù)和相同繞組系數(shù)的轉(zhuǎn)子繞組。v在進(jìn)行歸算時，有電壓變比、電流變比和阻抗變比。(一)電流的歸算v根據(jù)歸算前后轉(zhuǎn)子磁勢應(yīng)保持不變?yōu)闂l件(二)電勢的歸算v根據(jù)歸算前后轉(zhuǎn)子視在功率保持不變?yōu)闂l件22222111*9 . 0*2*9 . 0*2IpkNmIpkNmww222221IEmIEm(三)阻抗的歸算v根據(jù)歸算前后轉(zhuǎn)子上的銅耗保持不變?yōu)闂l件v根據(jù)歸算前后轉(zhuǎn)子功率因數(shù)保持不變?yōu)闂l件22222221rImrIm22222rxrxtgieewwiwwkkEkEkNkNEkIIkNmkNmI阻抗變比變比壓電電流變比2222112221112222磁勢平衡4 4、等效電路、等效電

16、路參數(shù)的物理意義vrm鐵耗等效電阻vxm定子每相繞組與主磁通對應(yīng)的電抗，隨的、鐵芯的飽和不同而變化。異步電機(jī)中，磁通由三相聯(lián)合產(chǎn)生；變壓器中，磁通由一相繞組產(chǎn)生v 定子漏抗，由定子三相電流聯(lián)合產(chǎn)生的漏磁通，在定子每一相上引起的電抗。1x二、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的異步電動機(jī)1 1、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)對轉(zhuǎn)子各物理量的影響、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)對轉(zhuǎn)子各物理量的影響v轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動后，轉(zhuǎn)子繞組的電勢和電流的頻率與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速有關(guān)取決于氣隙旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子的相對速度。v轉(zhuǎn)子電勢和電流的頻率（轉(zhuǎn)子頻率，與轉(zhuǎn)差率成正比，又稱為轉(zhuǎn)差頻率）為1111126060sfnpnnnnnpfv轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動后，由轉(zhuǎn)子電流所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子基波旋轉(zhuǎn)磁勢相對于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為v轉(zhuǎn)

17、子基波旋轉(zhuǎn)磁勢相對于定子的轉(zhuǎn)速為v由轉(zhuǎn)子電流所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子基波旋轉(zhuǎn)磁勢和由定子電由轉(zhuǎn)子電流所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子基波旋轉(zhuǎn)磁勢和由定子電流所產(chǎn)生的定子基波旋轉(zhuǎn)磁勢沒有相對運(yùn)動流所產(chǎn)生的定子基波旋轉(zhuǎn)磁勢沒有相對運(yùn)動。（磁勢平衡式不變）nnsnpsfpfn1112260601112nnnnnsnnn2 2、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動后的基本方程式、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動后的基本方程式221222222122222244. 444. 4sxLsfLfxsEkNsfkNfEsmNmNsssjxrIE2222011111jxrIEU電壓平衡式轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢與轉(zhuǎn)差率成正比轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢與轉(zhuǎn)差率成正比頻率 f2=sf1頻率f12、頻率歸算、頻率歸算繞組歸算

18、轉(zhuǎn)子繞組的相數(shù)、每相有效串聯(lián)匝數(shù)與定子繞組一樣；頻率歸算使轉(zhuǎn)子繞組的頻率與定子繞組一致。22222111*9 . 0*2*9 . 0*2IpkNmIpkNmww222221IEmIEm22222221rImrIm22222rxrxtgv頻率歸算使轉(zhuǎn)子繞組的頻率與定子繞組一致2222222jsxrEsjxrEIss22222222)1(jxssrrEjxsrEI頻率歸算頻率歸算v頻率歸算用一等效的轉(zhuǎn)子電路替代實(shí)際轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子電路，使與定子電路有相同頻率。（轉(zhuǎn)子靜止轉(zhuǎn)子靜止）v保持頻率歸算后的轉(zhuǎn)子電流的大小和相位不變保持頻率歸算后的轉(zhuǎn)子電流的大小和相位不變，可保持磁勢平衡不變，保持定子電流的大小和相

19、位不變保持了損耗和功率不變。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時的實(shí)際情形2222222jsxrEsjxrEIss頻率歸算后的等效轉(zhuǎn)子22222222)1(jxssrrEjxsrEI折算為定子頻率的轉(zhuǎn)子電勢等效電路電阻 的物理意義：v在實(shí)際轉(zhuǎn)動的電機(jī)中，在轉(zhuǎn)子回路中并無此項電阻，但有機(jī)械功率輸出。v在頻率歸算后的轉(zhuǎn)子電路中，因已等效成靜止轉(zhuǎn)子，沒有機(jī)械功率輸出，但卻串入附加電阻 ，其電功率為電功率 模擬軸上的機(jī)械功率。ssr12ssr12ssrI1222ssrIm12222進(jìn)一步討論v不論靜止或者旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，其轉(zhuǎn)子磁勢總以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，即轉(zhuǎn)子磁勢的轉(zhuǎn)速不變，大小相位又沒有變，故電機(jī)的磁勢平衡依然維持。 v靜止的轉(zhuǎn)子不再

20、輸出機(jī)械功率，即電機(jī)的功率平衡中少了一大塊機(jī)械功率。 v靜止的轉(zhuǎn)子中多了一個附加電阻，而電流有沒有變，所以多了一個電阻功率。 v分析證明：附加電阻上消耗的電功率等于電機(jī)輸出的機(jī)械功率四、 T形等效電路各參數(shù)的物理意義各參數(shù)的物理意義：定子繞組的電阻r1、漏抗x1轉(zhuǎn)子繞組歸算后歸算后的電阻r2、漏抗x2定子鐵耗的等效電阻對應(yīng)主磁通的勵磁電抗等效機(jī)械負(fù)載的附加電阻四、 T形等效電路等效機(jī)械負(fù)載的附加電阻分析不同的分析不同的運(yùn)行情況運(yùn)行情況空載空載：轉(zhuǎn)速接近同步速，s-0，附加電阻-，轉(zhuǎn)子處于開路；功率因數(shù)滯后，且很小。額定負(fù)載額定負(fù)載：sN=5%，附加電阻為19r2，轉(zhuǎn)子回路接近電阻性；功率因數(shù)較

21、高（0.8-0.85）滯后。啟動開始啟動開始：轉(zhuǎn)子處于堵轉(zhuǎn)，s=1，附加電阻=0，轉(zhuǎn)子回路處于短路；啟動電流很大，功率因數(shù)滯后，且較小。發(fā)電機(jī)狀態(tài)發(fā)電機(jī)狀態(tài)：轉(zhuǎn)速大于同步速，s0，附加電阻1，機(jī)械功率x1，c1。2121121121112xxjsrrUxcxjsrcrUI2111121111IxxjrrUcIxxjrrUImmmm第五節(jié) 異步電機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩平衡式一、功率平衡式 異步電動機(jī)的功率流程輸入電電功率： P1=m1U1I1cos1 在定子繞組中產(chǎn)生定子銅耗： pcu1=m1I12r1旋轉(zhuǎn)磁場在定轉(zhuǎn)子鐵心中產(chǎn)生鐵耗 轉(zhuǎn)子鐵心與磁場相對轉(zhuǎn)速為sn1很小，忽略轉(zhuǎn)子鐵耗定子鐵心與磁場相對轉(zhuǎn)速

22、為n1較大，鐵耗主要為定子鐵耗： pFe=m1Im2rm通過氣隙磁場感應(yīng)到轉(zhuǎn)子繞組的功率稱為電磁功率電磁功率： PM=P1-pcu1-pFe電磁功率首先提供轉(zhuǎn)子銅耗： pcu2= m1I22r2剩余的電磁功率全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械功率：Pi= m1I22r2(1-s)/s機(jī)械功率一部分克服機(jī)械損耗pmec 和附加損耗pad 其余功率為輸出的機(jī)械功率 P2=Pi-pmec-pad異步電動機(jī)的功率平衡方程： pPpppppPPFecucuadmec21221輸入電功率電磁功率 總機(jī)械功率 輸出功率定子銅耗 鐵耗 轉(zhuǎn)子銅耗 機(jī)械損耗 附加損耗異步電動機(jī)的功率平衡式：admechFecucupppppppPP

23、2121功率分別為：v電磁功率（通過基波旋轉(zhuǎn)磁場傳遞基波旋轉(zhuǎn)磁場傳遞到轉(zhuǎn)子） PM = P1-pcu1-pFev總的機(jī)械功率（內(nèi)功率）總的機(jī)械功率（內(nèi)功率） P Pi i = P= PM M-p-pcu2cu2v軸上的輸出功率輸出功率 P P2 2=P=Pi i-p-pmecmec-p-padad電磁功率 PM：spsrImssrImrImPpPcuicuM222212221222121121nnsPPsPpMiMcu22212221cosIEmsrImPM二、異步電動機(jī)轉(zhuǎn)矩平衡二、異步電動機(jī)轉(zhuǎn)矩平衡v由功率平衡式兩邊除以轉(zhuǎn)子機(jī)械角速度得到T2負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電動機(jī)軸上的輸出機(jī)械轉(zhuǎn)矩T電磁轉(zhuǎn)矩，電動

24、機(jī)軸上的總的機(jī)械轉(zhuǎn)矩Tmec機(jī)械損耗轉(zhuǎn)矩；Tad附加損耗轉(zhuǎn)矩；T0=Tmec+Tad空載制動轉(zhuǎn)矩02TTTTTTadmec電磁轉(zhuǎn)矩 T：1MiPPT1160216026021602MMMMiiPnPsnPnPsnPP機(jī)械運(yùn)動角速度旋轉(zhuǎn)磁場運(yùn)動角速度第六節(jié) 異步電動機(jī)的機(jī)械特性及穩(wěn)定運(yùn)行條件 三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性是指電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，由于電機(jī)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)差率之間存在一定的關(guān)系，所以異步電動機(jī)的機(jī)械特性通常用T-S曲線表示。 機(jī)械特性定義：下面研究異步電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的幾種表達(dá)式：1MiPPT一、電磁轉(zhuǎn)矩v由基波磁場所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩由基波磁場所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩T，它等于內(nèi)功率，它等于

25、內(nèi)功率Pi除以轉(zhuǎn)除以轉(zhuǎn)子角速度子角速度v電磁功率有兩種表達(dá)式：srImPM22212221cosIEmpM221122112211122211xcxsrcrsrUpmsrImpTv（1）參數(shù)表達(dá)式（根據(jù)較準(zhǔn)確的近似等效電路得：） 說明：電磁轉(zhuǎn)矩與電源參數(shù)（1、f1）、結(jié)構(gòu)參數(shù)（R、X、m、p）和運(yùn)行參數(shù)（s）有關(guān)。21121112xcxjsrcrUI因為：（2）物理表達(dá)式：222211122211coscos2cosICIkNpmIEmpTmTmN表明：三相異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是由主磁通 m與轉(zhuǎn)子電流的有功分量 相互作用產(chǎn)生的。22cosI二、機(jī)械特性二、機(jī)械特性 Ts曲線srImpT2221

26、1n1n=0 0s0電磁轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)速方向一致驅(qū)動轉(zhuǎn)矩-電動機(jī)電動機(jī)sn1 T1 n0電磁轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)速方向相反制動轉(zhuǎn)矩-制動運(yùn)行制動運(yùn)行起動點(diǎn)v下面研究幾個特殊的點(diǎn)：0sNTNABCSKTm1STStnN額定運(yùn)行點(diǎn)最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)起動點(diǎn)T=f（s）T1、最大轉(zhuǎn)矩Tmax22112121)(XcXrrcsk在特性曲線上有兩個最大轉(zhuǎn)矩，最大轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的轉(zhuǎn)差率稱為臨界轉(zhuǎn)差率，可令 求得: 0dsdT)(2.221121112111XcXrrcUwpmTmv臨界轉(zhuǎn)差率臨界轉(zhuǎn)差率SK：產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩時的轉(zhuǎn)差率最大轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩Tm+ 對應(yīng)電動機(jī)- 對應(yīng)發(fā)電機(jī) 對于大容量電機(jī)，可近似看成C11,r1（x1+x2），

27、以上倆式可簡化為：) (2212111XXUwpmTm最大轉(zhuǎn)矩：212xxrsk臨界轉(zhuǎn)差率：最大電磁轉(zhuǎn)矩的性質(zhì)：v1）當(dāng)電源頻率和電機(jī)參數(shù)不變時，Tm與U12成正比（如圖：P153，圖9-21）v2）當(dāng)電源電壓與頻率一定時， Tm與定轉(zhuǎn)子漏抗之和成反比，發(fā)電機(jī)時Tmax稍大v3） Tm與轉(zhuǎn)子電阻無關(guān)與轉(zhuǎn)子電阻無關(guān) ，但Sk與轉(zhuǎn)子電阻r2近似成正比（如圖：P153，圖9-22）v（4）當(dāng)電源頻率和電機(jī)參數(shù)一定時，電源頻率增大，則漏抗和w1均曾大，最大轉(zhuǎn)矩將減小，sk也減小 電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比為最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)，稱為過載能力：NmmTTK22112121xcxrrcsk臨界轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)子電阻

28、的關(guān)系轉(zhuǎn)子電阻增大轉(zhuǎn)子電阻增大最大轉(zhuǎn)矩不變最大轉(zhuǎn)矩不變2、起動轉(zhuǎn)矩TST：在特性曲線上還有一個起動轉(zhuǎn)矩，即 時的轉(zhuǎn)矩: ) 1( 0sn22122122111)()(xxrrrUwpmTst結(jié)論：當(dāng)其它參數(shù)一定時：1、起動轉(zhuǎn)矩與電源電壓平方成正比；2、頻率越高，起動轉(zhuǎn)矩越小；漏抗越大，起動轉(zhuǎn)矩越小；3、繞線式電動機(jī)，轉(zhuǎn)子回路電阻越大，起動轉(zhuǎn)矩先增后減。NststTTK4、起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)3、電磁轉(zhuǎn)矩的簡化計算（實(shí)用表達(dá)式）kkmssssTT2 利用電磁轉(zhuǎn)矩除以最大電磁轉(zhuǎn)矩可得電磁轉(zhuǎn)矩的實(shí)用表達(dá)式：由產(chǎn)品目錄數(shù)據(jù)計算Tmax和 sk的步驟通常產(chǎn)品目錄給出額定功率PN 和額定轉(zhuǎn)速nN和過載能力 km。

29、1 由 PN和 nN求出額定轉(zhuǎn)矩602NNNnPT2 由 TN和 km可求出最大轉(zhuǎn)矩TmaxkmTN3 由 nN可求出 sN=11nnnsNN4 把 s=sN，T=TN代入到求出 sk。kkssssTT2max二、異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行范圍當(dāng)TTL時，加速轉(zhuǎn)矩TJ為正值，電動機(jī)加速。當(dāng)TTL，TJ為負(fù)值，電動機(jī)減速。當(dāng)當(dāng)T TT TL L時，時，T TJ J=0=0，轉(zhuǎn)速才能維持不變，轉(zhuǎn)速才能維持不變，電動機(jī)處于平衡狀態(tài)。dtdJTTTJL轉(zhuǎn)矩與運(yùn)行的關(guān)系負(fù)載的機(jī)械特性（三類）：v恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載v恒功率負(fù)載v風(fēng)機(jī)類負(fù)載v電機(jī)在運(yùn)行時會受到外界因素的擾動(或由于電路的原因使T發(fā)生變化，或由于機(jī)械的原因使

30、TL發(fā)生變化)，破壞了穩(wěn)態(tài)平衡，使轉(zhuǎn)速發(fā)生變化。v穩(wěn)定若擾動因素消除后，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速仍然能恢復(fù)到原有的狀態(tài)。v不穩(wěn)定若擾動因素消除后，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速不能恢復(fù)到原有的狀態(tài)。穩(wěn)定的概念：s sk隨著轉(zhuǎn)速的增加，電磁轉(zhuǎn)矩減少，能保持穩(wěn)定運(yùn)行隨著轉(zhuǎn)速的增加，電磁轉(zhuǎn)矩隨之增大，不能保持穩(wěn)定運(yùn)行臨界轉(zhuǎn)差率sk穩(wěn)定運(yùn)行條件穩(wěn)定運(yùn)行條件dsdTdsdTL第七節(jié)異步電動機(jī)的工作特性異步電動機(jī)的工作特性：v前提條件： 外施電源電壓U和頻率f保持不變 v特性： 研究轉(zhuǎn)速n、輸出轉(zhuǎn)矩T2、定子電流I1、定子功率因數(shù)cos1、效率等與輸出功率P2的關(guān)系曲線，稱為異步電動機(jī)的工作特性。典型的工作特性曲線定性定性：轉(zhuǎn)速隨輸出

31、增加略有下降;負(fù)載轉(zhuǎn)矩近似與輸出功率成正比;定子電流隨負(fù)載增加;效率和功率因數(shù)隨負(fù)載有不同的變化;電動機(jī)的運(yùn)行特性：v條件條件： 額定電壓、額定頻率滿載時滿載時：轉(zhuǎn)速有下降，效率和功率因數(shù)均較高輕載時輕載時：轉(zhuǎn)速較高，效率和功率因數(shù)均較低啟動時啟動時：功率因數(shù)很低一、轉(zhuǎn)速特性：一、轉(zhuǎn)速特性： n=f(Pn=f(P2 2) )硬特性v電動機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時必須滿足轉(zhuǎn)矩平衡T=T0+T2 空載時：P2=0，即T2=0，n=n1，S=0 負(fù)載時：，P2 ，即T2，n S 隨著負(fù)載增大，為維持轉(zhuǎn)矩平衡需較大電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)差率隨之增大，但變化不大變化不大，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速變化很小。（如SN=0.01 0.05）二、負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性二、負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性v在正常運(yùn)行范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速變化不大（硬特性硬特性），負(fù)載轉(zhuǎn)矩與輸出功率近似為直