東南大學電機學chap11

1、第第12章章 單相異步電動機單相異步電動機異步電機的其它運行方式異步電機的其它運行方式在不對稱電壓下的運行一、不對稱運行一、不對稱運行的分析方法的分析方法l不對稱：不對稱：各相電流各相電流(或電壓，電勢或電壓，電勢)大小不同，或大小不同，或相位不依次差相位不依次差120l應用對稱分量法，把不對稱三相電壓分解為正序分量、負序分量和零序分量l分別計算各序系統(tǒng)電流和轉(zhuǎn)矩，然后疊加 l在對稱的三相系統(tǒng)，三相中的電壓Ua、Ub、Uc對稱，只有一個獨立變量。 Ub=2 Ua, Uc=Ual復數(shù)算子復數(shù)算子ej120e-j240，且2ej240e-j120；3ej360ej01。 = cos120+j si

2、n1201、對稱系統(tǒng)、對稱系統(tǒng)2 2對稱分量法對稱分量法l分解為三個獨立的對稱系分解為三個獨立的對稱系統(tǒng)，統(tǒng)，即正序系統(tǒng)、負序系即正序系統(tǒng)、負序系統(tǒng)統(tǒng)和和零序系統(tǒng)零序系統(tǒng)例：例： Ua、Ub、Uc為不對稱三相電壓為不對稱三相電壓l下標“+”、“-”、“0”分別表示正序、負序和零序cbaacbaacbaaUUUUUUUUUUUU310231231對稱分量法對稱分量法Ua+、Ub+、Uc+組成正序系統(tǒng)組成正序系統(tǒng)滿足約束條件Ub+=2 Ua+, Uc+=Ua+l正序系統(tǒng)：正序系統(tǒng)：每相大小相等，相序為每相大小相等，相序為a a、b b、c c，彼此相位差彼此相位差120120。Ua-、Ub-、Uc

3、-組成負序系統(tǒng)組成負序系統(tǒng)l滿足約束條件Ub-=Ua-, Uc-=2Ua-l負序系統(tǒng)：是每相大小相等，相序為負序系統(tǒng)：是每相大小相等，相序為a a、c c、b b，彼此相位差，彼此相位差120120。Ua0、Ub0、Uc0組成零序系統(tǒng)組成零序系統(tǒng)l滿足約束條件Ub0=Ua0, Uc0=Ua0l零序系統(tǒng)：每相大小相等且同相位零序系統(tǒng)：每相大小相等且同相位。l共同性質(zhì)共同性質(zhì)：三相大小相等，彼此之間相位差相等三相大小相等，彼此之間相位差相等（1）由不對稱系統(tǒng)分解得到的正序、負序和零序系統(tǒng)都是對稱系統(tǒng)都是對稱系統(tǒng)。對稱系統(tǒng)容易求解。當求得各個對稱分量后，再把各相的三個分量疊加疊加便得到不對稱運行情形

4、。（2）不同相序電流流經(jīng)電機和變壓器具有不同不同相序電流流經(jīng)電機和變壓器具有不同物理性質(zhì)，具有不同阻抗參數(shù)物理性質(zhì)，具有不同阻抗參數(shù)。（3）對稱分量法根據(jù)疊加原理，只適用于線性參數(shù)的電路中。3、正序等效電路、正序等效電路正序電壓，產(chǎn)生正序電流，建立正向旋轉(zhuǎn)磁場，產(chǎn)生正向轉(zhuǎn)矩，拖動轉(zhuǎn)子同方向旋轉(zhuǎn)。正序轉(zhuǎn)差率正序轉(zhuǎn)差率 snnns112211|jxsrjxrjxrZmm4、負序等效電路、負序等效電路負序電壓，產(chǎn)生負序電流，建立負向旋轉(zhuǎn)磁場，產(chǎn)生反向轉(zhuǎn)矩，與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反。負序轉(zhuǎn)差率負序轉(zhuǎn)差率 snnns21122112|jxsrjxrjxrZmm5、零序電壓與零序電流、零序電壓與零序電流l異步電

5、機一般不接中線，可不考慮零序電流。 不對稱運行分析ZUIZUI111112111211IIIIIIIIICBA21121112211211122xcxjsrcrUIxcxjsrcrUIsrIPsrIPmm23,3222222srIsrIpTTTsrIpTsrIpT2323,3222222122212221負序?qū)\行的影響 l較小的負序電壓會產(chǎn)生較大的負序電流較小的負序電壓會產(chǎn)生較大的負序電流 NstNkNkUUIUUZUZUI1111例如：U1-0.05UN，I1-(5-7)0.05IN(0.250.35)IN。它與正序電流疊加，可能使某相電流大大超過額定電流。 合成轉(zhuǎn)矩小于正序轉(zhuǎn)矩，導致起動

6、性能和過載能力下降合成轉(zhuǎn)矩小于正序轉(zhuǎn)矩，導致起動性能和過載能力下降 例例 11-11.正常運行時電磁轉(zhuǎn)矩T=343N.m定子電流I1=84.7A2.電源一相斷線（兩相運行）負載不變時，轉(zhuǎn)速有下降，s增大定子電流 I=166A 急劇增大急劇增大單相異步電動機單相異步電動機單相異步電動機單相異步電動機 定子兩相繞組定子兩相繞組：m 主繞組，工作繞組 a 輔助繞組，起動繞組轉(zhuǎn)子為鼠籠式繞組轉(zhuǎn)子為鼠籠式繞組 1、單相異步電動機特點、單相異步電動機特點l輔助繞組a串聯(lián)一移相元件移相元件(通常是電容器)，然后與主繞組m并聯(lián)接到單相電源l結(jié)構(gòu)上，實質(zhì)上是兩相電機實質(zhì)上是兩相電機 Im、Ia不同相位，實質(zhì)上是

7、兩相運行 2、分析方法、分析方法對稱分量法雙旋轉(zhuǎn)磁場理論交軸磁場理論 3、對稱分量法分析工作原理、對稱分量法分析工作原理l輔助繞組開路時輔助繞組開路時 Ia0 對稱分量法分解成對稱分量 設轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向為自a相轉(zhuǎn)向m相 0aaammmIIIIIImamaI jII jImmmIII213、對稱分量法分析工作原理、對稱分量法分析工作原理l輔助繞組開路時輔助繞組開路時 電壓分量 電流分量 ZIZIUUUmmmmZZUIImm4、輔助繞組開路時的轉(zhuǎn)矩、輔助繞組開路時的轉(zhuǎn)矩2222222jxsrjxrjxrIIjxsrjxrjxrIImmmmmmmmmmsrIPsrIPmm22,2222222srIs

8、rIpTTTsrIpTsrIpT2222,22222221222122214、輔助繞組開路時的轉(zhuǎn)矩、輔助繞組開路時的轉(zhuǎn)矩1 1起動轉(zhuǎn)矩等于零起動轉(zhuǎn)矩等于零當sl時，T+T-，T0，單相電機僅一個繞組工作不能自行起動。2 2轉(zhuǎn)動后單相電機可以在一個繞組情轉(zhuǎn)動后單相電機可以在一個繞組情況下運行況下運行轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，則Z+Z-，T+T-，TO，由于有負序轉(zhuǎn)矩存在，所以其過載能力和效率均有所降低。3 3理想空載狀態(tài)也達不到同步轉(zhuǎn)速理想空載狀態(tài)也達不到同步轉(zhuǎn)速 因有負序轉(zhuǎn)矩存在，即使轉(zhuǎn)軸上不帶任何負載，轉(zhuǎn)子電流也不可能為零，單相電機達不到同步轉(zhuǎn)速。 5、兩相通電時的磁勢、兩相通電時的磁勢l兩相繞組的磁勢l

9、合成磁勢90cos2190cos21)cos()90cos(cos21cos21coscostxFtxFtxFftxFtxFtxFfmmmmaaaamafffmmNmmaaNaaIpkNFIpkNF119 . 09 . 0若Fa=Fm，=90則圓形旋轉(zhuǎn)磁場圓形旋轉(zhuǎn)磁場txFfffmacos6、單相異步電動機的起動、單相異步電動機的起動l電容電動機電容電動機電容運行電容起動雙值電容電容運轉(zhuǎn)電動機 l額定負載時有接近圓形旋轉(zhuǎn)磁場，性能性能較好l起動時橢圓度差，起動轉(zhuǎn)矩小l空載有負序磁勢，空載電流大，損耗大電容起動電動機 l合理選擇電容器和主輔繞組匝數(shù)，使起動時氣隙磁場接近圓形旋轉(zhuǎn)磁場。可以有較高的

10、起動較高的起動轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩。 l電動機起動后，在離心力作用下斷開常閉觸點，自動切斷輔助電路單相運行單相運行 雙值電容電動機雙值電容電動機l在輔助繞組回路中串接兩個并聯(lián)的電容器l運行電容CR固定接入輔助繞組電路l起動電容Cs在起動時接入，起動后靠離心開關Q斷開l電機有較好的起動和運行性能6、單相異步電動機的起動、單相異步電動機的起動l電阻起動單相電動機電阻起動單相電動機只要兩個回路的阻抗不同，Im、Ia便不同相位，從而建立旋轉(zhuǎn)磁場，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩 結(jié)構(gòu)簡單，起動轉(zhuǎn)矩結(jié)構(gòu)簡單，起動轉(zhuǎn)矩低低7、罩極電動機 l罩極繞組 短路環(huán) l穿過短路環(huán)與不穿過短路環(huán)的兩部分磁場有時間相位差兩個磁場在空間和時間上不同相

11、l合成磁場是橢圓形合成磁場是橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場 ，旋轉(zhuǎn)方向從未罩極部分轉(zhuǎn)向罩極部分 12123kEkIk異步發(fā)電機異步發(fā)電機異步發(fā)電機異步發(fā)電機l發(fā)電機運行發(fā)電機運行：原動機拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，且轉(zhuǎn)速大于旋轉(zhuǎn)磁場的同步速011nnns轉(zhuǎn)差率異步發(fā)電機相量圖異步發(fā)電機相量圖輸入有功功率小于0，表明輸出有功功率 1111cosImUP 異步發(fā)電機運行方式異步發(fā)電機運行方式l與電網(wǎng)并聯(lián)與電網(wǎng)并聯(lián)電壓和頻率完全取決于電網(wǎng)的電壓和頻率，與轉(zhuǎn)速無電壓和頻率完全取決于電網(wǎng)的電壓和頻率，與轉(zhuǎn)速無關關 激磁電流（無功性質(zhì)）由電網(wǎng)提供 原動機輸入機械功率增大，則轉(zhuǎn)速增大，輸出有功增大異步發(fā)電機運行方式異步發(fā)電機運行方式l單

12、機運行單機運行 激磁電流由并聯(lián)在端點上的電容器供給 電容器通常為三角形連接 電壓和頻率大小與電容值、電機轉(zhuǎn)速及負載情電壓和頻率大小與電容值、電機轉(zhuǎn)速及負載情況有關況有關spnpnf1606011負載增加，轉(zhuǎn)差率|s|增大，要維持f1不變，必須相應提高轉(zhuǎn)速n；負載感性電流增大，必須加大電容量，才能維持電壓不變 異步發(fā)電機單機電壓建起過程異步發(fā)電機單機電壓建起過程1空載特性2電容器特性1 原始剩磁Ur在電容器上產(chǎn)生電容電流，對電機勵磁2 勵磁增大后，電壓上升，勵磁電流再增大正反饋3 達到交點A，為穩(wěn)定運行工作點A異步電機的制動運行異步電機的制動運行異步電動機制動異步電動機制動l制動在原有旋轉(zhuǎn)方向上

13、產(chǎn)生一個反方向的轉(zhuǎn)矩（如加速停轉(zhuǎn)、減速運行、恒速等）l異步電動機有四種制動方法：能耗制動回饋制動反接制動正接反轉(zhuǎn)制動。1、能耗制動l原理：電動機的定子繞組從電源切斷后，將其中任意兩端接上直流電源從而在空氣隙中建立一靜止的磁場。旋轉(zhuǎn)著的轉(zhuǎn)子切割磁場感應電勢，由于轉(zhuǎn)子繞組是一閉合電路，便產(chǎn)生電流和電磁轉(zhuǎn)矩。該電磁轉(zhuǎn)該電磁轉(zhuǎn)矩的作用方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反，矩的作用方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反，起到制動作用起到制動作用。l轉(zhuǎn)子機械動能變?yōu)殂~耗而迅速耗掉，達到迅速停車的目的，稱為能耗制動。l能耗制動在高速時效果較好。2、回饋制動（發(fā)電機制動）l例如，當電車下坡時，重力的作用將使車速增大。一旦轉(zhuǎn)速nn1，電機就

14、由原來的電動機狀態(tài)變?yōu)榘l(fā)電機狀態(tài)運行，這時電機的有功電流和電磁轉(zhuǎn)矩方向都將倒轉(zhuǎn)，從而制止了轉(zhuǎn)速進一步增加，起到了制動作用。由于電流方向倒轉(zhuǎn)，電功率回送到電網(wǎng)，故稱為回饋制動。l情況：起重設備在負載降落時，如高速，則發(fā)電制動，以限制下降速度。3、反接制動（正轉(zhuǎn)反接）l工作原理：利用換接開關改變定子電流的相序，使旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向倒轉(zhuǎn)，換接后的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向相反（s=2），電機便處于制動狀態(tài)，使轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速迅速下降。情況：震動和沖擊較大，不宜用于精度要求高的場合。用于可逆轉(zhuǎn)的傳動系統(tǒng)。4、正接反轉(zhuǎn)制動l正接反轉(zhuǎn)制動：指電動機的定子接線仍保持電動機運行時的接法不變，如轉(zhuǎn)子在外力推動下強迫了反向旋轉(zhuǎn)，這時電磁轉(zhuǎn)矩是一制動轉(zhuǎn)矩。l主要用于以線繞轉(zhuǎn)子異步電動機為動力的起重機械中。當需下放重物時，可再增大轉(zhuǎn)子附加電阻，使平衡點落于負轉(zhuǎn)速區(qū)。例如圖中d點，轉(zhuǎn)子將在反方向旋轉(zhuǎn)。重物下降所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩是原動轉(zhuǎn)矩，電磁轉(zhuǎn)矩是制動轉(zhuǎn)矩，電機處于制動狀態(tài)改變附加電阻大小可控制電機的轉(zhuǎn)速改變附加電阻大小可控制電機的轉(zhuǎn)速l當起重機械提升重物時，當電機處于平衡狀態(tài)時，將以某一轉(zhuǎn)速a點穩(wěn)速運行。改變轉(zhuǎn)子附加電阻可控制提升速度，如b點所示。l如需重物懸空后不動，則應增加轉(zhuǎn)于附加電阻以改變機械