異步電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)分析1

《電機(jī)技術(shù)》講稿

(10-11-1學(xué)期)

（異步電動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)分析1）11/15/20221第十三章對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行分析分析進(jìn)行需要相關(guān)的工具利用工具找出電動(dòng)機(jī)的基本特征利用基本特征得出電機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)運(yùn)行特點(diǎn)就反應(yīng)出了電機(jī)的性能11/15/20222第一、二節(jié)異步電機(jī)電磁關(guān)系及等值電路異步電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行的過程中，所涉及到的運(yùn)行參數(shù)包括：電源電壓（輸入電壓）U、輸入電流I、輸出機(jī)械的功率P2、旋轉(zhuǎn)速度n、溫度°t的高低等，這些運(yùn)行運(yùn)行參數(shù)間有一定的關(guān)系，這種關(guān)系反映了異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的特點(diǎn)和規(guī)律，若找出這個(gè)關(guān)系和規(guī)律，就能把握電機(jī)運(yùn)行的特點(diǎn)，從而對(duì)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析，以利于正確使用電機(jī)，并利用這些關(guān)系判斷電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，以保證電機(jī)運(yùn)行的安全、正常。在分析、討論這兩節(jié)內(nèi)容的過程中，書上給出了詳細(xì)的分析、推導(dǎo)過程。在此我們略掉繁瑣的理論推導(dǎo)過程，直接給出書上推出的結(jié)論及實(shí)用分析工具，著重介紹結(jié)論的應(yīng)用。11/15/20223這兩節(jié)最重要的是推出在對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行分析時(shí)所使用的等效電路。－－見圖13-3所示。此電路稱為異步電動(dòng)機(jī)的“T”形等效電路。等效的含義？－－要能利用此電路對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行分析，必須要明確等效電路中各參數(shù)的含義。11/15/20224x′2－－轉(zhuǎn)子回路繞組的漏電抗折算值；在等效電路中：（腳標(biāo)1表示定子，2表示轉(zhuǎn)子）U1－－電源電壓（此處為相電壓）；I1－－輸入電流（此處為相電流）；I0－－電動(dòng)機(jī)的空載電流（此處為相電流）；I′2－－轉(zhuǎn)子回路折算后的電流；r1－－定子回路一相繞組的電阻；x1－－定子回路一相繞組的漏電抗；r′2－－轉(zhuǎn)子回路繞組的電阻折算值；－－電動(dòng)機(jī)總機(jī)械功率的等效電阻。11/15/20225幾點(diǎn)說明：1、轉(zhuǎn)子回路參數(shù)的折算：第一，轉(zhuǎn)子回路與定子回路沒有直接電的聯(lián)系，等效電路是將定、轉(zhuǎn)子電路等效成一個(gè)整體，這時(shí)轉(zhuǎn)子回路的參數(shù)值就與實(shí)際值不一樣了，這與變壓器一樣，需通過折算使等效電路中轉(zhuǎn)子回路的效果與實(shí)際情況一樣；第二，轉(zhuǎn)子回路的頻率與定子回路的頻率是不一樣的，f2=sf1，當(dāng)定、轉(zhuǎn)子等效成一個(gè)整體后，定、轉(zhuǎn)子對(duì)應(yīng)回路的頻率是一樣的，還需要頻率折算。所以，在等效電路中，轉(zhuǎn)子回路的所有參數(shù)都需要進(jìn)行折算（包括繞組折算和頻率折算），至于如何折算可暫不深究它，要知道結(jié)論。11/15/202262、總機(jī)械功率等效電阻[(1-s)/s]r′2是一非常重要的參數(shù)，通過等效電路只能進(jìn)行電氣量的計(jì)算，而電動(dòng)機(jī)是將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的裝置，其中的機(jī)械能在等效電路中用電能的計(jì)算方法可進(jìn)行計(jì)算，見下式：公式中的轉(zhuǎn)差率s表明，這是一個(gè)與轉(zhuǎn)動(dòng)相關(guān)的參數(shù)，顯然機(jī)械功率是與轉(zhuǎn)動(dòng)相關(guān)的。3、折算前后參數(shù)的性質(zhì)不變，在電機(jī)的制造中，廠家盡量保證阻抗參數(shù)r1、r2、x1、x2(r′2、x′2)盡可能小。4、由于氣隙的存在，異步電動(dòng)機(jī)空載電流的百分?jǐn)?shù)較變壓器大，I0%=20~30%IN，但在很多情況下仍視r(shí)m、xm回路開路，即認(rèn)定I0=0。11/15/20227第三節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩三相異步電動(dòng)機(jī)是一能量轉(zhuǎn)換裝置，在其將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的過程中，在穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)下，它一定遵從能量守恒、運(yùn)行參數(shù)平衡。一、功率傳遞過程與功率平衡關(guān)系見異步電動(dòng)機(jī)的功率傳遞圖：P1PemPmec

P2pCu1pFe1pCu2pmec+pad11/15/20228（一）定子側(cè)對(duì)應(yīng)功率傳遞圖，定子部分的功率及相互關(guān)系：1、輸入電功率P1，含義－－２、定子銅損耗pCu1，含義－－３、定子鐵損耗pFe，含義－－４、電磁功率Pem，含義－－有：11/15/20229（二）轉(zhuǎn)子側(cè)對(duì)應(yīng)功率傳遞圖，轉(zhuǎn)子部分的功率及相互關(guān)系：1、轉(zhuǎn)子銅損耗pCu2，含義－－２、總機(jī)械功率Pmec，含義－－３、機(jī)械摩擦損耗pmec，含義－－４、附加損耗pad，含義－－５、輸出功率P2（機(jī)械功率），含義－－11/15/202210有：二、轉(zhuǎn)矩平衡方程式前面推出了異步電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，功率的平衡關(guān)系，利用功率平衡關(guān)系可推出轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系式：根據(jù)有得11/15/202211式即異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩平衡方程式。式中各參數(shù)的含義及意義－－轉(zhuǎn)矩平衡方程式在異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行分析中的重要性－－當(dāng)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速恒定；當(dāng)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速升高；當(dāng)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速降低；這是分析異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的一個(gè)非常有用、非常重要的工具，要求要掌握運(yùn)用此工具對(duì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行分析！11/15/202212三、電磁轉(zhuǎn)矩的兩種計(jì)算式電動(dòng)機(jī)是在電磁轉(zhuǎn)矩的推動(dòng)下運(yùn)轉(zhuǎn)的，電磁轉(zhuǎn)矩的大小、性質(zhì)將確定電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀況。因此，要準(zhǔn)確分析電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀況，必須首先知道電磁轉(zhuǎn)矩與哪些因素有關(guān)？是什么關(guān)系？（一）電磁轉(zhuǎn)矩的物理表達(dá)式經(jīng)推導(dǎo)，有：上式各參數(shù)的含義－－如何運(yùn)用上式對(duì)電磁力矩進(jìn)行分析？－－11/15/202213（二）電磁轉(zhuǎn)矩的參數(shù)表達(dá)式經(jīng)推導(dǎo)，電磁轉(zhuǎn)矩也可用下式進(jìn)行計(jì)算：如何利用上式進(jìn)行分析？（1）設(shè)電動(dòng)機(jī)接入一電壓U1、頻率f1穩(wěn)定的電源，除轉(zhuǎn)差率s外，其它參數(shù)都是定數(shù)，則電磁轉(zhuǎn)矩T的大小只與轉(zhuǎn)差率有關(guān)（即與轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)）；（2）電源電壓U1或頻率f1的改變會(huì)引起電磁轉(zhuǎn)矩T改變。式中各參數(shù)的含義－－11/15/202214從表達(dá)式（13-49）不能直觀看出電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率的關(guān)系，為直觀起見用坐標(biāo)曲線描述這個(gè)關(guān)系，這樣就直觀了，見下圖：這個(gè)坐標(biāo)曲線稱為T－s[T＝f(s)]曲線。11/15/202215將T＝f(s)曲線坐標(biāo)改變?yōu)橛覉D示，得到的坐標(biāo)曲線稱為異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線，即n=f(T)坐標(biāo)曲線。為分析方便，也常常用異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線來分析，因此也要熟悉機(jī)械特性曲線形狀及特點(diǎn)。11/15/202216四、電磁轉(zhuǎn)矩特性（一）電磁轉(zhuǎn)矩特性的定義電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)差率s的關(guān)系－－電磁轉(zhuǎn)矩特性。對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)曲線－－電磁轉(zhuǎn)矩特性曲線。對(duì)照坐標(biāo)特性曲線，電磁轉(zhuǎn)矩特性曲線的特點(diǎn)：以sm為界，左邊：隨s的增大，T增大；右邊：隨s的增大，T減小。sm－－臨界轉(zhuǎn)差率。Tmax－－與臨界轉(zhuǎn)差率對(duì)應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩。把握以下幾個(gè)電磁轉(zhuǎn)矩及特點(diǎn)，也就把握了電磁轉(zhuǎn)矩特性。11/15/20221711/15/202218二、轉(zhuǎn)子繞組中的電氣參數(shù)及電動(dòng)勢(shì)方程式1、轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：轉(zhuǎn)子靜止時(shí)（電動(dòng)機(jī)起動(dòng)瞬間），n=0，s=1，轉(zhuǎn)子回路頻率f2=sf1=f1，這時(shí)轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)為：轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的感應(yīng)電勢(shì)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的感應(yīng)電勢(shì)且當(dāng)轉(zhuǎn)速n=0(s=1)時(shí)，f2最高，E2最大，即隨著轉(zhuǎn)速n的升高（轉(zhuǎn)差率s的減?。?，E2會(huì)減小。11/15/2022192、轉(zhuǎn)子繞組漏電抗：式中：x2s為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子每相繞組的漏電抗；x2σ為轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子每相繞組的漏電抗。當(dāng)轉(zhuǎn)速n=0(s=1)時(shí)，f2最高，x2s最大，即隨著轉(zhuǎn)速n的升高（轉(zhuǎn)差率s的減?。?，x2s會(huì)減小。轉(zhuǎn)子繞組每相的總阻抗為：當(dāng)轉(zhuǎn)速n=0(s=1)時(shí)，f2最高，z2s最大，即隨著轉(zhuǎn)速n的升高（轉(zhuǎn)差率s的減?。?，z2s會(huì)減小。轉(zhuǎn)子電流I2s也要產(chǎn)生漏磁通Φ2s，對(duì)應(yīng)產(chǎn)生漏抗壓降，對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)子回路有一轉(zhuǎn)子繞組的漏電抗：11/15/2022203、轉(zhuǎn)子回路的電流：根據(jù)基爾霍夫電壓定律，轉(zhuǎn)子回路的電動(dòng)勢(shì)平衡方程式為：轉(zhuǎn)子繞組每相的電流為：4、轉(zhuǎn)子繞組回路的功率因數(shù)為：可見，轉(zhuǎn)子回路中各參數(shù)都與轉(zhuǎn)差率有關(guān)！11/15/202221這也很好理解，因?yàn)楫惒诫妱?dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度會(huì)隨負(fù)載的變化及其它參數(shù)的改變而相應(yīng)變化。轉(zhuǎn)子繞組回路各參數(shù)隨轉(zhuǎn)差率的變化而相應(yīng)變化的規(guī)律見下圖示：就各曲線的意義及變化規(guī)律進(jìn)行分析－－11/15/202222異步電動(dòng)機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)平衡方程式異步電動(dòng)機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)情況：三相定子繞組施加三相對(duì)稱交流電壓在異步電動(dòng)機(jī)內(nèi)部形成三相旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子繞組形成感應(yīng)電流I２轉(zhuǎn)子電流I２產(chǎn)生磁場(chǎng)（也是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)）轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)與主磁場(chǎng)相互作用形成電磁力矩電磁力矩推動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。電能機(jī)械能由于電動(dòng)機(jī)的能量轉(zhuǎn)換過程與主磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的相互作用有關(guān)，因此有必要弄清楚這兩個(gè)磁場(chǎng)的相互關(guān)系，而兩者間的相互關(guān)系是通過磁動(dòng)勢(shì)平衡關(guān)系反映出來的。11/15/202223一、定子磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的相對(duì)位置關(guān)系定子磁場(chǎng)相對(duì)于定子以n1的速度旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電流所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相對(duì)于轉(zhuǎn)子以n2的速度旋轉(zhuǎn)。并有：轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相對(duì)于定子的轉(zhuǎn)速為：（前面分析已知，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向n2與定子磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向n1相同。)上式說明：轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度相同，并且旋轉(zhuǎn)的方向也是一致的，即轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是相對(duì)靜止的。11/15/202224二、磁動(dòng)勢(shì)平衡方程式異步電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過程中，電動(dòng)機(jī)內(nèi)部有兩個(gè)磁場(chǎng)，即定子磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)，這兩個(gè)磁場(chǎng)相對(duì)靜止，在電動(dòng)機(jī)內(nèi)部合成一個(gè)磁場(chǎng)－－氣隙磁場(chǎng)，這個(gè)氣隙磁場(chǎng)切割定子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E1δ。這個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小約等于機(jī)