異步電機(jī)第五章

第

5

章

感

應(yīng)

電

機(jī)異步電機(jī)的用途5.1異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行狀態(tài)異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)異步電機(jī)的工作原理異步電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)異步電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)定子鐵心定子繞組機(jī)座轉(zhuǎn)子鐵心接線盒轉(zhuǎn)軸異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組分籠型和繞線型兩類。一、異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)直流電機(jī)與異步電機(jī)結(jié)構(gòu)比較：二、異步電機(jī)的基本工作原理定子三相繞組通對(duì)稱三相交流電流，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)差率：

旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速ns與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n之差與同步轉(zhuǎn)速ns的比值，用s表示，即：根據(jù)轉(zhuǎn)差率的正負(fù)和大小，感應(yīng)電機(jī)有電動(dòng)機(jī)狀態(tài)、發(fā)電機(jī)狀態(tài)和電磁制動(dòng)狀態(tài)三種運(yùn)行狀態(tài)。三、異步電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)1）電磁轉(zhuǎn)矩為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。2）電機(jī)從電網(wǎng)吸收電功率，向負(fù)載輸出機(jī)械功率。特點(diǎn)：發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)１）電磁轉(zhuǎn)矩為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。２）原動(dòng)機(jī)向異步電機(jī)輸入機(jī)械功率，轉(zhuǎn)化為定子側(cè)的電功率輸送給電網(wǎng)。特點(diǎn)：電磁制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)１）電磁轉(zhuǎn)矩為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。２）從外界輸入機(jī)械功率，又從電網(wǎng)吸收電功率，轉(zhuǎn)變成內(nèi)部損耗。特點(diǎn)：四、感應(yīng)電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)例：根據(jù)上述銘牌數(shù)據(jù)，試求該機(jī)的額定轉(zhuǎn)差率和極對(duì)數(shù)。改變定子三相電流的相序，就可以改變異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向。如何改變?nèi)喈惒诫妱?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向？一、異步電機(jī)的分析方法

1.主磁通和漏磁通定子旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)磁通主磁通漏磁通5.2三相異步電動(dòng)機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)由基波旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)所產(chǎn)生的，通過氣隙，并與定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組同時(shí)交鏈的基波磁通，稱為主磁通。用Φm表示，在數(shù)值上代表主磁通每極下總的磁通量。

由基波旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)所產(chǎn)生的，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Φ1σ表示。

2.異步電機(jī)和變壓器的比較

異步電機(jī)與變壓器非常類似。變壓器異步電機(jī)

異步電機(jī)與變壓器非常類似，可以仿照變壓器的分析方法。二、轉(zhuǎn)子繞組開路時(shí)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)

1.定子側(cè)電壓平衡方程式相同容量的變壓器和感應(yīng)電機(jī)，誰的Xm大？

①rm是表征鐵心損耗的等效電阻；②xm是表征主磁路磁化性能的等效電抗，且:

2.轉(zhuǎn)子側(cè)電壓平衡方程式轉(zhuǎn)子開路時(shí)，e1和e2的頻率相同，但相位不一定相同。以上各式中的電壓、電流均為相值。

若e1與e2同相，則有：3.轉(zhuǎn)子繞組開路時(shí)的等效電路圖1、電壓平衡方程式三、轉(zhuǎn)子繞組短路且堵轉(zhuǎn)時(shí)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)

2、轉(zhuǎn)子電流的頻率和相序e2和i2的頻率

i2的相序

定子電流相序?yàn)锳-B-C

F1切割轉(zhuǎn)子繞組的順序?yàn)閍-b-c轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)相序?yàn)閍-b-c轉(zhuǎn)子電流相序?yàn)閍-b-c3、F2的轉(zhuǎn)向及相對(duì)于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速

F2的轉(zhuǎn)向?yàn)閍-b-c

F2相對(duì)于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為4、F2和F1相對(duì)靜止

①F2和F1轉(zhuǎn)向相同；②F1相對(duì)于定子的轉(zhuǎn)速為ns，F(xiàn)2相對(duì)于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為ns，轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)，因此F2與F1相對(duì)靜止。5、磁動(dòng)勢(shì)平衡方程式轉(zhuǎn)子繞組開路時(shí)，為：轉(zhuǎn)子繞組短路時(shí)，為：

F1可以分成兩部分：一部分是產(chǎn)生主磁通的激磁磁動(dòng)勢(shì)Fm,另一部分是抵消轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)的負(fù)載分量F1L?；仡櫍合嗍笀D（時(shí)空矢量圖）電流的角頻率和合成磁動(dòng)勢(shì)的電角速度相等。經(jīng)過t秒后，電流相量和合成磁動(dòng)勢(shì)基波矢量轉(zhuǎn)過相同電角度wt。若將各相時(shí)軸和相軸重合，則任意時(shí)刻電流相量與合成磁動(dòng)勢(shì)基波矢量都重合。A軸B軸C軸與合成磁動(dòng)勢(shì)基波矢量同相。用電流形式表示：6、基本方程組7、

電磁關(guān)系在定子繞組中在轉(zhuǎn)子繞組中8、轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時(shí)的等效電路圖四、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)

1、轉(zhuǎn)子繞組的電壓平衡方程式e2和i2的頻率

②轉(zhuǎn)子繞組開路或短路且堵轉(zhuǎn)時(shí)，s=1,f2=f1

。①轉(zhuǎn)子電流用i2s表示，轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)e2s表示。電壓平衡方程式定、轉(zhuǎn)子繞組中電流頻率不等，故不能將定、轉(zhuǎn)子平衡方程式聯(lián)立求解。２、F1與F2在空間仍然相對(duì)靜止F2相對(duì)于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速

F2相對(duì)于F1的轉(zhuǎn)速

①F2相對(duì)于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為ns2，轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子的轉(zhuǎn)速為n，F(xiàn)2相對(duì)于定子的轉(zhuǎn)速為：②F1相對(duì)于定子的轉(zhuǎn)速為ns，因此F2與F1相對(duì)靜止。例：一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)，在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，額定轉(zhuǎn)速為1470r/min，電源頻率為50Hz，試求：（1）轉(zhuǎn)子電流頻率f2；（2）定子電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)以什么速度切割定子？又以什么速度切割轉(zhuǎn)子？（3）轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)以什么速度切割定子？又以什么速度切割轉(zhuǎn)子？（1）（2）定子電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)以1500r/min切割定子,以30r/min切割轉(zhuǎn)子.（3）轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)以1500r/min切割定子,以30r/min切割轉(zhuǎn)子.３、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的等效電路圖４、頻率折算轉(zhuǎn)子對(duì)定子物理量的影響

轉(zhuǎn)子通過其磁動(dòng)勢(shì)F2對(duì)定子產(chǎn)生影響，只要保證F2不變，那么用任意轉(zhuǎn)子來代替實(shí)際的轉(zhuǎn)子，對(duì)定子側(cè)的物理量不產(chǎn)生任何影響。定子物理量的求解

只要保證F2不變，那么用一個(gè)靜止的轉(zhuǎn)子來代替旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，對(duì)定子側(cè)的物理量不產(chǎn)生任何影響，且定、轉(zhuǎn)子繞組電流頻率相同。定、轉(zhuǎn)子繞組中電流頻率不等，故不能將定、轉(zhuǎn)子平衡方程式聯(lián)立求解定子物理量。希望定、轉(zhuǎn)子頻率相等。靜止的轉(zhuǎn)子靜止的轉(zhuǎn)子將原來的轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子電流在轉(zhuǎn)子回路中串一個(gè)的模擬電阻，并將轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)，與原來旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子相比，F(xiàn)2不發(fā)生變化，這稱為頻率折算。F2不變替換前后轉(zhuǎn)子電流大小相等。模擬電阻消耗的功率代表了實(shí)際電機(jī)轉(zhuǎn)軸上輸出的總機(jī)械功率。模擬電阻的物理意義

５、頻率折算后的基本方程組轉(zhuǎn)子物理量計(jì)算值向?qū)嶋H值的反折算

電流有效值電動(dòng)勢(shì)有效值６、頻率折算后的等效電路圖5.3三相異步電動(dòng)機(jī)的等效電路一、變量代換

將靜止的轉(zhuǎn)子向定子側(cè)折算，即令：

從而，有：

基本方程組注意：1、變量代換后，計(jì)算出來的定子側(cè)物理量和實(shí)際值一樣；2、變量代換后，計(jì)算出來的轉(zhuǎn)子側(cè)物理量和實(shí)際值存在的關(guān)系是：3、變量代換后，計(jì)算出來的轉(zhuǎn)子側(cè)有功功率、損耗及轉(zhuǎn)矩與實(shí)際值一樣。二、T型等效電路

T型等效電路是計(jì)算、分析異步電機(jī)性能的主要工具。

結(jié)論：

1、三相異步電機(jī)相當(dāng)于感性負(fù)載，必然從電網(wǎng)吸收滯后的（感性的）無功功率，定子電流也必然滯后于定子電壓，功率因數(shù)滯后。2、三相異步電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子相當(dāng)于開路，定子電流基本上為勵(lì)磁電流，此時(shí)功率因數(shù)很低。3、三相異步電機(jī)起動(dòng)時(shí)，定、轉(zhuǎn)子電流很大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和主磁通與額定運(yùn)行時(shí)相比都顯著減小。二、Γ型等效電路

若認(rèn)為：，那么就可以不計(jì)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載對(duì)勵(lì)磁的影響，從而在實(shí)際應(yīng)用時(shí)可將勵(lì)磁支路移到輸入端，以簡(jiǎn)化計(jì)算。5.4異步電動(dòng)機(jī)的功率方程和轉(zhuǎn)矩方程一、功率轉(zhuǎn)換過程

二、功率方程

1、定子側(cè)功率平衡方程

2、轉(zhuǎn)子側(cè)功率平衡方程

三、轉(zhuǎn)矩方程

轉(zhuǎn)矩方程電磁轉(zhuǎn)矩四、三種運(yùn)行狀態(tài)的功率流向規(guī)定：電功率從定子傳遞給轉(zhuǎn)子電功率從轉(zhuǎn)子傳遞給定子電功率轉(zhuǎn)變成機(jī)械功率機(jī)械功率轉(zhuǎn)變成電功率1、電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)從電網(wǎng)吸收電能，轉(zhuǎn)變成機(jī)械能送給外部。2、發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)從外部吸收機(jī)械能，轉(zhuǎn)變成電能送給電網(wǎng)。3、電磁制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)從外部吸收機(jī)械