第五章異步電機

感應(yīng)電機（異步電機）（教材P166）感應(yīng)電機（也叫異步電機）是一種交流旋轉(zhuǎn)電機，它的轉(zhuǎn)速除與電網(wǎng)頻率有關(guān)外，還隨負(fù)載而變。主要作電動機使用，如：機床；水泵；家用電器；5.1異步電動機的結(jié)構(gòu)和運行狀態(tài)

一、感應(yīng)電機的結(jié)構(gòu)1.定子：定子鐵心：0.5mm厚硅鋼片疊壓而成,磁路的一部分定子繞組：電線制而成,電路一部分（三相有6個出線端，可接為Y或Δ）機座：鑄鐵或鋼板焊接而成，支撐定子鐵芯。2.轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)軸:支撐轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子鐵心：0.5mm硅鋼片疊壓而成,磁路一部分轉(zhuǎn)子繞組：籠型繞組鑄銅銅條繞線式繞組：電磁線制而成，Y接，滑環(huán)引出，外接電阻（作用？）。3.氣隙：磁路的一部分，δ↓→Im↓，但易發(fā)生掃膛現(xiàn)象。

二、感應(yīng)電機的運行狀態(tài)1.轉(zhuǎn)差率定義當(dāng)0<n<n1時,即0<s<1時,電機為電動運行狀態(tài)(電能→機械能)當(dāng)n>n1時,即0>s時,電機為發(fā)電運行狀態(tài)(機械能→電能)當(dāng)n<0時,即s>0時,電機為電磁制動運行狀態(tài)(機械能和電能→熱能)2.分析電機運行狀態(tài)發(fā)電運行狀態(tài)電磁制動運行狀態(tài)例如：Y112S-6極數(shù)6極短機座規(guī)格代號：中心高112mm產(chǎn)品代號：異步電動機2.額定值①額定功率Pn:電動機在額定情況下運行，由軸端輸出的機械功率，單位為W，kW。②額定電壓Un:電動機在額定情況下運行,施加在定子繞組上的線電壓，單位為V。③額定頻率fn：50Hz。④額定電流In：電動機在額定電壓、額定頻率下軸端輸出額定功率時，定子繞組的線電流，單位為A。⑤額定轉(zhuǎn)速nn：電動機在額定電壓、額定頻率、軸端輸出額定功率時，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，單位為r/min。5.2三相感應(yīng)電動機的磁動勢和磁場一、空載運行時的磁動勢和磁場1.主磁通Φ0：①作用：傳遞能量的媒介作用；②路徑：定子—氣隙—轉(zhuǎn)子—氣隙—定子。2.漏磁通Φσ：①不起傳遞能量的媒介作用，只起電抗壓降的作用；②包括：槽部漏磁通、端部漏磁通和高次諧波。二、負(fù)載運行時的磁動勢和磁場1.轉(zhuǎn)子電動勢的頻率：2.轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電動勢3.轉(zhuǎn)子繞組的電阻和漏抗：忽略集膚效應(yīng)，認(rèn)為不變；4.轉(zhuǎn)子繞組的電流：正常運行時，轉(zhuǎn)子端電壓U2=0，有效值：*結(jié)論：轉(zhuǎn)子電流I2隨S的增加而增加。5.轉(zhuǎn)子繞組的功率因數(shù)：結(jié)論：轉(zhuǎn)子功率因數(shù)隨S的增加而減小。6.轉(zhuǎn)子磁動勢的轉(zhuǎn)速：相對轉(zhuǎn)子速度：相對定子速度：三、磁動勢平衡方程1.磁動勢形式：2.電流形式：5.3三相感應(yīng)電動機的電壓方程和等效電路一、電動勢平衡方程二、等效電路1、折算折算原則：①保持F2不變，只要使等效前后轉(zhuǎn)子電流的大小和相位相等即可；②等效前后轉(zhuǎn)子電路的功率和損耗相等。折算方法：電流折算：

電動勢折算：電阻和電抗折算：3.T型等效電路三、近似等效電路與變壓器的近似等效電路相同，但須引入一修正系數(shù)C1，對于40kW以上，可取C1=1。5.4感應(yīng)電動機的功率方程和轉(zhuǎn)矩方程功率平衡關(guān)系輸入功率定子銅損定子鐵損電磁功率轉(zhuǎn)子銅損機械功率輸出功率

在式的兩邊同時除以機械角速度得：即：或電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系1.物理表達式表明：三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩是由主磁通與轉(zhuǎn)子電流的有功分量相互作用產(chǎn)生的。轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系2.參數(shù)表達式：說明：電磁轉(zhuǎn)矩與電源參數(shù)（Ｕ、f）、結(jié)構(gòu)參數(shù)（r、x、m、p）和運行參數(shù)（s）有關(guān)。臨界轉(zhuǎn)差率sm和最大電磁轉(zhuǎn)矩Tmax由兩個表達式可見當(dāng)其它參數(shù)一定時：1、最大電磁轉(zhuǎn)矩與電源電壓平方成正比；臨界轉(zhuǎn)差率與電源電壓無關(guān)。3、頻率越高，最大電磁轉(zhuǎn)矩和臨界轉(zhuǎn)差率越??；

漏抗越大，最大電磁轉(zhuǎn)矩和臨界轉(zhuǎn)差率越??；2、轉(zhuǎn)子回路電阻越大，臨界轉(zhuǎn)差率越大；最大電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子電阻無關(guān)。4、過載能力起動轉(zhuǎn)矩Tst和起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)Kst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??；漏抗越大，起動轉(zhuǎn)矩越小；3、繞線式電動機，轉(zhuǎn)子回路電阻越大，起動轉(zhuǎn)矩先增后減。4、起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)3.實用表達式已知電機的額定功率、額定轉(zhuǎn)速、過載能力忽略空載轉(zhuǎn)矩，有將Tm和sm代入即可得到機械特性方程式5.7感應(yīng)電動機的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)差率曲線

sn0nNsNnmsm10TNTstTmaxTemABCD感應(yīng)電動機降壓時的人為機械特性snsm10TLUN0TstTmaxTemn1A0.8UN0.64Tst0.64Tmax轉(zhuǎn)子回路串電阻時的機械特性r2+Rs3Tst2sm2r2+Rs2Tst1sm1r2+Rs110TstTmTems

n0n1smr2定子串接電抗器時的機械特性10TmTemsms

n0n1Tm’xstsm’5.8感應(yīng)電動機的工作特性一、轉(zhuǎn)速特性由Pcu2=sPem得是一條稍向下傾斜的曲線。二、輸出轉(zhuǎn)矩特性異步電動機的輸出轉(zhuǎn)矩：是一條過原點稍向上翹的曲線。三、定子功率因數(shù)特性空載：很??；負(fù)載時，隨↑，↑。四、效率特性空載時，P2=0，η=0；負(fù)載時，隨著P2的增加，η也增加，當(dāng)負(fù)載增大到可變損耗與不變損耗相等時，η最大；負(fù)載繼續(xù)增大，銅損增加很快，η反而下降。5.9三相異步電動機的起動，深槽和雙籠電動機一、三相異步電動機的起動（一）、概述1.起動定義：電動機接到電源上，從靜止?fàn)顟B(tài)到穩(wěn)定運行狀態(tài)的過程；2.起動電流：n=0,S=1時的電流。3.起動電流大的原因：此時處于短路。4.起動轉(zhuǎn)矩不大的原因：1）減少；2）減??；使Tst不大。5.起動要求：①起動電流盡量小，以減小對電網(wǎng)的沖擊；②起動轉(zhuǎn)矩盡量大，以縮短起動時間；③起動設(shè)備簡單，可靠。（二）、鼠籠式異步電動機的起動1.直接起動①優(yōu)點：設(shè)備簡單，操作方便；②缺點：起動電流大，須足夠大的電源；③適用條件：小容量電動機帶輕載的情況起動。2.降壓起動如果電源容量不夠大，可采用降壓起動。即起動時，降低加在電動機定子繞組電壓，起動時電壓小于額定電壓，待電動機轉(zhuǎn)速上升到一定數(shù)值后，再使電動機承受額定電壓，可限制起動電流。定子回路串電抗器起動用Y-Δ起動自耦補償器（自耦變壓器）起動（三）、繞線式異步電動機的起動轉(zhuǎn)子：一般均接成Y形，正常三相繞組通過滑環(huán)短接，若轉(zhuǎn)子繞組直接短接情況下起動，與鼠籠一樣，Ist大，Tst不大。1.在轉(zhuǎn)子回路串起動變阻器起動2.在轉(zhuǎn)子回路串接頻敏變阻器起動二、深槽和雙籠感應(yīng)電動機1、深槽式異步電動機結(jié)構(gòu)：定子：與普通鼠籠電動機一樣；轉(zhuǎn)子：槽深而窄,2、雙鼠籠式異步電動機結(jié)構(gòu)：定子：與普通鼠籠電動機一樣；轉(zhuǎn)子：有兩套鼠籠上層籠：ρ大，黃銅或青銅，截面小，∴r2上大→起動籠下層籠：ρ小，紫銅，截面大，∴r2下小→工作籠運行原理①起動時，s=1，f2最大，轉(zhuǎn)子漏抗x2大，電流分布取決于x2，∵x2下>x2上，∴轉(zhuǎn)子電流集中于上籠（趨膚效應(yīng)）----起動籠起主要作用，又∵r2上大→↑→Tst↑；②正常運行：Sn=0.01～0.06很小→f2s很小→x2很小→電流取決于r2，∵r2下小→電流分布在下籠，此時漏抗x2小，↑→Tem↑優(yōu)缺點①優(yōu)點：較大的Tst和較小Ist；②缺點：漏抗較大，其功率因數(shù)、最大轉(zhuǎn)矩和過載能力較普通的籠型電動機小。5.10感應(yīng)電動機的調(diào)速一、變極調(diào)速可以采用兩套繞組，但為了提高材料的利用率，一般采用單繞組變極，即通過改變一套繞組的連接方式而得到不同極對數(shù)的磁動勢，以實現(xiàn)變極調(diào)速。2.變極繞組的連接方法：Δ→YY(2p→p)；順串Y→反串Y（2p→p）；Δ→YY(2p→p)。說明：變極前后，三相繞組的相序發(fā)生改變，為保證電動機的轉(zhuǎn)向不變，須對調(diào)定子兩相繞組的出線端。二、變頻調(diào)速1.概述異步電動機的轉(zhuǎn)速：當(dāng)轉(zhuǎn)差率S變化不大時，n近似正比于頻率，可見改變電源頻率就可改變異步電動機的轉(zhuǎn)速。2.恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速電機變頻調(diào)速前后額定電磁轉(zhuǎn)矩相等，即恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速時，有3.恒功率調(diào)速電機變頻調(diào)速前后它的電磁功率相等，即三、轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速串電阻前后保持轉(zhuǎn)子電流不變，則有：電磁轉(zhuǎn)矩為：保持不變，即屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。異步電動機的制動（P206）制動的方式：機械、電磁。電磁制動就是使得M的電磁轉(zhuǎn)矩方向與n相反。電磁制動常用方法：反接制動、能耗制動、回饋制動。一、反接制動正轉(zhuǎn)反接制動認(rèn)為將定子電流的相序改變，使得M氣隙旋轉(zhuǎn)磁場反向旋轉(zhuǎn)，最終使得轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)子方向相反，起制動作用。性能特點：制動電流很大，對同一供電母線上的其他設(shè)備有影響?？梢圆扇〈胧浹a：降壓；對繞線型：轉(zhuǎn)子回路串聯(lián)電阻。反接制動正接反轉(zhuǎn)制動用外力使得電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向反向，但電源相序不變，即電磁轉(zhuǎn)矩的方向不變。如：起重機重物的下落狀態(tài)。二、能耗制動能耗制動：電動機斷開三相交流電源后，在定子繞組上加一直流電壓，即定子繞組通以直流電流，產(chǎn)生靜止的磁場。在利用轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流與靜止磁場的作用達到制動目的。由于轉(zhuǎn)子是旋轉(zhuǎn)的，相當(dāng)于磁場反向旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時候的動能全部消耗在鐵損和銅損耗中。性能特點：高速時效果好，低速則不好。三、回饋制動主要用來限制速度，如：電力機車下坡時?？偨Y(jié)、課題練習(xí)P207：思考題單相異步電動機

一、結(jié)構(gòu)：定子為單相繞組（有起動和工作繞組）；轉(zhuǎn)子為鼠籠式。二、工作原理單相交流繞組通入單相交流電流產(chǎn)生脈動磁動勢，其可分解為F+、F-，建立起正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)磁場Φ+、Φ-，這兩個磁場切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流，從而形成正反向電磁轉(zhuǎn)矩T+、T-，疊加后即為推動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的合成轉(zhuǎn)矩T。設(shè)電動機轉(zhuǎn)速為n，則對正轉(zhuǎn)磁場而言，轉(zhuǎn)差率s+為對反轉(zhuǎn)磁場而言，轉(zhuǎn)差率s-為單相異步電動機的特點轉(zhuǎn)子靜止時，合成轉(zhuǎn)矩為0，即單相異步電動機無起動轉(zhuǎn)矩。當(dāng)s≠