聊城大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院機(jī)電傳動(dòng)第4章2

4.2三相異步電動(dòng)機(jī)的定子電路和轉(zhuǎn)子電路4.2.1定子電路的分析定子繞組：相當(dāng)于變壓器的原繞組，匝數(shù)N1轉(zhuǎn)子繞組：相當(dāng)于變壓器的副繞組，一般是短路的，匝數(shù)N2

定子繞組接三相電源，相電壓u1，相電流i1。定子三相電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，磁力線通過(guò)定子和轉(zhuǎn)子鐵心而閉合，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子每相繞組中感應(yīng)e2和i2，i2和i1共同產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，在定子每相繞組中產(chǎn)生e1。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度沿定子與轉(zhuǎn)子間空氣隙的分布，近于正弦規(guī)律，當(dāng)其旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)定子每相繞組的磁通也是隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化，即φ=Φmsinωt，其中Φm是通過(guò)每相繞組的磁通最大值，等于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的每極磁通Φ，即為空氣隙中磁感應(yīng)強(qiáng)度的平均值與每極面積的乘積。定子每相繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：有效值：有效值：E1=4.44Kf1N1Φ繞組系數(shù)K≈1，常略去，故E1=4.44f1N1Φ

f1──e1的頻率。f──電流頻率n0──旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和定子間的相對(duì)轉(zhuǎn)速P──旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)極對(duì)數(shù)實(shí)際每相繞組是分布開的，而不是集中的；還有，繞組一般是短距的，而不是整距的，所以電動(dòng)勢(shì)的有效值還必須乘以短矩分布系數(shù)K，故定子電流還要產(chǎn)生漏磁通φL1(只環(huán)鏈定子繞組)，→漏電動(dòng)勢(shì)eL1：定子繞組電壓平衡方程式：

用復(fù)數(shù)表示：式中，R1和X1(X1=2πf1LL1)──定子每相繞組的電阻和漏磁感抗?！逺1和X1較小，∴，U1E1

4.2.2轉(zhuǎn)子電路的分析旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子每相繞組中感應(yīng)出的電動(dòng)勢(shì)：其有效值為：E2=4.44f2N2Φ式中，f2──轉(zhuǎn)子e2或i2的頻率。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子間的相對(duì)轉(zhuǎn)速：n0–ns──轉(zhuǎn)差率

啟動(dòng)時(shí)，n=0，s=1，f2=f1，這時(shí)f2最大；當(dāng)n=0，s=1時(shí)，轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)最大，即：額定負(fù)載時(shí)，s=1.5％～6％，f2=(0.75～3)Hz，(因f1=50Hz)?？梢钥闯觯篍2=sE20轉(zhuǎn)子電流還要產(chǎn)生漏磁通φL2(只環(huán)鏈轉(zhuǎn)子繞組)，→漏電動(dòng)勢(shì)eL2：∴E2=4.44sf1N2ΦE20=4.44f1N2Φ轉(zhuǎn)子繞組電壓平衡方程式：用復(fù)數(shù)表示：式中：R2和X2(X2=2πf2LL2=2πsf1LL2)──轉(zhuǎn)子每相繞組的電阻和漏磁感抗

當(dāng)n=0，s=1時(shí)，轉(zhuǎn)子感抗：X20=2πf1LL2，最大?？梢钥闯觯篨2=sX20

轉(zhuǎn)子每相電路的電流：轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)：I2、cosφ2與S的關(guān)系剛啟動(dòng)時(shí)，電流很大，功率因數(shù)很小4.2.3三相異步電動(dòng)機(jī)的額定參數(shù)

●型號(hào)●額定功率PN：●額定電壓UN：

額定運(yùn)行情況下，電動(dòng)機(jī)軸上輸出的機(jī)械功率。額定運(yùn)行情況下，定子繞組端應(yīng)加的線電壓。若標(biāo)有兩種電壓，如220/380V，則對(duì)應(yīng)△/Ｙ連接時(shí)應(yīng)加的線壓值。●額定頻率f：●額定電流IN：額定運(yùn)行情況下，定子外加電壓的頻率(f=50Hz)在額定頻率、額定電壓和電動(dòng)機(jī)軸上輸出額定功率時(shí)，定子的線電流值?！耦~定轉(zhuǎn)速nN：

額定頻率、額定電壓和軸上輸出額定功率時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。與此車速相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)差率稱為額定轉(zhuǎn)差率sN。

●工作方式(定額)●溫升(絕緣等級(jí))●電機(jī)重量▲額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩TN：電動(dòng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下輸出額定功率時(shí)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。

▲繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的滑環(huán)電壓和轉(zhuǎn)子的額定電流。

●一般不標(biāo)在電動(dòng)機(jī)銘牌上的幾個(gè)額定值：

▲額定功率因數(shù)cosφN：在額定頻率、額定電壓和電動(dòng)機(jī)軸上輸出額定功率時(shí)，定子相電流與相電壓之間相位差的余弦。▲額定效率：機(jī)械功率Pm4.2.4三相異步電動(dòng)機(jī)的能流圖從電源輸送到定子電路的電功率：定子繞組銅損△PCu1

定子鐵心的鐵損△PFe1電磁功率Pe轉(zhuǎn)子繞組銅損△PCu2∵f2很低，∴轉(zhuǎn)子鐵損忽略不計(jì)機(jī)械損耗功率△Pm電動(dòng)機(jī)的輸出功率P2

輕載：η很低；負(fù)載↑→η↑；接近額定負(fù)載，η達(dá)最大。電動(dòng)機(jī)的效率

ΣΔP──電動(dòng)機(jī)的總功率損耗。忽略△PCu2和△Pm，則P2=T2ω≈Pe=Tω一般異步電動(dòng)機(jī)：ηN=0.7～0.9，容量越大，效率越高。T──電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩。T2──電動(dòng)機(jī)軸上的輸出轉(zhuǎn)矩

4.3三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性T由Φ和I2相互作用產(chǎn)生，T∝ΦI2，還和cosφ2有關(guān)。cosφ2＝1，即I2與E2同相，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的力將產(chǎn)生同一方向的轉(zhuǎn)矩；4.3.1三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩

cosφ2<1為實(shí)際情況，T=KmΦI2cosφ2Km──與電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)cosφ2＝0，即I2比E2滯后90°，作用于各導(dǎo)體的力正好抵消，轉(zhuǎn)矩為0；轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)：又U1≈E1=4.44Kf1N1Φ∴U1、U──定子繞組相電壓、電源相電壓；R2──轉(zhuǎn)子每相繞組的電阻；X20──電動(dòng)機(jī)不動(dòng)(n=0)時(shí)轉(zhuǎn)子每相繞組的感抗。K──與電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)、電源頻率有關(guān)的一個(gè)常數(shù)，K∝1/f1；式中:4.3.2三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

即T-S曲線或n-T曲線?！窆逃袡C(jī)械特性在額定電壓、額定頻率、規(guī)定的接線方式、定子和轉(zhuǎn)子不串電阻或電抗的機(jī)械特性四個(gè)特殊點(diǎn)：

▲理想空載工作點(diǎn)T=0，n=n0(S=0)▲額定工作點(diǎn)T=TN，n=nN(s=sN)▲啟動(dòng)工作點(diǎn)T=Tst，n=0(s=1)可以看出Tmax∝U2；Tmax與R2無(wú)關(guān)；Sm∝R2，與U無(wú)關(guān)，即在轉(zhuǎn)子電路串接電阻，可使Sm↑，而Tmax不變。當(dāng)U↓，→Tst明顯↓；適當(dāng)↑R2，→Tst↑；↑X20，→Tst大為↓，這是不希望的啟動(dòng)系數(shù)λst=Tst/TN，衡量起動(dòng)能力的一個(gè)重要數(shù)據(jù)，一般λst=1.0~1.2。▲臨界工作點(diǎn)T=Tmax，n=nm(S=Sm)令dT/dS=0，得Sm=R2/X20

★機(jī)械特性實(shí)用公式：過(guò)載系數(shù)λm=Tmax/TN，為電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力系數(shù)。普通的Y系列鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)λm=2.0~2.2，供起重機(jī)械和冶金機(jī)械用的YZ和YZR型繞線式異步電動(dòng)機(jī)λm=2.5~2.8。用公式除以并帶入Sm=R2/X20即可得實(shí)用公式●人為機(jī)械特性▲降低電動(dòng)機(jī)電源電壓的人為特性U對(duì)n0和sm都沒(méi)影響，而Tmax∝U2，Tst∝U2，↓電壓，會(huì)大大↓Tmax和Tst，使特性曲線左移，即過(guò)載能力和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大大降低。又U1≈E1=4.44Kf1N1Φ因?yàn)門=KmΦI2cosφ2當(dāng)U1↓，→Φ↓→I2↓，而cosφ2不變，所以→T↓。TN當(dāng)電壓由UN減小到0.8UN時(shí)，電動(dòng)機(jī)立即運(yùn)行在該點(diǎn)，電磁轉(zhuǎn)矩為何減??？TN最后穩(wěn)定運(yùn)行在該點(diǎn)時(shí)，和前一個(gè)穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)比較，電流I2大小如何？由上可知，↓U→Φ↓，而在穩(wěn)定點(diǎn)運(yùn)行時(shí)，n↓→S↑→cosφ2↓，從T=KmΦI2cosφ2=TN=TL=常數(shù)，可知，當(dāng)U=UN時(shí)，I2會(huì)是額定值，而當(dāng)U↓時(shí)，I2要增大，并且I2大于其額定值，→電機(jī)發(fā)熱、燒壞。這時(shí)動(dòng)轉(zhuǎn)矩<0,因此→n↓→S↑→I2↑→T↑，直到T=TN為止。▲定子電路外串電阻或電抗時(shí)的人為特性外串電阻R1s和電抗X1s→電動(dòng)機(jī)端電壓↓，曲線2，∵隨n↑→I1↓→R1s和X1s上的壓降↓→電動(dòng)機(jī)端電壓↑，而曲線1的電動(dòng)機(jī)端電壓在啟動(dòng)過(guò)程始終不變。和降低電源電壓時(shí)的曲線1相比，最大轉(zhuǎn)矩要大些，▲改變定子電源頻率時(shí)的人為特性由U≈E1=4.44KfN1Φ：當(dāng)↓f時(shí)，必須同時(shí)↓U，即保持U/f=常數(shù)，才能使Φ不變。各條曲線近似平行隨f↓，→n0↓，Sm↑，Tmax基本不變，Tst↑，因?yàn)閄20↓