第七章異步電機(jī)(二)-三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理及單相異步電動(dòng)機(jī)詳解課件

第七章異步電機(jī)(二)--三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理及單相異步電動(dòng)機(jī)1◆負(fù)載時(shí)定子繞組接三相電源U1A/B/C三相交流電流I1A,I1B,I1C旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢F1氣隙主磁場Bm感應(yīng)電動(dòng)勢E1A/B/C和E2A/B/C轉(zhuǎn)子電流I2A/B/C產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場方向轉(zhuǎn)動(dòng)切割定、轉(zhuǎn)子繞組第一節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的電磁過程

一、異步電動(dòng)機(jī)負(fù)載時(shí)的物理情況

2各物理量下標(biāo)規(guī)定1---定子；2----轉(zhuǎn)子s---表示轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢的頻率與定子不同◆空載時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩很小,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n≈ns,可認(rèn)為旋轉(zhuǎn)磁場不切割轉(zhuǎn)子繞組,E2s≈0,I2≈0。此時(shí),建立氣隙主磁場Bm的磁動(dòng)勢Fm0為三相基波合成磁動(dòng)勢F10,Fm0=F10,空載時(shí)電磁關(guān)系可表示為:3當(dāng)電機(jī)帶有機(jī)械負(fù)載后：n<ns,I2增大。轉(zhuǎn)子電流I2A/B/C產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場方向轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生磁動(dòng)勢F2F2性質(zhì),與F1關(guān)系,對(duì)主磁場影響轉(zhuǎn)子繞組中電流是什么電流？4Bxxττττwt=0wt=π/6nsnv轉(zhuǎn)子繞組沿磁場旋轉(zhuǎn)方向以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)=s·f15axbycznsnAXBYZCBm(F1)繞線型三相異步電動(dòng)機(jī)6(一)轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢F2無論轉(zhuǎn)子是繞線型還是籠型,轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢F2都是旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢。1.F2的旋轉(zhuǎn)方向和轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢F2的方向與定子磁動(dòng)勢F1方向相同?！艮D(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速+F2相對(duì)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速)◆轉(zhuǎn)向感應(yīng)電動(dòng)勢的頻率正比于導(dǎo)體與磁場的相對(duì)切割速度,極對(duì)數(shù)為p的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)的多相電動(dòng)勢和電流頻率為:7轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢F2相對(duì)于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為：則轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢F2的轉(zhuǎn)速為：n2=Δn+n=ns-n+n=ns※可見,轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢F2和定子磁動(dòng)勢F1的轉(zhuǎn)速是相同的,即F1與F2在空間保持相對(duì)靜止,無相對(duì)運(yùn)動(dòng)。---f2為轉(zhuǎn)差頻率

轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn):n=0,s=1,f2=f1理想空載:n≈ns,s≈0,f2≈08轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢F2與定子磁動(dòng)勢F1相對(duì)靜止,得到合成磁動(dòng)勢F1+F2負(fù)載時(shí)空載時(shí)電動(dòng)機(jī)從空載到負(fù)載,定子繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢E1變化很小,差不多和電源電壓相平衡。所以，可以近似認(rèn)為于是(二)磁動(dòng)勢平衡9(三)電磁關(guān)系主磁通Фm與定子、轉(zhuǎn)子繞組相交鏈,進(jìn)行能量的傳遞,其分別在定、轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)出對(duì)稱的定子電動(dòng)勢E1和轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢E2s,有效值分別為:E1和E2s在相位上均滯后Фm90°電角度,其相量表達(dá)式為:10定、轉(zhuǎn)子的漏磁通在各自繞組中感應(yīng)產(chǎn)生漏電動(dòng)勢此外,定、轉(zhuǎn)子繞組還存在電阻,電流I1和I2產(chǎn)生電壓降I1R1和I2R2.其電磁關(guān)系如右圖。11二、基本方程式(一)磁動(dòng)勢平衡方程式F1+F2=Fm式中m1、m2為定子、轉(zhuǎn)子的相數(shù)；Im為對(duì)應(yīng)于勵(lì)磁磁動(dòng)勢的勵(lì)磁電流。12令可得異步電動(dòng)機(jī)的電流比,則有勵(lì)磁電流負(fù)載電流13(二)電動(dòng)勢平衡方程式異步電動(dòng)機(jī)負(fù)載時(shí)定子、轉(zhuǎn)子繞組的電動(dòng)勢平衡方程式:RΩ---轉(zhuǎn)子繞組中的外加電阻與變壓器類似,將定子感應(yīng)電動(dòng)勢E1和漏電動(dòng)勢E1σ、E2σs作為電壓降來處理,即:E1=-ImZm=-Im(Rm+jZm)E1σ=-jI1X1E2σs=-jI2X2s勵(lì)磁阻抗定子漏電抗轉(zhuǎn)子漏電抗14E2σs=4.44f2N2kW2Ф2σ

=4.44f1N2kW2Ф2σs因此E2σs=E2σ

sX2s=X2sE2s=E2s電動(dòng)勢比E2:轉(zhuǎn)子靜止時(shí)電動(dòng)勢E2σ15異步電動(dòng)機(jī)負(fù)載時(shí)的基本方程式列出如下miIIkI&&&=+211E2=E1/ke

161.轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢的頻率感應(yīng)電動(dòng)勢的頻率正比于導(dǎo)體與磁場的相對(duì)切割速度,故轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢的頻率為:轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時(shí),空載時(shí),2.轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢:轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢:二者關(guān)系為:轉(zhuǎn)子繞組各電磁量173.轉(zhuǎn)子繞組的漏阻抗電抗與頻率成正比,轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子漏電抗:二者關(guān)系:轉(zhuǎn)子繞組的漏阻抗:4.轉(zhuǎn)子繞組的電流轉(zhuǎn)子繞組為閉合繞組,轉(zhuǎn)子電流為轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子漏電抗:當(dāng)轉(zhuǎn)速降低時(shí),轉(zhuǎn)差率增大,轉(zhuǎn)子電流也增大.185.轉(zhuǎn)子繞組的功率因數(shù)轉(zhuǎn)子功率因數(shù)與轉(zhuǎn)差率有關(guān),轉(zhuǎn)差率增大,功率因數(shù)減小。6.轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢轉(zhuǎn)子繞組流過三相或多相對(duì)稱電流時(shí)產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢.1)幅值2)轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)子電流相序與定子旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢方向相同,轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢的方向與轉(zhuǎn)子電流相序一致.轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢相對(duì)定子的速度為可見,無論轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速怎樣變化,定、轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢總是以同速、同向在空間旋轉(zhuǎn)，兩者在空間上總是保持相對(duì)靜止。19第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的等效電路及相量圖

求解異步電動(dòng)機(jī)物理量時(shí),一共有5個(gè)基本方程式,在給定端電壓U1及參數(shù)Z1、Z2、Zm的條件下,對(duì)應(yīng)一定的轉(zhuǎn)差率s,可由5個(gè)基本方程式求解E1、E2、I1、I2、Im5個(gè)未知數(shù)。在求解這些未知量時(shí),計(jì)算十分復(fù)雜,由于轉(zhuǎn)子電路頻率f2和定子頻率f1不同,直接聯(lián)立求解這些頻率不同的電路相量方程式是沒有物理意義的。解決方法:將耦合電路中的一個(gè)電路歸算到另一個(gè)電路中,導(dǎo)出等效電路。20一、異步電動(dòng)機(jī)的等效電路異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行歸算時(shí),除了進(jìn)行繞組歸算外,必須先進(jìn)行頻率折算。(一)頻率歸算頻率歸算——保持整個(gè)電磁系統(tǒng)的電磁性能不變,把一種頻率的參數(shù)和物理量換算成另一種頻率的參數(shù)和物理量。在這里,是用一個(gè)具有定子頻率f1而等效于轉(zhuǎn)子的電路代換實(shí)際轉(zhuǎn)子電路(f2)。(用靜止的轉(zhuǎn)子來等效轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子)等效需滿足的條件：1)進(jìn)行代換后,轉(zhuǎn)子電路對(duì)定子電路的電磁效應(yīng)不變。2)等效的轉(zhuǎn)子電路的電磁性能(有功功率、無功功率、銅耗等)必須和實(shí)際轉(zhuǎn)子電路一樣。21若RΩ

=0,

則E2和X2表示靜止轉(zhuǎn)子電路中的電動(dòng)勢和漏電抗,則I2''代表靜止轉(zhuǎn)子電路中的電流,I2''的有效值和相位角均與I2相等,即用靜止轉(zhuǎn)子電路代替實(shí)際的轉(zhuǎn)子電路,除改變與頻率有關(guān)的參數(shù)和電動(dòng)勢外,要用R2/s代替R2,可達(dá)到保持I2,F2不變。1)

電磁效應(yīng)不變(F2不變)22實(shí)際的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子軸上有機(jī)械損耗和機(jī)械功率輸出。頻率折算后，轉(zhuǎn)子靜止，沒有機(jī)械損耗和機(jī)械功率輸出，但電路中多了一個(gè)附加電阻。根據(jù)能量守恒關(guān)系，該電阻消耗的功率等效機(jī)械損耗和機(jī)械功率之和——總的機(jī)械功率。在附加電阻上產(chǎn)生的功耗,實(shí)質(zhì)上表征了異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率.

異步電動(dòng)機(jī)做電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí),0<s<1,轉(zhuǎn)子電阻由R變?yōu)镽/s,相當(dāng)于轉(zhuǎn)子回路串入了一個(gè)附加電阻2)

功率不變23頻率歸算后異步電動(dòng)機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子電路圖頻率歸算前異步電動(dòng)機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子電路圖24頻率折算后電機(jī)的基本方程式列出如下miIIkI&&&=+211E2=E1/ke

25(二)繞組歸算◆用一個(gè)相數(shù)和有效匝數(shù)與定子繞組相同的轉(zhuǎn)子繞組去等效代替實(shí)際的轉(zhuǎn)子繞組?！舻刃У脑瓌t：保證電磁效應(yīng)和功率關(guān)系不變。262728(三)等效電路經(jīng)過歸算后，定子、轉(zhuǎn)子的電動(dòng)勢方程式磁動(dòng)勢方程式勵(lì)磁支路的電動(dòng)勢方程式由以上等式可導(dǎo)出U1和I1的關(guān)系29異步電動(dòng)機(jī)的T形等效電路異步電動(dòng)機(jī)的近似等效電路30異步電動(dòng)機(jī)的T形等效電路31異步電動(dòng)機(jī)的T形等效電路變壓器的T形等效電路32幾種異步電動(dòng)機(jī)的典型運(yùn)行情況1.空載運(yùn)行2.額度負(fù)載下運(yùn)行轉(zhuǎn)子電路基本上是電阻性的，功率因數(shù)較高。3.電機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí)總機(jī)械功率為0,電機(jī)處于短路狀態(tài)。4.異步發(fā)電運(yùn)行轉(zhuǎn)差率為負(fù),附加電阻也為負(fù)值。表示從轉(zhuǎn)子軸上輸入(而不是輸出)機(jī)械功率。電機(jī)相當(dāng)于開路33在等效電路中負(fù)載的變化是用轉(zhuǎn)差率s來體現(xiàn)的3435二、異步電動(dòng)機(jī)的相量圖異步電動(dòng)機(jī)的相量圖36第三節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩

能量轉(zhuǎn)換關(guān)系功率關(guān)系一、功率轉(zhuǎn)換過程37定子轉(zhuǎn)子38二、功率方程式394041P1=pCu1+pFe+pCu2+p0+P2pCu2=s·pem=s/(1-s)·

Pm42三、轉(zhuǎn)矩方程式由功率關(guān)系Pm=P2+p0可得Te=T2+T0T2—輸出的機(jī)械轉(zhuǎn)矩T0—空載轉(zhuǎn)矩T2=9.55P2/nT0=9.55p0/n43四、電磁轉(zhuǎn)矩公式由有CT1---轉(zhuǎn)矩常數(shù)單位:I2---A,Фm---Wb,Te---N·m注意:只有電流的有功分量才能產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩2πns/6044第四節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的工作特性及其測取方法

45一、工作特性的分析異步電動(dòng)機(jī)的工作特性曲線1、轉(zhuǎn)速特性2、定子電流特性3、功率因數(shù)特性4、電磁轉(zhuǎn)矩特性n=9.55·P2/T25、效率特性當(dāng)可變損耗等于不變損耗時(shí),異步電動(dòng)機(jī)效率達(dá)最大46二、工作特性的求取兩種方法:①直接負(fù)載法；②等效電路計(jì)算47◆三相異步電動(dòng)機(jī)的主要性能指標(biāo)48第五節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)參數(shù)的測定

異步電機(jī)中有兩種參數(shù)：（1）勵(lì)磁參數(shù)：勵(lì)磁阻抗(Zm,Rm,Xm),非線性（2）堵轉(zhuǎn)參數(shù)：定子漏阻抗(Z1)、轉(zhuǎn)子漏阻抗(Z2'),線性491.空載試驗(yàn)s≈050取額定值U1NR0=R1+RmX0=X1+Xm伏安法測量51異步電機(jī)空載時(shí),輸入功率補(bǔ)償定子銅耗、鐵耗、機(jī)械損耗：鐵耗正比于電壓平方，做出鐵耗與機(jī)械損耗之和與電壓平方的曲線；延長該曲線與縱軸的相交，該交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的只就為機(jī)械損耗值；剩余部分就是鐵耗值；可測基本不變◆分離鐵耗PFe和機(jī)械損耗Pmech=f(U102)522.堵轉(zhuǎn)(短路)試驗(yàn)s≈1|Zm|>>|Z2'|53按經(jīng)驗(yàn)分離X1,X2'取額定電流IN543.試驗(yàn)步驟55第六節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率的關(guān)系異步電機(jī)中電磁轉(zhuǎn)矩計(jì)算為在近似等效電路中所以得到電磁轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式為56啟動(dòng)(堵轉(zhuǎn))轉(zhuǎn)矩57臨界轉(zhuǎn)差率最大轉(zhuǎn)