電機學(xué)交流電機拖動

1、第三部分 交流電機及拖動 第三章 異步電機（一） 第四章 異步電機（二） 第九章 三相異步電動機的機械特性及 各種運轉(zhuǎn)狀態(tài) 第十章 三相異步電動機的起動及 起動設(shè)備的計算 第十一章 三相異步電動機的調(diào)速第三章 異步電機（一） 第一節(jié) 三相異步電動機的工作原理及結(jié)構(gòu) 第二節(jié) 三相異步電動機的銘牌數(shù)據(jù) 第三節(jié) 三相異步電動機的定子繞組 第四節(jié) 三相異步電動機的定子磁通勢和磁場 第五節(jié) 三相異步電動機的定子繞組的電動勢第三章 三相異步電動機 的基本原理交流電機：同步電機(凸極、隱極)發(fā)電機用； 電動機、調(diào)相機。異步電機(鼠籠、繞線式、換向器式) 電動機、發(fā)電機。 單相異步、三相異步。同步電機的轉(zhuǎn)速與

2、電源頻率有嚴(yán)格不變關(guān)系：異步電機的轉(zhuǎn)速略低于同步轉(zhuǎn)速。pfn60異步電機的優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、 效率高、制造容易、成本低、堅固耐用。缺點：不能經(jīng)濟(jì)地在較廣泛范圍內(nèi)平滑調(diào)速； 必須從電網(wǎng)吸取滯后電流， 使電網(wǎng)功率因數(shù)降低。第一節(jié) 交流電機的工作原理及結(jié)構(gòu) 同步發(fā)電機的工作原理 三相異步電動機的工作原理 三相異步電動機的結(jié)構(gòu)一、三相同步發(fā)電機的工作原理： 定子上三相對稱繞組互差120度電角度。 轉(zhuǎn)子上直流勵磁。ACBSN原動機拖動發(fā)電機沿反時針方向恒速旋轉(zhuǎn)，定子導(dǎo)體中會感應(yīng)出交變電勢。1、磁極磁場的氣隙磁密沿圓周按正弦分布，則導(dǎo)體電勢隨時間按正弦變化：tBtElvBemcmacsinsin)

3、240sin()120sin(sintEetEetEemCmBmA2、三相定子繞組在空間互差120度電角度，磁力線將先切割A(yù)相B相C相，因此三相電勢大小相等，相位互差120度。設(shè)Em為電勢最大值，A相初相角為0，則：3、電勢的頻率：當(dāng)P1，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一周，電勢交變一次；當(dāng)P對極，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一周，電勢交變P次；若每分鐘轉(zhuǎn)速為n，則電勢頻率為f=Pn/60赫。當(dāng)f=50赫，氣輪機： n=3000轉(zhuǎn)/分P1； n=1500轉(zhuǎn)/分P2；水輪機： n=100轉(zhuǎn)/分P30。同步電機的轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)頻率有嚴(yán)格不變關(guān)系。即當(dāng)電網(wǎng)頻率一定時，電機轉(zhuǎn)速就一定。二、三相異步電動機的基本工作原理：定子與同步機的一樣，轉(zhuǎn)子不同，以

4、鼠籠式轉(zhuǎn)子為例：轉(zhuǎn)子槽內(nèi)有導(dǎo)條，導(dǎo)條兩端用短路環(huán)連接，形成閉合繞組。CAB當(dāng)定子繞組加上對稱三相交流電壓后，定子繞組內(nèi)有對稱三相電流，它們聯(lián)合產(chǎn)生一個定子旋轉(zhuǎn)磁場，以同步速沿反時針方向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條將感應(yīng)電勢，從而有電流，則轉(zhuǎn)子導(dǎo)條將受到電磁力f，從而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動起來，其轉(zhuǎn)向與旋轉(zhuǎn)磁場的方向相同；此時，若轉(zhuǎn)子軸上有負(fù)載，電動機將拖動負(fù)載旋轉(zhuǎn)，輸出機械功率。異步電機的n小于同步轉(zhuǎn)速。若二者相等，異步機就不能旋轉(zhuǎn)。(一)、旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生：旋轉(zhuǎn)磁場是一種極性、大小不變、且以一定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的磁場。在對稱三相繞組中流過對稱三相交流電流時會產(chǎn)生一種旋轉(zhuǎn)磁場。定子三相電流瞬時表達(dá)式：)240cos

5、()120cos(costIitIitIimCmBmA當(dāng)選擇0度，120度，240度，360度四個旋轉(zhuǎn)瞬時分析，規(guī)定電流為正時：從首端ABC流出 ； 電流為負(fù)時，從首端ABC流入 。ABCABCABCABC(1)(2)(3)(4)0度120度240度360度紫色為流入紅色為流出觀察四種情況可知：對稱三相交流電流通入對稱三相繞組后，建立的合成磁場，并不是靜止不動的，也不是方向交變的，其轉(zhuǎn)向是從ABC，與電流的相序相一致。要改變交流電機定子旋轉(zhuǎn)磁場的方向，只要改變電流的相序就可以了。磁場轉(zhuǎn)速的確定：從前可知：當(dāng)三相交流電流隨時間變化一周期T，磁場轉(zhuǎn)過一周，因此，電流每秒鐘變化 次，旋轉(zhuǎn)磁場每秒鐘轉(zhuǎn)

6、過 轉(zhuǎn)；可見，當(dāng)磁場為一對極時，轉(zhuǎn)速為：當(dāng)P2時，電流變化一次，磁場轉(zhuǎn)過1/2轉(zhuǎn)；則極對數(shù)為P的旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為： 稱為同步轉(zhuǎn)速。1f1f)/(60)/(110分轉(zhuǎn)秒轉(zhuǎn)PfPfn1f(二)、工作原理：定子三相對稱繞組，轉(zhuǎn)子鼠籠條均勻分布，兩端端環(huán)連接成一體。定子三相對稱繞組通以三相對稱交流電流，氣隙中產(chǎn)生一個以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)子導(dǎo)條感應(yīng)電勢轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中有電流流過載有感生電流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條在磁場中受電磁力作用，方向由左手定則判定電磁力形成一個定方向的電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)起來。轉(zhuǎn)速為 n ，小于同步轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)子上受到的電磁轉(zhuǎn)矩將克服負(fù)載轉(zhuǎn)矩而做功，以實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換。(三)、異步電機的轉(zhuǎn)速與運行狀態(tài)

7、：同步轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n之差成為轉(zhuǎn)差。轉(zhuǎn)差率/10000nnnS10 00Snn，0 0Snn，異步電機有三種運行狀態(tài)：1、電動狀態(tài)：2、發(fā)電狀態(tài)：用原動機拖動異步機，使轉(zhuǎn)速大于同步轉(zhuǎn)速，磁場切割導(dǎo)體方向反，感應(yīng)電勢和電流的方向反，此時的轉(zhuǎn)矩是一種制動性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩，原動機向異步機輸入機械功率，電機由定子向電網(wǎng)輸送電功率。3、制動狀態(tài)：用原動機拖動異步機轉(zhuǎn)子逆著旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn)，此時轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中的感應(yīng)電勢和電流與電動機時一樣，電磁轉(zhuǎn)矩方向與旋轉(zhuǎn)磁場方向一致，但與外轉(zhuǎn)矩方向相反。此時電磁轉(zhuǎn)矩是制動性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩。Sn0 0，三、三相異步電機的結(jié)構(gòu)： 定子，轉(zhuǎn)子，氣隙。(一)定子：定子鐵芯，定子繞組，機座。

8、1、定子鐵芯：主磁路的一部分。由0.5mm厚的硅鋼片迭壓而成。2、定子繞組：定子部分的電路。由許多線圈按一定規(guī)律連接而成。3、機座：固定和支撐定子鐵芯。(二)轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子鐵芯，轉(zhuǎn)子繞組。1、轉(zhuǎn)子鐵芯：主磁路的一部分。 由0.5mm厚的硅鋼片迭壓而成。轉(zhuǎn)子繞組：鼠籠式和繞線式。1)鼠籠式：各相均由單根導(dǎo)條組成，有幾根導(dǎo)條就有幾相。一般采用注鋁轉(zhuǎn)子，銅條轉(zhuǎn)子。（小容量）；2)繞線式：是對稱三相繞組，接成星形，并接到轉(zhuǎn)軸上三個集電環(huán)上，再通過電刷與外電路接通。特點：在集電環(huán)和電刷中接入附加電阻或控制裝置，以便改善電動機的起動性能或調(diào)速特性。(三)、氣隙：中小型電機一般為0.22mm，它與電機性能關(guān)系極

9、大。1)、氣隙大磁阻大產(chǎn)生同樣大小磁場需要較大的勵磁電流使電機的功率因數(shù)減小。2)、氣隙大可減小氣隙磁場中的諧波分量，從而減少附加損耗，改善起動性能。3)、氣隙小裝配困難和運轉(zhuǎn)不安全。 應(yīng)綜合考慮。第二節(jié) 三相異步電動機的銘牌數(shù)據(jù)額定功率：軸上輸出的機械功率。千瓦。額定電壓：定子繞組的線電壓，伏。額定電流：電機在額定電壓和功率下，定子繞組中的線電流，安。額定頻率：50赫。額定轉(zhuǎn)速：電機在額定電壓、頻率和功率下的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)/分。還有繞組的相數(shù)與接法，絕緣等級及允許溫升等；對繞線式轉(zhuǎn)子，還標(biāo)明轉(zhuǎn)子的額定電勢及額定電流。第三節(jié) 三相異步電動機的定子繞組 交流繞組的一些基本知識和基本量 三相單層繞組 三

10、相雙層繞組 波繞組第三節(jié) 三相異步電動機的定子繞組異步電機對定子繞組的要求：必須保證當(dāng)通以三相交流電流后，其建立的旋轉(zhuǎn)磁場具有一定的極數(shù)，一定的大小；且波形接近于正弦波；旋轉(zhuǎn)磁場在繞組中感應(yīng)的電勢是對稱的。定子繞組分類：按相數(shù)：單相，二相，三相；按槽內(nèi)層數(shù)：單層，雙層，單雙層混合；按繞組端接部分的形狀：單層有同心式，交叉式和鏈?zhǔn)?；雙層有迭繞組，波繞組。一、交流繞組的一些基本知識和基本量：(一)、電角度和機械角度：電角度P機械角度。(二)、線圈：組成交流繞組的單元是線圈，它由一匝或多匝串聯(lián)而成，有兩個引出線，一個稱為首端，一個稱為末端。(三)、節(jié)距：一個線圈的兩個邊所跨定子圓周上的距離稱為節(jié)距Y

11、1。一般用槽數(shù)表示。 極距 。pZ21長距，短距整距；,111yyy(四)、槽距角：（電角度）相鄰槽之間的電角度：為定子槽數(shù)。11 360ZZP(五)、每極每相槽數(shù)q： 每極下每相所占的槽數(shù)：為相數(shù)。，為定子槽數(shù)mZPmZq 211 (六)、槽電勢星形圖：假設(shè)氣隙磁密在圓周上按正弦規(guī)律分布，轉(zhuǎn)子反時針方向旋轉(zhuǎn)定子各槽內(nèi)導(dǎo)體的感應(yīng)電勢也將隨時間按正弦規(guī)律變化。當(dāng)把電樞上各槽內(nèi)導(dǎo)體按正弦規(guī)律變化的電勢分別用矢量表示時，這些矢量構(gòu)成一個輻射星形圖。各槽內(nèi)導(dǎo)體感應(yīng)電勢在時間相位上互差電角度。例如：2P4，Z24的槽電勢星形圖為： 一般說，當(dāng)P和Z有最大公約數(shù)t時，則有t個重合的槽電勢星形圖。1,132

12、,143,154,1617,518,619,720,821,922,1011,2312,24ABC(七)、相帶劃分：每個極距內(nèi)屬于每相的槽數(shù)所占有的區(qū)域稱為相帶，用電角度表示，q相帶。二、三相單層繞組：每一槽內(nèi)只有一個線圈邊，繞組的線圈數(shù)等于總槽數(shù)的一半。以Z12，2P2為例：1、極距：2、每極每相槽數(shù)：q=2槽；整距，槽，,30610y3、槽電勢星形圖：123456789101112AXBYCZ4、劃分相帶：q60度；5、組成線圈組：1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12BYCZAXNS三、三相雙層繞組：有迭繞組和波繞組。以2P4，Z36，雙層迭繞組為例：1、極距為9槽；2、節(jié)

13、距：短距Y18槽；3、每極每相槽數(shù)：q3槽，20度；4、槽電勢星形圖：1231920211,2,3; 10,11,1219,20,21;28,29,307,8,9; 16,17,1825,26,27; 34,35,3613,14,15; 4,5,631,32,33; 22,23,24AXBYCZ1011122829305、繞組連接圖(A相)：AXNSNS四、波繞組：波繞組的相帶劃分和槽號分配與迭繞組完全相同。連接規(guī)律與直流電機的波繞組相似，即將同一極性下屬于同一相的線圈按照一定次序串聯(lián)起來，組成一組；再將另一極性下屬于同一相的線圈按照一定次序串聯(lián)起來，組成另一組，最后將這兩組線圈按需要串聯(lián)或并

14、聯(lián)，構(gòu)成一相繞組。第四節(jié) 三相異步電動機的 定子磁勢及磁場 單相繞組的磁勢脈振磁勢 三相繞組的磁勢旋轉(zhuǎn)磁勢 三相異步電動機的定子磁場第四節(jié) 三相異步電動機的 定子磁勢及磁場 旋轉(zhuǎn)磁場的大小、波形及一些屬性如何？三相繞組的磁勢和磁場單相繞組的磁勢和磁場一個線圈一線圈組(q個線圈)一相繞組一、單相繞組的磁勢：脈振磁勢(一)、單個線圈的磁勢：1、性質(zhì)：線圈匝數(shù)為 ， 通以電流 ，以兩極電機為例： 在直流機中，線圈產(chǎn)生的磁勢在空間分布波形 是矩形波，周期為兩個極距，幅值等于磁力線 所包圍的全電流的一半。yNtIicos2在異步電機中，線圈產(chǎn)生的磁勢在空間分布也是一個矩形波，周期為2T，幅值為 若為整距

15、線圈，幅值為 。2 )2111yyINyINy和（yIN5 . 0用方程表示為由于電流為交流電，因而矩形波幅值隨電流變化而變化，是時間的函數(shù)，即：xyyxINyxFyxyINyxFyymyym2 2 22)(22 2)21 ()(11 1111和，tINiNtxfyyycos2221),（整距線圈矩形波的高度隨時間按正弦規(guī)律變化，變化的頻率與電流交變的頻率相同。結(jié)論：單個線圈所產(chǎn)生的磁勢在任何瞬時，其空間分布總是一個矩形波。而空間任意一點的大小是隨電流而變化的，即矩形波的高度是時間的函數(shù)。這種在空間位置不動，波幅的大小和正負(fù)隨時間而變化的磁勢稱為脈振磁勢。當(dāng)磁場極對數(shù)為P時，分布波的周期增加為

16、P倍。2、磁勢的分解：引入短距系數(shù)。幾個空間位置不同，幅值變化的矩形波的疊加很不方便，將矩形波分解成基波和一系列諧波，然后分別對各次諧波進(jìn)行分析，綜合考慮后可得到一相繞組的總磁勢的大小和性質(zhì)。利用付氏級數(shù)，取x為橫坐標(biāo)，坐標(biāo)原點在線圈的中心線上，單個線圈的磁勢分解為：2sin 2sin1 2sin2243cos2coscos)(111111321ykykFFyINFxFxFxFxfyyyyyyyyyy這里引入了短距系數(shù) 。當(dāng)考慮到電流按正弦規(guī)律變化時，單個線圈所產(chǎn)生的脈振磁勢表達(dá)式為：txxINtxxINtxFtxfyyyycos3cos31cos9 . 0cos3cos31cos22cos)

17、(),（結(jié)論：交流電流通過單個線圈產(chǎn)生的矩形波磁勢包括極對數(shù)為1、2、3、等一系列諧波。整距線圈只有1、3、5奇數(shù)次諧波。諧波的幅值與電流和諧波的短距系數(shù)成正比，與諧波的次數(shù)成反比，正負(fù)取決于短距系數(shù)的正負(fù)。yvk(二)、線圈組的磁勢：引入分布系數(shù) 。構(gòu)成線圈組的每個線圈的磁勢的諧波含量和大小是完全相同的。只是在空間上錯開一個角度。因而個諧波磁勢在空間上的位置存在相位差，對基波是一個槽距角，v次諧波是v倍槽距角。用空間矢量表示，將所有矢量相加就可得v次諧波的幅值。2sin2sin9 . 02211qqkkPqINkqkPINkqFFqyqyyqyqqvk磁勢性質(zhì)：線圈組磁勢也包含所有極對數(shù)為整

18、數(shù)的諧波，幅值隨時間而脈振。仍是脈振磁勢。 1122kPINF(三)、相繞組磁勢：將構(gòu)成相繞組的各線圈組的v次諧波磁勢按其空間位移和電流方向用矢量法相加，即得到相繞組的v次諧波磁勢。1、基波磁勢：無論單層或雙層繞組，構(gòu)成相繞組的所有線圈組的基波磁勢在空間上同相位，直接相加得到相繞組基波磁勢幅值：N為每相繞組串聯(lián)總匝數(shù)。2、諧波磁勢幅值：只有3、5、7、等奇數(shù)次諧波存在，這樣，合成單相繞組的磁勢為： 為基波槽距角。kPINkPINF9 . 022tkkNIPtxFtxfcos3cos31cos 9 . 0cos)(),1311（1(四)、單相繞組磁勢的性質(zhì)：1、是脈振磁勢。該磁勢沿氣隙圓周按梯形

19、波分布，可分解為一系列諧波，每一諧波均是空間位置不變，波幅按同一頻率交變的脈振波。2、正常接法的繞組，相繞組磁勢的基波幅值必在相繞組的軸線(構(gòu)成相繞組的線圈組的中心線)上，而各高次諧波則必有一個波幅落在相繞組軸線上。3、基波磁勢幅值為：v次諧波幅值為：可見，諧波次數(shù)越高，諧波磁勢幅值越小。分布和短距均能削弱諧波。1122kPINFkPINkPINF9 . 022二、三相繞組的磁勢旋轉(zhuǎn)磁勢：在分析了單相繞組磁勢的基礎(chǔ)上，把A、B、C三個單相繞組所產(chǎn)生的磁勢波逐點相加，就可得到三相繞組的合成磁勢。這種方法麻煩。分各次諧波逐一分析：1、基波：當(dāng)對稱三相繞組通以對稱三相交流電流時，A、B、C三相繞組各

20、自產(chǎn)生的脈振磁勢基波表達(dá)式為：)32cos()32cos(),()32cos()32cos(),(coscos),(111111111tFtftFtftFtfCBA利用三角公式可寫成)32cos()cos(21)32cos()cos(21)cos()cos(21111111111111ttFfttFfttFfCBA三相合成磁勢為：)cos(23),(111111tFffftxfCBA11135. 123kPINFF)cos(),(111tFtxf令則：通過0，120度，240度幾個時刻的波幅點，可分析出旋轉(zhuǎn)磁勢波幅旋轉(zhuǎn)的角速度和轉(zhuǎn)速。從上邊的分析知：當(dāng)某相電流達(dá)最大值，旋轉(zhuǎn)磁勢的幅值就轉(zhuǎn)到該相

21、繞組的軸線處。即基波合成磁勢的旋轉(zhuǎn)方向就是電流相序方向。三相旋轉(zhuǎn)磁勢基波的性質(zhì)： 1、旋轉(zhuǎn)磁勢，轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速， 轉(zhuǎn)向與電流相序相同。 2、幅值F1不變，為各相脈振磁勢幅值的1.5倍，旋轉(zhuǎn)磁場為圓形旋轉(zhuǎn)磁場。 3、某相電流達(dá)最大值時，三相基波合成磁勢幅值恰好在這一相繞組的軸線上。2、諧波磁勢：次數(shù)為5、11、17、23等的合成磁勢為轉(zhuǎn)向與基波相反的旋轉(zhuǎn)磁勢；次數(shù)為7、13、19、25等的合成磁勢為轉(zhuǎn)向與基波相同的旋轉(zhuǎn)磁勢；次數(shù)為3、9、15、21等的合成磁勢為零；諧波波長為基波的1/v，轉(zhuǎn)速為基波的1/v，極對數(shù)為vP。諧波在電機中引起附加損耗，振動和噪音等。三、三相異步電動機的定子磁場：三相

22、對稱交流電源定子電流氣隙主磁場基波磁場 端部漏磁場槽內(nèi)漏磁場漏磁場諧波磁場？氣隙基波磁場和諧波磁場均在定子、轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)感應(yīng)電勢。由于諧波磁場的極對數(shù)和轉(zhuǎn)速與基波磁場的不同，其在轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)感應(yīng)電勢的頻率與主磁通所感應(yīng)的電勢的頻率就不同；因而它與轉(zhuǎn)子電流作用產(chǎn)生無效的轉(zhuǎn)矩。但諧波磁場在定子繞組內(nèi)感應(yīng)電勢的頻率為它影響定子電流，所以歸為漏磁場。1000606060fpnpnpnpf第五節(jié) 三相異步電動機 定子繞組的電勢 導(dǎo)體電勢線圈電勢線圈組電勢相電勢第五節(jié) 三相異步電動機 定子繞組的電勢氣隙磁場按正弦規(guī)律分布時，同步速旋轉(zhuǎn)的磁場在定子繞組中感應(yīng)電勢。導(dǎo)體電勢線圈電勢線圈組電勢相電勢。一、先考慮基波

23、：1、導(dǎo)體電勢Ec1：在正弦分布磁場下，導(dǎo)體電勢為一正弦波。電勢用有效值表示。1111111122. 22 602222flBfnplBlvBEEmmmmCC2、線圈電勢Ey1：11111144. 42yyCyyyNfkEkNE11111144. 4yyqqNfqkEqkE雙層繞組單層繞組 44. 421111yapyapqNNqNNNfkE4、相電勢E：將一相所串聯(lián)的線圈組電勢相加得一相電勢。3、線圈組電勢Eq1：NfkE44. 4二、諧波電勢：計算方法與基波類似。V次諧波磁場的極對數(shù)為基波的v倍，極距為基波的1/v倍。定子繞組感應(yīng)電勢的頻率為基波頻率的v倍。諧波電勢有效值為： 22221E

24、EEE三、總的相電勢有效值為：氣隙磁場在轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)也感應(yīng)電勢，分為主磁通感應(yīng)電勢 和漏磁通感應(yīng)電勢 ，其計算的方法與定子內(nèi)感應(yīng)電勢的計算相同。SE2sE2mwskNfE222244. 4swskNfE2222244. 4第四章 異步電機（二） 第一節(jié) 三相異步電動機運行時的電磁過程 第二節(jié) 三相異步電動機的等效電路和相量 圖 第三節(jié) 三相異步電動機的功率和轉(zhuǎn)矩 第四節(jié) 三相異步電動機的工作特性及測取方法 第五節(jié) 三相異步電動機參數(shù)的測定第四章 三相異步電動機的運行原理 分析電機負(fù)載時的電磁過程，總結(jié)出基本方程式， 等值電路和相量圖。分析工作特性和測取方法。第一節(jié) 三相異步電動機運行時 的電磁過

25、程 負(fù)載時的物理情況 基本方程式一、負(fù)載時的物理情況：1、空載時的電磁關(guān)系：1U1I02IsE21E0m0mF10F2、負(fù)載時轉(zhuǎn)子磁勢 ：(與 的關(guān)系，對主磁場的影響如何？)以同步速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁勢。1)繞線式轉(zhuǎn)子繞組是三相的，電流則為三相的，磁勢就為旋轉(zhuǎn)的；籠型轉(zhuǎn)子是多相的，電流也是多相的，合成磁勢可用矩形磁勢波疊加的方法分析出，磁勢為旋轉(zhuǎn)的，且近似按正弦規(guī)律分布。2F1F2) 的旋轉(zhuǎn)方向與 的相同。是電流相序的方向。2F1F3)轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為 ,磁場為 ，磁場以 切割轉(zhuǎn)子繞組，若極對數(shù)為 ，則轉(zhuǎn)子中感應(yīng)電勢頻率為： 這樣，轉(zhuǎn)子磁勢 相對于轉(zhuǎn)子本身轉(zhuǎn)速為 可知， 相對于定子的轉(zhuǎn)速為 。與定子

26、磁勢 的轉(zhuǎn)速相同。2F1F2F1000026060)(sfnnnpnnnpfnn 00npnnsnpf002600nn3、負(fù)載時磁勢平衡關(guān)系： 與 同為旋轉(zhuǎn)磁勢，且轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速都相同，相對靜止，可以將其合成。合成磁勢 在氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。而空載時，也有一合成旋轉(zhuǎn)磁勢 。 與 的關(guān)系如何？0mF0mF異步機正常運行時，電源電壓不變，因此，與變壓器一樣，從空載到負(fù)載過程中，認(rèn)為定子繞組內(nèi)的感應(yīng)電勢變化很小，認(rèn)為空載和負(fù)載時的主磁通不變。即有： 。mmFF0mFmF1F2F因此，負(fù)載時 可分解為兩部分：一部分用以抵消轉(zhuǎn)子磁勢 ，一部分用以產(chǎn)生主磁通 。它們之間的相互關(guān)系？它們與電流的關(guān)系如何？1Fm

27、F2F2Fmm1F定子、轉(zhuǎn)子磁勢是以同步速旋轉(zhuǎn)的矢量，定子、轉(zhuǎn)子電流是以同步速旋轉(zhuǎn)的相量；旋轉(zhuǎn)磁勢與對應(yīng)相電流有關(guān)系：當(dāng)某一相的電流達(dá)最大值時，三相基波合成磁勢的幅值正好在這一相繞組的軸線上。利用相矢圖(將相量圖與矢量圖合并在一起)：有：2F12)(FFFm1F與 同相。與 同相。1I2I4、電磁關(guān)系：1U1I1EmF1FmsE22I11rI12F22rIs2sE21ESkNfjkNfjEkNfjESkNfjkNfjEkNfjEswswswmwmwsmw222122222111112212222111144. 4 44. 444. 444. 4 44. 444. 4swswmwmwsmwkNf

28、EkNfESkNfkNfEkNfE22222111112212222111144. 444. 444. 4 44. 444. 4有效值方程相量方程二、基本方程式：1、磁勢平衡方程式： 21mFFF相電流與磁勢關(guān)系為：212221111111129 . 029 . 0 29 . 0IpkNmFIpkNmFIpkNmFwmwmwmwwwIpkNmIpkNmIpkNm29 . 029 . 0 29 . 011121111111磁勢矢量方向與電流相量的方向一致，則有：miIIIIkI2122 , 1 即：又：磁勢平衡方程式2、電勢平衡方程式)()(222211111RrIEErIEEUssssmmmm

29、mxI jExI jEjxrIZIE2221111)(于是異步電動機負(fù)載時基本方程式可改寫為：22112122211121122222222111111111 1)()(kNkNkEkEkNmkNmkIIkIjxrIZIEZIsxI jRrIsEEZIExI jrIEUeeimimmmmms第二節(jié) 三相異步電動機的 等值電路和相量圖 頻率歸算 繞組歸算 T型等值電路、向量圖一、頻率歸算：保持整個系統(tǒng)的電磁性能不變，把一種頻率的參數(shù)及有關(guān)物理量折算成另一種頻率的參數(shù)及物理量。即用一個具有定子頻率而等值于轉(zhuǎn)子的電路去代替實際的轉(zhuǎn)子電路。這必須保證：1、轉(zhuǎn)子磁勢F2不變(同轉(zhuǎn)速，同幅值，同空間相位角

30、)。2、等值的轉(zhuǎn)子電路的電磁性能(有功功率，無功功率，銅耗等)必須與實際轉(zhuǎn)子一樣。分析： ，表明用靜止的轉(zhuǎn)子代替實際的轉(zhuǎn)子。1、對 ：轉(zhuǎn)速不受影響；幅值和空間相位角：只要用 代替 就能保證幅值和空間相位角不變。12ff2Fsr22r 22222222IjxsrEsjxrsEI靜止轉(zhuǎn)子電路中電流實際轉(zhuǎn)子電流2221221 2rsxtgsrxtg實際轉(zhuǎn)子電流相位角靜止轉(zhuǎn)子電流相位角2、電磁性能：用 代替 后，相當(dāng)于在轉(zhuǎn)子電路中串入了一個附加電阻它會產(chǎn)生損耗，而實際轉(zhuǎn)子電路并不存在這部分損耗，據(jù)能量守恒，這部分功率表示轉(zhuǎn)子獲得的總的機械功率。sr22rsrs2)1 ( 二、繞組歸算：定轉(zhuǎn)子間，E1不

31、等于E2，無等電位點，用一個相數(shù)、每相串聯(lián)總匝數(shù)及繞組系數(shù)均與定子一樣的繞組電路代替經(jīng)頻率歸算后的靜止轉(zhuǎn)子電路，且保證歸算前后轉(zhuǎn)子對定子的電磁效應(yīng)不變，即轉(zhuǎn)子磁勢，轉(zhuǎn)子總視在功率，轉(zhuǎn)子銅耗及轉(zhuǎn)子漏磁場儲能均不變。1、轉(zhuǎn)子磁勢不變：221IkIi122EEkEe2222 xkkxrkkrieie3、轉(zhuǎn)子銅耗和漏磁場儲能不變：2、轉(zhuǎn)子總視在功率不變：可得基本方程式為： )1(212122222111111111mmmIIIEZIEZIssrIEZIExI jrIEU三、T型等值電路、相量圖為：1E1U1I2U2I21rss1r1x2r2xmxmr2I1U21EE1Im1E11rI11xI jmI2

32、2xI j2U22rI用T型等值電路分析異步機幾種典型運行情況：空載運行；額定負(fù)載運行；起動運行；發(fā)電運行；電磁制動運行。異步電動機的相量圖：異步電動機的功率因數(shù)永遠(yuǎn)滯后。定子電流滯后電源電壓。第三節(jié) 三相異步電動機的 功率和轉(zhuǎn)矩 功率轉(zhuǎn)換過程 功率方程式 轉(zhuǎn)矩方程式 轉(zhuǎn)矩機械角速度功率一、功率轉(zhuǎn)換過程：定子端輸入電功率P1，其中小部分消耗于定子銅耗，鐵耗，余下為通過氣隙旋轉(zhuǎn)磁場利用電磁感應(yīng)作用傳遞到轉(zhuǎn)子的電磁功率；這其中小部分消耗于轉(zhuǎn)子銅耗，鐵耗，余下為轉(zhuǎn)子總的機械功率，再補償?shù)魴C械損耗和附加損耗后，余下為轉(zhuǎn)子軸上輸出凈機械功率。這一過程可用功率圖形象表示。1P電功率1cupFepMP電磁功

33、率2cupmecPpsp2P 機械功率總機械功率二、功率方程式：在T型等值電路圖中利用電流通過各種電阻時的損耗表示：McuMMcuMcummFecuPspPPsPpEImsrImPrImprImprImpIUmP)1 ( cos cos222221222122212211211111111轉(zhuǎn)差功率1U21rss1r1x2r2xmxmr1cupFep2cupmecP三、轉(zhuǎn)矩方程式： 02MMM0)1 (MMPPsPM電磁轉(zhuǎn)矩概念的理解：轉(zhuǎn)子本身產(chǎn)生機械功率；旋轉(zhuǎn)磁場對轉(zhuǎn)子做功兩方面理解。電磁轉(zhuǎn)矩負(fù)載制動轉(zhuǎn)矩空載制動轉(zhuǎn)矩222100cos)1 (IEmpPPsPMMM四、電磁轉(zhuǎn)矩公式：可象直流機那

34、樣，利用電磁力定律用積分求，這里據(jù)等值電路和相量圖來推導(dǎo)：2211122211cos2cos2IkNpmIEmfpm221cosICMM第四節(jié) 三相異步電動機的 工作特性及其測取 工作特性的分析 工作特性的測取第四節(jié) 三相異步電動機的 工作特性及其測取異步機的工作特性是指在額定電壓，額定頻率條件下，電動機的轉(zhuǎn)速n、定子電流I1、功率因數(shù)、電磁轉(zhuǎn)矩M、效率等與輸出功率P2的關(guān)系。即：)(cos 2111PfMInffUUee，時，一、工作特性的分析：1、轉(zhuǎn)速特性：空載時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近于同步轉(zhuǎn)速。隨著負(fù)載的增大，轉(zhuǎn)速降低。是一條稍微向下傾斜的曲線。2Pn02、電流特性：隨負(fù)載的增大而增大，空載時，

35、有一空載勵磁電流Im。3、功率因數(shù)特性：異步機的總阻抗是電感性的，其功率因數(shù)總是滯后的。4、電磁轉(zhuǎn)矩特性：近似為一條斜率為1/的直線。5、效率特性：可變損耗，不可變損耗；二者相等時，效率達(dá)最大值。二、工作特性的測?。褐苯迂?fù)載法或等值電路計算。2P0，MI11cosM1I1cos第五節(jié) 三相異步電動機參數(shù)測定 空載試驗與勵磁參數(shù) 短路試驗和短路參數(shù)異步電動機有兩種參數(shù)：表示空載狀態(tài)的勵磁參數(shù) 均是非線性的，與飽和有關(guān)。對短路電流的漏阻抗， 線性的，與飽和無關(guān)。222111,xrZxrZ，,mmmxrZ，一、空載試驗與勵磁參數(shù)的確定：1、空載試驗：在額定電壓和額定頻率下，電機軸上不帶負(fù)載。減小定子

36、端電壓，測取空載電流，空載輸入功率隨端電壓變化的曲線，即空載特性。2、參數(shù)測定：用額定電壓下的數(shù)據(jù)計算。2221011010 mmmFemxrZImprIUx從空載輸入功率中分離出鐵耗：0P0IpFep21U1U00Fepp二、短路試驗和短路參數(shù)的測定：在電動機堵轉(zhuǎn)情況下進(jìn)行，短路電流不能過大，在降壓下進(jìn)行。記錄電壓，電流，功率，并測取定子電阻。22211111 kkkkkkkkrZxImprIUZ2121 xxxrrrkk2121 xxxk一般大中型異步電動機一般計算工作特性，用額定電流時參數(shù)；計算最大轉(zhuǎn)矩時，用23倍額定電流時的參數(shù)；起動計算時，采用外施額定電壓時的短路電流的參數(shù)。1UkI

37、1kP10第九章 三相異步電動機的機械特性及各種運轉(zhuǎn)狀態(tài) 第一節(jié) 三相異步電動機機械特性的三種表達(dá)式 第二節(jié) 三相異步電動機的固有機械特性和人為機械特性 第三節(jié) 三相異步電動機的各種運轉(zhuǎn)狀態(tài) 第四節(jié) 根據(jù)異步電動機的技術(shù)數(shù)據(jù)計算異步電動機的參數(shù) 第五節(jié) 繞線轉(zhuǎn)子異步電動機調(diào)速及制動電阻的計算第一節(jié) 三相異步電動機的 機械特性的三種表達(dá)式 物理表達(dá)式 參數(shù)表達(dá)式 實用表達(dá)式機械特性指轉(zhuǎn)速n與轉(zhuǎn)矩M之間的關(guān)系。有物理表達(dá)式，參數(shù)表達(dá)式，實用表達(dá)式。一、物理表達(dá)式： cos221ICMmM222222)(xsrEI2222222222222)(coscosxsrsrxsrr將 曲線與 曲線相乘，再乘

38、以轉(zhuǎn)矩常數(shù)等就可得到 曲線。)(2Ifn )(cos2fn )(Mfn 2I2cosMM2I2cos0n0n二、參數(shù)表達(dá)式：為反映電機參數(shù)與電磁轉(zhuǎn)矩的關(guān)系，從電機的等值電路圖及電磁轉(zhuǎn)矩的公式推導(dǎo)參數(shù)表達(dá)式：srImMPMsrImPMM2220102221 22121212)()(xxrsrUI s)-60(12602 )()(0022121222101nnxxrsrsrUmM這樣可繪制機械特性曲線，曲線形式與物理表達(dá)式繪制的一樣。是s的二次曲線。Mn0n0s10將上述轉(zhuǎn)矩公式對轉(zhuǎn)差率s求導(dǎo)數(shù)，可得到臨界轉(zhuǎn)差率和最大轉(zhuǎn)矩公式。)( 2)(2212112101221212xxrrUmMxxrrsm

39、m)(2)( , 210211221212xxUmMxxrxxrsmm分析：1、各參數(shù)及電源頻率不變時，臨界轉(zhuǎn)差與定子相電壓無關(guān)；而 。21UMm21xx )0 . 38 . 1 (emTMMK 2、 及 不變時，臨界轉(zhuǎn)差和最大電磁轉(zhuǎn)矩反比于 。3、最大電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子電阻無關(guān)，臨界轉(zhuǎn)差與轉(zhuǎn)子電阻成正比。當(dāng)轉(zhuǎn)子回路串入電阻使臨界轉(zhuǎn)差等于1時，可求出轉(zhuǎn)子外串的電阻值；1f1U過載倍數(shù)： 電機短時過載的極限。4、起動轉(zhuǎn)矩：當(dāng)S1時的電磁轉(zhuǎn)矩：起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)： 時，電機才能起動。 )()(22121222101xxrrrUmMst1 steststKMMK只有當(dāng)，三、實用表達(dá)式：一般電機產(chǎn)品目錄中，有些

40、參數(shù)沒有，用參數(shù)表達(dá)式不方便，因此將M的參數(shù)表達(dá)式除以Mm參數(shù)表達(dá)式，并代入Sm值，有21212)1 (2rrsssssrrsMMmmmmm這種實用表達(dá)式中只有兩個未知數(shù)，可繪制機械特性。(當(dāng)忽略定子電阻時。)ssssMMmmm2 總之：物理表達(dá)式用于定性分析轉(zhuǎn)矩與磁通，轉(zhuǎn)子電流間的關(guān)系；參數(shù)表達(dá)式用于分析電機參數(shù)變化對電機運行性能的影響。實用表達(dá)式用于工程計算。第二節(jié) 三相異步電動機的 固有特性與人為特性 固有特性 人為特性一、固有特性：在額定電壓和額定頻率下，規(guī)定的接線方法，定轉(zhuǎn)子不串電阻時的機械特性 。1、起動點：2、額定工作點：3、同步轉(zhuǎn)速點：4、最大轉(zhuǎn)矩點： 5、回饋制動最大轉(zhuǎn)矩點：

41、)(Mfn ABHPPM0n0nstMNMAPBHP二、人為特性：由參數(shù)表達(dá)式知，M與一定轉(zhuǎn)速下的定子電壓 ，電源頻率 ，極對數(shù)P，電機定轉(zhuǎn)子參數(shù)有關(guān)。人為地改變某些參數(shù)可以獲得人為特性：)1 (602 602 )()(0022121222101snnxxrsrsrUmM1f1U1、降低電源電壓 ：最大轉(zhuǎn)矩和起動轉(zhuǎn)矩與電源電壓 的平方成正比；臨界轉(zhuǎn)差 和理想空載轉(zhuǎn)速 不變化。注意：若電源電壓因為某種原因降低，負(fù)載為額定，電動機將不能長期運行。1U1UMn0n0msms0n1U2U3U321UUU2、轉(zhuǎn)子內(nèi)串電阻(對稱電阻)：繞線式轉(zhuǎn)子用。理想空載轉(zhuǎn)速和最大轉(zhuǎn)矩不變；起動轉(zhuǎn)矩增大，直到等于最大轉(zhuǎn)

42、矩后又減??；臨界轉(zhuǎn)差隨電阻增大而增大。Mn0n01R2R3R4R4321RRRR3、定子串對稱電抗：理想空載轉(zhuǎn)速不變，最大轉(zhuǎn)矩、起動轉(zhuǎn)矩、臨界轉(zhuǎn)差隨電抗的增大而減小。Mn0n0msms1x2x21xx Mn0n0msms1R2R21RR 4、定子串對稱電阻：理想空載轉(zhuǎn)速不變，最大轉(zhuǎn)矩、起動轉(zhuǎn)矩、臨界轉(zhuǎn)差隨電阻的增大而減小。曲線與串電抗的相似。5、轉(zhuǎn)子接入并聯(lián)阻抗：改善起動性能，限制起動電流，保證電機平滑加速。起動時，由電阻決定電流和轉(zhuǎn)矩，起動結(jié)束后，電阻被短接。Mn0n0固有人為第三節(jié) 三相異步電動機的 各種運轉(zhuǎn)狀態(tài) 回饋制動 反接制動 能耗制動電動和制動運轉(zhuǎn)狀態(tài)。一、電動運轉(zhuǎn)狀態(tài)：機械特性在

43、一、三象限，轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速同向。二、制動運轉(zhuǎn)狀態(tài)：轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速反向。機械和電磁制動兩種。要求：足夠大的制動轉(zhuǎn)矩，且制動電流不宜過大。制動的平滑性好、可靠性高、經(jīng)濟(jì)性好、時間短。(一)、回饋制動：位能性負(fù)載使轉(zhuǎn)速大于理想空載轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢反向，轉(zhuǎn)子電流有功分量也改變方向，無功分量方向不變，所以轉(zhuǎn)矩也就改變了方向。制動運行時，軸上輸入機械功率，特性在第二象限。特點：1、屬于穩(wěn)定制動；2、制動時轉(zhuǎn)子回路不串電阻，以免轉(zhuǎn)速過高(因串電阻越大，穩(wěn)定轉(zhuǎn)速越高)；3、當(dāng)電機由少極對數(shù)換成多極對數(shù)時也有可能發(fā)生回饋制動；4、定子接在電網(wǎng)上，從電網(wǎng)吸取無功功率以建立磁場；5、若為異步發(fā)電機，定子三相應(yīng)接上成星形或

44、三角形的三組電容器，以供給無功功率。(二)、反接制動：1、轉(zhuǎn)速反向(正接反轉(zhuǎn))：電動機起動時帶重負(fù)載，負(fù)載作用使電機在反起動轉(zhuǎn)矩方向上加速，特性在第四象限。分析：屬于穩(wěn)定制動。轉(zhuǎn)子回路可串電阻。軸上輸入機械功率，定子吸收電功率傳給轉(zhuǎn)子，這兩部分功率均消耗于轉(zhuǎn)子回路總電阻中。正接反轉(zhuǎn)2、定子兩相反接：(反接正轉(zhuǎn))電機本來運行在電動狀態(tài)，突將定子兩相反接，定子電流相序改變，磁場旋轉(zhuǎn)方向改變，從而得到理想空載轉(zhuǎn)速與原轉(zhuǎn)速方向相反的機械特性，工作點也改變，電動機的轉(zhuǎn)矩為負(fù)，電機在負(fù)載轉(zhuǎn)矩與反向電磁轉(zhuǎn)矩的共同作用下很快停車。特性為第二象限的BC段。反接正轉(zhuǎn)(三)、能耗制動：電機在電動狀態(tài)下運行，突將三相

45、交流電斷開，同時在定子兩相間通入直流電流，在定子內(nèi)形成固定磁場，轉(zhuǎn)子由于慣性仍旋轉(zhuǎn)，切割磁場感應(yīng)電勢和電流，據(jù)左手定則，可確定轉(zhuǎn)矩的方向與轉(zhuǎn)速的方向相反，特性在第二象限。能耗制動運轉(zhuǎn)狀態(tài)小結(jié)第四節(jié) 根據(jù)異步電動機的技術(shù)數(shù)據(jù)計算異步電動機的參數(shù) 額定功率，額定電壓，額定電流，額定轉(zhuǎn)速，額定效率，額定功率因數(shù)，過載倍數(shù)，飛輪矩，額定頻率，極對數(shù)，定子繞組接線方式等。 若是繞線式轉(zhuǎn)子，還有轉(zhuǎn)子額定電壓，額定電流。 若是籠型轉(zhuǎn)子，還有起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)，起動電流倍數(shù)。第五節(jié) 繞線轉(zhuǎn)子異步電動機調(diào)速及制動電阻的計算 調(diào)速及制動電阻計算的目的是為了確定一個合適的電阻，當(dāng)繞線轉(zhuǎn)子異步電動機調(diào)速及制動時串入轉(zhuǎn)子回路

46、，以保證電機運行時能得到希望的調(diào)速及制動特性。 計算方法根據(jù)已知條件，利用機械特性(一般采用使用表達(dá)式)，要注意個參量的正負(fù)號與運轉(zhuǎn)狀態(tài)的關(guān)系。第十章 三相異步電動機的起動機起動設(shè)備的計算 第一節(jié) 三相異步電動機的起動方法 第二節(jié) 改善起動性能的三相異步電動機 第三節(jié) 三相籠型異步電動機定子對稱起動電阻 的計算 第四節(jié) 三相籠型電動機起動自藕變壓器的計算 第五節(jié) 三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子對稱起動電阻的計算 第六節(jié) 三相異步電動機的起動過程 第一節(jié) 三相異步電動機的起動方法當(dāng)三相異步電動機直接起動時，起動瞬間，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為0，轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場間的相對轉(zhuǎn)速為最大，轉(zhuǎn)子上感應(yīng)電勢和電流為最大，據(jù)磁勢平

47、衡關(guān)系，定子繞組中電流很大，可達(dá)定子額定電流的47倍。過大定子電流危害：電機繞組過熱；產(chǎn)生較大線路壓降，使電網(wǎng)電壓波動較大，影響電網(wǎng)上的其它用戶。經(jīng)常起動時網(wǎng)壓降10%；偶爾起動網(wǎng)壓降N時，勵磁電流增加，功率因數(shù)降低。當(dāng)N時，電動機的容許輸出轉(zhuǎn)矩下降，其功率不能充分利用而造成浪費。由定子電路的電動勢方程可見，忽略定子漏阻抗時，有： ，可見，為使f變化時，磁通不變，則必須使 為定值。一、恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式：電機最大轉(zhuǎn)矩：其中： ，且當(dāng)f1較高時， ，而略去r1，11144. 4kWfEUxx1fUx)( 22212112101xxrrUmMm)(222112110LLfxxpf，121rxx上式可變?yōu)椋?，再引入過載倍數(shù)， 有：若頻率變?yōu)閒1，定子相電壓、額定轉(zhuǎn)矩等相應(yīng)地加“”，則頻率變化前后額定轉(zhuǎn)矩之比為： 為了使頻率變化前后電動機有相同的過載能力，即有過載倍數(shù)不變，這樣，上式可變?yōu)椋?(8)(212121LLpmCfUCMxm，NmTMMK 212fKUCMTxN)()()(2112TTxxNNKKffUUMMNNxxMMffUU11即定子電壓應(yīng)