東南大學(xué)電機(jī)學(xué)chap11

1、第第12章章 單相異步電動機(jī)單相異步電動機(jī)異步電機(jī)的其它運(yùn)行方式異步電機(jī)的其它運(yùn)行方式在不對稱電壓下的運(yùn)行一、不對稱運(yùn)行一、不對稱運(yùn)行的分析方法的分析方法l不對稱：不對稱：各相電流各相電流(或電壓，電勢或電壓，電勢)大小不同，或大小不同，或相位不依次差相位不依次差120l應(yīng)用對稱分量法，把不對稱三相電壓分解為正序分量、負(fù)序分量和零序分量l分別計算各序系統(tǒng)電流和轉(zhuǎn)矩，然后疊加 l在對稱的三相系統(tǒng)，三相中的電壓Ua、Ub、Uc對稱，只有一個獨(dú)立變量。 Ub=2 Ua, Uc=Ual復(fù)數(shù)算子復(fù)數(shù)算子ej120e-j240，且2ej240e-j120；3ej360ej01。 = cos120+j si

2、n1201、對稱系統(tǒng)、對稱系統(tǒng)2 2對稱分量法對稱分量法l分解為三個獨(dú)立的對稱系分解為三個獨(dú)立的對稱系統(tǒng)，統(tǒng)，即正序系統(tǒng)、負(fù)序系即正序系統(tǒng)、負(fù)序系統(tǒng)統(tǒng)和和零序系統(tǒng)零序系統(tǒng)例：例： Ua、Ub、Uc為不對稱三相電壓為不對稱三相電壓l下標(biāo)“+”、“-”、“0”分別表示正序、負(fù)序和零序cbaacbaacbaaUUUUUUUUUUUU310231231對稱分量法對稱分量法Ua+、Ub+、Uc+組成正序系統(tǒng)組成正序系統(tǒng)滿足約束條件Ub+=2 Ua+, Uc+=Ua+l正序系統(tǒng)：正序系統(tǒng)：每相大小相等，相序?yàn)槊肯啻笮∠嗟?，相序?yàn)閍 a、b b、c c，彼此相位差彼此相位差120120。Ua-、Ub-、Uc

3、-組成負(fù)序系統(tǒng)組成負(fù)序系統(tǒng)l滿足約束條件Ub-=Ua-, Uc-=2Ua-l負(fù)序系統(tǒng)：是每相大小相等，相序?yàn)樨?fù)序系統(tǒng)：是每相大小相等，相序?yàn)閍 a、c c、b b，彼此相位差，彼此相位差120120。Ua0、Ub0、Uc0組成零序系統(tǒng)組成零序系統(tǒng)l滿足約束條件Ub0=Ua0, Uc0=Ua0l零序系統(tǒng)：每相大小相等且同相位零序系統(tǒng)：每相大小相等且同相位。l共同性質(zhì)共同性質(zhì)：三相大小相等，彼此之間相位差相等三相大小相等，彼此之間相位差相等（1）由不對稱系統(tǒng)分解得到的正序、負(fù)序和零序系統(tǒng)都是對稱系統(tǒng)都是對稱系統(tǒng)。對稱系統(tǒng)容易求解。當(dāng)求得各個對稱分量后，再把各相的三個分量疊加疊加便得到不對稱運(yùn)行情形

4、。（2）不同相序電流流經(jīng)電機(jī)和變壓器具有不同不同相序電流流經(jīng)電機(jī)和變壓器具有不同物理性質(zhì)，具有不同阻抗參數(shù)物理性質(zhì)，具有不同阻抗參數(shù)。（3）對稱分量法根據(jù)疊加原理，只適用于線性參數(shù)的電路中。3、正序等效電路、正序等效電路正序電壓，產(chǎn)生正序電流，建立正向旋轉(zhuǎn)磁場，產(chǎn)生正向轉(zhuǎn)矩，拖動轉(zhuǎn)子同方向旋轉(zhuǎn)。正序轉(zhuǎn)差率正序轉(zhuǎn)差率 snnns112211|jxsrjxrjxrZmm4、負(fù)序等效電路、負(fù)序等效電路負(fù)序電壓，產(chǎn)生負(fù)序電流，建立負(fù)向旋轉(zhuǎn)磁場，產(chǎn)生反向轉(zhuǎn)矩，與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反。負(fù)序轉(zhuǎn)差率負(fù)序轉(zhuǎn)差率 snnns21122112|jxsrjxrjxrZmm5、零序電壓與零序電流、零序電壓與零序電流l異步電

5、機(jī)一般不接中線，可不考慮零序電流。 不對稱運(yùn)行分析ZUIZUI111112111211IIIIIIIIICBA21121112211211122xcxjsrcrUIxcxjsrcrUIsrIPsrIPmm23,3222222srIsrIpTTTsrIpTsrIpT2323,3222222122212221負(fù)序?qū)\(yùn)行的影響 l較小的負(fù)序電壓會產(chǎn)生較大的負(fù)序電流較小的負(fù)序電壓會產(chǎn)生較大的負(fù)序電流 NstNkNkUUIUUZUZUI1111例如：U1-0.05UN，I1-(5-7)0.05IN(0.250.35)IN。它與正序電流疊加，可能使某相電流大大超過額定電流。 合成轉(zhuǎn)矩小于正序轉(zhuǎn)矩，導(dǎo)致起動

6、性能和過載能力下降合成轉(zhuǎn)矩小于正序轉(zhuǎn)矩，導(dǎo)致起動性能和過載能力下降 例例 11-11.正常運(yùn)行時電磁轉(zhuǎn)矩T=343N.m定子電流I1=84.7A2.電源一相斷線（兩相運(yùn)行）負(fù)載不變時，轉(zhuǎn)速有下降，s增大定子電流 I=166A 急劇增大急劇增大單相異步電動機(jī)單相異步電動機(jī)單相異步電動機(jī)單相異步電動機(jī) 定子兩相繞組定子兩相繞組：m 主繞組，工作繞組 a 輔助繞組，起動繞組轉(zhuǎn)子為鼠籠式繞組轉(zhuǎn)子為鼠籠式繞組 1、單相異步電動機(jī)特點(diǎn)、單相異步電動機(jī)特點(diǎn)l輔助繞組a串聯(lián)一移相元件移相元件(通常是電容器)，然后與主繞組m并聯(lián)接到單相電源l結(jié)構(gòu)上，實(shí)質(zhì)上是兩相電機(jī)實(shí)質(zhì)上是兩相電機(jī) Im、Ia不同相位，實(shí)質(zhì)上是

7、兩相運(yùn)行 2、分析方法、分析方法對稱分量法雙旋轉(zhuǎn)磁場理論交軸磁場理論 3、對稱分量法分析工作原理、對稱分量法分析工作原理l輔助繞組開路時輔助繞組開路時 Ia0 對稱分量法分解成對稱分量 設(shè)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)樽詀相轉(zhuǎn)向m相 0aaammmIIIIIImamaI jII jImmmIII213、對稱分量法分析工作原理、對稱分量法分析工作原理l輔助繞組開路時輔助繞組開路時 電壓分量 電流分量 ZIZIUUUmmmmZZUIImm4、輔助繞組開路時的轉(zhuǎn)矩、輔助繞組開路時的轉(zhuǎn)矩2222222jxsrjxrjxrIIjxsrjxrjxrIImmmmmmmmmmsrIPsrIPmm22,2222222srIs

8、rIpTTTsrIpTsrIpT2222,22222221222122214、輔助繞組開路時的轉(zhuǎn)矩、輔助繞組開路時的轉(zhuǎn)矩1 1起動轉(zhuǎn)矩等于零起動轉(zhuǎn)矩等于零當(dāng)sl時，T+T-，T0，單相電機(jī)僅一個繞組工作不能自行起動。2 2轉(zhuǎn)動后單相電機(jī)可以在一個繞組情轉(zhuǎn)動后單相電機(jī)可以在一個繞組情況下運(yùn)行況下運(yùn)行轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，則Z+Z-，T+T-，TO，由于有負(fù)序轉(zhuǎn)矩存在，所以其過載能力和效率均有所降低。3 3理想空載狀態(tài)也達(dá)不到同步轉(zhuǎn)速理想空載狀態(tài)也達(dá)不到同步轉(zhuǎn)速 因有負(fù)序轉(zhuǎn)矩存在，即使轉(zhuǎn)軸上不帶任何負(fù)載，轉(zhuǎn)子電流也不可能為零，單相電機(jī)達(dá)不到同步轉(zhuǎn)速。 5、兩相通電時的磁勢、兩相通電時的磁勢l兩相繞組的磁勢l

9、合成磁勢90cos2190cos21)cos()90cos(cos21cos21coscostxFtxFtxFftxFtxFtxFfmmmmaaaamafffmmNmmaaNaaIpkNFIpkNF119 . 09 . 0若Fa=Fm，=90則圓形旋轉(zhuǎn)磁場圓形旋轉(zhuǎn)磁場txFfffmacos6、單相異步電動機(jī)的起動、單相異步電動機(jī)的起動l電容電動機(jī)電容電動機(jī)電容運(yùn)行電容起動雙值電容電容運(yùn)轉(zhuǎn)電動機(jī) l額定負(fù)載時有接近圓形旋轉(zhuǎn)磁場，性能性能較好l起動時橢圓度差，起動轉(zhuǎn)矩小l空載有負(fù)序磁勢，空載電流大，損耗大電容起動電動機(jī) l合理選擇電容器和主輔繞組匝數(shù)，使起動時氣隙磁場接近圓形旋轉(zhuǎn)磁場?？梢杂休^高的

10、起動較高的起動轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩。 l電動機(jī)起動后，在離心力作用下斷開常閉觸點(diǎn)，自動切斷輔助電路單相運(yùn)行單相運(yùn)行 雙值電容電動機(jī)雙值電容電動機(jī)l在輔助繞組回路中串接兩個并聯(lián)的電容器l運(yùn)行電容CR固定接入輔助繞組電路l起動電容Cs在起動時接入，起動后靠離心開關(guān)Q斷開l電機(jī)有較好的起動和運(yùn)行性能6、單相異步電動機(jī)的起動、單相異步電動機(jī)的起動l電阻起動單相電動機(jī)電阻起動單相電動機(jī)只要兩個回路的阻抗不同，Im、Ia便不同相位，從而建立旋轉(zhuǎn)磁場，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩 結(jié)構(gòu)簡單，起動轉(zhuǎn)矩結(jié)構(gòu)簡單，起動轉(zhuǎn)矩低低7、罩極電動機(jī) l罩極繞組 短路環(huán) l穿過短路環(huán)與不穿過短路環(huán)的兩部分磁場有時間相位差兩個磁場在空間和時間上不同相

11、l合成磁場是橢圓形合成磁場是橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場 ，旋轉(zhuǎn)方向從未罩極部分轉(zhuǎn)向罩極部分 12123kEkIk異步發(fā)電機(jī)異步發(fā)電機(jī)異步發(fā)電機(jī)異步發(fā)電機(jī)l發(fā)電機(jī)運(yùn)行發(fā)電機(jī)運(yùn)行：原動機(jī)拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，且轉(zhuǎn)速大于旋轉(zhuǎn)磁場的同步速011nnns轉(zhuǎn)差率異步發(fā)電機(jī)相量圖異步發(fā)電機(jī)相量圖輸入有功功率小于0，表明輸出有功功率 1111cosImUP 異步發(fā)電機(jī)運(yùn)行方式異步發(fā)電機(jī)運(yùn)行方式l與電網(wǎng)并聯(lián)與電網(wǎng)并聯(lián)電壓和頻率完全取決于電網(wǎng)的電壓和頻率，與轉(zhuǎn)速無電壓和頻率完全取決于電網(wǎng)的電壓和頻率，與轉(zhuǎn)速無關(guān)關(guān) 激磁電流（無功性質(zhì)）由電網(wǎng)提供 原動機(jī)輸入機(jī)械功率增大，則轉(zhuǎn)速增大，輸出有功增大異步發(fā)電機(jī)運(yùn)行方式異步發(fā)電機(jī)運(yùn)行方式l單

12、機(jī)運(yùn)行單機(jī)運(yùn)行 激磁電流由并聯(lián)在端點(diǎn)上的電容器供給 電容器通常為三角形連接 電壓和頻率大小與電容值、電機(jī)轉(zhuǎn)速及負(fù)載情電壓和頻率大小與電容值、電機(jī)轉(zhuǎn)速及負(fù)載情況有關(guān)況有關(guān)spnpnf1606011負(fù)載增加，轉(zhuǎn)差率|s|增大，要維持f1不變，必須相應(yīng)提高轉(zhuǎn)速n；負(fù)載感性電流增大，必須加大電容量，才能維持電壓不變 異步發(fā)電機(jī)單機(jī)電壓建起過程異步發(fā)電機(jī)單機(jī)電壓建起過程1空載特性2電容器特性1 原始剩磁Ur在電容器上產(chǎn)生電容電流，對電機(jī)勵磁2 勵磁增大后，電壓上升，勵磁電流再增大正反饋3 達(dá)到交點(diǎn)A，為穩(wěn)定運(yùn)行工作點(diǎn)A異步電機(jī)的制動運(yùn)行異步電機(jī)的制動運(yùn)行異步電動機(jī)制動異步電動機(jī)制動l制動在原有旋轉(zhuǎn)方向上

13、產(chǎn)生一個反方向的轉(zhuǎn)矩（如加速停轉(zhuǎn)、減速運(yùn)行、恒速等）l異步電動機(jī)有四種制動方法：能耗制動回饋制動反接制動正接反轉(zhuǎn)制動。1、能耗制動l原理：電動機(jī)的定子繞組從電源切斷后，將其中任意兩端接上直流電源從而在空氣隙中建立一靜止的磁場。旋轉(zhuǎn)著的轉(zhuǎn)子切割磁場感應(yīng)電勢，由于轉(zhuǎn)子繞組是一閉合電路，便產(chǎn)生電流和電磁轉(zhuǎn)矩。該電磁轉(zhuǎn)該電磁轉(zhuǎn)矩的作用方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反，矩的作用方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反，起到制動作用起到制動作用。l轉(zhuǎn)子機(jī)械動能變?yōu)殂~耗而迅速耗掉，達(dá)到迅速停車的目的，稱為能耗制動。l能耗制動在高速時效果較好。2、回饋制動（發(fā)電機(jī)制動）l例如，當(dāng)電車下坡時，重力的作用將使車速增大。一旦轉(zhuǎn)速nn1，電機(jī)就

14、由原來的電動機(jī)狀態(tài)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)狀態(tài)運(yùn)行，這時電機(jī)的有功電流和電磁轉(zhuǎn)矩方向都將倒轉(zhuǎn)，從而制止了轉(zhuǎn)速進(jìn)一步增加，起到了制動作用。由于電流方向倒轉(zhuǎn)，電功率回送到電網(wǎng)，故稱為回饋制動。l情況：起重設(shè)備在負(fù)載降落時，如高速，則發(fā)電制動，以限制下降速度。3、反接制動（正轉(zhuǎn)反接）l工作原理：利用換接開關(guān)改變定子電流的相序，使旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向倒轉(zhuǎn)，換接后的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向相反（s=2），電機(jī)便處于制動狀態(tài)，使轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速迅速下降。情況：震動和沖擊較大，不宜用于精度要求高的場合。用于可逆轉(zhuǎn)的傳動系統(tǒng)。4、正接反轉(zhuǎn)制動l正接反轉(zhuǎn)制動：指電動機(jī)的定子接線仍保持電動機(jī)運(yùn)行時的接法不變，如轉(zhuǎn)子在外力推動下強(qiáng)迫了反向旋轉(zhuǎn)，這時電磁轉(zhuǎn)矩是一制動轉(zhuǎn)矩。l主要用于以線繞轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)為動力的起重機(jī)械中。當(dāng)需下放重物時，可再增大轉(zhuǎn)子附加電阻，使平衡點(diǎn)落于負(fù)轉(zhuǎn)速區(qū)。例如圖中d點(diǎn)，轉(zhuǎn)子將在反方向旋轉(zhuǎn)。重物下降所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩是原動轉(zhuǎn)矩，電磁轉(zhuǎn)矩是制動轉(zhuǎn)矩，電機(jī)處于制動狀態(tài)改變附加電阻大小可控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速改變附加電阻大小可控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速l當(dāng)起重機(jī)械提升重物時，當(dāng)電機(jī)處于平衡狀態(tài)時，將以某一轉(zhuǎn)速a點(diǎn)穩(wěn)速運(yùn)行。改變轉(zhuǎn)子附加電阻可控制提升速度，如b點(diǎn)所示。l如需重物懸空后不動，則應(yīng)增加轉(zhuǎn)于附加電阻以改變機(jī)械