電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)5

1、電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)交流電機(jī)三相異步電機(jī)三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理單相異步電動(dòng)機(jī)三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的電磁過(guò)程異步電機(jī)的分析原則上與變壓器有相似之處1，討論異步電機(jī)內(nèi)在的電磁規(guī)律，推導(dǎo)電壓和磁勢(shì)平衡式2，討論矢量圖和等值電路，利用等值電路分析和計(jì)算3，討論異步電機(jī)的各種運(yùn)行特性和性能一、異步電機(jī)轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的分析異步電機(jī)正常工作是旋轉(zhuǎn)的。由于旋轉(zhuǎn)和靜止時(shí)的基本電磁規(guī)律相同。靜止時(shí)的分析方便，故先分析轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的特性異步電機(jī)轉(zhuǎn)子靜止時(shí)也有二種狀態(tài)，轉(zhuǎn)子繞組開(kāi)路；轉(zhuǎn)子繞組短路三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的電磁過(guò)程轉(zhuǎn)子繞組開(kāi)路 與變壓器的空載運(yùn)行相同。轉(zhuǎn)子繞組開(kāi)路，轉(zhuǎn)子繞組無(wú)電流，也不產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。 定子外加的相電壓

2、U1、頻率f1的電源，產(chǎn)生定子勵(lì)磁電流Im。氣隙磁場(chǎng)Bm的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)F1就是定子上的三相基波合成磁動(dòng)勢(shì)F10，即Fm0=F10三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的電磁過(guò)程2.轉(zhuǎn)子繞組短路 人為使轉(zhuǎn)子不動(dòng)，與變壓器的短路相似。 轉(zhuǎn)子繞組短路，定子有Fm和Bm，也知它們以n0轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。 轉(zhuǎn)子繞組有感應(yīng)電勢(shì)，短路將產(chǎn)生對(duì)稱三相電流，故在轉(zhuǎn)子邊建立基波圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，有磁勢(shì)F2三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的電磁過(guò)程2.轉(zhuǎn)子繞組短路 轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)相對(duì)于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為n2=60f2/p2；p2轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的極對(duì)數(shù)，應(yīng)與定子磁場(chǎng)的極對(duì)數(shù)相同，p2=p1=p；f2轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電勢(shì)和電流的頻率 當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止時(shí)，可知n2=n1 ，則f2=pn2/

3、60=pn1/60=f1，可得，此時(shí)f2=f1； 結(jié)論：轉(zhuǎn)子磁勢(shì)F2也以同步轉(zhuǎn)速n1旋轉(zhuǎn)，與F1方向相同。與F1在空間相對(duì)靜止三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的電磁過(guò)程二、異步電機(jī)負(fù)載時(shí)的分析異步電機(jī)空載時(shí)，異步電機(jī)僅克服很小的阻轉(zhuǎn)矩，nn0認(rèn)為轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)不切割轉(zhuǎn)子繞組，幾乎沒(méi)有感應(yīng)電勢(shì)和感應(yīng)電流，與靜止轉(zhuǎn)子開(kāi)路相似。異步電機(jī)帶上負(fù)載，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速會(huì)下降，nn0，這時(shí)氣隙中的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子之間的有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，將有相應(yīng)感應(yīng)電流出現(xiàn)，導(dǎo)致產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)F2。F2與靜止時(shí)的分析關(guān)系？三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的電磁過(guò)程(一）轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)的分析轉(zhuǎn)子速度nnn0，s處于s1。表達(dá)機(jī)械功率的附加電阻(1-s)r2/

4、s也是一個(gè)負(fù)值。機(jī)械功率為負(fù)值，外部輸入機(jī)械功率。外部能量傳到定子定子每相輸入功率異步電機(jī)吸收機(jī)械功率，定子電路也提供電磁功率。這些能量全部都消耗在轉(zhuǎn)子的銅耗上三相異步電動(dòng)機(jī)的等效電路及向量圖（四）等效電路的簡(jiǎn)化對(duì)于討論的T型等效電路，在實(shí)際應(yīng)用中，常常將勵(lì)磁之路移到輸入端，因?yàn)閯?lì)磁電流比例很小。這時(shí)的電路可以簡(jiǎn)化成三相異步電動(dòng)機(jī)的等效電路及向量圖二、異步電動(dòng)機(jī)的相量圖根據(jù)電機(jī)的等效電路圖，可以畫(huà)出相應(yīng)各電磁量的相量圖三相異步電動(dòng)機(jī)的等效電路及向量圖二、異步電動(dòng)機(jī)的相量圖電機(jī)的近似等效電路圖，也可以畫(huà)出相應(yīng)的相量圖三相異步電動(dòng)機(jī)的等效電路及向量圖三相異步電動(dòng)機(jī)的等效電路及向量圖三相異步電動(dòng)機(jī)的

5、等效電路及向量圖三相異步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩異步電機(jī)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵，在于作為耦合介質(zhì)的磁場(chǎng)對(duì)電系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)的作用和反作用研究功率方程式和相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩方程式一、功率轉(zhuǎn)換過(guò)程異步電動(dòng)機(jī)的功率傳遞與損耗根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)的T形等效電路來(lái)分析三相異步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩二、功率方程式三相異步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩根據(jù)異步機(jī)的T形等效電路來(lái)分析?？傒斎牍β?定子銅耗 定子鐵耗經(jīng)過(guò)氣隙傳到轉(zhuǎn)子上去的電磁功率由等效電路可知，傳到轉(zhuǎn)子上的電磁功率就是轉(zhuǎn)子消耗的有功功率，或者說(shuō)是電阻 上的有功率或 Pem進(jìn)入轉(zhuǎn)子后，在轉(zhuǎn)子電阻上產(chǎn)生轉(zhuǎn)子銅損耗 。功率減掉轉(zhuǎn)子銅損耗，余下部分全部轉(zhuǎn)換為機(jī)械功率，稱為總機(jī)械功率電磁三相異步

6、電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)子銅損是轉(zhuǎn)子電阻所消耗的功率它的表達(dá)式有由轉(zhuǎn)子上的電磁功率，可得 上式表明轉(zhuǎn)子銅損耗僅占電磁功率的很小一部分(對(duì)應(yīng)s的那部分)，有時(shí)把它稱為轉(zhuǎn)差功率?？倷C(jī)械功率可以表示為說(shuō)明 占 大部分（對(duì)應(yīng)1-s）的部分。上二式，可得：上式表明總機(jī)械功率是等效電路中，電阻 上對(duì)應(yīng)的有功功率三相異步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩二、功率方程式三相異步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩三、轉(zhuǎn)矩方程式電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，機(jī)械功率等于相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩和機(jī)械角速度的乘積穩(wěn)態(tài)時(shí)的轉(zhuǎn)矩方程有關(guān)系三相異步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是指轉(zhuǎn)子電流與主磁通相互作用產(chǎn)生電磁力形成的總轉(zhuǎn)矩說(shuō)明電磁轉(zhuǎn)矩等于異步電動(dòng)機(jī)總機(jī)械功率 除以轉(zhuǎn)子的

7、機(jī)械角速度說(shuō)明電磁轉(zhuǎn)矩也等于異步電動(dòng)機(jī)的電磁功率 除以定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的機(jī)械角速度（同步角速度）三相異步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩四、電磁轉(zhuǎn)矩公式比較直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和交流感應(yīng)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩他激直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩:1)無(wú)穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)之分；2)與Ia之間獨(dú)立（正交）(消除電樞反應(yīng)條件下)。 電樞繞組的運(yùn)動(dòng)方向與磁密的方向成正交，根據(jù)左手原理， N根導(dǎo)體的總電磁轉(zhuǎn)矩： 轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系(與直流機(jī)的轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系相同)三相異步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩三相異步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩三相異步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩三相異步電動(dòng)機(jī)的工作特性及其測(cè)取方法異步電機(jī)工作特性額定電壓和額定頻率運(yùn)行情況下，電機(jī)轉(zhuǎn)速n、定子電流I1、功率因數(shù)cos1

8、、電磁轉(zhuǎn)矩Tem、效率等于輸出功率P2的關(guān)系一、工作特性的分析轉(zhuǎn)速特性定子電流特性功率因數(shù)特性電磁轉(zhuǎn)矩特性效率特性三相異步電動(dòng)機(jī)的工作特性及其測(cè)取方法二、工作特性的求取異步電機(jī)工作特性可以利用等效電路求得也可以用直接負(fù)載方法求得直接負(fù)載法在帶負(fù)載情況下，測(cè)出電機(jī)的定子電阻、鐵耗和機(jī)械損耗反映異步電機(jī)電磁過(guò)程的等效電路中的參數(shù)，在額定電壓和額定頻率下基本是不變的負(fù)載試驗(yàn)時(shí)，保持額定電壓和額定頻率不變，給電機(jī)加不同的負(fù)載，計(jì)算在不同負(fù)載下的輸入功率P1、定子電流I、轉(zhuǎn)速n、計(jì)算這些情況下的功率因數(shù)cos1、電磁轉(zhuǎn)矩Tem和效率三相異步電動(dòng)機(jī)參數(shù)的測(cè)定異步電機(jī)有二組參數(shù)需要測(cè)定空載時(shí)的勵(lì)磁參數(shù)堵轉(zhuǎn)參

9、數(shù)一、空載試驗(yàn)與勵(lì)磁參數(shù)的確定空載試驗(yàn)試驗(yàn)過(guò)程：額定電壓和額定頻率下，機(jī)械軸上不帶任何負(fù)載的運(yùn)行一段時(shí)間。機(jī)械損耗穩(wěn)定后，調(diào)節(jié)電源電壓，記錄電壓、電流功率和轉(zhuǎn)速三相異步電動(dòng)機(jī)參數(shù)的測(cè)定勵(lì)磁參數(shù)與鐵損及機(jī)械損耗的確定（1）機(jī)械損耗與鐵損的分離輸入電機(jī)功率全部用于補(bǔ)償定子銅損，鐵損和機(jī)械損耗鐵損和機(jī)械損耗總和鐵損與端電壓平方成正比畫(huà)出圖中虛線上部坐標(biāo)值是機(jī)械損耗圖中虛線下部坐標(biāo)值是鐵損三相異步電動(dòng)機(jī)參數(shù)的測(cè)定勵(lì)磁參數(shù)與鐵損及機(jī)械損耗的確定（2）勵(lì)磁參數(shù)的分離空載時(shí)，s0，則有等效電路計(jì)算勵(lì)磁參數(shù)為空載時(shí)異步電機(jī)的等效電路三相異步電動(dòng)機(jī)參數(shù)的測(cè)定二、堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)及堵轉(zhuǎn)參數(shù)的確定堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)短路試驗(yàn)，電機(jī)轉(zhuǎn)子

10、不動(dòng)。一般在降低電源電壓下進(jìn)行。在不同端電壓下，記錄端電壓、定子電流和功率特點(diǎn)轉(zhuǎn)子不動(dòng)，s=1，附加電阻R2(1-s)/s=0。對(duì)應(yīng)等效電路三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率的關(guān)系此節(jié)研究電磁轉(zhuǎn)矩Tem與轉(zhuǎn)差率s的關(guān)系電磁轉(zhuǎn)矩異步電機(jī)等效電路，可求得：則電磁轉(zhuǎn)矩為三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率的關(guān)系根據(jù)異步電機(jī)函數(shù)關(guān)系，可知，有極值存在。令 可求出電磁轉(zhuǎn)矩最大值最大轉(zhuǎn)矩值三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率的關(guān)系近似關(guān)系結(jié)論：當(dāng)電機(jī)的參數(shù)和電壓頻率不變時(shí)，最大轉(zhuǎn)矩與電源電壓平方成正比， 則不變當(dāng)電源電源和頻率不變時(shí)， 和 與 ，成反比 與 無(wú)關(guān)， 則與 成正比線繞電機(jī)，可在轉(zhuǎn)子繞組中加入電阻 ，可使電機(jī)起動(dòng)時(shí)

11、，有最大轉(zhuǎn)矩單相異步電動(dòng)機(jī)單相異步電動(dòng)機(jī)單相電源供電的異步電動(dòng)機(jī)一、單相電源供電電機(jī)的運(yùn)行單相電機(jī)工作原理單相異步電動(dòng)機(jī)一、單相電源供電電機(jī)的運(yùn)行單相電機(jī)工作原理圖示可知，單相異步電機(jī)如同三相電機(jī)僅加入一相電源已知單相電流建立的磁動(dòng)勢(shì)是一脈振磁動(dòng)勢(shì)。表達(dá)式磁動(dòng)勢(shì)分成二部分，正轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)和反轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)二個(gè)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，分別產(chǎn)生正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)磁場(chǎng)正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，在轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流在磁場(chǎng)和感應(yīng)電流作用下，產(chǎn)生使電機(jī)旋轉(zhuǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩單相異步電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)差率為反轉(zhuǎn)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)差率為可得到正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩合成轉(zhuǎn)矩為單相異步電動(dòng)機(jī)從Tem-s曲線，單相異步電機(jī)有二個(gè)特性電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí)，n=

12、0，合成轉(zhuǎn)矩Tem+Tem-=0，電機(jī)無(wú)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，電機(jī)無(wú)法起動(dòng)若電機(jī)已在轉(zhuǎn)動(dòng)，則合成電磁轉(zhuǎn)矩不等于零，電機(jī)將被加速到接近同步轉(zhuǎn)速n0。單相異步電動(dòng)機(jī)單相異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)是籠式，結(jié)構(gòu)對(duì)稱電磁效應(yīng)看，可以用與定子磁動(dòng)勢(shì)平行及垂直二條軸線上的二根導(dǎo)條，來(lái)表示此時(shí)的實(shí)際轉(zhuǎn)子與定子磁動(dòng)勢(shì)平行的軸，稱為直軸，下標(biāo)d表示與定子磁動(dòng)勢(shì)垂直的軸，稱為交軸，下標(biāo)q表示單相異步電動(dòng)機(jī)電機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí)，定子脈振磁動(dòng)勢(shì)僅在q軸上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流。但作用在其上的電磁力相互抵消，不能形成電磁轉(zhuǎn)矩電機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí)，d軸上繞組不與定子脈振磁場(chǎng)交鏈，不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流，沒(méi)有電磁力電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)后，電機(jī)內(nèi)的電磁情況有了變化脈振磁場(chǎng)按正弦分

13、布每極脈振磁通磁通將在二個(gè)軸上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)單相異步電動(dòng)機(jī)二種電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的感應(yīng)電流Id和Iq，將建立相應(yīng)的磁動(dòng)勢(shì)磁動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式為合成磁動(dòng)勢(shì)為則有圓形磁場(chǎng)單相異步電動(dòng)機(jī)若FdFq，F(xiàn)dFq，則正轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)大于反轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)研究結(jié)果是，合成磁動(dòng)勢(shì)將為正弦分布，幅值變動(dòng)，非恒速旋轉(zhuǎn)的一種磁動(dòng)勢(shì)，其矢量的終端軌跡為一個(gè)橢圓合成磁動(dòng)勢(shì)的最大值為正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)的幅值之和合成磁動(dòng)勢(shì)的最小值為正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)的幅值之差單相異步電動(dòng)機(jī)二、單相電機(jī)的主要類(lèi)型和起動(dòng)方法解決單相電機(jī)起動(dòng)問(wèn)題的根本方法，在定子回路再建立一個(gè)脈振磁動(dòng)勢(shì)，相位和位置不同于原來(lái)存在的脈振磁動(dòng)勢(shì)根據(jù)起動(dòng)方法和相應(yīng)結(jié)構(gòu)上的不同，常用單相異步電機(jī)有二

14、種類(lèi)型1. 分相式電動(dòng)機(jī)除主繞組外，另有一個(gè)輔助繞組（起動(dòng)繞組）單相異步電動(dòng)機(jī)二、單相電機(jī)的主要類(lèi)型和起動(dòng)方法分相式電動(dòng)機(jī)又分成二種，電阻分相和電容分相（1）電阻分相（2）電容分相單相異步電動(dòng)機(jī)2. 罩極式電動(dòng)機(jī) 直線異步電動(dòng)機(jī)一般電機(jī)都是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的，有時(shí)需要直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)械設(shè)備。直線電機(jī)可以直接給出直線運(yùn)動(dòng)一、工作原理結(jié)構(gòu)變換將籠式電機(jī)沿徑向展開(kāi)，拉直成為直線電機(jī) 直線異步電動(dòng)機(jī)當(dāng)直線電機(jī)在初級(jí)（定子）繞組通入對(duì)稱三相電流，與籠式電機(jī)同樣，建立了三相合成磁動(dòng)勢(shì)三相合成磁動(dòng)勢(shì)將沿A,B,C相序直線運(yùn)動(dòng)，形成直線移動(dòng)的行波磁場(chǎng)行波磁場(chǎng)的線速度次級(jí)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)、感應(yīng)電流。將產(chǎn)生與行波磁場(chǎng)相同方向運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)速度為v，轉(zhuǎn)差率s為 直線異步電動(dòng)機(jī)二、結(jié)構(gòu)形式及其特點(diǎn)1. 結(jié)構(gòu)形式三種結(jié)構(gòu)式：扁平式、管形、園盤(pán)形直線異步電動(dòng)機(jī)2. 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的鐵心是圓環(huán)形，不存在始端和終端直線電機(jī)的鐵心是平直的，二端是開(kāi)斷的將直線電機(jī)的固定部分和移動(dòng)部分做成一樣長(zhǎng)，則直線電機(jī)的移動(dòng)距離不長(zhǎng)。可以將固定部分和移動(dòng)部分