電機(jī)及拖動(dòng)第六章

電機(jī)及拖動(dòng)第六章第1頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月26.1.1空載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系6.1三相異步電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行第2頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月3

6.1.2空載運(yùn)行時(shí)的基本方程式空載時(shí)的等效電路空載電流I0主要成份是建立旋轉(zhuǎn)磁場的感性無功電流，空載時(shí)功率因數(shù)很低，一般cos

0<0.2如果將定子感應(yīng)電動(dòng)勢看作是勵(lì)磁電流IO

在勵(lì)磁電路上的壓降，則勵(lì)磁電阻表征鐵心損耗勵(lì)磁電抗

表征主磁通作用勵(lì)磁阻抗第3頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月4異步電動(dòng)機(jī)與變壓器的差別：1）主磁場性質(zhì)不同：異步電動(dòng)機(jī)為旋轉(zhuǎn)磁場，變壓器為脈動(dòng)磁場.3）由于存在氣隙,異步電動(dòng)機(jī)漏抗較變壓器的大.5)

異步電動(dòng)機(jī)通常采用短距和分布繞組,計(jì)算時(shí)需考慮繞組系數(shù),變壓器則為整距集中繞組,可認(rèn)為繞組系數(shù)為1.第4頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月56.2.1負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系6.2三相異步電動(dòng)機(jī)的負(fù)載運(yùn)行第5頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月66.2.2轉(zhuǎn)子各物理量與s的關(guān)系1．轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢及電流的頻率f2

可見：轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢及電流的頻率f2與轉(zhuǎn)差率s成正比。當(dāng)n=0，s=1，f2=f1=f2max；n↑→s↓→f2↓當(dāng)n=nN，由于sN=0.015～0.05，所以f2N=f1sN

lHz～3Hz。2．轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子繞組的電動(dòng)勢E2s

E2s=4.44f2kw2N2

1=4.44sflkw2N2

1=sE2

當(dāng)n=0,s=1，靜止時(shí)的E2s=E2為最大，n↑→s↓→E2s↓

轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)后，轉(zhuǎn)子繞組的電勢和電流的頻率與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速有關(guān)——取決于氣隙旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子的相對速度。第6頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月73.轉(zhuǎn)子電抗X2s

X2s=2

f2L2=2f1sL2=sX2

4.轉(zhuǎn)子電流I2s當(dāng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)瞬間，s=1，I2s為最大；n↑→s↓→I2s↓5.轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢F2相對定子的轉(zhuǎn)速

注意:轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在上面的分析中f2、E2s

、X2s、I2s均是轉(zhuǎn)差率s的函數(shù)，而轉(zhuǎn)子繞組的磁動(dòng)勢F2的轉(zhuǎn)速ns卻是一個(gè)與s無關(guān)的量。

當(dāng)n=0,s=1，靜止時(shí)的X2s=X2為最大，n↑→s↓→X2s↓F2相對于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為F2相對定子的轉(zhuǎn)速第7頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月81.定、轉(zhuǎn)子合成磁動(dòng)勢

6.2.3負(fù)載運(yùn)行時(shí)的基本方程式ns12ns第8頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月92.磁動(dòng)勢平衡方程式F1+F2=F0F1=F0

+(-F2)

或負(fù)載分量，用于抵消F2的去磁作用，保證主磁通基本不變。勵(lì)磁分量TLnI2sTeI1Te=TL第9頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月103.電動(dòng)勢平衡方程式

實(shí)際電路定子側(cè)：轉(zhuǎn)子側(cè)：

定子、轉(zhuǎn)子在頻率上不一致，故仍不能使異步電動(dòng)機(jī)形成統(tǒng)一的等效電路，其主要問題就在于轉(zhuǎn)子電壓方程式中轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢和漏電抗的值與轉(zhuǎn)子頻率有關(guān)。第10頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月116.2.4負(fù)載運(yùn)行時(shí)的等效電路頻率折算

因?yàn)閒2=sf1

，所以只有當(dāng)s=1時(shí)，才有f2=f1。折算的原則是要保持折算前后的磁動(dòng)勢及功率關(guān)系不變。要保證折算前后轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢不變，也就必需保證折算前后轉(zhuǎn)子電流的大小和相位均不變。電流的數(shù)值仍是相等的，因此頻率折算前后保證F2不變。頻率為f2頻率為f1實(shí)際運(yùn)行的轉(zhuǎn)子電流靜止的轉(zhuǎn)子電流。第11頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月12頻率折算后的異步電動(dòng)機(jī)電路

為了等效地將旋轉(zhuǎn)著的轉(zhuǎn)子折算成不動(dòng)的轉(zhuǎn)子，就必需在轉(zhuǎn)子回路中串入一個(gè)實(shí)際上并不存在的虛擬電阻。這個(gè)虛擬電阻的損耗，實(shí)質(zhì)上表征了異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率。第12頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月13“新轉(zhuǎn)子”，它的繞組相數(shù)、每相串聯(lián)總匝數(shù)及繞組系數(shù)都分別和定子繞組的一樣，并且所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢F2保持不變。同時(shí)保持功率守恒關(guān)系---------繞組折算的基本依據(jù)。

繞組折算

用繞組（m1、N1、kw1）等效替代繞組（m2、N2、kw2

）第13頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月14

電流折算：根據(jù)磁動(dòng)勢不變原則

電動(dòng)勢折算：

阻抗折算：功率不變。電抗和漏阻抗可同樣折算。第14頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月15T型等效電路

頻率折算

繞組折算

T型等效電路基本方程式第15頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月16等效電路的簡化

’第16頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月17附加電阻的物理意義在實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)中，在轉(zhuǎn)子回路中并無此項(xiàng)電阻，但有機(jī)械功率輸出。在頻率歸算后的轉(zhuǎn)子電路中，因已等效成靜止轉(zhuǎn)子，沒有機(jī)械功率輸出，但卻串入附加電阻

其電功率為

電功率模擬軸上的機(jī)械功率。第17頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月18

有一臺(tái)UN=380V，fN=50Hz，nN=1440r/min，Y聯(lián)結(jié)的三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)，其參數(shù)為Xm=40

，r1=r2’=0.4

，X1=X2’

=1

，忽略rm。已知定轉(zhuǎn)子有效匝比為4()，試求額定負(fù)載時(shí),1)額定轉(zhuǎn)差率sN；2)根據(jù)簡化等效電路求出I1、I2、I0和cos

1；3)轉(zhuǎn)子相電動(dòng)勢E2s的大??；4)轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢的頻率f2N；5)總機(jī)械功率Pm

解1)轉(zhuǎn)差率sN2)求出I2

、I0、I1和cos

1

轉(zhuǎn)子回路阻抗例’第18頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月19Z’2

與Z1串聯(lián)阻抗設(shè)相電壓為參考相量，則轉(zhuǎn)子電流勵(lì)磁電流定子電流’第19頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月20于是各電流的有效值為

繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的定、轉(zhuǎn)子相數(shù)相等，所以該電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)3)轉(zhuǎn)子相電動(dòng)勢E2s的大小轉(zhuǎn)子實(shí)際電動(dòng)勢4)轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢的頻率f2N

5)總機(jī)械功率Pm第20頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月216.3.3相量圖第21頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月226.4.1功率平衡和轉(zhuǎn)矩平衡6.4.2三相異步電動(dòng)機(jī)的工作特性6.4三相異步電動(dòng)機(jī)的功率平衡、轉(zhuǎn)矩平衡及工作特性第22頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月23一、功率平衡方程式6.4.1功率平衡和轉(zhuǎn)矩平衡三相異步電動(dòng)機(jī)功率流程圖第23頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月24

總機(jī)械功率；

機(jī)械損耗和附加損耗

其余功率為輸出的機(jī)械功率

異步電動(dòng)機(jī)的功率平衡方程式：效率

=P2/P1第24頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月25轉(zhuǎn)矩平衡方程為電磁轉(zhuǎn)矩從轉(zhuǎn)子方面看，它等于總機(jī)械功率除以轉(zhuǎn)子機(jī)械角速度；從定子方面看，它又等于電磁功率除以同步機(jī)械角速度。電磁轉(zhuǎn)矩二、轉(zhuǎn)矩平衡方程式第25頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月26電磁轉(zhuǎn)矩物理表達(dá)式推導(dǎo)——轉(zhuǎn)矩常數(shù)

異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與每極磁通和轉(zhuǎn)子電流有功分量的乘積成正比。

第26頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月27[例]一臺(tái)2對極的三相異步電動(dòng)機(jī)，有關(guān)數(shù)據(jù)如下：電動(dòng)機(jī)的機(jī)械損耗100W，額定負(fù)載時(shí)的附加損耗50W。轉(zhuǎn)子銅耗335W，試計(jì)算額定負(fù)載時(shí)總機(jī)械功率、電磁功率，負(fù)載轉(zhuǎn)矩、空載轉(zhuǎn)矩和電磁轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子機(jī)械角速度總機(jī)械功率電磁功率負(fù)載轉(zhuǎn)矩解：空載轉(zhuǎn)矩mss第27頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月28電磁轉(zhuǎn)矩:mee10485Nm=66.78Nm157SPT==Wmmm同步角速度方法一方法二方法四方法三第28頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月291）轉(zhuǎn)速特性工作特性:6.4.2三相異步電動(dòng)機(jī)的工作特性

電動(dòng)機(jī)在額定電壓和額定頻率下運(yùn)行時(shí),電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n、定子電流Is

、功率因數(shù)、效率η、輸出轉(zhuǎn)矩T2與輸出功率P2之間的關(guān)系.空載時(shí)P2≈

0,I2≈0，由上列關(guān)系所以s≈0，nns

當(dāng)負(fù)載增大時(shí)，轉(zhuǎn)速略有下降

E2sI2T

隨著輸出功率P2的增大，轉(zhuǎn)差率s也增大，則轉(zhuǎn)速稍有下降。第29頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月30空載時(shí)P2

≈0,轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速nns負(fù)載時(shí)，當(dāng)P2nn第30頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月312）定子電流特性空載時(shí)P2

≈0,轉(zhuǎn)子電流I2’0(T=T0),I1=Io.當(dāng)負(fù)載增大，P2

nI2’

I1

定子電流幾乎隨P2

按正比例增加。第31頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月32第32頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月333）定子功率因數(shù)特性空載時(shí)，定子電流基本上是勵(lì)磁電流，主要用于無功勵(lì)磁，所以功率因數(shù)很低，約為0.1～0.2。當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，P2

cosφ1.

由于在空載到額定負(fù)載范圍內(nèi)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率s很小，而且變化很小，所以轉(zhuǎn)子功率因數(shù)角幾乎不變，但負(fù)載超過額定值時(shí)，s值就會(huì)變得較大，因此變大，轉(zhuǎn)子電流中的無功分量增加，因而使電動(dòng)機(jī)定子功率因數(shù)又重新下降。

當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，轉(zhuǎn)子電流的有功分量增加，定子電流的有功分量也隨之增加，即可使功率因數(shù)提高。在接近額定負(fù)載時(shí)，功率因數(shù)達(dá)到最大。第33頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月34第34頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月35空載時(shí)P2

≈0,T2

≈04）轉(zhuǎn)矩特性

異步電動(dòng)機(jī)的負(fù)載不超過額定值時(shí)，轉(zhuǎn)速n和角速度

變化很小。當(dāng)負(fù)載P2增加時(shí)，T2近似直線增加。第35頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月36

轉(zhuǎn)矩特性近似為一條斜率為1/

的直線。第36頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月375）效率特性

=f(P2)

當(dāng)可變損耗小，負(fù)載增加時(shí)，增加。當(dāng)可變損耗等于不變損耗時(shí)，最大，當(dāng)可變損耗大于不變損耗時(shí)，減少。

空載時(shí)P2=0,

=0不變損耗可變損耗第37頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月38第38頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月39思考：1、為什么說三相異步電動(dòng)機(jī)的主磁通基本保持不變？是否在任何情況下都保持不變？【答】：在正常負(fù)載范圍內(nèi)，異步電動(dòng)機(jī)定子繞組的漏阻抗壓降較小，繞組感應(yīng)的電動(dòng)勢約等于電源電壓；而異步電動(dòng)機(jī)的主磁通與繞組電動(dòng)勢成正比，因而也就與電源電壓成正比。所以說三相異步電動(dòng)機(jī)的主磁通基本不變。若電動(dòng)機(jī)起動(dòng)或所帶負(fù)載超過額定值較大時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)繞組流過的電流較大，繞組的漏阻抗壓降較大，繞組電動(dòng)勢就比電源電壓小很多，此時(shí)的主磁通就不能保持不變。此外，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的電源不為恒定值時(shí)，其主磁通也當(dāng)然不能保持不變。因而并非在任何情況下主磁通都保持不變。第39頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月402、為什么說三相異步電動(dòng)機(jī)的定子電流

是如何隨機(jī)械負(fù)載的增加而增加的？【答】：機(jī)械負(fù)載增加時(shí)，轉(zhuǎn)速將隨之下降，轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢增大，轉(zhuǎn)子電流增加，轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢也增加；由于轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢具有去磁作用，氣隙磁通出現(xiàn)下降趨勢，定子繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢也隨之出現(xiàn)下降趨勢；但是電源電壓不變，因此定子電流應(yīng)隨之增大。定子電流增大，定子磁動(dòng)勢也就增大，可以補(bǔ)償轉(zhuǎn)子電流隨機(jī)械負(fù)載的增加對磁通的影響，從而阻止定子電動(dòng)勢的進(jìn)一步下降的趨勢，以達(dá)到新的平衡?？傊瑱C(jī)械負(fù)載的增加是通過轉(zhuǎn)子電流、氣隙磁通作用于異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組，而使定子電流隨之增加的。第40頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月413、轉(zhuǎn)子電路的頻率與轉(zhuǎn)差率有什么關(guān)系？轉(zhuǎn)子