第七版電工學(xué)課件第七章

7.3三相異步電動(dòng)機(jī)的電路分析

三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁關(guān)系與變壓器類似。變壓器：

變化

eU1

E1=4.44fN1

E2=4.44fN2

E1、E2頻率相同，都等于電源頻率。異步電動(dòng)機(jī)每相電路i1u1e1e

1e2e

2i2+－++++－－－－f1f2定子繞組—一次繞組轉(zhuǎn)子繞組—二次繞組旋轉(zhuǎn)磁通—主磁通轉(zhuǎn)子電路自行閉合，且轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)7.3.1定子電路1.旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁通

異步電動(dòng)機(jī)：旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割導(dǎo)體e，

U1

E1=4.44

f1N1

每極磁通旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與定子導(dǎo)體間的相對(duì)速度為n0，所以2.定子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率f1感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率與磁場(chǎng)和導(dǎo)體間的相對(duì)速度有關(guān)f1=電源頻率f7.3.2轉(zhuǎn)子電路1.轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)頻率f2∵定子導(dǎo)體與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)間的相對(duì)速度固定，而轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)間的相對(duì)速度隨轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速不同而變化定子感應(yīng)電勢(shì)頻率f1轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)頻率f2

轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)頻率f2旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割定子導(dǎo)體和轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的速度不同2.轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E2E2=4.44f2N2

=4.44sf1N2

當(dāng)轉(zhuǎn)速n=0(s=1)時(shí)，f2最高，且E2最大，有E20=4.44

f1N2

轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的感應(yīng)電勢(shì)即E2=

sE20

轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的感應(yīng)電勢(shì)3.轉(zhuǎn)子感抗X2當(dāng)轉(zhuǎn)速n=0(s=1)時(shí)，f2最高，且X2最大，有X20=2

f1L2即X2=

sX20

4.轉(zhuǎn)子電流I25.轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)cos

2轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電流轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電流轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)結(jié)論：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子電路中的各量均與轉(zhuǎn)差率s有關(guān)，即與轉(zhuǎn)速

n有關(guān)。I2cos

2s1I2,O7.4三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性7.4.1轉(zhuǎn)矩公式

轉(zhuǎn)子中各載流導(dǎo)體在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下,受到電磁力所形成的轉(zhuǎn)矩之總和。常數(shù)，與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)每極磁通轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電路功率因數(shù)由此得電磁轉(zhuǎn)矩公式由前面分析知：由公式可知電磁轉(zhuǎn)矩公式1.T與定子每相繞組電壓成正比。U1

T

2.當(dāng)電源電壓U1一定時(shí)，T是s的函數(shù)。3.R2

的大小對(duì)T有影響。繞線式異步電動(dòng)機(jī)可外接電阻來(lái)改變轉(zhuǎn)子電阻R2，從而改變轉(zhuǎn)距。7.4.2機(jī)械特性曲線OTS根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式得特性曲線：OT10nn0電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)矩。1.額定轉(zhuǎn)矩TN三個(gè)重要轉(zhuǎn)矩OT額定轉(zhuǎn)矩(N?m)如某普通機(jī)床的主軸電機(jī)(Y132M-4型)的額定功率為7.5kw,額定轉(zhuǎn)速為1440r/min,則額定轉(zhuǎn)矩為2.最大轉(zhuǎn)矩Tmax轉(zhuǎn)子軸上機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩T2不能大于Tmax，否則將造成堵轉(zhuǎn)(停車)。電機(jī)帶動(dòng)最大負(fù)載的能力。令：求得臨界轉(zhuǎn)差率OTTmax將sm代入轉(zhuǎn)矩公式，可得當(dāng)U1一定時(shí)，Tmax為定值過(guò)載系數(shù)(能力)一般三相異步電動(dòng)機(jī)的過(guò)載系數(shù)工作時(shí)必須使T2

<Tmax，否則電機(jī)將停轉(zhuǎn)。電機(jī)嚴(yán)重過(guò)熱而燒壞。(2)sm與R2有關(guān)，R2

sm

n。繞線式電機(jī)改變轉(zhuǎn)子附加電阻R′2可實(shí)現(xiàn)調(diào)速。

3.起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)矩。起動(dòng)時(shí)n=0時(shí)，s=1(2)Tst與R2有關(guān)，適當(dāng)使R2

Tst。繞線式電機(jī)改變轉(zhuǎn)子附加電阻R′2,可使Tst=Tmax

。OTTstR2＜X20時(shí)，R2

Tst；R2＞X20時(shí)，R2

Tst↓

Tst體現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)帶載起動(dòng)的能力。

若

Tst

>T2，電機(jī)能起動(dòng)，否則不能起動(dòng)。起動(dòng)能力

例：一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)，其起動(dòng)能力Kst=1.2，

起動(dòng)時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩T2=0.8TN。如果起動(dòng)時(shí)定子電壓降低20%，問(wèn)能否啟動(dòng)？解：U=UN時(shí)，Tst=1.2TN；U

’=80%UN時(shí)，Tst’=0.64Tst

=0.64×1.2TN=0.768TN＜

T2不能起動(dòng)4.電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩可以隨負(fù)載的變化而自動(dòng)調(diào)整，這種能力稱為自適應(yīng)負(fù)載能力。

自適應(yīng)負(fù)載能力是電動(dòng)機(jī)區(qū)別于其它動(dòng)力機(jī)械的重要特點(diǎn)（如：柴油機(jī)當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，必須由操作者加大油門(mén)，才能帶動(dòng)新的負(fù)載）。此過(guò)程中n、s

E2,I2

I1

電源提供的功率自動(dòng)增加。T2

s

T2>TT’=T2’n

T

T′2達(dá)到新的平衡T2穩(wěn)定區(qū)TO非穩(wěn)定區(qū)TOT2

s

T2>Tn

T

電動(dòng)機(jī)停車

n

……

n=0T2

S

T2<Tn

T

穩(wěn)定運(yùn)行

n

……越過(guò)臨界點(diǎn)進(jìn)入穩(wěn)定區(qū)

T

T’=T2’T2T′2電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，很快經(jīng)過(guò)非穩(wěn)定區(qū)進(jìn)入穩(wěn)定區(qū)，正常工作。5.U1和R2變化對(duì)機(jī)械特性的影響(1)

U1變化對(duì)機(jī)械特性的影響U

Tm

Tst

T2TO(2)R2變化對(duì)機(jī)械特性的影響TOR2

Tst

n

硬特性：負(fù)載變化時(shí)，轉(zhuǎn)速變化不大，運(yùn)行特性好。軟特性：負(fù)載增加時(shí)轉(zhuǎn)速下降較快，但起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，起動(dòng)特性好。

(2)R2變化對(duì)機(jī)械特性的影響

不同場(chǎng)合應(yīng)選用不同的電機(jī)。如金屬切削，選硬特性電機(jī)；重載起動(dòng)則選軟特性電機(jī)。TOR2

Tst

n

硬特性：負(fù)載變化時(shí)，轉(zhuǎn)速變化不大，運(yùn)行特性好。軟特性：負(fù)載增加時(shí)轉(zhuǎn)速下降較快，但起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，起動(dòng)特性好。

7.5三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)7.5.1起動(dòng)性能起動(dòng)問(wèn)題：起動(dòng)電流大，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小。

一般中小型鼠籠式電機(jī)起動(dòng)電流為額定電流的5~7倍;電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的(1.0~2.2)倍。大電流使電網(wǎng)電壓降低，影響鄰近負(fù)載的工作頻繁起動(dòng)時(shí)造成熱量積累，使電機(jī)過(guò)熱后果：原因：起動(dòng)：

n=0，s=1,接通電源。起動(dòng)時(shí)，n=0，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁力線速度很大，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)轉(zhuǎn)子電流定子電流

7.5.2起動(dòng)方法(1)直接起動(dòng)

二、三十千瓦以下的異步電動(dòng)機(jī)一般都采用直接起動(dòng)。簡(jiǎn)單，但起動(dòng)電流大。(2)降壓起動(dòng)：星形-三角形(Y－)換接起動(dòng)自耦降壓起動(dòng)（適用于鼠籠式電動(dòng)機(jī)）(3)轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)（適用于繞線式電動(dòng)機(jī)）以下介紹降壓起動(dòng)和轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)。1.降壓起動(dòng)(1)Y－

換接起動(dòng)

降壓起動(dòng)時(shí)的電流為直接起動(dòng)時(shí)的+－

起動(dòng)U1U2V1V1W1W2

+－正常運(yùn)行U1U2V1V2W1W2設(shè)：電機(jī)每相阻抗為Y－

起動(dòng)器接線簡(jiǎn)圖L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1△動(dòng)觸點(diǎn)Y動(dòng)觸點(diǎn)靜觸點(diǎn)Y－

起動(dòng)器接線簡(jiǎn)圖Y起動(dòng)L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1

起動(dòng)UPU1+＿Ul+＿U2V1V2W1W2Y－

起動(dòng)器接線簡(jiǎn)圖

工作L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1U2

正常運(yùn)行Ul+＿U1V1V2W1W2(a)僅適用于正常運(yùn)行為三角形聯(lián)結(jié)的電機(jī)。

(b)Y－

起動(dòng)Y－

換接起動(dòng)適合于空載或輕載起動(dòng)的場(chǎng)合Y-

換接起動(dòng)應(yīng)注意的問(wèn)題

正常運(yùn)行UlU1W2V2