异步电机2 (2)

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,电 机 学,主讲教师：阎治安,*,13-2,异步电机的,三种运行状态,一、,异步电动机,的原理,1,、,物理,模型图,解释,2,、,异步电动机的工作原理,m,(,的正整数,),相电流通入,m,相绕组，将在电机内部,（,气隙中,）可以 自动,产生一个 以,n,1,为转速的,旋转磁场,；,（,动画二极,，,四极,）,转子导体被旋转磁场切割磁力线，将感应电势,e,=,B l v,（,方向用右手定则判断）,。,自成闭路的转子导体,则,感生,电流,，,载流的转子导体在旋转,磁场中,受到,电磁力,f,=,B l i,（,方向用左手定则判断）,的,作用。,电磁,力,作用在转子上将产生,电磁转矩,T,，,并驱动转子以转速,n,旋转，以拖动机械负载。,（,动画,）,根据以上电磁感应原理，异步电动机也叫,感应电动机,。,1,注意到：,N,S,2,二、,转差,，,转差率,（,即解释了为什么叫异步电机,）,转子必须与旋转磁场保持一定的,速度差,，才可能,切割磁力线,。,旋转磁场,的转速,n,1,为,同步转速,；转子的实际,转速,n,简称,转子转速,。,两者在电机运行时有差别,，即存在,转差,n,=,n,1,-,n,转差率,:,s=(,n,1,-n,)/,n,1,注,:,s,是异步电机的一个基本变量，在分析异步电动机运行时有着重要的地位。,启动瞬间,即,堵转,时：,n,=,0,，,s,=,1,理 想,空 载,时：,n,=,n,1,，,s,=,0,三、,异步电机的三种运行状态,电动机,运行时，,s,在,0,1,之间。,转差率一般很小：,s,N,=0.0150.06,。,发电机,运行时，,n,高于同步转速,n,1,，,s,1,根据,转差率,可以区分异步电机的属何种,运行状态。,3,13.3,异步电动机的,电势平衡方程,式,一,.,定子,绕组电势平衡方程式,定子绕组接到交流电源上，与电源电压相平衡的,电势,（压降）包括：,主电势,（感应电势）：定子绕组通入三相对称交流电流时，将会产生旋转的主磁通，同时切割定子绕组和转子绕组，并在其中感应电势。,故,定子边方程式为,：,二,.,转子,绕组的,电势,及,电流,转子绕组的,感应电势推导如下,：,转子绕组导体切割主磁通的,相对转速,为,(,n,1,-,n,)=,sn,1,频率,：由于,s,很小，转子电势频率很低。一般,0.5-3 Hz,有效值,4,对,绕线式三相,异步电动机的,转子绕组,每相串联,匝数,的计算,方法与定子绕组相同，为,3,相。,转子绕组的,阻抗分析,：,对,笼型转子,来说，每个导条中电流相位均不一样，则,1,根,导条即为,1,相，可见,相数,问题,（,祥见下一页）,*,；每相,串联匝数,为半匝即,0.5,匝。,闭合的转子绕组中有电流流过。同样会产生漏磁电抗压降。,漏抗,公式,转速,越高，,漏抗,越小。,阻抗,:,三,.,转子绕组中的,电流,转子绕组短路，转子电压为,0,，,感应电势,全部加在转子阻抗上,转子回路的电势平衡方程：,f,1,f,2,5,转子电流随转差率变化,则转子,电流,：,转子电流随,s,的变化,如右下图所示。,说明：,关于鼠笼转子绕组的相数,m,2,、,匝数,N,2,、,绕组系数,k,w2,。,m,2,=Z,2,当,数时,m,2,=Z,2,/p,当,数时,N,2,=0.5,k,w2,=1,定、转子的极对数永远相等。,6,13.4,异步电动机的,磁势平衡方程,式,一,.,定子,绕组的,磁势,幅值：,转速：,二,.,转子,绕组,磁势,幅值：,转速：,转子电流的,频率,f,2,=,s f,1,转子电流产生的旋转磁势的,相对,于转子的,转速,：,转子磁势,相对于空间的,转速为,结论：定、转子磁势在空间相对静止，均以同步速,n,1,旋转。,三,.,磁势平衡方程式,激磁电流,I,m,和激磁磁势,F,m,（,与空载磁势,F,0,近似相等,）,产生主磁通,1,所需要的电流称为激磁电流,I,m,；,对应的磁势称为激磁磁势：,7,激磁磁势,近似不变,由电势方程式：,其中,可知,1,近似不变，,激磁磁势,和,激磁电流也,几乎不变。,空载,运行时，,激磁磁势,全部由定子磁势,F,0,提供，即：,F,0,=,F,m,负载,运行时，转子绕组中有电流,I,2,流过，产生一个同步旋转磁势,F,2,，,为了保持原,F,m,不变，定子磁势,F,1,除了提供激磁磁势,F,m,外，还必须抵消转子磁势,F,2,的影响，即：,异步电动机的磁势平衡方程：,结论：空载运行时，转子电流近似为,0,，定子电流等于激磁电流；负载时，定子电流随负载增大而增大。,8,在异步电动机中,定、转子电路的,频率,不相同；定、转子边的,相数,、,匝数,、,绕组系数,均不相等。则,频率折算,和,绕组折算,是解决以上问题的途径。,转子堵转时,n=0,s,=,1,，,f,2,=s,f,1,=,f,1,，,E,2s,=E,2,，,X,2,s,=X,2,f,2,=,f,1,。,13.5,异步电动机的,等效电路,一、,频率折算,1.,在什么情况下转子电路频率等于定子电路频率,?,转子旋转时 ，,，转子电路频率：,f,2,=,s,f,1,；,2.,如何使转子电路的频率等于定子电路的频率,?,旋转时转子电流,堵转时转子电流,结论：,用一个等效的堵转着的转子可以代替一个以,s,为转差率,实际旋转着的转子，这时只需要将异步电动机的转子电阻增加到,R,2,/,s,即可，这就是,频率折算,的过程。,9,f,1,f,2,图 异步电动机,的,频率折算,f,1,f,1,说明：,R,2,/s=,10,实际堵转转子等效电路,旋转转子等效为堵转转子等效电路,堵转的转子中多了一个,附加电阻,，而电流确没有变化，所以多了一个,电阻功率,。分析证明：,附加电阻上消耗的电功率等于电机的全机械功率,。,二、绕组折算,1.,定义,用一个与定子方面具有同样相数,m,1,、,匝数,N,1,和绕组系数,k,w1,的等效转子绕组来替代实际的转子绕组,(,m,2,、,N,2,、,k,w2,),。,其条件是：,磁势幅值,不变；,功率大小,不变,电流,折算：根据磁势不变,:,则：,11,电势,折算：磁通应不变,阻抗,折算：有功不变,折算后转子电路方程式：,则,同理无功不变,12,三、,等效电路,励磁,回路,阻抗,：,Z,m,=,R,m,+j,X,m,对应的,T,形,等效电路为,：,近似,等效电路,13,作异步电动机相量图的思路,：,参考相量为,，,垂直方向为,E,2,（,=,E,1,）。,1,、,已知,及各参数,2,、画出,3,、根据 方程式,（,1,）,（,2,）,（,3,）,四、,相量图,类似于绘制变压器相量图的方法,14,13.6,功率平衡,和,转矩平衡,一、,功率平衡方程,输入电功率,定子铜耗,铁耗,电磁功率,转子铜耗,15,全机械功率,机械损耗和附加损耗,输出机械功率,功率平衡方程式为,:,电机,效率：,注：铁耗中主要为定子铁耗,16,异步电动机的,功率流程图,两个重要的,关系式,:,二、转矩平衡方程,（,稳态时,）,电磁转矩由,机械功率,产生,:,P,=,P,2,+,p,m,+,p,转矩平衡方程为,:,T,为电磁转矩，,T,2,为输出的机械转矩，,T,0,为空载转矩,17,13.7,电磁转矩,和,机械特性,一、,电磁转矩,基本公式,:,与直流电机类似的公式（即异步电机,电磁转矩,的物理意义表达式）,:,式中,18,电磁转矩的参数,表达式,：,二、,机械特性,T,=,f,(,s,),电动机的机械特性是指,电磁转矩,与,转差率,之间的关系曲线。,几个关键点：,启动点；,最大转矩点；,额定工作点；,电动,、发电、,制动,三种运行状态,将电流式,代入下式得：,电动机,反接制动,发电机,1,0,-1,2,s,T,T,max,T,st,s,m,19,三、,最大转矩,，,过载能力,根据异步电动机,T-s,曲线，,最大转矩,可据高等数学中求极值的方法求得。,令：,d,T,/,d,s,=,0,，,可得到,过载,能力,：最大转矩与额定转矩之比：,K,M,=,T,max,/,T,N,(,1.6,-,2.2,起重冶金电动机,2-3,）,几个重要,结论,：,最大转矩,与,电压的平方,成正比；,最大转矩近似与,漏电抗成,反比；,最大转矩,值,与,转子电阻值,无关,;,产生最大转矩时的转差率,S,m,（,即,临界转差率,）确与,转子电阻值成正比,。,异步电动机调节转子电阻时机械特性的变化。,（看,动画,T-s,）,再代入,T-s,公式得最大转矩：,20,13-8,异步电动机的,工作特性,异步电动机在额定电压及额定频率下，电动机的,转差率、转矩、电流,、,效率,、,功率因数,分别随,输出功率,变化的关系,。确定三个指标：,1,、力能指标；,2,、启动性能；,3,、过载能力。,一、,转差率特性,s=f(P,2,),随着,负载功率,的增加，,转子电流,增大，故转差率随,输出功率,增大而增大。,二、,转矩特性,T,2,=f(P,2,),异步电动机的输出转矩,:,T,2,=,P,2,/,转速的变化范围很小，从空载到满载，转速略有下降。,因为,s,N,=0.015,0.06,转矩曲线为一个,微微上翘,的曲线。,21,四、,效率特性,=f(P,2,),=,P,2,/(,P,2,+,p,Cu1,+,p,Fe,+,p,Cu2,+,p,m,+,p,),其中,铜耗,随着负载的变化而变化（与负载电流的平方正比）；铁耗和机械损耗近似不变。,效率曲线有,最大值,，,可变损耗等于不变损耗,时，电机达到最大效率。,异步电动机额定效率在（,74-94,）,%,之间；最大效率发生约在,0.8,倍额定效率处。,三、,电流特性,I,1,=f(P,2,),空载时电流很小，,随着负载电流增大，,电机的输入电流增大（微微上翘）,。,图 异步电动机的工作特性,22,五、,功率因数特性,1,=f(P,2,),空载时，定子电流基本上用来产生,主磁通，有功功率很小，功率因数,也很低；,随着负载电流增大，输入电流中的有功分量也增大，功率因数逐渐升高；,在额定功率附近，功率因数达到最大值。如果负载继续增大，则导致转子,漏电抗,增大（漏电抗与频率成正比），从而引起,功率因数,下降。,作业：,p227,题,137,，,8,，,9,，,10,，,11,23,13.9,*,三相,异步电动机的,参数测定,（可自学）,一、空载试验,作出曲线：曲线中分离出铁耗和机械损耗。因为,励磁参数的测定：空载时，相当于转子边开路,I,2,=0,情况。,U,1,0,0,24,二、堵转试验,又称短路试验，可求取 。堵转时，,n,=0,，,s,=1,，,等效电路中的转子等效电阻 ，相当于变压器短路试验时的等效电路。,为避免定子绕组过热，试验应尽快完成。,约在,0.4U,N,时，短路电流,I,K,=I,N,。,此时：,实测得，则,对于一般情况的异步电动机,仍然应满足,25,本 章 小 结,本章 主要介绍了异步电动机的电势平衡、磁势平衡、功率平衡、转矩平衡方程式；,对异步电动机转子进行频率的折算及绕组折算，得出了异步电动机的等效电路、方程式和相量图；,导出了异步电动机的,4,个电磁转矩表达式，最大转矩及临界转差率和过载能力公式，启动电流和启动转矩公式；,推导出了异步电动机的机械特性和工作特性；,介绍了异步电动机的空载试验及堵转实验的方法。,作业：,p227,题,13,7,，,8,，,9,，,10,，,11,，,12,前已布置过,第二章 结束！,26,