电机拖动第五章异步电机二

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,电机学及拖动基础,重庆大学自动化学院,电机学及拖动基础,1,第五章 异步电机（二）,三相异步电动机的运行原理,2,主要内容,第一节 三相异步电动机运行时的电磁过程,第二节 三相异步电动机的等效电路及向量图,第三节 三相异步电动机的功率和转矩,第四节 三相异步电动机的工作特性及其测取方法,第五节 三相异步电动机参数的测定,第六节 三相异步电动机的转矩与转差率的关系,3,第三节 三相异步电动机的功率和转矩,直流电动机：,磁场由定、转子绕组双边的电流共同激励；,气隙磁场随着负载变化，产生电枢反应。,异步电动机：,磁场仅由定子绕组一边的电流来建立；,气隙磁场基本上与负载大小无关，无电枢反应。,异步电动机的机电能量转换过程和直流电动机相似：,输入电功率,电磁感应,输出机械功率,机电能量转换的关键在于：,作为耦合介质的磁场,4,一 功率转换过程,功率转换过程：,输入,从定子绕组输入电功率,P,1,定子,定子铜耗,p,Cu1,+,定子铁耗,p,Fe,+,电磁功率,P,e,转子,转子铜耗,p,Cu2,+,转子铁耗,+,总机械功率,P,mech,输出,机械损耗,p,mech,+,附加损耗,p,+,净机械功率,P,2,通常，,转差率很小,，转子铁心中磁通变化频率很低，,转子铁耗可忽略不计,如果,转差率较大,，则,f,2,较大，就,应该考虑转子铁耗,5,异步电动机的能量转换关系,异步电动机的功率图,直流电动机的功率图,6,二 功率方程式,式中，,U,1,定子相电压,I,1,定子相电流,定子功率因数角,转子功率因数角,sP,e,转差功率,转速n越低，转差率s越大，即转差功率越大，则转子铜耗就越大,7,三 转矩方程式,由机械功率方程式：,除以转子的机械角速度,，得到,稳态转矩方程式,：,电动机稳态运行时的转矩平衡规律,电磁转矩与总的机械转矩相平衡。,T,e,电磁转矩,T,2,输出机械转矩，或负载制动转矩,T,0,空载转矩，,电磁转矩,T,e,既可用转子的总机械功率除以转子机械角速度来计算，也可用电磁功率除以同步角速度来计算：,8,四 电磁转矩公式,代入归算过的转子电动势，,得到,异步电动机的电磁转矩公式,：,式中，,转矩常数,可见，异步电动机的电磁转矩T,e,的大小：与,每极磁通,m,、,归算后转子电流的有功分量,成正比。,9,第四节 三相异步电动机的工作特性及其测取方法,异步电动机的工作特性,：是指在额定电压和额定频率运行情况下，电动机的转速,n,、定子电流,I,1,、功率因数 、电磁转矩,T,e,、效率,等与输出功率,P,2,的关系，即,U,1,=U,1N,、,f=,f,N,时,n=,f,(P,2,),、,I,1,=,f,(P,2,),、,T,e,=,f,(P,2,),、,=,f,(P,2,),。,转子电流一般不能直接测取，故不能简化，,这些特性非对输出功率而言不可,。,10,一 工作特性的分析,空载时：,P,2,0,、,I,2,0,，故,s0,、,nn,s,负载增大时：,P,2,增加、,I,2,增大以产生更大的电磁功率，故,s,也增大、,n,稍有下降,一般转子铜耗很小，,额定负载时：,s1.5%,5%,，则,n(0.985,0.95)n,s,异步电动机的转速特性为一条稍向下倾斜的曲线。,1、转速特性,11,空载时：,定子电流几乎全部为励磁电流,I,m,负载增大时：,P,2,增加、,n,下降、,I,2,增大，故,I,1,随之增大,异步电动机的定子电流几乎随,P,2,按正比例增加。,2、定子电流特性,3、功率因数特性,空载时：,I,1,基本为无功励磁，,功率因数很低,，约,0.1,0.2,负载增大时：,I,1,有功分量随,I,2,增加，故,功率因数提高,接近额定负载时：,功率因数达到最大,超过额定负载后：,s,变得较大，变大，,I,2,无功分量增加，故,功率因数又重新下降,12,负载不超过额定值时，,转速变化很小，而,T,0,又认为基本不变,电磁转矩特性近似为一条斜率为,1/,的直线。,4、电磁转矩特性,5、效率特性,可变损耗小于不变损耗时：,效率随负载的增加而增加,可变损耗等于不变损耗时：,效率最大,可变损耗大于不变损耗时：,效率随负载的增加而减小,13,二 工作特性的求取,工作特性的求取,可用,直接负载法,通过实验求取；也可用,等效电路,进行计算求取。,直接负载法：,保持电源电压和频率为额定值，加负载到额定值的,5/4,，然后减少负载到额定值的,1/4,，分别读取,P,1,、,I,1,、,n,，计算不同负载下 、,T,e,、,，绘制工作特性。,等效电路法：,可认为代表励磁特性的励磁阻抗不变、代表漏磁通对绕组电磁效应的漏电抗不变，即等效电路参数在额定电压和频率下基本不变。给定等效电路参数、机械损耗和附加损耗，按不同,s,，计算,n,、,I,1,、,T,e,、,，直到,P,2,达到或超过额定值为止，由计算结果绘制工作特性。,14,第五节 三相异步电动机参数的测定,表示空载状态的励磁参数：,励磁阻抗,Z,m,、,R,m,、,X,m,决定于电动机主磁路的饱和程度，非线性,空载试验,对应堵转电流的堵转参数：,漏阻抗,Z,1,、,R,1,、,X,1,、,Z,2,、,R,2,、,X,2,与电动机饱和程度无关，线性,堵转试验,15,一 空载试验与励磁参数的确定,在额定电压和额定频率下，轴上不带任何负载的运行。,1、空载试验,调节电源电压从（,1.1,1.3,）,开始，下降到转速发生明显变化时，测量点，记录端电压、空载电流、空载功率和转速，绘制空载特性曲线：,空载特性曲线,16,（1）机械损耗和铁耗的分离,空载时，,s0,、,I,2,0,铁耗,与磁密平方、即与端电压平方成正比,机械损耗,仅与电动机转速有关，空载时可认为是恒值,2、励磁参数、铁耗及机械损耗的确定,17,（2）励磁参数的确定,空载时，,s0,等效电路中的附加电阻无穷大，电路呈开路状态,励磁参数为：,空载等效电路,其中，X,1,可由堵转试验确定,18,二 堵转试验及堵转参数的确定,堵转时，是使转子堵住不转，,n=0,、,s=1,。,从,U,1,0.4U,1N,开始往下测量,5,7,个点，记录端电压、堵转电流和功率，并测量定子绕组的电阻，,绘制堵转特性曲线：,堵转特性曲线,堵转等效电路,代表总机械功率的附加电阻为0,19,由于,Z,m,Z,2,，可认为励磁支路相当于开路，则,I,m,0,，铁耗可忽略不计。,堵转参数为：,对于大中型异步电动机：X,1,X,2,X,k,/2,对于100kW以下的小型异步电动机：,X,2,0.67X,k,（2、4、6极）；X,2,0.57X,k,（8、10极）,20,第五节 三相异步电动机的转矩与转差率的关系,三相异步电动机的机械功率为输出机械转矩与转速的乘积；,输出转矩为电磁转矩的主要成分；,转速的派生量为转差率,电磁转矩,T,e,与转差率,s,之间的关系,十分重要。,21,电磁转矩：,由近似等效电路得：,近似等效电路,三相异步电动机的电磁转矩与转差率的关系为：,22,转矩,转差率为一条二次曲线,异步电动机的T,e,-s曲线,令 ，可得：,临界转差率,最大转矩,23,结论：,1,）当电动机各参数及电源频率不变时，,T,eMax,与,U,1,2,成正比，,s,m,则保持不变，与,U,1,无关；,2,）当电源频率及电压不变时，,s,m,与,T,eMax,近似地与,X,1,+X,2,成反比；,3,）,T,eMax,与,R,2,之值无关，,s,m,则与,R,2,成正比。,推论：,对于绕线转子异步电动机，当转子电路串联某一恰当电阻,R,时，可使,s,m,=1,（相当于,n=0,），即起动时转矩达到最大值,T,eMax,。显然，此时：,24,第五章 第二部分 结束,25,