感應(yīng)電機 ppt課件

1、異步電機主要用作電動機，將電能轉(zhuǎn)換為機械能，拖動各種生產(chǎn)機械。結(jié)構(gòu)簡單、制造、使用和維護方便，運行可靠，成本低，效率高，得以廣泛應(yīng)用。但是，功率因數(shù)低、起動和調(diào)速性能差。,,感應(yīng)電機（異步電機）：定、轉(zhuǎn)子間靠電磁感應(yīng)作用，在轉(zhuǎn)子內(nèi)感應(yīng)電流以實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換。,第一節(jié) 三相異步電動機的基本工作原理,一、轉(zhuǎn)動原理,1、電生磁：三相對稱繞組通以三相對稱電流產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場。,2、磁生電：旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體感應(yīng)電動勢，產(chǎn)生感生電流。,3、

2、電磁力：轉(zhuǎn)子載流（有功分量電流）體在磁場作用下受電磁力作用，形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動電動機旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)化為機械能。,Sanxiangboxingtu,異步電機外形圖 異步電機結(jié)構(gòu)圖,第二節(jié) 異步電機的基本結(jié)構(gòu),,,一.定子 定子鐵心：電機主磁路的組成部分，并嵌放定子繞組。由厚度為0.5mm的硅鋼片疊裝而成。為了嵌放定子繞組，在定子沖片內(nèi)圓周上均勻地沖制若干個形狀相同的槽。

3、,,,,定子鐵心,定子鐵心的槽形主要有三種：半閉口槽適用于小型異步電機，其繞組是用圓導(dǎo)線繞成的。半開口槽適用于低壓中型異步電機，其繞組是成型線圈。開口槽適用于高壓大中型異步電機，其繞組是用絕緣帶包扎并浸漆處理過的成型線圈。,一. 定子 定子繞組：構(gòu)成電路部分。其作用是感應(yīng)電動勢、流過電流、實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換。,,外殼和機座,機座：固定和支撐定子鐵心。因此要求有足夠的機械強度。,二. 轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子鐵心：電機主磁路的組成

4、部分，并放置轉(zhuǎn)子繞組。由厚度為0.5mm的硅鋼片疊裝而成，在轉(zhuǎn)子外圓周上沖制均勻分布的形狀相同的槽。 轉(zhuǎn)子繞組：構(gòu)成電路部分。有兩種結(jié)構(gòu)型式：籠型繞組和繞線型繞組。 轉(zhuǎn)軸：支撐轉(zhuǎn)子鐵心和輸出、輸入機械轉(zhuǎn)矩。,第二節(jié) 異步電機的基本結(jié)構(gòu),二. 轉(zhuǎn)子 籠型繞組：在轉(zhuǎn)子鐵心均勻分布的每個槽內(nèi)各放置一根導(dǎo)體，在鐵心兩端放置兩個端環(huán)，分別把所有的導(dǎo)體伸出槽外部分與端環(huán)聯(lián)接起來。這種籠型繞組一般為鋁澆鑄的，對

5、中大型電機為減小損耗、提高效率，往往采用銅條焊接而成。,二. 轉(zhuǎn)子 繞線型繞組：與定子繞組相似、極數(shù)相同的三相對稱繞組。一般接成星形。將三相繞組的三個引出線分別接到轉(zhuǎn)軸上三個滑環(huán)上，再通過電刷與外電路接通。繞線型轉(zhuǎn)子的特點是可以通過滑環(huán)電刷在轉(zhuǎn)子回路中接入附加電阻，以改善電動機的起動性能、調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速。,三. 氣隙 定、轉(zhuǎn)子之間的間隙，也是電機主磁路的組成部分。 氣隙大小對異步電機的性能影響很大

6、。 為了減小電機主磁路的磁阻，降低電機的勵磁電流，提高電機的功率因數(shù)，氣隙應(yīng)盡可能小。異步電機氣隙長度應(yīng)為定、轉(zhuǎn)子在運行中不發(fā)生機械摩擦所允許的最小值。 中、小型異步電機中，氣隙長度一般為0.2～1.5mm。,額定功率PN：是轉(zhuǎn)軸上輸出的機械功率，單位為W或kW。 額定電壓UN：施加在定子繞組上的線電壓，單位為V。 額定電流IN：電動機在額定電壓、額定頻率下，軸端輸出額

7、定功率時，定子繞組的線電流，單位為A。 額定頻率fN：我國電網(wǎng)頻率fN=50Hz。 額定轉(zhuǎn)速nN：電動機在額定電壓、額定頻率、軸端輸出額定 功率時，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，單位為r/min。額定效率ηN額定功率因數(shù)cosφN,四、異步電動機的額定值,三相異步電動機額定值之間的關(guān)系,五、異步電機的轉(zhuǎn)差率,同步轉(zhuǎn)速n1----定子繞組中流過頻率為f1的三相對稱電流，在氣隙中產(chǎn)生的基波旋轉(zhuǎn)磁場相對于定子繞組的轉(zhuǎn)速為n

8、1。該轉(zhuǎn)速大小取決于電流的頻率f1和繞組的極對數(shù)p，轉(zhuǎn)向為從超前電流相繞組轉(zhuǎn)向滯后電流相繞組。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n----轉(zhuǎn)子的機械轉(zhuǎn)速。,轉(zhuǎn)差率s----同步轉(zhuǎn)速n1與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n之差對同步轉(zhuǎn)速n1之比值,根據(jù)轉(zhuǎn)差率的大小和正負,異步電機有三種運行狀態(tài),六、異步電機的三種運行狀態(tài),第三節(jié) 交流電機的繞組,一、三相交流繞組的構(gòu)成原則,交流繞組是電機實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的一個主要部件。按槽內(nèi)層數(shù)分有單層、雙層繞組；單層又分等元件式、同心式、鏈式和交叉式等；

9、雙層又有疊繞和波繞之分；按每極每相所占槽數(shù)又分為整數(shù)槽和分數(shù)槽繞組。,（1）均勻原則：各相繞組在每極下所占的槽數(shù)應(yīng)相等；,（2）對稱原則：三相繞組的結(jié)構(gòu)完全一樣，在電機的空間上 互相錯開1200電角度；,（3）電動勢相加原則：線圈兩個邊的電動勢應(yīng)相加；線圈與 線圈之間的連接也應(yīng)符合這一原則。,（4）在產(chǎn)生一定大小電動勢和磁動勢、且保證絕緣性能和機 械強度可靠的條件下，盡

10、量減少用銅量，并且制造檢修方便。,,★ 線圈（繞組元件）：是構(gòu)成繞組的基本單元。繞組就是線圈按一定規(guī)律的排列和聯(lián)結(jié)。線圈可以區(qū)分為多匝線圈和單匝線圈。,與線圈相關(guān)的概念包括：有效邊；端部；線圈節(jié)距等,,二、三相交流繞組的基本概念,,★ 極距：沿定子鐵心內(nèi)圓每個磁極所占的范圍； 用長度表示/用槽數(shù)表示；,★ 電角度： 轉(zhuǎn)子鐵心的橫截面是一個圓，其幾何角度為360度。 從電磁角度看，一對N－S極構(gòu)成一個磁場周期，

11、即1 對磁極為360電角度；,電機的極對數(shù)為p時，氣隙圓周的角度數(shù)為p ×360電角度。,,電角度＝機械角度×P,,單層繞組一個槽中只放一個元件邊； 雙層繞組一個槽中放兩個元件邊。,,,一個槽所占的電角度數(shù)稱為槽距角，用α表示； 每個極域內(nèi)每相所占的槽數(shù)稱為每極每相槽數(shù)，用q表示。,★槽距角，相數(shù)，每極每相槽數(shù),,三、交流繞組的形式,,,整距單層疊繞組,,,同心式繞組,,鏈式繞組,,交叉鏈式繞組,,,雙層疊繞

12、組,,,四、單層疊繞組的構(gòu)成,1. 分極分相：將總槽數(shù)按給定的極數(shù)均勻分開（N、S極相鄰分布）并標記假設(shè)的感應(yīng)電勢方向。 將每個極域的槽數(shù)按三相均勻分開。三相在空間錯開120電角度。,實例：Z＝24（槽）、m＝3（相）、2p＝4（極）的單層疊繞組,基本步驟：,每極每相槽數(shù),,,,2. 連線圈和線圈組： 將一對極域內(nèi)屬于同一相的某兩個線圈邊連成一個線 圈，共有q個線圈。 將一對極域內(nèi)屬于同一相的q個線圈連成一個線圈組；（共有多

13、少個線圈組？） 以上連接應(yīng)符合電勢相加原則。,,線圈組連接,,,將屬于同一相的q個線圈組連成一相繞組，并標記首尾端。 串聯(lián)與并聯(lián)：電勢相加原則。最大并聯(lián)支路數(shù)a＝p。,連相繞組,,,,將三個構(gòu)造好的單相繞組連成完整的三相繞組； ?接法或Y接法；,連三相繞組,,第四節(jié) 交流繞組建立的磁動勢,一、交流電機定子單相繞組的磁勢,1、單個整距集中繞組的磁勢 一個整距線圈在異步電機中產(chǎn)生的磁勢,磁力線穿過轉(zhuǎn)子鐵心，定子

14、鐵心和兩個氣隙 相對于氣隙而言，由于鐵心磁導(dǎo)率極大，其上消耗的磁勢降可以忽略不計 ，線圈在一個氣隙上施加的磁勢為：,如果通過線圈的電流為正弦波， 則矩形波的高度也將按正弦變化。,一個位置固定，幅值隨時間按正弦變化，矩形脈振磁勢。,矩形脈振磁勢,脈振磁勢可以表示為,為幅值,按照富立葉級數(shù)分解的方法可以把矩形波分解為基波和一系列諧波,基波幅值為：,高次諧波的幅值為,矩形波脈振磁勢的分解,基波在空間按正弦分布；在時間上，任何一個位置的磁勢

15、都按正弦變化。所以基波是一個正弦分布的正弦脈振磁勢（駐波） 。其表達式為：,,,,,,,,,由q個線圈構(gòu)成的線圈組，由于線圈與線圈之間錯開一個槽距角，稱為分布繞組。,2、 （1）整距分布繞組的磁勢,分布繞組有利于削弱諧波,取單個線圈的基波進行分析（為正弦脈振磁勢），q個正弦脈振磁勢在空間依次錯開一個槽距角；,線圈組的磁勢為：,（2）雙層短距繞組的磁勢,雙層整距繞組可以等效為兩個整距單層繞組,兩個等效單層繞組在空間分布上錯開一定的角度，這

16、個角度等于短距角；,雙層短距繞組的磁勢等于錯開一個短距角的兩個單層繞組的磁勢在空間疊加。,短距繞組有利于削弱諧波,分布系數(shù),短矩系數(shù),多極電機：如果只看每對極產(chǎn)生的磁動勢，與上面的兩極電機完全一樣，所以多極電機只研究每對極磁動勢即可。 一相繞組的總磁動勢平均作用于各個磁極， 單相繞組磁動勢，不是一相繞組的總磁動勢， 而是其作用于一個磁極的磁動勢。,需澄清的兩個概念,二、三相基波旋轉(zhuǎn)磁勢,單相正弦脈振磁勢的分解：,設(shè)A相繞組通過電流：,

17、其基波磁勢為:,F＋最高點的運行軌跡為x＝?t ，即最高點的位置隨時間 以角速度ω運動。 F－最高點的運行軌跡為x＝－?t ，即最高點的位置隨時間以角速度－ω運動。,,,,,,,,,結(jié)論:,（1）單相繞組的基波磁動勢為脈動,它可以分解為大小相等、轉(zhuǎn)速相同而轉(zhuǎn)向相反的兩個旋轉(zhuǎn)磁勢。,（2）反之,滿足上述性質(zhì)的兩個旋轉(zhuǎn)磁動勢的合成即為脈動磁動勢.,（3）正反兩個旋轉(zhuǎn)磁動勢在旋轉(zhuǎn)過程中，大小不變，所以稱這兩個磁動勢為圓形旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)磁動勢。

18、,三相基波磁勢合成旋轉(zhuǎn)磁勢,三相對稱電流：,三相對稱電流通過三相對稱繞組時各自產(chǎn)生的磁勢：,,三相合成磁勢為,三相對稱交流繞組通過三相對稱電流時將產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁勢。,關(guān)于旋轉(zhuǎn)磁勢的進一步討論,三相對稱交流繞組通過三相對稱交流電流時，三個反向旋轉(zhuǎn)磁勢在空間錯開120電角度相互抵消，三個正向旋轉(zhuǎn)磁勢在空間同相位，合成一個圓形旋轉(zhuǎn)磁勢。,圓形旋轉(zhuǎn)磁勢的幅值為：,圓形旋轉(zhuǎn)磁勢的轉(zhuǎn)速為：,當(dāng)某相電流達到最大值時，旋轉(zhuǎn)磁勢的波幅剛好轉(zhuǎn)到該相繞組的軸線上

19、，旋轉(zhuǎn)磁勢的轉(zhuǎn)向:由帶有超前電流的相轉(zhuǎn)向帶有滯后電流的相。,N1為每相的串聯(lián)匝數(shù)，/p為每極每相的匝數(shù),改變旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)向的方法：調(diào)換任意兩相電源線（改變相序）,旋轉(zhuǎn)磁勢,三相（m相，m≥3）對稱繞組通入三相（m相，m≥3）對稱電流，產(chǎn)生的基波合成磁動勢是一個幅值恒定不變的圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢，它有以下主要性質(zhì),(1)幅值是單相脈動磁動勢最大幅值的3/2倍（m/2倍）。,(2)轉(zhuǎn)向由電流相序決定,從超前電流相轉(zhuǎn)到滯后電流相。,(3)轉(zhuǎn)速決定于電

20、流的頻率和電機的磁極對數(shù)。,(4)當(dāng)某相電流達最大值時,旋轉(zhuǎn)磁動勢的波幅位置與該相繞組的 軸線重合。,,,,,,,,,總結(jié),三相繞組的合成?次諧波磁動勢討論,三次諧波磁動勢的極對數(shù)是基波的三倍， 三相繞組各自建立的三次諧波磁動勢表達式,三相合成的三次諧波磁動勢,三相合成的三次諧波磁動勢為零。這個結(jié)論可推廣到?＝6k－3的諧波次數(shù)。,第五節(jié) 交流繞組的感應(yīng)電動勢,電勢：這里我們指在基波磁場的作用下而感生的電勢。（變壓器）：（電

21、機）：,ky1：基波短距系數(shù),kq1：基波分布系數(shù),第六節(jié)  轉(zhuǎn)子靜止時的異步電動機,將異步電動機轉(zhuǎn)軸卡住，轉(zhuǎn)子繞組短路，在定子方施加三相對稱電壓，此時稱其為轉(zhuǎn)子靜止時的異步電機。,,,,,,,一、定、轉(zhuǎn)子基波磁動勢空間相對靜止,定子三相對稱繞組中，流過頻率為f1的三相對稱電流I1，產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)基波磁動勢F1，相對于定子繞組的轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速n1，n1＝60f1/p，轉(zhuǎn)向為從超前電流相繞組軸線轉(zhuǎn)向滯后電流相繞組軸線。定子旋轉(zhuǎn)磁

22、場→切割轉(zhuǎn)子繞組，產(chǎn)生頻率為f2（ f2 ＝pn1 /60= f1 ）的三相對稱感應(yīng)電動勢→在閉合的轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生三相對稱電流I2→產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)基波磁動勢F2，相對于轉(zhuǎn)子繞組的轉(zhuǎn)速為n2，n2＝60f2/p＝n1，轉(zhuǎn)向為從超前電流相繞組軸線轉(zhuǎn)向滯后電流相繞組軸線，即與定子旋轉(zhuǎn)磁動勢F1同轉(zhuǎn)向。 F2與F1同轉(zhuǎn)速、同轉(zhuǎn)向，故空間保持相對靜止：n2 ＝n1,二、電磁關(guān)系,1. 電壓平衡方程式與電動勢變比,三、電壓、磁動勢平衡方

23、程式,R1、R2和X1σ、X2σ分別為定、轉(zhuǎn)子繞組的電阻和漏電抗。Zm=Rm+jXm為勵磁阻抗，Rm為勵磁電阻，它是一個代表鐵耗的等效電阻；Xm為勵磁電抗，它反映了主磁通在電路中的作用。主磁通在定、轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電動勢。,定、轉(zhuǎn)子繞組電動勢之比稱為電動勢變比Ke,,,2. 磁動勢平衡方程式與電流變比,由于定、轉(zhuǎn)子磁動勢F1與F2空間保持相對靜止，故可以合成為一等效的勵磁磁動勢：,電流變比：,（三相合成基波磁勢的幅值：

24、 ）,I1L稱為定子電流的負載分量。在負載運行時，異步電動機定子電流I1分成I0和I1L兩個分量：I0是勵磁電流用于建立電機鐵心中的主磁通Φm，I1L是負載分量用于建立磁動勢F1L去抵消二次側(cè)磁勢F2。,2. 磁動勢平衡方程式與電流變比,3. 轉(zhuǎn)子靜止時的基本方程式組,定子側(cè)：,轉(zhuǎn)子側(cè)：,定轉(zhuǎn)子關(guān)聯(lián)方程：,定子主電動勢方程：,5個方程式，5個未知量：,模型完備，可以定解,,四、

25、繞組折算和等效電路,1. 折算到定子方的方程式組為,四、繞組折算和等效電路,經(jīng)折算后，同變壓器類似，可得異步電動機在轉(zhuǎn)子靜止時的T型等效電路。,2. 等效電路,第七節(jié)  轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的異步電動機,（4） 轉(zhuǎn)子相電流,一、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)對轉(zhuǎn)子側(cè)各量的影響,（1） 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)頻率f2s,（2） 轉(zhuǎn)子相繞組感應(yīng)電動勢E2s,（3） 轉(zhuǎn)子相繞組漏阻抗,[f2s=p(n1-n)/60],轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動勢相對定子的速度為,可見,無論轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速怎樣變

26、化,定、轉(zhuǎn)子磁動勢總是以同速、同向在空間旋轉(zhuǎn)，在空間上總是保持相對靜止，共同建立穩(wěn)定的氣隙主磁場。,二、定轉(zhuǎn)子磁動勢空間仍相對靜止,F1與F2s仍可空間矢量合成，等效為合成的激磁磁動勢,定子側(cè)：,轉(zhuǎn)子側(cè)：,（2）磁動勢方程式,三、基本方程式,（1）電壓方程式,等效電路法是分析異步電動機的重要手段。在異步電動機中，做等效電路遇到的兩大障礙：(1)定轉(zhuǎn)子電路的頻率不相同；(2)定轉(zhuǎn)子邊的相數(shù)，匝數(shù)，繞組系數(shù)不相等。,四、 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的折算

27、與等效電路,轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的頻率f2s ＝sf1與定子系統(tǒng)的頻率f1不相同，導(dǎo)致二者的基本方程式和等效電路均無法實現(xiàn)直接連通，得到統(tǒng)一的等效電路，因此，需將轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的頻率f2s折算為定子系統(tǒng)的頻率f1 。,轉(zhuǎn)差率為s的異步電動機轉(zhuǎn)子電路頻率：,轉(zhuǎn)子靜止時s=1；則轉(zhuǎn)子頻率等于定子頻率。,頻率折算即是用靜止的轉(zhuǎn)子等效代替旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子。,頻率折算后，磁勢平衡不變。,頻率折算,轉(zhuǎn)子電流不變。,結(jié)論：頻率折算的方法：給轉(zhuǎn)子繞組電阻中，計入一個附加電阻

28、， 即可以把原來旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子看成靜止的轉(zhuǎn)子。,等效圖,不論靜止或者旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，其轉(zhuǎn)子磁勢總以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，即轉(zhuǎn)子磁勢的轉(zhuǎn)速不變，大小相位又沒有變，故電機的磁勢平衡依然維持。 靜止的轉(zhuǎn)子不再輸出機械功率，即電機的功率平衡中少了機械功率。 靜止的轉(zhuǎn)子中多了一個附加電阻，而電流沒有變，所以多了一個電阻功率。 附加電阻上消耗的電功率等于電機輸出的機械功率。,對頻率折算的討論,異步電機頻率折算后的方程式組與變壓器的完全相

29、對應(yīng)，因此可以再通過繞組折算，得到轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時異步電機的等效電路。1. 折算的目的、方法和條件目的：為了簡化計算，便于導(dǎo)出一體化的等效電路。方法：把轉(zhuǎn)子繞組折算到定子側(cè)。用一個相數(shù)為m1、匝數(shù)為N1、繞組系數(shù)為kw1(與定子相同的)的等效轉(zhuǎn)子繞組來替代實際的轉(zhuǎn)子繞組。 條件：①折算前后磁動勢F2不變；②折算前后轉(zhuǎn)子的各種功率不變。,繞組折算,電流折算：根據(jù)磁勢不變：,繞組折算,電勢折算：磁通應(yīng)不變。,阻抗折算：功率不變。,電

30、抗和漏阻抗可同樣折算。,電勢、阻抗折算,經(jīng)過頻率折算和繞組折算后異步電動機的方程式,折算后轉(zhuǎn)子電路方程式：,T形等效電路,簡化等效電路,,相量圖,1）異步電動機主磁場為旋轉(zhuǎn)磁場，變壓器主磁場為脈動磁場,4）由于存在氣隙,異步電動機漏抗較變壓器的大。,5)異步電動機通常采用短距和分布繞組,計算時需考慮繞組系數(shù),變壓器則為整距集中繞組,可認為繞組系數(shù)為1。,2）異步電動機空載時E2≈0,I2＝0,變壓器E2≠0，I2=0 。,3）由于存在氣

31、隙，異步電動機I0為(20％－30％)I1N，而變壓器僅為2％－10％。,異步電動機與變壓器的差別,五、功率平衡方程和轉(zhuǎn)矩平衡方程,輸入功率,定子銅損,定子鐵損,電磁功率,轉(zhuǎn)子銅損,機械功率,輸出功率,流程圖,,在式 的兩邊同時除以機械角速度 得：,即：,或,電磁轉(zhuǎn)矩,轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系,1、物理表達式,2、參數(shù)表達式,3、實用表達式,電磁轉(zhuǎn)矩的三種表達方式,表明：三

32、相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩是由主磁通 與轉(zhuǎn)子電流的有功分量 相互作用產(chǎn)生的。,1. 物理表達式,2、參數(shù)表達式,根據(jù)簡化電路得到的轉(zhuǎn)子電流,轉(zhuǎn)子側(cè)功率因數(shù),2. 參數(shù)表達式,說明：電磁轉(zhuǎn)矩與電源參數(shù)（Ｕ、f）、結(jié)構(gòu)參數(shù)（r、x、m、p）和運行參數(shù)（s）有關(guān)。,1. Tem與U12成正比。2. f1↑→ Tem ↓。3. 漏電抗Xk↑→ Tem↓。,最大轉(zhuǎn)矩可以根據(jù)高等數(shù)學(xué)中求極值的方法求得。,代入轉(zhuǎn)矩公

33、式，得,過載能力：最大轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比：,（1.6－2.2),臨界轉(zhuǎn)差率,最大轉(zhuǎn)矩與電網(wǎng)電壓的平方成正比； 最大轉(zhuǎn)矩近似與漏電抗成反比； 最大轉(zhuǎn)矩的位置可以由轉(zhuǎn)子電阻的大小來調(diào)整； 最大轉(zhuǎn)矩的值與轉(zhuǎn)子電阻值沒有關(guān)系；頻率越高，最大電磁轉(zhuǎn)矩和臨界轉(zhuǎn)差率越??；異步電動機調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電阻機械特性變化（軟硬特性的變化）。,當(dāng)其它參數(shù)一定時:,1、起動轉(zhuǎn)矩與電源電壓平方成正比；,2、頻率越高，起動轉(zhuǎn)矩越小； 漏抗越大，起動轉(zhuǎn)矩越?。?/p>

34、,4、起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù),起動轉(zhuǎn)矩Tst和起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)Kst,三個重要關(guān)系式,可見，從氣隙傳遞到轉(zhuǎn)子的電磁功率分為兩部分，一小部分變?yōu)檗D(zhuǎn)子銅損耗，絕大部分轉(zhuǎn)變?yōu)榭倷C械功率。轉(zhuǎn)差率越大，轉(zhuǎn)子銅損耗就越多，電機效率越低。因此正常運行時電機的轉(zhuǎn)差率均很小。,,已知電機的額定功率、額定轉(zhuǎn)速、過載能力,忽略空載轉(zhuǎn)矩，有,將Tm和sm代入即可得到機械特性方程式,實用表達式,電動機組原來運行于某一轉(zhuǎn)速，由于受到外界擾動而使轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，當(dāng)外界擾動消失時，機

35、組仍能恢復(fù)到原來的轉(zhuǎn)速運行的，則稱機組能穩(wěn)定運行。,穩(wěn)定運行：分析特性曲線：A點 A’點 A點 C點： C’點 ?點,,,,,六．機械特性和運行穩(wěn)定性分析,如變壓器一樣，對于已制成的異步電機可以通過空載試驗和短路試驗來測定其參數(shù)。試驗?zāi)康模簻y定勵磁電阻Rm、勵磁電抗Xm、鐵耗pFe、機械損耗pmec。試驗方法：試驗時電機軸上不帶負載，用三相調(diào)壓器對電機供電，使定子端

36、電壓從(1.1～1.3)UN開始，逐漸降低電壓，空載電流逐漸減少，直到電動機轉(zhuǎn)速發(fā)生明顯下降，空載電流明顯回升為止。在這個過程中，記錄電動機的端電壓U1、空載電流I0、空載損耗p0、轉(zhuǎn)速n。繪制空載特性曲線如圖所示。,空載試驗,七、 異步電動機的參數(shù)測定,由于異步電動機空載運行時轉(zhuǎn)子電流小，轉(zhuǎn)子銅耗可以忽略不計。在這種情況下，定子輸入功率消耗在定子銅耗m1I02R1、鐵耗pFe、機械損耗pmec，空載附加損耗pad0上

37、 p0=m1I02R1+pFe+pmec+pad0從輸入功率p0中扣除定子銅耗，得p'0 p'0=p0-m1I02R=pFe+pmec+pad0,空載試驗,損耗分離：在p'0的三項損耗中，機械損耗pmec與電壓U1無關(guān)，在電動機轉(zhuǎn)速變化不大時，可以認為是常數(shù)。pFe+pad0可以近似認為與磁密的平方成正比，因而可近似認為與電壓的平方成正比。故p'0與U12的關(guān)系曲線近似為一直線。,其延長

38、線與縱軸交點即為機械損耗pmec?？蛰d附加損耗相對較小，可以用其它試驗將之與鐵耗分離，也可根據(jù)統(tǒng)計值估計pad0，從而得到鐵耗pFe。,機械損耗的求法,試驗?zāi)康模簻y定短路阻抗、轉(zhuǎn)子電阻、定、轉(zhuǎn)子漏抗。試驗方法：將轉(zhuǎn)子堵住，在定子端施加電壓，從0.4UN開始逐漸降低，記錄定子繞組端電壓Uk、定子電流Ik、定子端輸入功率Pk，作出異步電機的短路特性Ik=f(Uk)，Pk=f(Uk)，如圖所示。根據(jù)短路特性曲線，取額定電流點的Uk(相電壓)

39、、Ik(相電流)、Pk(三相短路損耗)。,短路試驗,Zk =Uk／Ik Rk=Pk／3Ik2 Xk=(Zk2-Rk2)1/2根據(jù)短路時的等效電路，由于Xm>>Rm，忽略Rm，并近似認為X'1σ=X2σ?？紤]到X0=Xm+X1σ(空載試驗)，可推導(dǎo)出對于大中型異步電機，由于Xm很大，勵磁支路可以近似認為開路，這時

40、 Rk=R1+R'2 X'1σ =X2σ=Xk／2,短路等效阻抗計算,異步電動機的工作特性是指在額定電壓、額定頻率下異步電動機的轉(zhuǎn)速n、效率η、功率因數(shù)cosφ1、輸出轉(zhuǎn)矩T2、定子電流I1與輸出功率P2的關(guān)系曲線。 異步電動機的工作特性可以用計算方法獲得。在已知等效電路各參數(shù)、機械損耗、附加損耗的情況下，給定一系列的轉(zhuǎn)差s，可以由計算得到工作特性。對

41、于已制成的異步電動機，其工作特性也可以通過試驗求得。,八 異步電動機的工作特性,九、三相異步電動機的起動,一、起動特點 當(dāng)異步電動機直接投入電網(wǎng)起動時，其特點是：起動電流大（4～7倍額定電流），而起動轉(zhuǎn)矩并不大。原因：從等效電路看，起動瞬時s=1，異步電動機對電網(wǎng)呈現(xiàn)短路阻抗，等效阻抗小，故起動電流大；從電磁轉(zhuǎn)矩的物理表達式看，因起動時轉(zhuǎn)子的功率因數(shù)很低，因此轉(zhuǎn)子電流的有功分量并不大，同時起動時的主磁通較正常工作時小，故起動轉(zhuǎn)矩不大

42、。,二、直接起動 直接起動適用于小容量電動機帶輕載的情況，起動時，將定子繞組直接接到額定電壓的電網(wǎng)上。能否直接起動的判定依據(jù)為：對于經(jīng)常起動的電動機，起動時引起的母線電壓降不大于10%，對于偶爾起動的電動機，此壓降不大于15%。一般7.5KW以下電機允許直接起動。,三、降壓起動 當(dāng)電源容量不能承受直接起動的電流時，就需采用降壓起動來減小起動電流，但相應(yīng)地起動轉(zhuǎn)矩也將減小，因此一

43、般用于輕載起動工況。,采用自耦變壓器起動時，電動機的起動轉(zhuǎn)矩、起動電流為全壓直接起動的1/a2。a為自耦變壓器的變比。,1.  自耦變壓器起動,只有正常運行時定子繞組三角形接法，且三相繞組首尾六個端子全部引出來的電動機才能采用Y-△起動器起動。采用Y-△起動器起動時，起動電流降為直接起動的1/3，起動轉(zhuǎn)矩亦降為直接起動時的1/3。,2.  星-三角起動器起動,重載起動工況，繞線式異步電動機，容量較大時，起動電流對

44、電網(wǎng)的沖擊較大；又因帶重載，負載要求電機提供較大的起動轉(zhuǎn)矩。只要轉(zhuǎn)子回路串的電阻合適，就既可減少起動電流又可增加起動轉(zhuǎn)矩。因而電機容量大、重載這兩個要求可同時滿足。繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子回路串電阻起動的原理可通過Tem-s曲線說明。,3、繞線型異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻起動,注：轉(zhuǎn)子串入的電阻以“頻敏變阻器”更為有力。,起動時，f2很高，頻敏變阻器的鐵耗和等效電阻較大；轉(zhuǎn)速升高，f2降低，頻敏變阻器的鐵耗和等效電阻隨之減小。,異步電動機具有

45、結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、運行可靠、維護方便等優(yōu)點，但在調(diào)速性能上尚比不上直流電動機。但人們已研制出各種各樣的異步電動機的調(diào)速方式，并廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。根據(jù)異步電動機的轉(zhuǎn)速公式 n=（1－S）n1=(1－ S)60f1／p 異步電動機的調(diào)速方式有三種： (1) 變極調(diào)速。 (2) 變頻調(diào)速。 (3) 改變轉(zhuǎn)差率s調(diào)速。,十、異步

46、電動機的調(diào)速方法,對于異步電動機定子而言，為了得到兩種不同極對數(shù)的磁動勢，可以采用兩套繞組或一套繞組來實現(xiàn)。為了提高材料利用率，一般采用一套繞組的單繞組變極，即通過改變一套繞組的聯(lián)接方式而得到不同極對數(shù)的磁動勢，以實現(xiàn)變極調(diào)速。至于轉(zhuǎn)子，一般采用籠型繞組，它的極對數(shù)能自動與定子磁場極對數(shù)相一致。變極調(diào)速方法簡單、運行可靠、機械特性較硬，但只能實現(xiàn)有極調(diào)速。單繞組三速電機繞組接法已相當(dāng)復(fù)雜，故變極調(diào)速不宜超過三種速度。,1、變極調(diào)速,單

47、繞組雙速電機：一套定子繞組具備兩種極對數(shù)而得到兩個不同同步轉(zhuǎn)速；三速或四速電機： 定子內(nèi)放兩套獨立的繞組；,單繞組雙速電機原理： A1X1和A2X2串聯(lián)形成四極磁場； A1X1和A2X2串聯(lián)， A2X2反向， 形成兩極磁場,,2、變頻調(diào)速,異步電動機的轉(zhuǎn)速n= (1-s)(60f1/p) ，當(dāng)轉(zhuǎn)差率變化不大時，n近似正比于頻率f1，可見改變電源頻率就能改變異步電動機的轉(zhuǎn)速。 在變頻調(diào)速時，希望主磁通Φm保持不變。若主磁通大于正

48、常運行時的主磁通，則磁路過飽和而使勵磁電流增大，功率因數(shù)降低；若主磁通小于正常運行時的主磁通，則電機轉(zhuǎn)矩下降。在忽略定子漏阻抗的情況下，有 U1≈E1=4.44f1N1kw1Φm 為了使變頻時Φm維持不變，則U1／f1應(yīng)為定值。,當(dāng)電機變頻前后額定電磁轉(zhuǎn)矩相等，即恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速時，有：電壓隨頻率成正比變化（U1／f1應(yīng)為定值），則主磁通Φm不變，電機飽和程度不變，電機過載能力也不變。電機在

49、恒轉(zhuǎn)矩變頻調(diào)速前后性能都能保持不變。,恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速,,過載能力：最大轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比：,,恒功率調(diào)速,電機帶有恒功率負載時，在變頻前后，它的電磁功率相等。 (1)若要維持主磁通不變，即令電壓隨頻率作正比變化則 電機過載能力隨頻率成正比變化。(因TN也隨之變化) (2) 若保持過載能力不變，則主磁通要發(fā)生變化。 變頻調(diào)速的優(yōu)點是調(diào)速范圍大，平滑性好，變頻時電壓按不同規(guī)律變化可實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速或恒功率調(diào)速，以

50、適應(yīng)不同負載的要求。這是異步電機最有前途的一種調(diào)速方式，其缺點是目前控制裝置價格仍比較貴。,3、轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速,繞線式轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速屬于改變轉(zhuǎn)差率s的調(diào)速方式。 恒轉(zhuǎn)矩負載時，R2／s保持不變，調(diào)速前后，定子各物理量保持不變，轉(zhuǎn)子電流不變，電磁功率不變，最大電磁轉(zhuǎn)矩不變，轉(zhuǎn)子回路銅耗增加，輸出功率下降，效率下降。,十一、異步電動機的制動,電動機運行于正向電動狀態(tài)(即第Ⅰ象限)時，其電磁轉(zhuǎn)矩Tem與轉(zhuǎn)速n均為正方向，并對外輸出

51、機械功率。若電磁轉(zhuǎn)矩Tem、轉(zhuǎn)速n中有一項與正向電動狀態(tài)方向相反，即Tem與n方向相反，電動機就工作在電磁制動狀態(tài)。在此狀態(tài)下，電動機轉(zhuǎn)軸從外部吸收機械功率而轉(zhuǎn)換成電功率。,一、反接制動,實現(xiàn)反接制動有兩種方法：轉(zhuǎn)速反向和兩相反接。 1.  轉(zhuǎn)速反向的反接制動(正接反轉(zhuǎn)) 異步電動機定子電源正向連接，其定子磁動勢旋轉(zhuǎn)方向為n1正向旋轉(zhuǎn)，但由于轉(zhuǎn)子回路串有較大的電阻，在轉(zhuǎn)軸上帶有較大的位能性負載(下放重物)，電機起

52、動時電磁轉(zhuǎn)矩Tem與負載轉(zhuǎn)矩方向相反，在其作用下，電動機反向旋轉(zhuǎn)。 2.  兩相反接的反接制動(反接正轉(zhuǎn)) 繞線型異步電動機本來工作在正向電動狀態(tài)，為了迅速讓電動機停轉(zhuǎn)或迅速反轉(zhuǎn)，將定子兩相繞組的出線頭對調(diào)后再接到電源，這就是定子兩相反接的反接制動。,二、反向回饋制動,若電動機兩相反接帶有位能性負載TZ，則電機在兩相反接電源的作用下，反向加速，其轉(zhuǎn)速將超過同步轉(zhuǎn)速n1。電動機工作在反向回饋制動狀態(tài)，電磁轉(zhuǎn)矩Tem為

53、正，轉(zhuǎn)速n為負。轉(zhuǎn)差s<0。,三、能耗制動,將正在運行的電動機的定子繞組從電網(wǎng)斷開，接到直流電源上。定子的直流形成一恒定磁場，轉(zhuǎn)子由于慣性繼續(xù)轉(zhuǎn)動，其導(dǎo)條切割定子的恒定磁場而在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電勢、電流，從而將轉(zhuǎn)子動能變成電能消耗在轉(zhuǎn)子電阻上，使轉(zhuǎn)子發(fā)熱，當(dāng)轉(zhuǎn)子動能消耗完，轉(zhuǎn)子就停止轉(zhuǎn)動，這一過程稱為能耗制動。,十二、單相異步電動機,一、工作原理 單相異步電動機定子上一般有兩個繞組：起動繞組、工作繞組，兩繞組在空間上相距90度電

54、角度。轉(zhuǎn)子是籠型結(jié)構(gòu)。起動繞組只在起動時接入，起動完畢從電源斷開。,在正常運行時只有工作繞組接在電源上，單相繞組通交流電流，產(chǎn)生的磁動勢為脈振磁動勢。一個脈振磁動勢可分解為兩個轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)磁動勢，因此，利用迭加原理，可得出單相異步電機的電磁轉(zhuǎn)距曲線如圖所示。,單相異步電動機(單繞組)起動轉(zhuǎn)矩為零，不能自起動該電動機在起動后，能帶一定負載，但過載能力小,十二、單相異步電動機,二、起動方法,單相異步電動機只有一個繞組（工作繞組），無起動轉(zhuǎn)

55、矩，不能自起動。為解決這個問題，在電動機空間不同于工作繞組的位置安裝一個起動繞組，且使起動繞組中電流在時間相位上不同于工作繞組中的電流。,起動繞組與電容( 或電阻)串聯(lián)后再與工作繞組并聯(lián)于同一電源上，如圖所示。適當(dāng)選擇串入電容C的大小，可以使起動繞組中電流IB超前于工作繞組中電流IA約90°相角。這樣兩繞組磁動勢可以在氣隙中形成一個接近于圓形的旋轉(zhuǎn)磁動勢和磁場，并產(chǎn)生一定的起動轉(zhuǎn)矩。,裂相起動：在定子上另裝一套起動繞組，使之與