电机学第3篇异步电机.ppt
2023/10/6,1,电机学,主讲：马宏忠,2023/10/6,河海大学 电气学院,2,目 录,第一篇 变 压 器,第一章 绪 论,第四篇 同 步 电 机,第三篇 异 步 电 机,第二篇 交流电机的共同问题,2023/10/6,河海大学 电气学院,3,第三篇 异 步 电 机,第十章 三相异步电动机的启动和调速,第十一章 单相意图电动机及异步电机的 其他运行方式,第九章 异步电机的理论分析与工作特性,2023/10/6,河海大学 电气学院,4,第九章 异步电机的理论分析与工作特性,第二节 异步电机的基本原理,第三节 三相异步电机的等效电路,第四节 异步电机的参数,第五节 异步电动机的功率平衡式和转矩平衡式,第六节 异步电动机的机械特性,第一节 异步电机的基本结构,第七节 异步电动机的工作特性,2023/10/6,河海大学 电气学院,5,第一节 异步电机的基本结构,前言 异步电机又称感应电机是交流电机的一种。优点：结构简单、制造、使用和维护方便，运行可靠，效率较高、价格较低。缺点：1.调速和起动性能不佳;2.功率因数总是滞后的，增加了电力系统的无功负担。应用：总的来说：主要作为电动机使用，是当今应用最广，需要量最大的一种电机。结构：定子、转子、空气隙、端盖、轴承和机座等部件。,2023/10/6,河海大学 电气学院,6,第一节 异步电机的基本结构,一、定子 异步电机定子主要包括定子绕组、铁芯和机座三部分。二、转子 异步电机转子主要包括转子绕组、铁芯和转轴三部分。异步电机的转子结构可以分为笼型和绕线型两大类。,2023/10/6,河海大学 电气学院,7,绕组转子异步电机,2023/10/6,河海大学 电气学院,8,第一节 异步电机的基本结构,三、铭牌的额定值（1）型号（2）额定功率（PN）：指电动机在额定方式下运行时，转轴上输出的机械功率。单位为W和kW。（3）额定电压（UN）：指电动机在额定方式下运行时，定子绕组应加的线电压。单位为V和kV。,2023/10/6,河海大学 电气学院,9,第一节 异步电机的基本结构,（4）额定电流（IN）：指电动机在额定电压和额定功率状态下运行时，流入定子绕组的线电流。单位为A。（5）额定频率（fN）：额定状态下电源的交变频率，我国的电网频率为50 Hz。（6）额定转速（nN）：指在额定状态下运行时的转子转速。单位为rpm。除上述数据外，还标出额定运行时，电机的功率因素以及相数、接线法、防护等级、绝缘等级与温升、工作方式等有关项目。,2023/10/6,河海大学 电气学院,10,第二节 异步电机的基本原理,一、异步电机的运行状态当对称三相电流流入异步电机三相定子绕组在气隙中便产生一旋转磁场，以同步速 旋转转子绕组与其有相对运动（切割）在闭合的转子绕组产生感应电动势和感应电流，旋转磁场与转子导体中的电流互相作用产生电磁转矩。,2023/10/6,河海大学 电气学院,11,第二节 异步电机的基本原理,异步电机的转子转速n 总是略低于（电动机）或略高于（发电机）旋转磁场转速他们之间的差，称为转差速度定义转差速度与同步转速的比值为转差率，即,2023/10/6,河海大学 电气学院,12,第二节 异步电机的基本原理,转差率是决定异步电机运行状态的重要变量：异步电动机的负载情况发生变化，转子导体中的电动势电流和电磁转矩相应变化则转子转速和转差率随之变化。,2023/10/6,河海大学 电气学院,13,2023/10/6,河海大学 电气学院,14,第二节 异步电机的基本原理,按照转差率大小正负，电机可分为三种状态：电动机运行发电机运行电磁制动1、电动机运行 转速低于同步转速 0S0,2023/10/6,河海大学 电气学院,15,第二节 异步电机的基本原理,2、发电机运行 发电机状态转速大于同步转速 n n0 S0,2023/10/6,河海大学 电气学院,16,第二节 异步电机的基本原理,3、电磁制动 相对转速大于同步转速 n1（实际上异步电机主要作为电动机运行）,2023/10/6,河海大学 电气学院,17,第二节 异步电机的基本原理,二、异步电机的主磁通和漏磁通主磁通：穿过气隙，与定转子绕组交链漏磁通不属于主磁通的磁通（槽、端部，谐波）,2023/10/6,河海大学 电气学院,18,第三节 三相异步电机的等效电路,（一）转子不动时的异步电机从电路的角度来看，转子不动时异步电机的电路方程与次级短路时的变压器的电路方程相似变压器的初级相当于异步电机的定子绕组次级绕组相当于转子绕组。尽管异步电机与变压器的的磁场性质、结构和运行方式不相同，但他们内部的电磁关系时相通的。所以在研究异步电机的等效电路时，可以借助变压器的电磁理论。,2023/10/6,河海大学 电气学院,19,第三节 三相异步电机的等效电路,转子不动时的定、转子电路,2023/10/6,河海大学 电气学院,20,第三节 三相异步电机的等效电路,转子不动时的异步电机与变压器的等效,2023/10/6,河海大学 电气学院,21,第三节 三相异步电机的等效电路,1、电压平衡方程 定子绕组的电压平衡式和转子不动时转子绕组的电压平衡式分别为（与变压器类比解释各参量的意义）,2023/10/6,河海大学 电气学院,22,第三节 三相异步电机的等效电路,2、磁动势平衡方程 定子绕组磁动势 转子绕组磁动势 合成磁动势 磁动平衡式为,2023/10/6,河海大学 电气学院,23,第三节 三相异步电机的等效电路,3、绕组的归算 一般将转子方面的各物理量归算到定子方面。（1）电流的归算 根据归算前后转子磁动势保持不变，即：式中 为电流变比。,2023/10/6,河海大学 电气学院,24,第三节 三相异步电机的等效电路,（2）电动势的归算 根据归算前后转子视在功率保持不变，即 式中 为电动势变比。,2023/10/6,河海大学 电气学院,25,第三节 三相异步电机的等效电路,（3）阻抗的归算 根据归算前后转子铜耗保持不变，即 式中 为阻抗变比。电阻变比也适用于转子电抗、阻抗的归算。,2023/10/6,河海大学 电气学院,26,第三节 三相异步电机的等效电路,二、转子转动后的异步电机 1、转子转动后对转子各物理量的影响 从电路角度看，转子转动后转子频率的变化将影响转子电动 势和漏抗等参数的变化。转子电流的频率 转子电动势 转子漏抗 转子转动后转子回路电压平衡式,2023/10/6,河海大学 电气学院,27,第三节 三相异步电机的等效电路,二、转子转动后的异步电机2、频率归算 由以上分析可知，转子转动后转子回路的参数频率为而定子回路参数的频率仍为 电路中频率应相同，所以进行频率归算：,2023/10/6,河海大学 电气学院,28,2.频率归算,2023/10/6,河海大学 电气学院,29,第三节 三相异步电机的等效电路,转动时的电路(频率归算前)转动时的电路(频率归算后),2023/10/6,河海大学 电气学院,30,第三节 三相异步电机的等效电路,3、基本方程转子参数经频率归算后还应进行绕组归算，归算后异步电动机转子转动后的基本方程为,2023/10/6,河海大学 电气学院,31,第三节 三相异步电机的等效电路,4、等效电路 根据上式可画出异步电机的 型等效电路,2023/10/6,河海大学 电气学院,32,第三节 三相异步电机的等效电路,4、向量图与接有纯电阻负载时的变压器向量图类似。异步电机的模拟电阻压降相当于变压器的次级侧电压，其余部分没什么区别。,2023/10/6,河海大学 电气学院,33,第四节 异步电机的参数,异步电机的参数 基本方程式、等效电路图和向量图分析交流电机普遍方法。通过等效电路可以算出电机的电流、功率、功率因数、效率以及转矩。,2023/10/6,河海大学 电气学院,34,第四节 异步电机的参数,两种参数励磁参数:决定于电机主磁路的饱和程度.是一种非线性参数.短路参数:基本上与电机的饱和程度无关,是一种线性参数.测定方法：两种试验空载试验短路试验,2023/10/6,河海大学 电气学院,35,一 空载试验与励磁参数的确定,(一)空载试验:在UN、fN下,轴上不带负载。将电动机运转一段时间(30min)使其机械损耗达到稳定值,然后调节电源电压从(1.101.20)UN开始,逐渐降低到可能达到的最低电压值(约0.3UN).测量79点,每次记录端电压,空载电流,空载功率和转速.根据记录数据,绘制电动机的空载特性曲线.,2023/10/6,河海大学 电气学院,36,一 空载试验与励磁参数的确定,(二)机械损耗和铁耗的分离,2023/10/6,河海大学 电气学院,37,一 空载试验与励磁参数的确定,2023/10/6,河海大学 电气学院,38,二 短路试验及短路参数之确定,（1）短路试验:短路指T形电路中的附加电阻 的状态.n=0,因此必须在电动机堵转情况下进行.故短路试验也称为堵转试验.试验方法一般从I1=1.2IN（或：U1=0.4UN）开始,逐步降低电压.到I1=0.3IN 测量57点,每次记录端电压,定子短路电流和短路功率,测量定子绕组的电阻.根据记录数据,绘制异步电动机的短路特性I1s=f(U1),p1s=f(U1),2023/10/6,河海大学 电气学院,39,二 短路试验及短路参数之确定,（2）短路参数的确定(与变压器相同)由于 励磁支路开路:全部输入功率都变成定子铜耗与转子铜耗.,2023/10/6,河海大学 电气学院,40,二、异步电机的等效电路及其简化,令根据T型等效电路，可写出如下两个方程式。联立求解得,2023/10/6,河海大学 电气学院,41,二、异步电机的等效电路及其简化,和 都很复杂，式中 是一个复系数在异步电机中，略去 则复数系数变成实数，即,2023/10/6,河海大学 电气学院,42,第四节 异步电机的参数,求转子电流的较准确近似等效电路求定子电流的较准确近似等效电路,2023/10/6,河海大学 电气学院,43,第四节 异步电机的参数,异步电机的简化等效电路（c=1）,2023/10/6,河海大学 电气学院,44,第五节 异步电机的功率平衡式和 转矩平衡式,一、功率平衡式 本节将用有效电路来分析异步电动机的能量关系见右图输入电功率定子铜耗定子铁耗转子铜耗总的机械功率 异步电动机的各种损耗总的机械功率又称内功率。,2023/10/6,河海大学 电气学院,45,第五节 异步电机的功率平衡式和 转矩平衡式,异步电动机的功率流程图异步电动机总的功率式正常运转的时候转子铁芯中磁通的变化的频率很低，仅有13Hz,所以转子铁耗可以略去不计。,2023/10/6,河海大学 电气学院,46,第五节 异步电机的功率平衡式和 转矩平衡式,两个重要关系：因为电磁功率：转子铜耗：机械功率：所以：又叫转差功率,2023/10/6,河海大学 电气学院,47,第五节 功率平衡式和转矩平衡式,二、转矩平衡式旋转电机的机械功率：电机的转矩与它的机械角速度乘积.总机械功率除以转子角速度 得到转矩平衡式，即式中：为电动机轴上的输出机械转矩，即负载转矩；：为电动机轴上的总机械转矩:Tem，即电磁转矩；为电动机空载(制动)转矩；,2023/10/6,河海大学 电气学院,48,第五节 功率平衡式和转矩平衡式,三、关于电磁转矩电磁转矩与功率式中 或 为电机的同步角速度：注意：比较下式含义：具体例子详见书 例（9-1）,2023/10/6,河海大学 电气学院,49,第六节 异步电机的机械特性,称为异步电动机的电磁转矩-转差率曲线，简称T-s曲线，又称为机械特性曲线，它是异步电动机最主要的特性。一、电磁转矩表达式,2023/10/6,河海大学 电气学院,50,第六节 异步电机的机械特性,二、T-s曲线由上式可画出T-s曲线如右：该曲线是按电动机运行方式导出按照转差率划分电机有三种状态：1、T0，T与n方相同，为电动机状态。2、T0,nn0，T与n方向相反,制动转矩，为发电机状态。3、T0,T与n方向相反，为制动状态。,2023/10/6,河海大学 电气学院,51,第六节 异步电机的机械特性,为什么异步电机起动电流大，起动转矩并不大？可参书P157 图9-20,2023/10/6,河海大学 电气学院,52,第六节 异步电机的机械特性,二、最大转矩 1.临界转差率与最大转矩求最大转矩可用,由此求得产生最大转矩时的转差率：临界转差率，其中“”号，电动机取“+”号，发电机去“-”号。代入转矩表达式，求得最大转矩为,2023/10/6,河海大学 电气学院,53,第六节 异步电机的机械特性,2.过载能力由此得到以下几点结论：,2023/10/6,河海大学 电气学院,54,第六节 异步电机的机械特性,2023/10/6,河海大学 电气学院,55,第六节 异步电机的机械特性,三、异步电机稳定运行范围电动机的稳定运行条件为对恒转矩负载，,2023/10/6,河海大学 电气学院,56,第六节 异步电机的机械特性,四、电磁转矩简化计算公式（从略）对大型电机实用公式,2023/10/6,河海大学 电气学院,57,第七节 异步电动机的工作特性,异步电动机的工作特性定义：,2023/10/6,河海大学 电气学院,58,第七节 异步电动机的工作特性,（1）转速特性：（2）定子电流特性：,2023/10/6,河海大学 电气学院,59,第七节 异步电动机的工作特性,（3）功率因数特性(*)：,2023/10/6,河海大学 电气学院,60,第七节 异步电动机的工作特性,（4）电磁转矩特性：,2023/10/6,河海大学 电气学院,61,（5）效率特性：异步电动机的效率为损耗：P2增加时，效率上升得很快；当不变损耗=可变损耗时,效率达到最大值；随后负载继续增加，可变损耗增加很快，效率就要降低。电动机容量越大,效率就愈高.,第七节 异步电动机的工作特性,2023/10/6,河海大学 电气学院,62,第十章 三相异步电机的启动和调速,第一节 起动电流和起动转矩,第二节 谐波转矩及其对起动的影响,第三节 笼型异步电动机的起动,第四节 笼型异步电动机的调速,第五节 绕线转子异步电动机的起动和调速,2023/10/6,河海大学 电气学院,63,第一节 起动电流和起动转矩,定义：异步电动机的起动是指电机从静止状态加速到稳态转速的整个过程，它包括最初起动状态和加速过程。主要指标：起动电流和起动转矩希望：起动电流小、起动转矩大实际：起动电流大、起动转矩不大（不宜说起动转矩小）,2023/10/6,河海大学 电气学院,64,第一节 起动电流和起动转矩,起动时，定子电流很大（额定电流的57倍）最初起动转子功率因数很小：所以转矩不大：本节内容：怎样尽可能使：起动电流小、起动转矩大,2023/10/6,河海大学 电气学院,65,第二节 谐波转矩及其对起动的影响*,异步电机的气隙中除了存在基波磁场之外，还有一系列谐波磁场，这些谐波磁场对电机有多方面的影响。一、异步电机的高次空间谐波磁场产生的主要原因1、绕组分布非正弦引起的谐波磁场(1)实际磁势阶梯分布，含有谐波，其中5、7次较强(2)高次谐波中，次较强，因其与基波绕组系统相同。谐波可写成与定子齿数有关的谐波，故常称为定子绕组齿谐波。,2023/10/6,河海大学 电气学院,66,第二节 谐波转矩及其对起动的影响*,、定、转子齿槽存在引起磁导齿谐波定、转子铁芯的内圈和外圈上有齿槽存在，引起气隙磁导不均匀，面对齿部磁导较大，面对槽口磁导较小，即使气隙磁动势按正弦分布，由于齿槽磁导变化也会引起谐波磁场，为与绕组谐波相区别，称由磁导变化引起的谐波为磁导齿谐波。,2023/10/6,河海大学 电气学院,67,第二节 谐波转矩及其对起动的影响*,二、高次谐波磁场产生的谐波转矩及其对起动的影响由高次谐波磁场所产生的谐波转矩，按性质可分为异步附加转距和同步附加转矩。、异步附加转矩异步电机是由定子旋转磁场与由该磁场感应的转子电流所产生的转子磁场相互作用所产生的转矩，其中只有极对数相同的那些磁场才会产生异步转矩。异步谷,2023/10/6,河海大学 电气学院,68,第二节 谐波转矩及其对起动的影响*,、同步附加转矩同步附加转矩是由独立电源的极对数相同的两个磁场，以相同转速且同方向旋转而产生的转矩。如果不是同步旋转，其平均转矩等于零。如：定、转子齿谐波独立，有可能形成同步附加转矩,2023/10/6,河海大学 电气学院,69,第二节 谐波转矩及其对起动的影响*,三、削弱和消除附加谐波转矩的措施（）绕组采用分布和适当短距以减弱绕组谐波磁场，特别是对次谐波和次谐波。（）斜槽是削弱齿谐波作用的一个有效方法。（）选择合理的定、转子槽配合，可消除或削弱齿谐波转矩。（）减少气隙磁导变化削弱磁导齿谐波，如定、转子采用半闭口槽，小电机转子用闭口槽等。（）增大气隙能有效地削弱高次谐波和齿谐波磁场，随之减少附加转矩，但是增大气隙使励磁电流增加，功率因数下降，一般不采用。,2023/10/6,河海大学 电气学院,70,第三节 笼型异步电动机的起动,一台异步电动机采用什么起动方法，需要看供电系统的容量、负载的性质以及用户对起动的要求而定。就负载情况而言，可归纳为以下三种典型情况：重载起动，起动时有比较大的阻力距；轻载或空载起动，起动时阻力距很小；风机类负载：负载起动时最初时阻力距很小，随转速上升，负载转矩几乎按转速平方上升。三种典型负载起动特性,2023/10/6,河海大学 电气学院,71,第三节 笼型异步电动机的起动,一、直接起动把全部电源电压直接加到电动机的定子绕组，也称全压起动。主要问题：起动电流较大，造成电网电压下降，影响其它用电设备一般规定，异步电动机的功率低于7.5kW时允许直接起动。如果功率大于7.5kW，而电源总容量较大，能符合下式要求者，电动机也允许直接起动简单估算：S电机(0.20.3)S变压器,可以直接起动,2023/10/6,河海大学 电气学院,72,第三节 笼型异步电动机的起动,二、电阻减压或电抗减压起动在电源端串入电阻、或电抗串电阻：损耗增加串电抗：起动功率因数更低,2023/10/6,河海大学 电气学院,73,第三节 笼型异步电动机的起动,三、自耦变压器起动对自耦变压器（Tr）：设变比为k,则：,2023/10/6,河海大学 电气学院,74,第三节 笼型异步电动机的起动,对电机：直接起动时：电压U1，电流Ist，起动转矩为Tst经Tr后，电压：U2U1/k 加在电机上，电机电流正比减小，为该电流再经Tr,其原方电路再降k倍，即为：电机转矩正比电机上电压平方：,2023/10/6,河海大学 电气学院,75,第三节 笼型异步电动机的起动,结论：自耦变的变比为电机电压为原来的电机电流为原来的电机从源吸取的电流为原来的,2023/10/6,河海大学 电气学院,76,第三节 笼型异步电动机的起动,四、星三角（YD）起动正常运行：D起动：Y 直接起动：电压U1，电流Ist，起动转矩为TstY起动，电压：电机电流正比减小，为线电流：即从电源吸取的电流：电机转矩正比电机上电压平方：所以，相当于变比为 的自耦变起动,2023/10/6,河海大学 电气学院,77,五、深槽转子异步电机起动 槽底比槽口股线的漏电抗大。导条中电流密度j的分布自上而下逐步地减小，如图b所示。电流大部分集中到导条的上部，这种现象称为电流的集肤效应。由于这一效应，从而增加了起动转矩与限制了起动电流,第三节 笼型异步电动机的起动,2023/10/6,河海大学 电气学院,78,六、双笼转子异步电机起动,第三节 笼型异步电动机的起动,2023/10/6,河海大学 电气学院,79,第四节 笼型异步电动机的调速,异步电动机的转速根据负载的要求，人为地或自动地进行调节，称为调速。异步电动机的转速公式是因此，异步电动机的调速有以下几种方法：（1）改变供电电源的频率；（2）改变电动机的极对数；（3）改变转差率；改变转差率可以由改变外施电压、转子回路串电阻或电动势等。,2023/10/6,河海大学 电气学院,80,第四节 笼型异步电动机的调速,一、变频调速改变电源频率，改变同步转速，使转速变化。特点：调速范围宽、精度高、效率较高，且能无极调速；但是需要专用的变频电源，应用上受到一定限制。发展最快。1.变频调速的基本要求主磁通 保持不变，因为 增大将引起磁路过饱和，励磁电流大大增加，减小将使最大转矩、过载能力下降。如略去异步电动机定子阻抗压降，则,2023/10/6,河海大学 电气学院,81,第四节 笼型异步电动机的调速,为要使保持 不变，随频率变化，电动势也将随之按正比例变化，即 恒磁通变频调速机械特性,2023/10/6,河海大学 电气学院,82,第四节 笼型异步电动机的调速,对于恒功率调速，就是调频后保持输出功率不变，即 即于是定子的端电压大小与频率之间的关系为 即这种调速方法，最大转矩将随频率上升而下降。,2023/10/6,河海大学 电气学院,83,第四节 笼型异步电动机的调速,2.变频器的基本构成,2023/10/6,河海大学 电气学院,84,第四节 笼型异步电动机的调速,二、变极调速 电源频率保持不变、改变定子绕组的极对数，也可能改变同步转速，从而改变转子转速。变极电机定子绕组的绕制方法有：双绕组变极；单绕组变极。,2023/10/6,河海大学 电气学院,85,第四节 笼型异步电动机的调速,三、改变外施电压调速 调压调速是一种比较简单的调速方法，控制电路价格较低。但是低速时转子铜耗较大，效率较低。,2023/10/6,河海大学 电气学院,86,第五节 绕线转子异步电动机的 起动和调速,笼型转子异步电动机：转子结构简单、成本低、运行可靠，但是其转子参数很难调整，为了改善起动特性和调速特性，大容量的异步电动机可采用绕线转子异步电动机。,2023/10/6,河海大学 电气学院,87,第五节 绕线转子异步电动机的 起动和调速,一、绕线转子异步电动机的起动如果既要限制起动电流，又要较大的起动转矩增大起动时的转子电阻可以大大改善起动性能，绕线转子电动机起动时转子绕组通过集电环和电刷与外接起动变阻器相连接。,2023/10/6,河海大学 电气学院,88,第五节 绕线转子异步电动机的 起动和调速,起动变阻器的取值：并非越大越好，应取一个合理的数值。根据异步电动机的机械特性，当 时，起动转矩等于最大转矩，设 为起动变阻器的电阻值，则,2023/10/6,河海大学 电气学院,89,第五节 绕线转子异步电动机的 起动和调速,频敏电阻（略）,2023/10/6,河海大学 电气学院,90,第五节 绕线转子异步电动机的 起动和调速,二、绕线转子异步电动机的调速 1.在转子回路中接入调速电阻转子回路中接入调速阻，增大转子的转差率，转速下降。曲线1是固有机械特性曲线2、3是接入附加电阻（R串3R串2）曲线4是恒转矩的负载特性转速分别为：n1、n2、n3显然：n3n2n1,2023/10/6,河海大学 电气学院,91,第五节 绕线转子异步电动机的 起动和调速,特点：只能从额定转速向下调速调速范围不大,负载小时调速范围更小转速较低，转子回路中的功率损耗大，效率低，发热严重但是设备简单。,2023/10/6,河海大学 电气学院,92,第五节 绕线转子异步电动机的 起动和调速,2.串级调速 绕线转子异步电动机一般采用转子电路串联接电阻和串联接电动势两种调速方法，前者在附加调速电阻上将消耗大量能量，后者则把这部分能量加以利用，在转子电路中增加一套变换装置，构成串级调速系统。,2023/10/6,河海大学 电气学院,93,第十一章 单相异步电动机及异步电机的其他运行方式,第一节 三相异步电动机在不对称电压下运行,第二节 单 相 异 步 电 动 机,第三节 异 步 发 电 机,第四节 异 步 电 机的 制 动 运 行,2023/10/6,河海大学 电气学院,94,第一节 三相异步电机在不对称 电压下运行,在实际运行中，三相异步电机有时会遇到供电电源三相电压不对称的情况，这会给电机的正常运行带来影响。一、不对称运行的分析方法 正序电压 作用于定子绕组，便流过正序电流，建立正向旋转磁场，产生正向转矩，拖动转子与它同方向旋转，设转子转速，则正序转差率同理:负序电压 负向转矩 负序转差率为 三相异步电机一般不接中线，则无零序电压，所以定子绕组也无零序电流。,2023/10/6,河海大学 电气学院,95,第一节 三相异步电机在不对称 电压下运行,正序和负序等效电路如下所示 正序 负序不对称电压下三相异步电动机的T-s曲线如下所示,2023/10/6,河海大学 电气学院,96,第一节 三相异步电机在不对称 电压下运行,二、电压不对称对电机运行的影响 电动机运行时由于 很小，因而，于是，则式中 额定电压下起动电流，由此可见，即使很小的负序电压，也会产生较大的负序电流。三相异步电机不允许长期在严重不对称电压下运行。,2023/10/6,河海大学 电气学院,97,第二节 单相异步电动机,单相异步电动机是用单相交流电源供电通常单相异步电动机定子上有两相绕组：一为主绕组（或称工作绕组）一为辅助绕组（或称起动绕组）两绕组在空间有相位差，一般为 电角度转子为结构简单的笼型绕组。结构示意图 接线图,2023/10/6,河海大学 电气学院,98,第二节 单相异步电动机,与三相异步电动机主要不同在于：三相异步电动机的定、转子绕组和绕组的电压、电流一般都是对称的，工作时气隙磁场是圆形旋转而单相异步电动机的绕组以及绕组的电压电流一般是不对称的，工作时的气隙磁场是椭圆形旋转磁场。一、单相异步电动机的工作原理 辅助绕组开路情况，仅主绕组有电流 应用对称分量法,2023/10/6,河海大学 电气学院,99,第二节 单相异步电动机,其中、组成正序系统，、组成负序系统，设转子的转向为自a相转向m相，则整理得 即相应的相量图如右图所示,单相电机一相工作时的电流对称分量,2023/10/6,河海大学 电气学院,100,第二节 单相异步电动机,电压正序分量和负序分量的平衡式为,式中：、是电机正序阻抗和负序阻抗,相应的等效电路如右图所示,2023/10/6,河海大学 电气学院,101,第二节 单相异步电动机,正、负序转子电流,2023/10/6,河海大学 电气学院,102,第二节 单相异步电动机,正、负序电磁功率 正、负序电磁转矩 合成转矩,2023/10/6,河海大学 电气学院,103,第二节 单相异步电动机,如略去励磁电流，则,2023/10/6,河海大学 电气学院,104,第二节 单相异步电动机,单相异步电动机一相开路时的T-s曲线图如下图所示,仅主绕绕组工作时的T-s曲线,2023/10/6,河海大学 电气学院,105,第二节 单相异步电动机,单相异步电动机一相开路的主要特点：起动转矩等于零 各种性能指标都低于三相异步电动机 单相电机的主绕组m和辅助绕组a通入相位不同的两相电流，这两相绕组的磁动势为,2023/10/6,河海大学 电气学院,106,第二节 单相异步电动机,电机内部合成磁势 式中、为a相和m相的最大值 如果 则 合成磁动势,2023/10/6,河海大学 电气学院,107,第二节 单相异步电动机,二、单相异步电动机的起动方法和类型（一）电容电动机 电容电动机是将主绕组固定接单相电流，辅助绕组串联电容器后接单相电源，有较高的起动转矩或较好的运行性能。根据电容器的不同串接方式可分为以下三种。1、单相电容运转异步电动机,2023/10/6,河海大学 电气学院,108,第二节 单相异步电动机,2、单相电容起动异步电动机 3、单相双值电容异步电动机（二）单相电阻起动异步电动机,2023/10/6,河海大学 电气学院,109,第二节 单相异步电动机,三、罩极电动机 单相异步电动机常用的起动方法有裂相起动和罩极起动。前面介绍的都是裂相起动，定子上有两相绕组，两相绕组流过的电流不同相，形成一个椭圆形旋转磁场，产生一定起动转矩。罩极起动，定子大多为凸极式，在极上只有一套工作绕组，直接与单相交流电源相接，在极靴的一边开有一个小槽，槽中套有一短路铜环，成为罩极绕组。罩极电动机用罩极起动法。,2023/10/6,河海大学 电气学院,110,第三节 异步发电机,一、基本方程式、等效电路和向量图 异步电机作为电动机运行，其转速只能低于同步转速即。如果用另一原动机拖动它的转子使其顺着旋转磁场方向旋转，其转速大于同步转速，即，这时异步电机作为发电机运行。在发电机运行时，具有负值。与电动机运行比较，在进行电路分析时，各物理量正方向仍按电动机惯例，即发电机与电动机具有相同的表达式和等效电路，只有应取负值，如图所示。,异步发电机等效电路,2023/10/6,河海大学 电气学院,111,第三节 异步发电机,异步发电机的向量图由向量图可以看出，在发电机运行状态，定子电流与电压间的相位差，为负值，即输入的有功功率为负值，这意味着它实际上向电网输出有功功率。对无功功率来讲，因异步电机自身不能产生无功功率，仍需由电网供给或用并联电容器的方式供给。,2023/10/6,河海大学 电气学院,112,第三节 异步发电机,二、异步发电机的运行方式 异步发电机可以单机运行也可以与电网并联运行。（一）、与电网并联运行 这种运行方式其激磁电流由电网提供。由于异步电机的激磁电流较大，一般大约是0.30.5，所以在发电的同时，增加 了电网的无功负担。从经济运行论证，异步机并网运行并不一定有利。并网运行有如下特点：其电压和频率完全取决于电网的电压和频率，与转速无关。因此无需调压和调频，且并网手续极其简单，只需注意转速略大于同步转速，即可投入电网运行。（二）、单机运行 这种运行方式其激磁电流由并联在端点上的电容器供给，这是因为异步电机实质上与电感性元件等效。,2023/10/6,河海大学 电气学院,113,第三节 异步发电机,1.电压建起自激过程2.空载状态建立额定电压所需电容值（近似估算）在额定电压时的激磁电流和电容电流（均取每相值）应分别为 曲线1表示异步电的空载 特性，是一条饱和曲线。因为空载时，由此得 曲线2是电容器的特性曲 线。或 可以由异步电动机空载试验求得，从而可计算出所需空载运行时的电容值。,2023/10/6,河海大学 电气学院,114,第四节 异步电机的制动运行,制动运行是异步电机的又一种运行方式。异步电动机的制动可以采用机械的方法，也可以采用电磁的方法常用的电磁制动方法有：1、能耗制动；2、回馈制动；3、反接制动；4、正接反转制动 等。一、反接制动 异步电机运行时，如果转子的转向与气隙旋转磁场的转向相反的话，即转差率s1,这种运行状态为反接制动。二、正接反转制动 正接反转制动是指定子接线保持原接法不变，如转子在外力推动下迫使反向旋转，这时电磁转矩是一制动转矩。这种制动的方法主要用于绕线转子电机作起重用。,2023/10/6,河海大学 电气学院,115,第四节 异步电机的制动运行,三、能耗制动 能耗制动是在电机断电后，立即在定子两相绕组通入直流励磁电流，产生制动转矩，使电机迅速停转。四、回馈制动 回馈制动通常用以限制电机转速，当转子转速超过同步转速，则电磁转矩变为制动转矩，电机由原来电动机状态变为发电机状态，故又称发电机制动。,
