相异步电动机的运行原理及单相异步电动机.ppt

《相异步电动机的运行原理及单相异步电动机.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《相异步电动机的运行原理及单相异步电动机.ppt（48页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、5.1 三相异步电动机运行时的电磁过程,5.2 三相异步电动机的等效电路及相量图,5.3 三相异步电动机的功率和转矩,5.4 三相异步电动机的工作特性及测取方法,5.5 三相异步电动机参数的测定,5.6 三相异步电动机的转矩与转差率的关系,在了解了异步电动机的概貌，阐明了磁动势和磁场以及电动势等这些参与电磁过程的基本物理量以后，本章首先分析异步电动机负载运行时的电磁过程，然后将电磁过程用基本方程式加以综合。和变压器一样，可从这些方程式导出等效电路与相应的相量图，并用等效电路与相量图去分析功率和转矩，从而得出异步电动机的工作特性，并说明工作特性测取的方法，为交流拖动系统的分析奠定基础,本章小结,

2、5.1 三相异步电动机运行时的电磁过程,一、异步电动机负载时的物理情况,当三相异步电动机的定子绕组接到对称三相电源时，定子绕组中就通过三相交流电流。若不计谐波和齿槽影响，这个对称三相交流电流将在气隙内形成按正弦规律分布、并且以同步转速n0旋转的旋转磁动势F1，由旋转磁动势F1建立旋转的气隙主磁场Bm。,这个旋转磁场切割定子、转子绕组，分别在定子、转子绕组内感应出定子电动势和转子电动势。在转子电动势作用下转子回路中有对称三相电流流过。于是，在气隙磁场和转子电流的相互作用下，产生了电磁转矩，转子就顺着旋转磁场的方向转动。,异步电动机空载运行时，建立气隙磁场Bm的励磁磁场Fm0就是定子绕组产生的三相

3、基波合成磁动势F10即Fm0=F10,空载的情况下：nns,I20,当电机带有机械负载后：nns,I2增大。,不论转子是绕线型还是笼型，转子磁动势F2都是一种旋转磁动势。,（一）转子磁动势分析,2、F2转速的大小,如果相序为A-B-C的异步电动机定子电流所产生的旋转磁场按逆时针方向旋转，因为nn0，则转子电流相序为a-b-c。则转子磁动势F2的旋转方向也按照相序a-b-c，即：按逆时针方向。,1、转子磁动势F2的旋转方向,转子绕组内感应电动势和电流的频率为,f2为转差频率，转子电流形成的转子磁动势F2的旋转方向与F1的旋转方向相同，它相对于转子的转速为n，而相对于定子的转速为n+n=ns,（二

4、）磁动势平衡,转子磁动势F2与定子磁动势F1相对静止，得到合成磁动势F1+F2,负载时,空载时,电动机从空载到负载，定子绕组的感应电动势的变化很小，差不多和电源电压相平衡。所以，可以近似认为,于是,（三）电磁关系,有效值,相量表达式,定、转子的漏磁通在各自绕组中感应产生漏电动势,二、基本方程式,（一）磁动势平衡方程式,式中m1、m2为定子、转子的相数；Im为对应于励磁磁动势的励磁电流。Fm为励磁磁势,（二）电动势平衡方程式,R为转子电阻的外加电阻,Zm为表征铁心磁化特性和铁耗的一个综合参数，称为励磁阻抗；Xm称为励磁电抗；Rm为反映铁耗的励磁电阻。,因此,异步电动机负载时的基本方程式列出如下,

5、5.2 三相异步电动机的等效电路及相量图,为电动势比,等效电路法是分析异步电动机的重要手段。在异步电动机中，作等效电路遇到的两大障碍是：(1)定转子电路的频率不相同；(2)定转子边的相数，匝数，绕组系数等不相等。,一、异步电动机的等效电路,（一）频率归算,频率归算 保持整个电磁系统的电磁性能不变，把一种频率的参数和物理量换算成另一种频率的参数和物理量。在这里，就是用一个具有定子频率而等效于转子的电路去代换实际转子电路。,所谓“等效”是指：1）进行代换后，转子电路对定子电路的电磁效应不变。2）等效的转子电路的电磁性能（有功功率、无功功率、铜耗等）必须和实际转子电路一样。,转差率为s的异步电动机转

6、子电路频率：,转子静止时s=1；则转子频率等于定子频率。,频率折算既是用静止的转子代替旋转的转子。,频率折算后，希望磁势平衡不变，即转子电流不变。,转子不动，转子电阻为 的异步电动机的转子电流，和转子以转差率s旋转的，转子电阻为R2的异步电动机转子电流相等。,推论：频率折算的方法：给转子绕组电阻中，计入一个附加电阻，即可以把原来旋转的转子看成静止的转子。,不论静止或者旋转的转子，其转子磁势总以同步转速旋转，即转子磁势的转速不变，大小相位又没有变，故电机的磁势平衡依然维持。静止的转子不再输出机械功率，即电机的功率平衡中少了一大块机械功率。静止的转子中多了一个附加电阻，而电流没有变，所以多了一个电

7、阻功率。附加电阻上消耗的电功率等于电机输出的机械功率。,对频率折算的讨论,（二）、绕组折算,用绕组（m1、N1、kw1）等效替代绕组（m2、N2、kw2）代替的原则是：磁势平衡不变 功率平衡不变,电流折算：根据磁势不变：,电势、阻抗折算,电势折算：磁通应不变。,阻抗折算：功率不变。,电抗和漏阻抗可同样折算。,三、异步电动机的等效电路,经过频率折算和绕组折算后异步电动机的方程式,折算后转子电路方程式：,T形等效电路,简化等效电路,几种异步电动机的典型运行情况,1、空载运行,2、额度负载下运行,转子电路基本上是电阻性的，功率因数较高。,3、起动时的情况,附加电阻为零，起动电流很大，功率因数较低。,

8、4、异步发电运行,转差率为负，附加电阻也为负值。表示从转子轴上输入（而不是输出）机械功率。,5、电磁制动状态运行,，附加电阻为负值，表示从转子轴上输入（而不是输出）机械功率。,二、异步电动机的相量图,在时间相量图中，一个频率为f，随时间按正弦规律变化的物理量可以用一个长度等于有效值I，角速度 的旋转矢量表示；,当取纵轴为为时间参考轴、任何瞬间旋转矢量在时轴上的投影，即为缩小 倍的该物理量的瞬时值；,如对于,原则上，时轴可按需任意取，但时轴取得不同，计算时间的起点也不同，一个时间相量只有一根时轴。,三相电机中，对称的三相电流、如果采用一根时轴，则用互差1200的旋转相量、来表示。,为减少相量的数

9、目，将各相对称的同一物理量用一根统一的时间量表示，而每相的时间相量都以该相的相轴为时轴,在空间矢量图中，任意一个沿空间按正弦规律分布的物理量，如绕组磁势的基波，用一个空间矢量 表示。,和三相相轴之间的夹角分别表示磁势波的正波幅在空间上与三相相轴的电角度，用以说明空间相量具体位置的相轴，只需画出一相就够了。,利用统一时间相量的概念，将时间相量和空间相量联系在一起，画在同一张矢量图上，即为交流电机理论中的时空相量图。,取各相相轴作为该相的时轴，假设t0时，,电流相量 与 重合。据旋转磁场理论，由定子三相电流所产生的三相合成基波磁势幅值与 重合，即 与 重合，与 重合。,由于时间相量 的角频率 与空

10、间矢量 的电角频率 相等，在任意时刻，与 都重合，称 与 在时空图上同相。,时空图上：作用下，建立气隙基波旋转磁场 不计及铁耗，幅值与 重合；计及铁耗，幅值滞后 一个 角。,与 重合时，穿过A相绕组的磁通达最大，代表定子对称三相磁通的 与 重合，与 重合，两者相等，任何时刻 与 同相。,由 所生的定子对称三相电势的统一电势相量 落后 900。,异步电动机近似等效电路的相量图,异步电动机的相量图类似于变压器相量图,从转子电路方程出发可以一步一步作出异步电机相量图。,解,（1）用T形等效电路计算,设，定子电流,定子线电流有效值,定子功率因数,定子输入功率,转子电流 和励磁电流,效率,（2）用近似等

11、效电路计算,负载支路阻抗,励磁支路阻抗,转子电流（即负载电流）,励磁电流,定子电流,定子线电流有效值,定子功率因数,定子输入功率,效率,5.3 三相异步电动机的功率和转矩,一、功率平衡方程式,功率变换和传递是电动机的主要功用,结合等效电路分析异步电动机功率流向。,异步电动机从电源获取电功率，即输入功率：,此一功率首先通过定子绕组，产生定子铜耗：,电磁功率首先提供转子铜耗；,剩余的电磁功率全部转化为机械功率；,机械功率一部分克服机械损耗和附加损耗,其余功率为输出的机械功率,异步电动机的功率平衡方程式：,功率传递（2）,电磁功率首先提供转子铜耗；,剩余的电磁功率全部转化为机械功率；,机械功率一部分

12、克服机械损耗和附加损耗,其余功率为输出的机械功率,异步电动机的功率平衡方程式：,功率传递（2）,流程图,几个重要的关系,转矩方程式,转矩由机械功率产生,转矩平衡方程为,转矩常数,电磁转矩公式,例5-2 根据例5-1中的数据，还知道电动机的机械损耗，额定负载时的附加损耗，试计算各种功率和转矩。,同步角速度,转子机械角速度,总机械功率,电磁功率,负载制动功率,空载制动功率,电磁转矩,或者,一、异步电动机工作特性分析,异步电动机的工作特性是指在额定电压及额定频率下，电动机的主要物理量（转速、定子电流、电磁转矩、功率因数及效率等）随输出功率变化的关系曲线。,利用等值电路来计算工作特性。,1。转差率特性

13、,随着负载功率的增加，电磁功率增加，转子电流需要增大，故转差率随输出功率增大而增大。,5.4 三相异步电动机的工作特性及测取方法,空载时电流很小，随着负载电流增大，电机的输入电流增大。,二、定子电流特性 I1f（P2）,三、电磁转矩特性 Tf（P2）,转速的变换范围很小，从空载到满载，转速略有下降,异步电动机的输出转矩,转矩曲线为一个上翘的曲线。,电流、电磁转矩特性,四、定子功率因数,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

14、电抗与频率正比），从而引起功率因数下降。,定子功率因数特性,五、效率特性,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；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载74-94%之间；最大效率发生在)倍额定效率处,二、工作特性的求取,工作特性的求取 可以用直接负载法，通过做实验求取；也可以利用等效电路进行计算。,5.5 异步电动机的参数测定,要计算工作特性，事先要知道电机参数。和变压器一样，通过做空载和短路试验，求出、和。,一、空载实验,目的：测定Zm（rm+jxm)、铁耗pFe和机械损耗；,方法：在额定频率下，转子轴端不带负载，用调压器调节电源

15、电压，使定子端电压从1.2UN开始降落，直至速度降落，电流回升。,测定：相电压U1、空载相电流I0、空载输入总功率P0。,计算：画出 和,pFe的大小近似地与外施电压的平方成正比，即,pmec仅与转速有关，pmec近似为常值；,关系曲线基波是一条直线；延长直线与纵轴相交，交点以下部分，即为机械损耗pmec，额定电压时的铁耗即可从图中对应的 点求取。,空载试验,又，空载运行时，,二、短路试验,目的：测定短路阻抗、转子电阻、短路电抗,方法：堵住转子（S1），调节定子外施电压，使短路电流由1.2IN逐渐减小到0.3IN。,测定：、和,简化计算：,为满足电动机不同的运行数据，应选取不同的短路电流，进行

16、短路试验，求不同的短路参数。,异步电动机的堵转特性,5.6 三相异步电动机的转矩与转差率的关系,临界转差率sm,最大转矩,本章小结,1.三相异步电动机空载与负载运行时的基本电磁关系是异步电动机原理的核心,2.三相异步电动机的近似等效电路、T等效电路（频率归算，绕组归算）及相量图,3.三相异步电动机的功率转换过程，功率方程式以及转矩方程式,4.三相异步电动机的工作特性以及求取方法,5.空载试验与堵转试验时励磁参数的测定,6.转矩与转差率的关系,转差率,切割磁力线是产生转子感应电流和电磁转矩的必要条件。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。旋转磁场的转速用n1表示，称为同步转速；转子的实际转速用n表示，转差n=n1-n。转差率是异步电动机的一个基本变量，在分析异步电动机运行时有着重要的地位。,转差率：,