電機拖動_第五章_異步電機(二)ppt課件

1、電電機機學學及及拖拖動動基基礎(chǔ)礎(chǔ)重慶大學自動化學院重慶大學自動化學院電電機機學學及及拖拖動動基基礎(chǔ)礎(chǔ)第五章第五章 異步電機二異步電機二三相異步電動機的運轉(zhuǎn)原理三相異步電動機的運轉(zhuǎn)原理電電機機學學及及拖拖動動基基礎(chǔ)礎(chǔ) 主要內(nèi)容主要內(nèi)容第一節(jié)第一節(jié) 三相異步電動機運轉(zhuǎn)時的電磁過程三相異步電動機運轉(zhuǎn)時的電磁過程第二節(jié)第二節(jié) 三相異步電動機的等效電路及向量圖三相異步電動機的等效電路及向量圖第三節(jié)第三節(jié) 三相異步電動機的功率和轉(zhuǎn)矩三相異步電動機的功率和轉(zhuǎn)矩第四節(jié)第四節(jié) 三相異步電動機的任務(wù)特性及其測取方法三相異步電動機的任務(wù)特性及其測取方法第五節(jié)第五節(jié) 三相異步電動機參數(shù)的測定三相異步電動機參數(shù)的測定第

2、六節(jié)第六節(jié) 三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率的關(guān)系三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率的關(guān)系電電機機學學及及拖拖動動基基礎(chǔ)礎(chǔ)第三節(jié)第三節(jié) 三相異步電動機的功率和轉(zhuǎn)矩三相異步電動機的功率和轉(zhuǎn)矩 直流電動機：直流電動機：磁場由定、轉(zhuǎn)子繞組雙邊的電流共同鼓勵；磁場由定、轉(zhuǎn)子繞組雙邊的電流共同鼓勵；氣隙磁場隨著負載變化，產(chǎn)生電樞反響。氣隙磁場隨著負載變化，產(chǎn)生電樞反響。 異步電動機：異步電動機：磁場僅由定子繞組一邊的電流來建立；磁場僅由定子繞組一邊的電流來建立；氣隙磁場根本上與負載大小無關(guān)，無電樞反氣隙磁場根本上與負載大小無關(guān)，無電樞反響。響。 異步電動機的機電能量轉(zhuǎn)換過程和直流電動機類異步電動機的機電能量轉(zhuǎn)換過

3、程和直流電動機類似：輸入電功率似：輸入電功率電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)輸出機械功率輸出機械功率 機電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵在于：作為耦合介質(zhì)的磁場機電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵在于：作為耦合介質(zhì)的磁場電電機機學學及及拖拖動動基基礎(chǔ)礎(chǔ)一一 功率轉(zhuǎn)換過程功率轉(zhuǎn)換過程 功率轉(zhuǎn)換過程：功率轉(zhuǎn)換過程：輸入輸入從定子繞組輸入電功率從定子繞組輸入電功率P1P1定子定子定子銅耗定子銅耗pCu1 + pCu1 + 定子鐵耗定子鐵耗pFe + pFe + 電磁功率電磁功率PePe轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子銅耗轉(zhuǎn)子銅耗pCu2 + pCu2 + 轉(zhuǎn)子鐵耗轉(zhuǎn)子鐵耗 + + 總機械功率總機械功率PmechPmech輸出輸出機械損耗機械損耗pmech + pmec

4、h + 附加損耗附加損耗p + p + 凈機械功凈機械功率率P2P2 通常，轉(zhuǎn)差率很小，轉(zhuǎn)子鐵心中磁通變化頻率很低，轉(zhuǎn)子通常，轉(zhuǎn)差率很小，轉(zhuǎn)子鐵心中磁通變化頻率很低，轉(zhuǎn)子鐵耗可忽略不計鐵耗可忽略不計 假設(shè)轉(zhuǎn)差率較大，那么假設(shè)轉(zhuǎn)差率較大，那么f2f2較大，就應(yīng)該思索轉(zhuǎn)子鐵耗較大，就應(yīng)該思索轉(zhuǎn)子鐵耗電電機機學學及及拖拖動動基基礎(chǔ)礎(chǔ)異步電動機的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系異步電動機的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系異步電動機的功率圖異步電動機的功率圖直流電動機的功率圖直流電動機的功率圖電電機機學學及及拖拖動動基基礎(chǔ)礎(chǔ)二二 功率方程式功率方程式1122()CuFeeeCumechmechmechPppPPpPPppP111 11211

5、11212212221 2221 2222221 21 22coscos(1)CuFemmeCuemecheCuePmU Ipm I Rpm I RRPm E Im Ispm I RsPRPPpm Im I Rs Ps 式中，式中，U1U1定子相電壓定子相電壓I1I1定子相電流定子相電流 定子功率因數(shù)角定子功率因數(shù)角 轉(zhuǎn)子功率因數(shù)角轉(zhuǎn)子功率因數(shù)角sPesPe轉(zhuǎn)差功率轉(zhuǎn)差功率12轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n n越低，轉(zhuǎn)差越低，轉(zhuǎn)差率率s s越大，即轉(zhuǎn)差越大，即轉(zhuǎn)差功率越大，那么功率越大，那么轉(zhuǎn)子銅耗就越大轉(zhuǎn)子銅耗就越大電電機機學學及及拖拖動動基基礎(chǔ)礎(chǔ)三三 轉(zhuǎn)矩方程式轉(zhuǎn)矩方程式 由機械功率方程式：由機械功率方程式：

6、除以轉(zhuǎn)子的機械角速度除以轉(zhuǎn)子的機械角速度，得到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩方程式：，得到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩方程式： 電動機穩(wěn)態(tài)運轉(zhuǎn)時的轉(zhuǎn)矩平衡規(guī)律電動機穩(wěn)態(tài)運轉(zhuǎn)時的轉(zhuǎn)矩平衡規(guī)律電磁轉(zhuǎn)矩與總的機電磁轉(zhuǎn)矩與總的機械轉(zhuǎn)矩相平衡。械轉(zhuǎn)矩相平衡。2()mechmechPPpp20eTTTTeTe電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩T2T2輸出機械轉(zhuǎn)矩，或負載制動轉(zhuǎn)矩輸出機械轉(zhuǎn)矩，或負載制動轉(zhuǎn)矩T0T0空載轉(zhuǎn)矩，空載轉(zhuǎn)矩，0mechppT 電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩TeTe既可用轉(zhuǎn)子的總機械功率除以轉(zhuǎn)子機械角速度既可用轉(zhuǎn)子的總機械功率除以轉(zhuǎn)子機械角速度來計算，也可用電磁功率除以同步角速度來計算：來計算，也可用電磁功率除以同步角速度來計算：(1)mecheeessn

7、Ps PPPnmecheesPPT電電機機學學及及拖拖動動基基礎(chǔ)礎(chǔ)四四 電磁轉(zhuǎn)矩公式電磁轉(zhuǎn)矩公式22e22e1 21 21222011cos2ssPRRppTm Im Im E Issf 代入歸算過的轉(zhuǎn)子電動勢，代入歸算過的轉(zhuǎn)子電動勢，21112wmEf N k 得到異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩公式：得到異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩公式：式中，式中，111e22122coscos2wmTmpm N kTICI 111T12wpm N kC轉(zhuǎn)矩常數(shù)轉(zhuǎn)矩常數(shù)可見，異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩可見，異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩TeTe的大?。号c每極磁通的大?。号c每極磁通mm、歸算后轉(zhuǎn)子電流的有功分量、歸算后轉(zhuǎn)子電流的有功分量 成正

8、比。成正比。22cosI電電機機學學及及拖拖動動基基礎(chǔ)礎(chǔ)第四節(jié)第四節(jié) 三相異步電動機的任務(wù)特性三相異步電動機的任務(wù)特性及其測取方法及其測取方法 異步電動機的任務(wù)特性：是指在額定電壓和額定異步電動機的任務(wù)特性：是指在額定電壓和額定頻率運轉(zhuǎn)情況下，電動機的轉(zhuǎn)速頻率運轉(zhuǎn)情況下，電動機的轉(zhuǎn)速n n、定子電流、定子電流I1I1、功率因數(shù)功率因數(shù) 、電磁轉(zhuǎn)矩、電磁轉(zhuǎn)矩TeTe、效率、效率等與輸出等與輸出功率功率P2P2的關(guān)系，即的關(guān)系，即U1=U1NU1=U1N、f=fNf=fN時時n=f(P2)n=f(P2)、I1=f(P2)I1=f(P2)、 、Te=f(P2)Te=f(P2)、=f(P2)=f(P2

9、)。 轉(zhuǎn)子電流普通不能直接測取，故不能簡化，這些轉(zhuǎn)子電流普通不能直接測取，故不能簡化，這些特性非對輸出功率而言不可。特性非對輸出功率而言不可。1cos12cos()f P電電機機學學及及拖拖動動基基礎(chǔ)礎(chǔ)一一 任務(wù)特性的分析任務(wù)特性的分析 空載時：空載時：P20P20、I20I20，故，故s0s0、nnsnns 負載增大時：負載增大時：P2P2添加、添加、I2I2增大以產(chǎn)生更大的電磁功率，故增大以產(chǎn)生更大的電磁功率，故s s也增大、也增大、n n稍有下降稍有下降 普通轉(zhuǎn)子銅耗很小，額定負載時：普通轉(zhuǎn)子銅耗很小，額定負載時：s1.5%s1.5%5%5%，那么，那么n(0.985n(0.9850.9

10、5)ns0.95)ns異步電動機的轉(zhuǎn)速特性為一條稍向下傾斜的曲線。異步電動機的轉(zhuǎn)速特性為一條稍向下傾斜的曲線。1 1、轉(zhuǎn)速特性、轉(zhuǎn)速特性2()nf P2Cu2222e22221cossssnnPm I RnsnnPm E I 2sI電電機機學學及及拖拖動動基基礎(chǔ)礎(chǔ) 空載時：定子電流幾乎全部為勵磁電流空載時：定子電流幾乎全部為勵磁電流ImIm 負載增大時：負載增大時：P2P2添加、添加、n n下降、下降、I2I2增大，故增大，故I1I1隨之增大隨之增大異步電動機的定子電流幾乎隨異步電動機的定子電流幾乎隨P2P2按正比例添加。按正比例添加。2 2、定子電流特性、定子電流特性)(21PfI 12()

11、mIII 3 3、功率因數(shù)特性、功率因數(shù)特性)(cos21Pf 空載時：空載時：I1I1根本為無功勵磁，功率因數(shù)很低，約根本為無功勵磁，功率因數(shù)很低，約0.10.10.20.2 負載增大時：負載增大時：I1I1有功分量隨有功分量隨I2I2添加，故功率因數(shù)提高添加，故功率因數(shù)提高 接近額定負載時：功率因數(shù)到達最大接近額定負載時：功率因數(shù)到達最大 超越額定負載后：超越額定負載后：s s變得較大，變得較大， 變大，變大，I2I2無無功分量添加，故功率因數(shù)又重新下降功分量添加，故功率因數(shù)又重新下降222arctan/X s R電電機機學學及及拖拖動動基基礎(chǔ)礎(chǔ) 負載不超越額定值時，負載不超越額定值時，轉(zhuǎn)

12、速變化很小，而轉(zhuǎn)速變化很小，而T0T0又以為根本不變又以為根本不變電磁轉(zhuǎn)矩特性近似為一條斜率為電磁轉(zhuǎn)矩特性近似為一條斜率為1/1/的直的直線。線。4 4、電磁轉(zhuǎn)矩特性、電磁轉(zhuǎn)矩特性e2()Tf P5 5、效率特性、效率特性)(2Pfe0202/TTTTP 212FemecCu1Chu21100%100%pppPPPppp 可變損耗小于不變損耗時：效率隨負載的添加而添加可變損耗小于不變損耗時：效率隨負載的添加而添加 可變損耗等于不變損耗時：效率最大可變損耗等于不變損耗時：效率最大 可變損耗大于不變損耗時：效率隨負載的添加而減小可變損耗大于不變損耗時：效率隨負載的添加而減小電電機機學學及及拖拖動動

13、基基礎(chǔ)礎(chǔ)二二 任務(wù)特性的求取任務(wù)特性的求取 任務(wù)特性的求取任務(wù)特性的求取可用直接負載法經(jīng)過實驗求可用直接負載法經(jīng)過實驗求??；也可用等效電路進展計算求取。取；也可用等效電路進展計算求取。 直接負載法：堅持電源電壓和頻率為額定值，加負載到額直接負載法：堅持電源電壓和頻率為額定值，加負載到額定值的定值的5/45/4，然后減少負載到額定值的，然后減少負載到額定值的1/41/4，分別讀取，分別讀取P1P1、I1I1、n n，計算不同負載下，計算不同負載下 、TeTe、，繪制任務(wù)特性。，繪制任務(wù)特性。1cos 等效電路法：可以為代表勵磁特性的勵磁阻抗不變、代表等效電路法：可以為代表勵磁特性的勵磁阻抗不變、

14、代表漏磁通對繞組電磁效應(yīng)的漏電抗不變，即等效電路參數(shù)在漏磁通對繞組電磁效應(yīng)的漏電抗不變，即等效電路參數(shù)在額定電壓和頻率下根本不變。給定等效電路參數(shù)、機械損額定電壓和頻率下根本不變。給定等效電路參數(shù)、機械損耗和附加損耗，按不同耗和附加損耗，按不同s s，計算，計算n n、I1I1、 、TeTe、，直，直到到P2P2到達或超越額定值為止，由計算結(jié)果繪制任務(wù)特性。到達或超越額定值為止，由計算結(jié)果繪制任務(wù)特性。1cos電電機機學學及及拖拖動動基基礎(chǔ)礎(chǔ)第五節(jié)第五節(jié) 三相異步電動機參數(shù)的測定三相異步電動機參數(shù)的測定 表示空載形狀的勵磁參數(shù)：勵磁阻抗表示空載形狀的勵磁參數(shù)：勵磁阻抗ZmZm、RmRm、XmX

15、m決議于電動機主磁路的飽和程度，非線決議于電動機主磁路的飽和程度，非線性性空載實驗空載實驗 對應(yīng)堵轉(zhuǎn)電流的堵轉(zhuǎn)參數(shù)：漏阻抗對應(yīng)堵轉(zhuǎn)電流的堵轉(zhuǎn)參數(shù)：漏阻抗Z1Z1、R1R1、X1X1、Z2Z2、R2R2、X2X2與電動機飽和程度無關(guān)，線性與電動機飽和程度無關(guān)，線性堵轉(zhuǎn)實驗堵轉(zhuǎn)實驗電電機機學學及及拖拖動動基基礎(chǔ)礎(chǔ)一一 空載實驗與勵磁參數(shù)確實定空載實驗與勵磁參數(shù)確實定 在額定電壓和額定頻率下，軸上不帶任何負載的運轉(zhuǎn)。在額定電壓和額定頻率下，軸上不帶任何負載的運轉(zhuǎn)。1 1、空載實驗、空載實驗 調(diào)理電源電壓從調(diào)理電源電壓從1.11.11.31.3開場，下降到開場，下降到轉(zhuǎn)速發(fā)生明顯變化時，丈轉(zhuǎn)速發(fā)生明顯

16、變化時，丈量點，記錄端電壓、量點，記錄端電壓、空載電流、空載功率和轉(zhuǎn)空載電流、空載功率和轉(zhuǎn)速，繪制空載特性曲線：速，繪制空載特性曲線：空載特性曲線空載特性曲線電電機機學學及及拖拖動動基基礎(chǔ)礎(chǔ)1 1機械損耗和鐵耗的分別機械損耗和鐵耗的分別空載時，空載時，s0s0、I20I20鐵耗與磁密平方、即與端電壓平方成正比鐵耗與磁密平方、即與端電壓平方成正比機械損耗僅與電動機轉(zhuǎn)速有關(guān)，空載時可以為是恒值機械損耗僅與電動機轉(zhuǎn)速有關(guān)，空載時可以為是恒值2 2、勵磁參數(shù)、鐵耗及機械損耗確實定、勵磁參數(shù)、鐵耗及機械損耗確實定2101 11Femechpm I Rpp2101 11Femechpm I Rpp電電機機

17、學學及及拖拖動動基基礎(chǔ)礎(chǔ)2 2勵磁參數(shù)確實定勵磁參數(shù)確實定空載時，空載時，s0s0等效電路中的附加電阻無窮大，電路呈開路形狀等效電路中的附加電阻無窮大，電路呈開路形狀勵磁參數(shù)為：勵磁參數(shù)為：1m1010UZZZIFem21 10pRm I22000XZR01mXXX空載等效電路空載等效電路其中，其中，X1X1可由堵轉(zhuǎn)實驗確可由堵轉(zhuǎn)實驗確定定電電機機學學及及拖拖動動基基礎(chǔ)礎(chǔ)二二 堵轉(zhuǎn)實驗及堵轉(zhuǎn)參數(shù)確實定堵轉(zhuǎn)實驗及堵轉(zhuǎn)參數(shù)確實定 堵轉(zhuǎn)時，是使轉(zhuǎn)子堵住不轉(zhuǎn)，堵轉(zhuǎn)時，是使轉(zhuǎn)子堵住不轉(zhuǎn)，n=0n=0、s=1s=1。 從從U10.4U1NU10.4U1N開場往下丈量開場往下丈量5 57 7個點，記錄端電壓

18、、堵個點，記錄端電壓、堵轉(zhuǎn)電流和功率，并丈量定子轉(zhuǎn)電流和功率，并丈量定子繞組的電阻，繪制堵轉(zhuǎn)特性繞組的電阻，繪制堵轉(zhuǎn)特性曲線：曲線：堵轉(zhuǎn)特性曲線堵轉(zhuǎn)特性曲線堵轉(zhuǎn)等效電路堵轉(zhuǎn)等效電路代表總機械功率代表總機械功率的附加電阻為的附加電阻為0 0電電機機學學及及拖拖動動基基礎(chǔ)礎(chǔ) 由于由于ZmZ2ZmZ2，可以為勵磁支路相當于開路，那么，可以為勵磁支路相當于開路，那么Im0Im0，鐵耗可忽略不計。鐵耗可忽略不計。2211 111 22kpm I Rm I R2211 1k121 1kk()kpm IRRm I R 堵轉(zhuǎn)參數(shù)為：堵轉(zhuǎn)參數(shù)為：1k1kUZI1kk1221 1kpRRRm I22k12kkXX

19、XZR對于大中型異步電動機：對于大中型異步電動機：X1X2Xk/2X1X2Xk/2對于對于100kW100kW以下的小型異步電動機：以下的小型異步電動機：X20.67XkX20.67Xk2 2、4 4、6 6極；極；X20.57XkX20.57Xk8 8、1010極極電電機機學學及及拖拖動動基基礎(chǔ)礎(chǔ)第五節(jié)第五節(jié) 三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率的關(guān)系差率的關(guān)系 三相異步電動機的機械功率為輸出機械轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)三相異步電動機的機械功率為輸出機械轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的乘積；速的乘積； 輸出轉(zhuǎn)矩為電磁轉(zhuǎn)矩的主要成分；輸出轉(zhuǎn)矩為電磁轉(zhuǎn)矩的主要成分； 轉(zhuǎn)速的派生量為轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)速的派生量為轉(zhuǎn)差率電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩TeTe與轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)差率s s之間的關(guān)系非常重之間的關(guān)系非常重要。要。電電機機學學及及拖拖動動基基礎(chǔ)礎(chǔ) 電磁轉(zhuǎn)矩：電磁轉(zhuǎn)矩： 由近似等效電路得：由近似等效電路得：22e1 21sRTm Is12222112UIRRXXs 近似等效電路近似等效電路 三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差