電機(jī)學(xué)第3篇異步電機(jī)

1、11/12/20211電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué)11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院2目目 錄錄 第一篇第一篇 變變 壓壓 器器 第一章第一章 緒緒 論論 第四篇第四篇 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 第三篇第三篇 異異 步步 電電 機(jī)機(jī) 第二篇第二篇 交流電機(jī)的共同問題交流電機(jī)的共同問題11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院3第三篇第三篇 異異 步步 電電 機(jī)機(jī)11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院4第九章第九章 異步電機(jī)的理論分析與異步電機(jī)的理論分析與工作特性工作特性11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院5第一節(jié)第一節(jié) 異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)前言 異步電機(jī)又稱感應(yīng)電機(jī)感應(yīng)電機(jī)是交流電機(jī)交流電機(jī)的

2、一種。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造、使用和維護(hù)方便，運(yùn)行可靠，效率較高、價(jià)格較低。缺點(diǎn)：1.調(diào)速和起動(dòng)性能不佳; 2.功率因數(shù)總是滯后的，增加了電力系統(tǒng)的無功負(fù)擔(dān)。應(yīng)用：總的來說：主要作為電動(dòng)機(jī)使用，是當(dāng)今應(yīng)用最廣，需要量最大的一種電機(jī)。結(jié)構(gòu)：定子、轉(zhuǎn)子、空氣隙、端蓋、軸承和機(jī)座等部件。11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院6第一節(jié)第一節(jié) 異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)一、定子 異步電機(jī)定子主要包括定子繞組繞組、鐵芯鐵芯和機(jī)座三部分。二、轉(zhuǎn)子 異步電機(jī)轉(zhuǎn)子主要包括轉(zhuǎn)子繞組繞組、鐵芯鐵芯和轉(zhuǎn)軸三部分。 異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)可以分為籠型籠型和繞線繞線型兩大類。11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院7v

3、繞組轉(zhuǎn)子異步電機(jī)11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院8第一節(jié)第一節(jié) 異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三、銘牌的額定值（1）型號(hào)（2）額定功率（pn）：指電動(dòng)機(jī)在額定方式下運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)軸上輸出的機(jī)械功率。單位為w和kw。 （3）額定電壓（un）：指電動(dòng)機(jī)在額定方式下運(yùn)行時(shí)，定子繞組應(yīng)加的線電壓。單位為v和kv 。11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院9第一節(jié)第一節(jié) 異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)（4）額定電流（in）：指電動(dòng)機(jī)在額定電壓和額定功率狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，流入定子繞組的線電流。單位為a。（5）額定頻率（fn）：額定狀態(tài)下電源的交變頻率，我國的電網(wǎng)頻率為50 hz。（6）額定轉(zhuǎn)速（n

4、n）：指在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。單位為rpm。 除上述數(shù)據(jù)外，還標(biāo)出額定運(yùn)行時(shí)，電機(jī)的功率因素以及相數(shù)、接線法、防護(hù)等級(jí)、絕緣等級(jí)與溫升、工作方式等有關(guān)項(xiàng)目。11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院10第二節(jié)第二節(jié) 異步電機(jī)的基本原理異步電機(jī)的基本原理一、異步電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)v當(dāng)對(duì)稱三相電流流入異步電機(jī)三相定子繞組v在氣隙中便產(chǎn)生一旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，以同步速 旋轉(zhuǎn)v轉(zhuǎn)子繞組與其有相對(duì)運(yùn)動(dòng)（切割）v在閉合的轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流，v旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中的電流互相作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。1n11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院11第二節(jié)第二節(jié) 異步電機(jī)的基本原理異步電機(jī)的基本原理v異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)

5、速n 總是略低于（電動(dòng)機(jī)）或略高于（發(fā)電機(jī)）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速v他們之間的差 ，稱為轉(zhuǎn)差速度v定義轉(zhuǎn)差速度與同步轉(zhuǎn)速的比值為轉(zhuǎn)差率 ，即 1n)(1nn 11nnns11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院12第二節(jié)第二節(jié) 異步電機(jī)的基本原理異步電機(jī)的基本原理v轉(zhuǎn)差率是決定異步電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的重要變量：v異步電動(dòng)機(jī)的負(fù)載情況發(fā)生變化，v轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中的電動(dòng)勢(shì)電流和電磁轉(zhuǎn)矩相應(yīng)變化v則轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)差率隨之變化。11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院13 11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院14第二節(jié)第二節(jié) 異步電機(jī)的基本原理異步電機(jī)的基本原理按照轉(zhuǎn)差率大小正負(fù)，電機(jī)可分為三種狀態(tài)：v電動(dòng)機(jī)運(yùn)行v發(fā)電機(jī)運(yùn)行v

6、電磁制動(dòng)1、電動(dòng)機(jī)運(yùn)行 轉(zhuǎn)速低于同步轉(zhuǎn)速 0ns0 bxn1fnfe011/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院15第二節(jié)第二節(jié) 異步電機(jī)的基本原理異步電機(jī)的基本原理2、發(fā)電機(jī)運(yùn)行 發(fā)電機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)速大于同步轉(zhuǎn)速 n n0 s011/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院16第二節(jié)第二節(jié) 異步電機(jī)的基本原理異步電機(jī)的基本原理 3、電磁制動(dòng) 相對(duì)轉(zhuǎn)速大于同步轉(zhuǎn)速 n1（實(shí)際上異步電機(jī)主要作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行）bxn1fnfe011/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院17第二節(jié)第二節(jié) 異步電機(jī)的基本原理異步電機(jī)的基本原理二、異步電機(jī)的主磁通主磁通和漏磁通漏磁通主磁通：穿過氣隙，與定轉(zhuǎn)子繞組交鏈漏磁通不屬于主磁通的磁通（

7、槽、端部，諧波）11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院18第三節(jié)第三節(jié) 三相異步電機(jī)的等效電路三相異步電機(jī)的等效電路（一）轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)的異步電機(jī)v從電路的角度來看，轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)異步電機(jī)的電路方程與次級(jí)短路時(shí)的變壓器的電路方程相似v變壓器的初級(jí)相當(dāng)于異步電機(jī)的定子繞組v次級(jí)繞組相當(dāng)于轉(zhuǎn)子繞組。v盡管異步電機(jī)與變壓器的的磁場(chǎng)性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式不相同，但他們內(nèi)部的電磁關(guān)系時(shí)相通的。v所以在研究異步電機(jī)的等效電路時(shí)所以在研究異步電機(jī)的等效電路時(shí)，可以借助變壓器的可以借助變壓器的電磁理論電磁理論。 11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院19第三節(jié)第三節(jié) 三相異步電機(jī)的等效電路三相異步電機(jī)的等效電路 轉(zhuǎn)子不

8、動(dòng)時(shí)的定、轉(zhuǎn)子電路1r1x1i2i0n1e2e1f12ff 111,nknm222,nknm1u2r2x11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院20第三節(jié)第三節(jié) 三相異步電機(jī)的等效電路三相異步電機(jī)的等效電路 轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)的異步電機(jī)與變壓器的等效異步電機(jī)與變壓器的等效11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院21第三節(jié)第三節(jié) 三相異步電機(jī)的等效電路三相異步電機(jī)的等效電路1、電壓平衡方程 定子繞組的電壓平衡式和轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子繞組的電壓平衡式分別為（與變壓器類比解釋各參量的意義）（與變壓器類比解釋各參量的意義）（與變壓器類比解釋各參量的意義）)(11111jxrieu)(02222jxrie11/12/20

9、21河海大學(xué) 電氣學(xué)院22第三節(jié)第三節(jié) 三相異步電機(jī)的等效電路三相異步電機(jī)的等效電路2、磁動(dòng)勢(shì)平衡方程 定子繞組磁動(dòng)勢(shì) 轉(zhuǎn)子繞組磁動(dòng)勢(shì) 合成磁動(dòng)勢(shì) 磁動(dòng)平衡式為111119 . 02ipknmfn222229 . 02ipknmfnmnmipknmf1119 . 02mfff2111/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院23第三節(jié)第三節(jié) 三相異步電機(jī)的等效電路三相異步電機(jī)的等效電路3、繞組的歸算 一般將轉(zhuǎn)子方面的各物理量歸算到定子方面。（1）電流的歸算 根據(jù)歸算前后轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)保持不變，即： 式中 為電流變比。 ik22ff innkiiknmknmi22111222211/12/2021河海大學(xué)

10、電氣學(xué)院24第三節(jié)第三節(jié) 三相異步電機(jī)的等效電路三相異步電機(jī)的等效電路（2）電動(dòng)勢(shì)的歸算 根據(jù)歸算前后轉(zhuǎn)子視在功率保持不變，即 式中 為電動(dòng)勢(shì)變比。 2222112ekeknkneennek222221iemiem11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院25第三節(jié)第三節(jié) 三相異步電機(jī)的等效電路三相異步電機(jī)的等效電路（3）阻抗的歸算 根據(jù)歸算前后轉(zhuǎn)子銅耗保持不變，即 式中 為阻抗變比。 電阻變比也適用于轉(zhuǎn)子電抗、阻抗的歸算。222211212)(rkkknknmmrienniekk222222 21rimrim11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院26第三節(jié)第三節(jié) 三相異步電機(jī)的等效電路三相異步電

11、機(jī)的等效電路二、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)后的異步電機(jī) 1、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)后對(duì)轉(zhuǎn)子各物理量的影響 從電路角度看，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)后轉(zhuǎn)子頻率的變化將影響轉(zhuǎn)子電動(dòng) 勢(shì)和漏抗等參數(shù)的變化。 轉(zhuǎn)子電流的頻率 轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì) 轉(zhuǎn)子漏抗 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)后轉(zhuǎn)子回路電壓平衡式 22sees22sxxs)(02222ssjxrie12sff 11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院27第三節(jié)第三節(jié) 三相異步電機(jī)的等效電路三相異步電機(jī)的等效電路二、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)后的異步電機(jī)2、頻率歸算 由以上分析可知，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)后轉(zhuǎn)子回路的參數(shù)頻率為而定子回路參數(shù)的頻率仍為 電路中頻率應(yīng)相同，所以進(jìn)行頻率歸算：12sff 1f11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院282.2.頻率

12、歸算頻率歸算 222122122222222222222222222222222222:100 rsxsrxjxrssrejxsresjxresjxreixi jriejxreixi jrietgtgssss相位角相同轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)：轉(zhuǎn)子靜止：11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院29第三節(jié)第三節(jié) 三相異步電機(jī)的等效電路三相異步電機(jī)的等效電路轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的電路(頻率歸算前)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的電路(頻率歸算后)1r1r1x1x2r2x1u1u1i1i2i2i1f1f12sff 120ffn111,nknm111,nknm1ese2n111,nknm111,nknm2r2x21rss1e2e11/12/2021河海大學(xué)

13、 電氣學(xué)院30第三節(jié)第三節(jié) 三相異步電機(jī)的等效電路三相異步電機(jī)的等效電路3、基本方程轉(zhuǎn)子參數(shù)經(jīng)頻率歸算后還應(yīng)進(jìn)行繞組歸算，歸算后異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)后的基本方程為)()()(0)(12121222211111mmmmmmjxrizieeeiiixjsriejxrieu11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院31第三節(jié)第三節(jié) 三相異步電機(jī)的等效電路三相異步電機(jī)的等效電路4、等效電路 根據(jù)上式可畫出異步電機(jī)的 型等效電路t11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院32第三節(jié)第三節(jié) 三相異步電機(jī)的等效電路三相異步電機(jī)的等效電路4、向量圖與接有純電阻負(fù)載時(shí)的變壓器向量圖類似。異步電機(jī)的模擬電阻壓降相當(dāng)于變壓器

14、的次級(jí)側(cè)電壓，其余部分沒什么區(qū)別。mmi1i2i11ri1e11xi j1u12eessri12222ri2i22xi j2112222222221eexi jrirsii11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院33第四節(jié)第四節(jié) 異步電機(jī)的參數(shù)異步電機(jī)的參數(shù)異步電機(jī)的參數(shù)異步電機(jī)的參數(shù) 基本方程式、等效電路圖和向量圖基本方程式、等效電路圖和向量圖分析交流電機(jī)普遍方法。 通過等效電路可以算出電機(jī)的電流、功率、功率因數(shù)、效率以及轉(zhuǎn)矩。mmxrxrxr,221111/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院34第四節(jié)第四節(jié) 異步電機(jī)的參數(shù)異步電機(jī)的參數(shù)v兩種參數(shù)勵(lì)磁參數(shù): 決定于電機(jī)主磁路的飽和程度. 是一種

15、非線性參數(shù).短路參數(shù): 基本上與電機(jī)的飽和程度無關(guān), 是一種線性參數(shù).v測(cè)定方法：兩種試驗(yàn) 空載試驗(yàn) 短路試驗(yàn)11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院35一一 空載試驗(yàn)與勵(lì)磁參數(shù)的確定空載試驗(yàn)與勵(lì)磁參數(shù)的確定(一)空載試驗(yàn):v在un、fn下,軸上不帶負(fù)載。v將電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間(30min)使其機(jī)械損耗達(dá)到穩(wěn)定值,v然后調(diào)節(jié)電源電壓從(1.101.20) un開始,逐漸降低到可能達(dá)到的最低電壓值(約0.3un).v測(cè)量79點(diǎn),每次記錄端電壓,空載電流,空載功率和轉(zhuǎn)速.v根據(jù)記錄數(shù)據(jù),繪制電動(dòng)機(jī)的空載特性曲線.11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院36一一 空載試驗(yàn)與勵(lì)磁參數(shù)的確定空載試驗(yàn)與勵(lì)磁參

16、數(shù)的確定(二) 機(jī)械損耗和鐵耗的分離mecmecfemecfemecfepufpppprimppprimpis延長(zhǎng)得畫出曲線此時(shí))(, 0, 02112101101210110211/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院37一一 空載試驗(yàn)與勵(lì)磁參數(shù)的確定空載試驗(yàn)與勵(lì)磁參數(shù)的確定2101101101202101012/1, 0)(imprxxxxiuriuxxxsrssfemmm可由短路實(shí)驗(yàn)確定。式中轉(zhuǎn)子開路，有）附加電阻（空載時(shí)，勵(lì)磁參數(shù)的確定三11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院38二二 短路試驗(yàn)及短路參數(shù)之確定短路試驗(yàn)及短路參數(shù)之確定（1） 短路試驗(yàn):v短路指t形電路中的附加電阻 的狀態(tài).v

17、n=0,因此必須在電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)情況下進(jìn)行.故短路試驗(yàn)也稱為堵轉(zhuǎn)試驗(yàn).v試驗(yàn)方法一般從i1=1.2in （或：u1=0.4un）開始,逐步降低電壓.到i1=0.3in 測(cè)量57點(diǎn),每次記錄端電壓,定子短路電流和短路功率,測(cè)量定子繞組的電阻.根據(jù)記錄數(shù)據(jù),繪制異步電動(dòng)機(jī)的短路特性i1s=f(u1),p1s=f(u1)0/)1 (2srs11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院39二二 短路試驗(yàn)及短路參數(shù)之確定短路試驗(yàn)及短路參數(shù)之確定v（2）短路參數(shù)的確定 (與變壓器相同)v由于 勵(lì)磁支路開路: v全部輸入功率都變成定子銅耗與轉(zhuǎn)子銅耗.2zzm00fempi2,)(, 02121212221111121

18、121211111222112111sssssssssssssssssmsxxxxxxrrrrzximpriuzrimrrimpiiiirimrimp可認(rèn)為對(duì)大中型異步電動(dòng)機(jī)，式中：則：；0; 02mecpp且：11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院40二、異步電機(jī)的等效電路及其簡(jiǎn)化二、異步電機(jī)的等效電路及其簡(jiǎn)化令根據(jù)t型等效電路，可寫出如下兩個(gè)方程式。聯(lián)立求解得mmmsjxrzjxrzx jsrz,1112220)()(21222111msmmziizizizziusmszczzzui2112111szczui21112111/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院41二、異步電機(jī)的等效電路及其簡(jiǎn)

19、化二、異步電機(jī)的等效電路及其簡(jiǎn)化 和 都很復(fù)雜，式中 是一個(gè)復(fù)系數(shù)在異步電機(jī)中，略去 則復(fù)數(shù)系數(shù)變成實(shí)數(shù)，即2i1i1cmmmjxrjxrzzc111111mrr ,1mxxc11111/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院42第四節(jié)第四節(jié) 異步電機(jī)的參數(shù)異步電機(jī)的參數(shù) 求轉(zhuǎn)子電流的較準(zhǔn)確近似等效電路求定子電流的較準(zhǔn)確近似等效電路1u1r1x2i21rc 21xc )1(21ssrc1u11rc11xc221rc221xc)1(221ssrc12cimimrr 1mxx 111/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院43第四節(jié)第四節(jié) 異步電機(jī)的參數(shù)異步電機(jī)的參數(shù)異步電機(jī)的簡(jiǎn)化等效電路（c=1）mrr 1

20、mxx 1mi1u2i1r1x2r2x)1(2ssr11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院44第五節(jié)第五節(jié) 異步電機(jī)的功率平衡式和異步電機(jī)的功率平衡式和 轉(zhuǎn)矩平衡式轉(zhuǎn)矩平衡式一、功率平衡式 本節(jié)將用有效電路來分析異步電動(dòng)機(jī)的能量關(guān)系見右圖輸入電功率定子銅耗定子鐵耗轉(zhuǎn)子銅耗總的機(jī)械功率 異步電動(dòng)機(jī)的各種損耗總的機(jī)械功率又稱內(nèi)功率。1cup1r11111cosiump 12111rimpcummferimp2122212rimpcussrimpi122211u1i1x2x2rmp2cupipssr122ifepmxmrmi11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院45第五節(jié)第五節(jié) 異步電機(jī)的功率平衡式

21、和異步電機(jī)的功率平衡式和 轉(zhuǎn)矩平衡式轉(zhuǎn)矩平衡式異步電動(dòng)機(jī)的功率流程圖異步電動(dòng)機(jī)總的功率式正常運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候轉(zhuǎn)子鐵芯中磁通的變化的頻率很低，僅有13hz,所以轉(zhuǎn)子鐵耗可以略去不計(jì)。admeccufecuadmeccufecuppppppppppppppp212212111/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院46第五節(jié)第五節(jié) 異步電機(jī)的功率平衡式和異步電機(jī)的功率平衡式和 轉(zhuǎn)矩平衡式轉(zhuǎn)矩平衡式兩個(gè)重要關(guān)系兩個(gè)重要關(guān)系：因?yàn)殡姶殴β剩恨D(zhuǎn)子銅耗：機(jī)械功率：所以： 又叫轉(zhuǎn)差功率22212rimpcussrimpi12221srimiempem22212221cos2(1)iemcuemps ppsp11/12/

22、2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院47第五節(jié)第五節(jié) 功率平衡式和轉(zhuǎn)矩平衡式功率平衡式和轉(zhuǎn)矩平衡式二、轉(zhuǎn)矩平衡式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的機(jī)械功率：電機(jī)的轉(zhuǎn)矩與它的機(jī)械角速度乘積.總機(jī)械功率除以轉(zhuǎn)子角速度 得到轉(zhuǎn)矩平衡式，即式中 ：為電動(dòng)機(jī)軸上的輸出機(jī)械轉(zhuǎn)矩，即負(fù)載轉(zhuǎn)矩； ：為電動(dòng)機(jī)軸上的總機(jī)械轉(zhuǎn)矩:tem，即電磁轉(zhuǎn)矩； 為電動(dòng)機(jī)空載(制動(dòng))轉(zhuǎn)矩；22ptiptadmecttt0admecmecippppp2即022ttttttmecem11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院48第五節(jié)第五節(jié) 功率平衡式和轉(zhuǎn)矩平衡式功率平衡式和轉(zhuǎn)矩平衡式三、關(guān)于電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩與功率式中 或 為電機(jī)的同步角速度：注意：比較下式含義：具體

23、例子詳見書 例（9-1）00(1)22(1)6060iimmmpps pptnns1ssnn111602602111mimppt011/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院49第六節(jié)第六節(jié) 異步電機(jī)的機(jī)械特性異步電機(jī)的機(jī)械特性 稱為異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)差率曲線，簡(jiǎn)稱t-s曲線，又稱為機(jī)械特性曲線，它是異步電動(dòng)機(jī)最主要的特性。一、電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式 sft 21212221111221 2001222211222112220111221()()()():()emememprtm isuirrxxsrumstrrxm pr sturrcxc xsxsor 近似等效路其中：11/12/2021河海大學(xué)

24、電氣學(xué)院50第六節(jié)第六節(jié) 異步電機(jī)的機(jī)械特性異步電機(jī)的機(jī)械特性二、t-st-s曲線曲線由上式可畫出t-s曲線如右：該曲線是按電動(dòng)機(jī)運(yùn)行方式導(dǎo)出按照轉(zhuǎn)差率劃分電機(jī)有三種狀態(tài)：1、 t0， t與n方相同，為電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)狀態(tài)。2、 t0, nn0 ，t與n方向相反,制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，為發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)狀態(tài)。3、 t0,t與n方向相反，為制動(dòng)制動(dòng)狀態(tài)。0, 101nns1, 0nns0, 1ns11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院51第六節(jié)第六節(jié) 異步電機(jī)的機(jī)械特性異步電機(jī)的機(jī)械特性v為什么異步電機(jī)起動(dòng)電流大，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩并不大？v可參書p157 圖9-201222220122222 2 22222122222 2

25、 22222coscoscosmmtmsspm e iptcieeirxr sxr srrxr sxt （很大）（很小）不大11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院52第六節(jié)第六節(jié) 異步電機(jī)的機(jī)械特性異步電機(jī)的機(jī)械特性二、最大轉(zhuǎn)矩 1.臨界轉(zhuǎn)差率與最大轉(zhuǎn)矩求最大轉(zhuǎn)矩可用 ,由此求得產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的轉(zhuǎn)差率 ：臨界轉(zhuǎn)差率，其中“ ”號(hào)，電動(dòng)機(jī)取“+”號(hào)，發(fā)電機(jī)去“-”號(hào)。代入轉(zhuǎn)矩表達(dá)式，求得最大轉(zhuǎn)矩為0dsdt12211221()kcsrxrc x ks1221122111112()mm ptcrrxcux 11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院53第六節(jié)第六節(jié) 異步電機(jī)的機(jī)械特性異步電機(jī)的機(jī)械特性

26、2.過載能力由此得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：由此得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：cfcfmmmxxtxxsrctrsucsut1121max212max2121max1,1. 3)(,. 2(,. 1無關(guān)與無關(guān)）與nmttkmax11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院54第六節(jié)第六節(jié) 異步電機(jī)的機(jī)械特性異步電機(jī)的機(jī)械特性11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院55第六節(jié)第六節(jié) 異步電機(jī)的機(jī)械特性異步電機(jī)的機(jī)械特性三、異步電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行范圍電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行條件為對(duì)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載， ldtdtdsds0,0sddtsddtl11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院56第六節(jié)第六節(jié) 異步電機(jī)的機(jī)械特性異步電機(jī)的機(jī)械特性四、電磁轉(zhuǎn)矩簡(jiǎn)

27、化計(jì)算公式（從略）1.對(duì)大型電機(jī)2.實(shí)用公式 max2kkttssss9.559550260nnnnnnnp wpkwptornnn11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院57第七節(jié)第七節(jié) 異步電動(dòng)機(jī)的工作特性異步電動(dòng)機(jī)的工作特性異步電動(dòng)機(jī)的工作特性定義： nnffuuempftin1111,211,cos,11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院58第七節(jié)第七節(jié) 異步電動(dòng)機(jī)的工作特性異步電動(dòng)機(jī)的工作特性（1）轉(zhuǎn)速特性：（2）定子電流特性：22121),(piiconstiiiimmnnffuupfndef1111,2：稍向下傾斜的曲線略有減小，負(fù)載：空載：nipnni2202, 0nnffuup

28、fidef1111,21：11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院59第七節(jié)第七節(jié) 異步電動(dòng)機(jī)的工作特性異步電動(dòng)機(jī)的工作特性（3）功率因數(shù)特性(*)： nnffuupfdef1111,21cos：1221222121cos,coscos)(rsxtgspppn：過載即有功增加，負(fù)載：很小，線圈電機(jī)呈感性空載：11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院60第七節(jié)第七節(jié) 異步電動(dòng)機(jī)的工作特性異步電動(dòng)機(jī)的工作特性（4）電磁轉(zhuǎn)矩特性： nnffuuempftdef1111,2：)()(,2222020直線略有上翹，（有所減小很大后，當(dāng)直線正常范圍內(nèi)，ptppptconstconsttpttem11/12/2

29、021河海大學(xué) 電氣學(xué)院61 （5）效率特性：v v異步電動(dòng)機(jī)的效率為v損耗：v vp2增加時(shí)，效率上升得很快；v當(dāng)不變損耗=可變損耗時(shí),效率達(dá)到最大值；v隨后負(fù)載繼續(xù)增加，可變損耗增加很快，效率就要降低。v電動(dòng)機(jī)容量越大,效率就愈高.ppppppppcufecu21221 nnffuupfdef1111,2：pppppcucumecfe,:2, 1,可變損耗不變損耗：11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院62第十章第十章 三相異步電機(jī)的啟動(dòng)和調(diào)速三相異步電機(jī)的啟動(dòng)和調(diào)速 11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院63第一節(jié)第一節(jié) 起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩定義： 異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)是指電

30、機(jī)從靜止?fàn)顟B(tài)加速到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的整個(gè)過程，它包括最初起動(dòng)狀態(tài)和加速過程。主要指標(biāo)：起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩希望：起動(dòng)電流小、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大實(shí)際：起動(dòng)電流大、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩不大（不宜說起動(dòng)轉(zhuǎn)矩?。?11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院64第一節(jié)第一節(jié) 起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩起動(dòng)時(shí) ，定子電流很大（額定電流的57倍）最初起動(dòng)轉(zhuǎn)子功率因數(shù)很小：所以轉(zhuǎn)矩不大：本節(jié)內(nèi)容：怎樣盡可能使：起動(dòng)電流小、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大0, 1ns22122111)()(xxrruist22222cosxrrst22122122111)()(xxrrrupmtst11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院65第二節(jié)第二節(jié) 諧波轉(zhuǎn)矩及其對(duì)起動(dòng)

31、的影響諧波轉(zhuǎn)矩及其對(duì)起動(dòng)的影響* * 異步電機(jī)的氣隙中除了存在基波磁場(chǎng)之外，還有一系列諧波磁場(chǎng)，這些諧波磁場(chǎng)對(duì)電機(jī)有多方面的影響。一、異步電機(jī)的一、異步電機(jī)的高次空間諧波磁場(chǎng)高次空間諧波磁場(chǎng)產(chǎn)生的主要原產(chǎn)生的主要原因因1、繞組分布非正弦引起的諧波磁場(chǎng) (1) 實(shí)際磁勢(shì)階梯分布，含有諧波，其中5、7次較強(qiáng) (2) 高次諧波中， 次較強(qiáng)，因其與基波繞組系統(tǒng)相同。諧波可寫成與定子齒數(shù)有關(guān)的諧波，故常稱為定子繞組齒諧波。12mqk11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院66第二節(jié)第二節(jié) 諧波轉(zhuǎn)矩及其對(duì)起動(dòng)的影響諧波轉(zhuǎn)矩及其對(duì)起動(dòng)的影響* *、定、轉(zhuǎn)子齒槽存在引起磁導(dǎo)齒諧波定、轉(zhuǎn)子鐵芯的內(nèi)圈和外圈上有齒槽

32、存在，引起氣隙磁導(dǎo)不均勻，面對(duì)齒部磁導(dǎo)較大，面對(duì)槽口磁導(dǎo)較小，即使氣隙磁動(dòng)勢(shì)按正弦分布，由于齒槽磁導(dǎo)變化也會(huì)引起諧波磁場(chǎng)，為與繞組諧波相區(qū)別，稱由磁導(dǎo)變化引起的諧波為磁導(dǎo)齒諧波。11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院67第二節(jié)第二節(jié) 諧波轉(zhuǎn)矩及其對(duì)起動(dòng)的影響諧波轉(zhuǎn)矩及其對(duì)起動(dòng)的影響* *二、高次諧波磁場(chǎng)產(chǎn)生的諧波轉(zhuǎn)矩及其二、高次諧波磁場(chǎng)產(chǎn)生的諧波轉(zhuǎn)矩及其對(duì)起動(dòng)的影響對(duì)起動(dòng)的影響由高次諧波磁場(chǎng)所產(chǎn)生的諧波轉(zhuǎn)矩，按性質(zhì)可分為異步附加轉(zhuǎn)距和同步附加轉(zhuǎn)矩。、異步附加轉(zhuǎn)矩v異步電機(jī)是由定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與由該磁場(chǎng)感應(yīng)的轉(zhuǎn)子電流所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互作用所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，其中只有極對(duì)數(shù)相同的那些磁場(chǎng)才會(huì)產(chǎn)生異步轉(zhuǎn)矩。

33、v 異步谷11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院68第二節(jié)第二節(jié) 諧波轉(zhuǎn)矩及其對(duì)起動(dòng)的影響諧波轉(zhuǎn)矩及其對(duì)起動(dòng)的影響* *、同步附加轉(zhuǎn)矩v同步附加轉(zhuǎn)矩是由獨(dú)立電源的極對(duì)數(shù)相同的兩個(gè)磁場(chǎng)，以相同轉(zhuǎn)速且同方向旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。如果不是同步旋轉(zhuǎn)，其平均轉(zhuǎn)矩等于零。v 如：定、轉(zhuǎn)子齒諧波獨(dú)立，有可能形成同步附加轉(zhuǎn)矩11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院69第二節(jié)第二節(jié) 諧波轉(zhuǎn)矩及其對(duì)起動(dòng)的影響諧波轉(zhuǎn)矩及其對(duì)起動(dòng)的影響* *三、削弱和消除附加諧波轉(zhuǎn)矩的措施（）繞組采用分布和適當(dāng)短距以減弱繞組諧波磁場(chǎng)，特別是對(duì)次諧波和次諧波。（）斜槽是削弱齒諧波作用的一個(gè)有效方法。（）選擇合理的定、轉(zhuǎn)子槽配合，可消除或削弱

34、齒諧波轉(zhuǎn)矩。（）減少氣隙磁導(dǎo)變化削弱磁導(dǎo)齒諧波，如定、轉(zhuǎn)子采用半閉口槽，小電機(jī)轉(zhuǎn)子用閉口槽等。（）增大氣隙能有效地削弱高次諧波和齒諧波磁場(chǎng)，隨之減少附加轉(zhuǎn)矩，但是增大氣隙使勵(lì)磁電流增加，功率因數(shù)下降，一般不采用。11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院70第三節(jié)第三節(jié) 籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)一臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)采用什么起動(dòng)方法，需要看供電系統(tǒng)的容量、負(fù)載的性質(zhì)以及用戶對(duì)起動(dòng)的要求而定。 就負(fù)載情況而言，可歸納為以下三種典型情況：v重載起動(dòng)，起動(dòng)時(shí)有比較大的阻力距；v輕載或空載起動(dòng)，起動(dòng)時(shí)阻力距很?。籿風(fēng)機(jī)類負(fù)載：負(fù)載起動(dòng)時(shí)最初時(shí)阻力距很小，隨轉(zhuǎn)速上升，負(fù)載轉(zhuǎn)矩幾乎按轉(zhuǎn)速平方上升。三種

35、典型負(fù)載起動(dòng)特性00.20.40.81.0st1230.611/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院71第三節(jié)第三節(jié) 籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)v一、直接起動(dòng)v把全部電源電壓直接加到電動(dòng)機(jī)的定子繞組，也稱全壓起動(dòng)。v主要問題：起動(dòng)電流較大，造成電網(wǎng)電壓下降，影響其它用電設(shè)備v一般規(guī)定，異步電動(dòng)機(jī)的功率低于7.5kw時(shí)允許直接起動(dòng)。如果功率大于7.5kw，而電源總?cè)萘枯^大，能符合下式要求者，電動(dòng)機(jī)也允許直接起動(dòng)v簡(jiǎn)單估算：s電機(jī)(0.20.3)s變壓器,可以直接起動(dòng)akvakviiknsti起動(dòng)電機(jī)容量電源總?cè)萘?411111/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院72第三節(jié)第三節(jié) 籠型異步

36、電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)v二、電阻減壓或電抗減壓起動(dòng)v在電源端串入電阻、或電抗v串電阻：損耗增加v串電抗：起動(dòng)功率因數(shù)更低11211ststiuutu11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院73第三節(jié)第三節(jié) 籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)三、自耦變壓器自耦變壓器起動(dòng)起動(dòng)v對(duì)自耦變壓器（tr）：設(shè)變比為k, 則：112122211212uwkuukuwiwkiikiw 11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院74第三節(jié)第三節(jié) 籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)v對(duì)電機(jī)：v直接起動(dòng)時(shí)：電壓u1，電流ist，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為tstv經(jīng)tr后，電壓：u2u1/k v加在電機(jī)上，電機(jī)電流正

37、比減小，為v該電流再經(jīng)tr,其原方電路再降k倍，即為：v電機(jī)轉(zhuǎn)矩正比電機(jī)上電壓平方：2ststikikkstik2ststttk11211ststiuutu11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院75第三節(jié)第三節(jié) 籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)v結(jié)論：v自耦變的變比為v電機(jī)電壓為原來的v電機(jī)電流為原來的v電機(jī)從源吸取的電流為原來的22111kkkk11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院76第三節(jié)第三節(jié) 籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)四、星三角（yd）起動(dòng)正常運(yùn)行： d起動(dòng)： y v直接起動(dòng)：電壓u1，電流ist，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為tstvy起動(dòng)，電壓：v電機(jī)電流正比減小，為v線電流：

38、即從電源吸取的電流：v電機(jī)轉(zhuǎn)矩正比電機(jī)上電壓平方：v所以，相當(dāng)于變比為 的自耦變起動(dòng)13phuu3phstii33lphstiiii 233stststttt311/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院77五、五、深槽轉(zhuǎn)子深槽轉(zhuǎn)子異步電機(jī)起動(dòng)異步電機(jī)起動(dòng) 槽底比槽口股線的漏電抗大。導(dǎo)條中電流密度j的分布自上而下逐步地減小，如圖b所示。電流大部分集中到導(dǎo)條的上部，這種現(xiàn)象稱為電流的集膚效應(yīng)。由于這一效應(yīng)，從而增加了起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與限制了起動(dòng)電流第三節(jié)第三節(jié) 籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院78v六、雙籠轉(zhuǎn)子異步電機(jī)起動(dòng)第三節(jié)第三節(jié) 籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)籠型異步

39、電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院79第四節(jié)第四節(jié) 籠型異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速籠型異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速根據(jù)負(fù)載的要求，人為地或自動(dòng)地進(jìn)行調(diào)節(jié)，稱為調(diào)速。 異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式是因此，異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速有以下幾種方法：（1）改變供電電源的頻率 ；（2）改變電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù) ；（3）改變轉(zhuǎn)差率 ； 改變轉(zhuǎn)差率可以由改變外施電壓、轉(zhuǎn)子回路串電阻或電動(dòng)勢(shì)等。)1 (60spfnfps11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院80第四節(jié)第四節(jié) 籠型異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速籠型異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速一、變頻調(diào)速改變電源頻率，改變同步轉(zhuǎn)速，使轉(zhuǎn)速變化。特點(diǎn)特點(diǎn)：v調(diào)速范圍寬、精度高、效率較高，且能無極調(diào)速；

40、v但是需要專用的變頻電源，應(yīng)用上受到一定限制。v發(fā)展最快。1.變頻調(diào)速的基本要求主磁通 保持不變，因?yàn)?增大將引起磁路過飽和，勵(lì)磁電流大大增加， 減小將使最大轉(zhuǎn)矩、過載能力下降。 如略去異步電動(dòng)機(jī)定子阻抗壓降，則mmmnknfeu11144. 4m11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院81第四節(jié)第四節(jié) 籠型異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速籠型異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 為要使保持 不變，隨頻率變化，電動(dòng)勢(shì)也將隨之按正比例變化，即 恒磁通變頻調(diào)速機(jī)械特性常數(shù)mnknfe111144. 4m1f 1f 1f 1f1111ffff tmtnt01n1n1n 1n n11/12/2021河海大學(xué) 電氣學(xué)院82第四節(jié)第四節(jié) 籠型異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速籠型異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速對(duì)于恒功率調(diào)速，就是調(diào)頻后保持輸出功率不變，即 即于是定子的端電壓大小與頻率之間的關(guān)系為 即這種調(diào)速方法，最大轉(zhuǎn)矩將隨頻率上升而下降。)(11c