第10章 三相異步電動(dòng)機(jī)的基本性能

電機(jī)學(xué)第10章三相異步電動(dòng)機(jī)的基本性能[內(nèi)容]

10.3三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速

10.1三相異步電動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)與工作特性10.2三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)

10.4三相異步電動(dòng)機(jī)在不對(duì)稱(chēng)電壓下運(yùn)行

及單相異步電動(dòng)機(jī)

2●掌握異步電動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)，了解工作特性?！裾莆栈\型電動(dòng)機(jī)的Y－△及自耦變壓器降壓起動(dòng)的方法及特點(diǎn)?！裾莆绽@線(xiàn)轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)的方法及特點(diǎn)?！裾莆兆儤O調(diào)速、變頻調(diào)速、繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速及串級(jí)調(diào)速的方法與特點(diǎn)?！窳私怆姶呸D(zhuǎn)差離合器的工作原理，了解其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。●了解三相異步電動(dòng)機(jī)在不對(duì)稱(chēng)電壓下的運(yùn)行性能。●了解單相異步電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型及運(yùn)行性能。[要求]310.1三相異步電動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)與工作特性一、異步電動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)1.額定效率2.額定功率因數(shù)3.最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)4.起動(dòng)電流倍數(shù)5.起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)反映短時(shí)間承受過(guò)負(fù)載能力的指標(biāo)，稱(chēng)為過(guò)載能力；反映電動(dòng)機(jī)出力能力的指標(biāo)，稱(chēng)為力能指標(biāo)；反映電動(dòng)機(jī)起動(dòng)性能的指標(biāo)。五個(gè)性能指標(biāo)：以上指標(biāo)中，起動(dòng)電流倍數(shù)小好，其它指標(biāo)大好。二、異步電動(dòng)機(jī)的工作特性1．轉(zhuǎn)速特性2．轉(zhuǎn)矩特性3．定子電流特性4．定子功率因數(shù)特性5．效率特性額定運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速略低于同步轉(zhuǎn)速，功率因數(shù)、效率均較高。工作特性是指在額定電壓和額定頻率下的：10.1三相異步電動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)與工作特性10.2三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)起動(dòng)要求：

起動(dòng)電流要小，以減小對(duì)電網(wǎng)的沖擊。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要大，以加快起動(dòng)過(guò)程，縮短起動(dòng)時(shí)間。一、三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)1．直接起動(dòng)（全壓起動(dòng)）起動(dòng)電流大：起動(dòng)轉(zhuǎn)矩不大：特點(diǎn)原因：起動(dòng)瞬間n=0，s=1等效電路處于短路，故起動(dòng)電流很大。很大，很小，不大，約為額定值的一半故起動(dòng)轉(zhuǎn)矩不大。小容量(7.5kW以下)電動(dòng)機(jī)采用直接起動(dòng)2．降壓起動(dòng)（1）Y－△降壓起動(dòng)△

僅使用于△接法的電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)Y聯(lián)結(jié)運(yùn)行時(shí)△聯(lián)結(jié)起動(dòng)電流減小倍數(shù)：起動(dòng)轉(zhuǎn)矩減小倍數(shù)：10.2三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)（2）自耦變壓器降壓起動(dòng)變比直接起動(dòng)電流變壓器副邊供給電機(jī)的起動(dòng)電流變壓器原邊電流（電網(wǎng)的起動(dòng)電流）起動(dòng)電流減小倍數(shù)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩減小倍數(shù)變壓器抽頭比：QJ2型55%、64%、73%

QJ3型40%、60%、80%

[例10.2.1]

10.2三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)二、三相繞線(xiàn)型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)直接起動(dòng)時(shí)，Ist大，Tst卻不大；降壓起動(dòng)時(shí)，雖然Ist減小了，但Tst也隨U2減小。籠型電動(dòng)機(jī):所以籠型電動(dòng)機(jī)只能用于空載或輕載起動(dòng)。繞線(xiàn)型電動(dòng)機(jī):轉(zhuǎn)子串電阻:起動(dòng)變阻器、頻敏變阻器。故繞線(xiàn)電動(dòng)機(jī)采用轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)。從等效電路看，轉(zhuǎn)子回路串電阻→Ist↓從轉(zhuǎn)矩曲線(xiàn)看，轉(zhuǎn)子回路串電阻→Tst↑能實(shí)現(xiàn)重載起動(dòng)。

10.2三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)1．轉(zhuǎn)子回路串起動(dòng)變阻器起動(dòng)起動(dòng)結(jié)束，Rst全部退出，并將轉(zhuǎn)子回路短路。起動(dòng)變阻器起動(dòng)時(shí)串入全部電阻，從曲線(xiàn)1上的a點(diǎn)開(kāi)始加速，隨著n↑→Tst↓，在b點(diǎn)切除一段電阻→曲線(xiàn)2上的c點(diǎn)繼續(xù)加速，到d點(diǎn)又切除一段電阻→曲線(xiàn)3上的e點(diǎn)繼續(xù)加速，直到f點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行?？梢?jiàn),起動(dòng)過(guò)程中可實(shí)現(xiàn)快速起動(dòng)。10.2三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)2．轉(zhuǎn)子串接頻敏變阻器起動(dòng)起動(dòng)時(shí)n=0，s=1，f2=sf1(最大)→PFe大→Rm大，這相當(dāng)于在轉(zhuǎn)子回路中串入一個(gè)大的起動(dòng)電阻。隨著n↑→s↓→f2↓→PFe↓→Rm↓可見(jiàn)，隨轉(zhuǎn)速上升自動(dòng)切除起動(dòng)電阻，保持起動(dòng)轉(zhuǎn)矩近似不變，使起動(dòng)平穩(wěn)、快速。Rm隨f2自動(dòng)變化，稱(chēng)為“頻敏電阻”鐵心用厚鋼板疊成，PFe很大,等效電阻Rm大。頻敏變阻器：是一個(gè)電抗器，相當(dāng)于無(wú)副繞組的變壓器。10.2三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)10.3三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速變極調(diào)速變頻調(diào)速變S調(diào)速調(diào)速方法轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速一、變極調(diào)速2p=42p=21．變極原理使定子每相的一半繞組中的電流改變方向，就可改變磁極對(duì)數(shù)。改變p→n1變化→n變化2.變極繞組接線(xiàn)方式△/YY(2p/p)Y/YY(2p/p)(1)△/YY(2p/p)(2)Y/YY(2p/p)當(dāng)p=2時(shí)，U、V、W繞組相隔空間電角度為0o、120o×2=240o、240o×2=480o(120o)。當(dāng)p=1時(shí)，U、V、W繞組相隔空間電角度為0o、120o、240o；因此，變極后必須對(duì)調(diào)定子任意兩相繞組的出線(xiàn)端，以保證電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向不變。注意：變極前后三相繞組的相序發(fā)生改變：變極調(diào)速為分級(jí)調(diào)速，速度的變化跨度大。10.3三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速二、變頻調(diào)速改變f→n1變化→n變化調(diào)速時(shí)應(yīng)保持主磁通不變，即不變，以保證性能不變。所以在調(diào)頻調(diào)速過(guò)程中，電壓與頻率應(yīng)成正比變化。變頻調(diào)速范圍大、平滑性好，但需要一套變頻電源。三、繞線(xiàn)型電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速R2↑→s

↑→n↓當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變時(shí)=常數(shù)轉(zhuǎn)子串電阻計(jì)算式串電阻將使銅耗增加，降低了電動(dòng)機(jī)效率。10.3三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速四、繞線(xiàn)型電動(dòng)機(jī)的串級(jí)調(diào)速指在轉(zhuǎn)子回路串一個(gè)與轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)串級(jí)調(diào)速：頻率相同、相位相反的附加電動(dòng)勢(shì)改變大小實(shí)現(xiàn)調(diào)速的方法。

轉(zhuǎn)差功率中僅有一小部分被轉(zhuǎn)子電阻消耗，優(yōu)點(diǎn)：其余大部分都被產(chǎn)生的裝置回饋到電網(wǎng)，電動(dòng)機(jī)具有較高的效率。轉(zhuǎn)子串R調(diào)速時(shí)，n越低，s越大,轉(zhuǎn)差功率越大，效率越低。10.3三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速五、電磁調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)籠型異步電動(dòng)機(jī)是一種交流恒轉(zhuǎn)矩?zé)o級(jí)調(diào)速電動(dòng)機(jī)，由電磁轉(zhuǎn)差離合器測(cè)速發(fā)電機(jī)控制器組成。1．電磁轉(zhuǎn)差離合器的結(jié)構(gòu)電樞：由鑄鋼制成的圓筒，與電動(dòng)機(jī)同軸相連，隨電動(dòng)機(jī)一起轉(zhuǎn)動(dòng)。磁極：由鐵心和勵(lì)磁線(xiàn)圈組成，勵(lì)磁線(xiàn)圈通過(guò)滑環(huán)和電刷接直流電源。磁極與機(jī)械負(fù)載同軸連接。10.3三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速2．電磁轉(zhuǎn)差離合器的工作原理電磁轉(zhuǎn)差離合器的轉(zhuǎn)差率3．電磁轉(zhuǎn)差離合器的調(diào)速增大勵(lì)磁電流，磁場(chǎng)增強(qiáng)，渦流增大，電磁轉(zhuǎn)矩增大，負(fù)載轉(zhuǎn)速上升；減小勵(lì)磁電流，磁場(chǎng)減弱，渦流減小，電磁轉(zhuǎn)矩減小，負(fù)載轉(zhuǎn)速下降。與異步電動(dòng)機(jī)的工作原理相同。優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)速范圍大（可達(dá)10:1）、調(diào)速平滑，可無(wú)級(jí)調(diào)速。缺點(diǎn):是渦流損耗大，效率較低。4．電磁調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)10.3三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速一、三相異步電動(dòng)機(jī)在不對(duì)稱(chēng)電壓下運(yùn)行三相不對(duì)稱(chēng)U分解:正序三相電壓分量負(fù)序三相電壓分量負(fù)序電磁轉(zhuǎn)矩使合成轉(zhuǎn)矩減小，過(guò)載能力下降，輸出功率減小，效率有所下降。

正、負(fù)序等效電路相同，只是轉(zhuǎn)差率不同：在負(fù)序電路中較小的負(fù)序電壓也將引起較大負(fù)序電流，使電機(jī)發(fā)熱。三相不對(duì)稱(chēng)運(yùn)行的不良后果：10.4*三相異步電動(dòng)機(jī)在不對(duì)稱(chēng)電壓下運(yùn)行及單相異步電動(dòng)機(jī)二、單相異步電動(dòng)機(jī)1．工作原理單相繞組脈動(dòng)磁場(chǎng)分解:10.4*三相異步電動(dòng)機(jī)在不對(duì)稱(chēng)電壓下運(yùn)行及單相異步電動(dòng)機(jī)單相異步電動(dòng)機(jī)有以下特點(diǎn)：(1)起動(dòng)時(shí)，n=0

不能自起動(dòng)。(2)借助于外力使轉(zhuǎn)子正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)后，即使去掉外力，也能保持正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)運(yùn)行。即單相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向是由起動(dòng)轉(zhuǎn)矩方向決定的。(3)反向轉(zhuǎn)矩存在，使最大轉(zhuǎn)矩減小，過(guò)載能力下降，輸出功率減小，效率較低。2．單相異步電動(dòng)機(jī)的主要類(lèi)型(1)電容起動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)：兩相電機(jī)，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。運(yùn)行時(shí)：?jiǎn)蜗嚯姍C(jī)（副繞組切除）特點(diǎn)：電容值按起動(dòng)性能要求選取，故起動(dòng)性能好，但運(yùn)行性能較差。10.4*三相異步電動(dòng)機(jī)在不對(duì)稱(chēng)電壓下運(yùn)行及單相異步電動(dòng)機(jī)(2)電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)將離心開(kāi)關(guān)去掉，起動(dòng)和運(yùn)行時(shí)都是兩相繞組，即為兩相電機(jī)。特點(diǎn)：電容值按運(yùn)行性能要求選取，故運(yùn)行性能較好，但起動(dòng)性能較差。(3)單相雙值電容異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)：電容值大（C1、C2并聯(lián)），滿(mǎn)足起動(dòng)性能要求。運(yùn)行時(shí)：電容值?。–2），滿(mǎn)足運(yùn)行性能要求。為兩相電機(jī)，起動(dòng)性能和運(yùn)行性能都比較好。10.4*三相異步電動(dòng)機(jī)在不對(duì)稱(chēng)電壓下運(yùn)行及單相異步電動(dòng)機(jī)(4)單相電阻起動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)繞組a的