第五章異步電機(jī)

第五章異步電機(jī)第一頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日5.1異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行狀態(tài)

一、感應(yīng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)1.定子：定子鐵心：0.5mm厚硅鋼片疊壓而成,磁路的一部分定子繞組：電磁線制而成,電路一部分機(jī)座：鑄鐵或鋼板焊接而成第二頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日2.轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)軸:支撐轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子鐵心：0.5mm硅鋼片疊壓而成,磁路一部分轉(zhuǎn)子繞組：籠型繞組鑄銅銅條繞線式繞組：電磁線制而成，Y接，滑環(huán)引出，外接電阻。3.氣隙：磁路的一部分，δ↓→Im↓，但易發(fā)生掃膛現(xiàn)象。

第三頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日二、感應(yīng)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)1.轉(zhuǎn)差率定義當(dāng)0<n<n1時(shí),即0<s<1時(shí),電機(jī)為電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)(電能→機(jī)械能)當(dāng)n>n1時(shí),即0>s時(shí),電機(jī)為發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)(機(jī)械能→電能)當(dāng)n<0時(shí),即s>0時(shí),電機(jī)為電磁制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)(機(jī)械能和電能→熱能)第四頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日2.分析電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)電磁制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)例如：Y112S-6極數(shù)6極短機(jī)座規(guī)格代號(hào)：中心高112mm產(chǎn)品代號(hào)：異步電動(dòng)機(jī)第五頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日2.額定值①額定功率Pn:電動(dòng)機(jī)在額定情況下運(yùn)行，由軸端輸出的機(jī)械功率，單位為W，kW。②額定電壓Un:電動(dòng)機(jī)在額定情況下運(yùn)行,施加在定子繞組上的線電壓，單位為V。③額定頻率fn：50Hz。④額定電流In：電動(dòng)機(jī)在額定電壓、額定頻率下軸端輸出額定功率時(shí)，定子繞組的線電流，單位為A。⑤額定轉(zhuǎn)速nn：電動(dòng)機(jī)在額定電壓、額定頻率、軸端輸出額定功率時(shí)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，單位為r/min。第六頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日5.2三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)一、空載運(yùn)行時(shí)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)1.主磁通Φ0：①作用：傳遞能量的媒介作用；②路徑：定子—?dú)庀丁D(zhuǎn)子—?dú)庀丁ㄗ印?.漏磁通Φσ：①不起傳遞能量的媒介作用，只起電抗壓降的作用；②包括：槽部漏磁通、端部漏磁通和高次諧波。第七頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日二、負(fù)載運(yùn)行時(shí)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)1.轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)的頻率：2.轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)3.轉(zhuǎn)子繞組的電阻和漏抗：忽略集膚效應(yīng)，認(rèn)為不變；第八頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日4.轉(zhuǎn)子繞組的電流：正常運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子端電壓U2=0，有效值：*結(jié)論：轉(zhuǎn)子電流I2隨S的增加而增加。第九頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日5.轉(zhuǎn)子繞組的功率因數(shù)：結(jié)論：轉(zhuǎn)子功率因數(shù)隨S的增加而減小。6.轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)的轉(zhuǎn)速：相對(duì)轉(zhuǎn)子速度：相對(duì)定子速度：第十頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日三、磁動(dòng)勢(shì)平衡方程1.磁動(dòng)勢(shì)形式：2.電流形式：第十一頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日5.3三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電壓方程和等效電路一、電動(dòng)勢(shì)平衡方程第十二頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日二、等效電路1、折算折算原則：①保持F2不變，只要使等效前后轉(zhuǎn)子電流的大小和相位相等即可；②等效前后轉(zhuǎn)子電路的功率和損耗相等。折算方法：第十三頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日電流折算：

電動(dòng)勢(shì)折算：電阻和電抗折算：第十四頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日3.T型等效電路三、近似等效電路與變壓器的近似等效電路相同，但須引入一修正系數(shù)C1，對(duì)于40kW以上，可取C1=1。第十五頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日5.4感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的功率方程和轉(zhuǎn)矩方程功率平衡關(guān)系第十六頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日輸入功率定子銅損定子鐵損電磁功率轉(zhuǎn)子銅損機(jī)械功率輸出功率第十七頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日

在式的兩邊同時(shí)除以機(jī)械角速度得：即：或電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系第十八頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日1.物理表達(dá)式表明：三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是由主磁通與轉(zhuǎn)子電流的有功分量相互作用產(chǎn)生的。轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系第十九頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日2.參數(shù)表達(dá)式：說(shuō)明：電磁轉(zhuǎn)矩與電源參數(shù)（Ｕ、f）、結(jié)構(gòu)參數(shù)（r、x、m、p）和運(yùn)行參數(shù)（s）有關(guān)。第二十頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日臨界轉(zhuǎn)差率sm和最大電磁轉(zhuǎn)矩Tmax第二十一頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日由兩個(gè)表達(dá)式可見當(dāng)其它參數(shù)一定時(shí)：1、最大電磁轉(zhuǎn)矩與電源電壓平方成正比；臨界轉(zhuǎn)差率與電源電壓無(wú)關(guān)。3、頻率越高，最大電磁轉(zhuǎn)矩和臨界轉(zhuǎn)差率越小；

漏抗越大，最大電磁轉(zhuǎn)矩和臨界轉(zhuǎn)差率越小；2、轉(zhuǎn)子回路電阻越大，臨界轉(zhuǎn)差率越大；最大電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子電阻無(wú)關(guān)。4、過(guò)載能力第二十二頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)Kst當(dāng)其它參數(shù)一定時(shí):1、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與電源電壓平方成正比；2、頻率越高，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩越小；漏抗越大，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩越?。?、繞線式電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子回路電阻越大，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩先增后減。4、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)第二十三頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日3.實(shí)用表達(dá)式已知電機(jī)的額定功率、額定轉(zhuǎn)速、過(guò)載能力忽略空載轉(zhuǎn)矩，有將Tm和sm代入即可得到機(jī)械特性方程式第二十四頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日5.7感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)差率曲線

sn0nNsNnmsm10TNTstTmaxTemABCD第二十五頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日感應(yīng)電動(dòng)機(jī)降壓時(shí)的人為機(jī)械特性snsm10TLUN0TstTmaxTemn1A0.8UN0.64Tst0.64Tmax第二十六頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日轉(zhuǎn)子回路串電阻時(shí)的機(jī)械特性r2+Rs3Tst2sm2r2+Rs2Tst1sm1r2+Rs110TstTmTems

n0n1smr2第二十七頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日定子串接電抗器時(shí)的機(jī)械特性10TmTemsms

n0n1Tm’xstsm’第二十八頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日5.8感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的工作特性一、轉(zhuǎn)速特性由Pcu2=sPem得是一條稍向下傾斜的曲線。第二十九頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日二、輸出轉(zhuǎn)矩特性異步電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩：是一條過(guò)原點(diǎn)稍向上翹的曲線。三、定子功率因數(shù)特性空載：很??；負(fù)載時(shí)，隨↑，↑。第三十頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日四、效率特性空載時(shí)，P2=0，η=0；負(fù)載時(shí)，隨著P2的增加，η也增加，當(dāng)負(fù)載增大到可變損耗與不變損耗相等時(shí)，η最大；負(fù)載繼續(xù)增大，銅損增加很快，η反而下降。第三十一頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日第三十二頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日5.9三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)，深槽和雙籠電動(dòng)機(jī)一、三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)（一）、概述1.起動(dòng)定義：電動(dòng)機(jī)接到電源上，從靜止?fàn)顟B(tài)到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的過(guò)程；2.起動(dòng)電流：n=0,S=1時(shí)的電流。第三十三頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日3.起動(dòng)電流大的原因：此時(shí)處于短路。4.起動(dòng)轉(zhuǎn)矩不大的原因：1）減少；2）減?。皇筎st不大。5.起動(dòng)要求：①起動(dòng)電流盡量小，以減小對(duì)電網(wǎng)的沖擊；②起動(dòng)轉(zhuǎn)矩盡量大，以縮短起動(dòng)時(shí)間；③起動(dòng)設(shè)備簡(jiǎn)單，可靠。第三十四頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日（二）、鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)1.直接起動(dòng)①優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便；②缺點(diǎn)：起動(dòng)電流大，須足夠大的電源；③適用條件：小容量電動(dòng)機(jī)帶輕載的情況起動(dòng)。2.降壓起動(dòng)如果電源容量不夠大，可采用降壓起動(dòng)。即起動(dòng)時(shí)，降低加在電動(dòng)機(jī)定子繞組電壓，起動(dòng)時(shí)電壓小于額定電壓，待電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升到一定數(shù)值后，再使電動(dòng)機(jī)承受額定電壓，可限制起動(dòng)電流。第三十五頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日定子回路串電抗器起動(dòng)用Y-Δ起動(dòng)自耦補(bǔ)償器（自耦變壓器）起動(dòng)（三）、繞線式異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)子：一般均接成Y形，正常三相繞組通過(guò)滑環(huán)短接，若轉(zhuǎn)子繞組直接短接情況下起動(dòng)，與鼠籠一樣，Ist大，Tst不大。1.在轉(zhuǎn)子回路串起動(dòng)變阻器起動(dòng)2.在轉(zhuǎn)子回路串接頻敏變阻器起動(dòng)第三十六頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日二、深槽和雙籠感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1、深槽式異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)：定子：與普通鼠籠電動(dòng)機(jī)一樣；轉(zhuǎn)子：槽深而窄,2、雙鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)：定子：與普通鼠籠電動(dòng)機(jī)一樣；轉(zhuǎn)子：有兩套鼠籠上層籠：ρ大，黃銅或青銅，截面小，∴r2上大→起動(dòng)籠下層籠：ρ小，紫銅，截面大，∴r2下小→工作籠第三十七頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日運(yùn)行原理①起動(dòng)時(shí)，s=1，f2最大，轉(zhuǎn)子漏抗x2大，電流分布取決于x2，∵x2下>x2上，∴轉(zhuǎn)子電流集中于上籠（趨膚效應(yīng)）----起動(dòng)籠起主要作用，又∵r2上大→↑→Tst↑；②正常運(yùn)行：Sn=0.01～0.06很小→f2s很小→x2很小→電流取決于r2，∵r2下小→電流分布在下籠，此時(shí)漏抗x2小，↑→Tem↑優(yōu)缺點(diǎn)①優(yōu)點(diǎn)：較大的Tst和較小Ist；②缺點(diǎn)：漏抗較大，其功率因數(shù)、最大轉(zhuǎn)矩和過(guò)載能力較普通的籠型電動(dòng)機(jī)小。第三十八頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日5.10感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速一、變極調(diào)速可以采用兩套繞組，但為了提高材料的利用率，一般采用單繞組變極，即通過(guò)改變一套繞組的連接方式而得到不同極對(duì)數(shù)的磁動(dòng)勢(shì)，以實(shí)現(xiàn)變極調(diào)速。2.變極繞組的連接方法：Δ→YY(2p→p)；順串Y→反串Y（2p→p）；Δ→YY(2p→p)。說(shuō)明：變極前后，三相繞組的相序發(fā)生改變，為保證電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向不變，須對(duì)調(diào)定子兩相繞組的出線端。第三十九頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日二、變頻調(diào)速1.概述異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速：當(dāng)轉(zhuǎn)差率S變化不大時(shí)，n近似正比于頻率，可見改變電源頻率就可改變異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。2.恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速電機(jī)變頻調(diào)速前后額定電磁轉(zhuǎn)矩相等，即恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速時(shí)，有第四十頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日3.恒功率調(diào)速電機(jī)變頻調(diào)速前后它的電磁功率相等，即三、轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速串電阻前后保持轉(zhuǎn)子電流不變，則有：電磁轉(zhuǎn)矩為：保持不變，即屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。第四十一頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日5.11單相異步電動(dòng)機(jī)一、結(jié)構(gòu)：定子為單相繞組（有起動(dòng)和工作繞組）；轉(zhuǎn)子為鼠籠式。二、工作原理單相交流繞組通入單相交流電流產(chǎn)生脈動(dòng)磁動(dòng)勢(shì)，其可分解為F+、F-，建立起正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)磁場(chǎng)Φ+、Φ-，這兩個(gè)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流，從而形成正反向電磁轉(zhuǎn)矩T+、T-，疊加后即為推動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的合成轉(zhuǎn)矩T。第四十二頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日設(shè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為n，則對(duì)正轉(zhuǎn)磁場(chǎng)而言，轉(zhuǎn)差率s+為對(duì)反轉(zhuǎn)磁場(chǎng)而言，轉(zhuǎn)差率s-為單相異步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)轉(zhuǎn)子靜止時(shí)，合成轉(zhuǎn)矩為0，即單相異步電動(dòng)機(jī)無(wú)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。當(dāng)s≠1時(shí)，T≠0，且T無(wú)固定方向，取決于s的正負(fù)。由