電機(jī)拖動第十章(異步電動機(jī)的基本原理).ppt

1、異 步 電 動 機(jī) 的 基 本 原 理,第 十 章,異步電動機(jī)的基本原理,異 步 電 機(jī) 的 結(jié) 構(gòu),異 步 電 機(jī) 的 磁 通,轉(zhuǎn)子靜止的電磁關(guān)系,轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的電磁關(guān)系,功 率、轉(zhuǎn) 矩,參 數(shù) 測 定,工 作 特 性,異步電動機(jī)的基本原理,本章要求：,熟練掌握三相異步電動機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩平衡 方程且能正確使用。 掌握三相異步電動機(jī)電磁力矩的三種表達(dá)形 式且能正確使用。 掌握三相異步電動機(jī)參數(shù)及其工作特性的測 定。 一般掌握三相異步電動機(jī)工作特性的意義及 其大概形狀 。,第一節(jié) 異步電機(jī)的類型和結(jié)構(gòu)及原理,一、異步電機(jī)的結(jié)構(gòu),（一）定子：,鐵芯、繞組、機(jī)座、端蓋等,（二）轉(zhuǎn)子：,鐵芯、線圈等,分鼠

2、籠式轉(zhuǎn)子和繞線式轉(zhuǎn)子。,異步鼠籠電機(jī)定轉(zhuǎn)子,轉(zhuǎn)子繞組,滑環(huán),電刷,外加可調(diào)電阻,繞線轉(zhuǎn)子原理圖：,二、異步電動機(jī)的工作原理,定子通電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場N、S極，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割該磁場，產(chǎn)生e2 ；轉(zhuǎn)子導(dǎo)體處于短路狀態(tài)，會產(chǎn)生i2 ； i2與氣隙磁場作用產(chǎn)生電磁力fem （Tem），拖動電機(jī)就旋轉(zhuǎn)。,異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n一定低于磁場同步轉(zhuǎn)速n1，所以叫異步電動機(jī)，也叫感應(yīng)電動機(jī)。,轉(zhuǎn)速n與磁場同步轉(zhuǎn)速n1之差叫轉(zhuǎn)差n。 n= n1 -n,轉(zhuǎn)差率S：,轉(zhuǎn)速n=（1-S）n1,一般空載時S0.005；負(fù)載時S0.05。,轉(zhuǎn)差率S是異步電動機(jī)的重要參數(shù)，負(fù)載變化時，S會變化，使E2 、 I2 、 T2變化，以達(dá)

3、到重新平衡。,三、異步電動機(jī)的額定值,額定功率PN：電動機(jī)軸的輸出機(jī)械功率。,額定電壓UN ：定子線電壓。,額定電流IN： 定子線電流。,額定頻率fN、額定轉(zhuǎn)速 nN 等。,第二節(jié) 異 步 電 動 機(jī) 的 磁 通,一、主磁通,與定子、轉(zhuǎn)子繞組同時交鏈的基波磁通。,二、漏磁通,僅僅與定子或轉(zhuǎn)子繞組環(huán)連的磁通。,第三節(jié) 轉(zhuǎn)子靜止異步電動機(jī)的電磁關(guān)系,一、繞線 轉(zhuǎn)子開路時電磁關(guān)系,1、電磁關(guān)系,與變壓器類似,定子加對稱U,i0,1,漏磁通,主磁通,e1,e2,e1,2、感應(yīng)電勢,在時空坐標(biāo)中，每相電勢,定子漏電抗,電勢比：,3、電壓方程(單相),轉(zhuǎn)子：,定子：,4、電流,I0=(3050)% IN,

4、I0 有無功和有功分量,變壓器I0=(210)% IN,5、等效電路和相量圖,與變壓器的類似,激磁電阻,激磁電抗,二、繞線 轉(zhuǎn)子短路且堵轉(zhuǎn)時電磁關(guān)系,1、電磁關(guān)系,與變壓器類似,定子對稱i1,轉(zhuǎn)子漏磁通,主磁通,轉(zhuǎn)子對稱i2,定子漏磁通,定轉(zhuǎn)子都有同頻率的電流。,2、磁勢平衡方程,1）定轉(zhuǎn)子磁勢關(guān)系,定子對稱i1(f1),轉(zhuǎn)子對稱i2 (f2),n1,磁勢平衡的物理意義：,轉(zhuǎn)子開路時，氣隙磁勢Fm僅由定子電流i10產(chǎn)生。,轉(zhuǎn)子短路堵轉(zhuǎn)時，氣隙磁勢Fm由定轉(zhuǎn)子電流i1 、i2共同產(chǎn)生。,轉(zhuǎn)子開路和堵轉(zhuǎn)時，氣隙磁勢Fm基本相同。,轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時，定子電流i1產(chǎn)生磁勢F1分兩部分：,2）定轉(zhuǎn)子電流關(guān)系,

5、3、電壓方程（單相）,定子：,轉(zhuǎn)子：,4、等效電路及相量圖（單相）,1）繞組折算,與變壓器類似，將轉(zhuǎn)子繞組折算到定子側(cè)。,m2N2kw21,m1N1kw11,繞組折算原則：保證折算前后P不變，即磁勢不變。,（1）電流,電流比,（2）電勢,（3）阻抗,折算前后功率P不變,轉(zhuǎn)子銅耗：,折算后阻抗角不變,2）等效電路（單相）,等效電路及其參數(shù)含義與變壓器一樣。,只是異步機(jī)中x1 、 x2 、Zm是由三相對稱磁路決定；而變壓器中由一相（或三相）磁路決定。,第四節(jié) 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)異步電動機(jī)的電磁關(guān)系,一、 轉(zhuǎn)子電路（單相）,轉(zhuǎn)子 頻率：,上,下,轉(zhuǎn)子切割氣隙磁場的速度為： n=n1 -n,轉(zhuǎn)子電勢：,轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)

6、感應(yīng)電勢,轉(zhuǎn)子電抗：,轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時電抗,轉(zhuǎn)子電阻r2 與f無關(guān)仍為r2,阻抗角：,轉(zhuǎn)子電流：,二、磁勢平衡方程,堵轉(zhuǎn)磁勢平衡方程,定轉(zhuǎn)子磁勢由同頻率I產(chǎn)生，在空間相對靜止，可以合成。,上,下,定轉(zhuǎn)子電流通過磁勢平衡方程聯(lián)系在一起。,轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的磁勢平衡方程？,轉(zhuǎn)子本身轉(zhuǎn)速為n=(1-s) n1,相對定子轉(zhuǎn)速:n1+n= n1,上,下,結(jié)束,上,下,定轉(zhuǎn)子電流通過該磁勢平衡方程聯(lián)系在一起。,結(jié)束,注意:任何電機(jī)定轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的磁勢在空間相對靜止， 才能形成恒定的電磁轉(zhuǎn)矩。,三、電勢平衡方程,定子：,轉(zhuǎn)子：,等效電路:,四、等效電路及相量圖（單相）,1、頻率折算：,將轉(zhuǎn)子參數(shù)折算到定子側(cè)，需要進(jìn)行頻率

7、和繞組折算。,折算原則：保證折算前后磁勢不變，即相對定子速度和大小不變。,轉(zhuǎn)子側(cè)電量頻率從f2折算到f1 。,頻率折算前轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)(f2)，但F2相對定子速度為n1 。,頻率折算后轉(zhuǎn)子就變?yōu)殪o止(f1)，這樣F2相對定子速度能保證仍為n1 。,頻率從f2折算到f1，轉(zhuǎn)子就變?yōu)殪o止轉(zhuǎn)子。,頻率折算前轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)（ f2 ） ，但F2相對定子速度為n1 。,頻率折算后轉(zhuǎn)子就變?yōu)殪o止（ f1 ） ，這樣F2相對定子速度能保證仍為n1 。,頻率從f2折算到f1，轉(zhuǎn)子就變?yōu)殪o止轉(zhuǎn)子。,上,下,f2,f1,結(jié)束,要保證折算前后磁勢不變，必須轉(zhuǎn)子電流折算前后大小不變。,折算前：,折算后：,折算后轉(zhuǎn)子電路,頻率折算

8、后轉(zhuǎn)子電路中：電抗、電勢為轉(zhuǎn)子開路時數(shù)值；電阻變?yōu)閞2/s，增加了。,頻率折算前轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，表示有機(jī)械功率輸出；折算后靜止，用電阻r2/s上的部分電功率代替機(jī)械功率。,電阻r2/s上電功率包含轉(zhuǎn)子銅耗和機(jī)械功率?？梢詫⑵浞蛛x。即：,轉(zhuǎn)子內(nèi)阻,代表機(jī)械功率的等效負(fù)載電阻,f2,2、繞組折算,m2N2kw21,m1N1kw11,3、等效電路（單相）,4、相量圖,五、幾種等效電路,T型,作業(yè)：7-11；12；13,第六節(jié) 異步電動機(jī)的功率、轉(zhuǎn)矩方程,輸入：P1=m1U1I1cos1,電磁功率：Pem=m1E2I2cos2=m1 I2 2 (r2 /s),產(chǎn)生的總機(jī)械功率：,定子銅耗：pcu1=m1I1

9、2 r1 ；,鐵耗：pFe=m1Im2 rm ；,一 、異步電動機(jī)的功率關(guān)系,三相電機(jī)m1=3,轉(zhuǎn)子銅耗：pcu2=m1I2 2 r2 = s Pem,輸出功率：P2=Pmec-pmec-ps =Pmec-p0,摩擦損耗,附加損耗,空載損耗功率,功率流程圖：,電機(jī)效率：,電機(jī)總損耗：,二、異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩關(guān)系,穩(wěn)定運行必須滿足受力平衡。,1 、轉(zhuǎn)矩平衡方程,Tem=TL =T2 +T0,其中T0 =Tmec +Ts,摩擦損耗轉(zhuǎn)矩,附加損耗轉(zhuǎn)矩,2、電磁轉(zhuǎn)矩,轉(zhuǎn)子機(jī)械角速度：,磁場同步角速度：,2、輸出轉(zhuǎn)矩、空載轉(zhuǎn)矩,三、電磁轉(zhuǎn)矩公式,例、一三相籠型異步電動機(jī)Y，PN=7.5KW, UN=380

10、V , f1=50Hz, nN=960rpm,cos 1N=0.824, pcu1N=474W, pFe=231W, p0=82.5W.當(dāng)額定運行時求： 1)sN; 2)f2; 3)Pmec; 4)pcu2; 5)P1; 6)N; 7)I1N; 8)T2N; 9)T0; 10)Tem; 11)轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的磁場相對于轉(zhuǎn)子的速度n2;相對于定子的速度n2。,解：,n1=1000rpm,sN=(n1-nN)/n1 =0.04,f2=sf1=2Hz,Pmec = PN+p0=7.5825KW,Pem= Pmec /(1-s)=7898.4W,pcu2=sPem =316W,P1=Pem +pFe +

11、pcu1N =8603.4W,N =P2 /P1 =87.2%,T2N =P2N/N =74.61Nm,T0 =p0/N =0.82Nm,T em=Pmec/N = Pem/1 =75.43Nm,n2 =sn1 =40rpm,n2 =n+n2 =1000rpm,第七節(jié) 異 步 機(jī) 的 參 數(shù) 測 定,一、空載實驗,1、實驗?zāi)康?測出pFe,rm,xm,2、實驗條件,加額定U，無載,3、實驗線路,4、實驗步驟,1）接線。,2）電源電壓調(diào)至零。,3）合閘運行，緩慢將電壓調(diào)至額定。,4）空轉(zhuǎn)幾分鐘后，開始測量。,4、測量數(shù)據(jù)：p0,U1,I0,5、計算,r1用直流或電橋的方法測量出。,x1通過堵轉(zhuǎn)實

12、驗測量出。,6、空載特性,小電機(jī)該摩擦損耗比重較大,空載運行實際等效電路,為了準(zhǔn)確測量參數(shù)，需將摩擦損耗功率分離。,實驗測出的p0=pcu1+pFe+pmec,測量空載特性：使U1=U1N起，逐步降低，直到電流開始回升；每次測量出p0,U1,I0,作曲線：p0=f(U1), p0=f(I0),摩擦損耗功率分離：,實驗測出的p0=pcu1+pFe+pmec,先分離定子銅耗功率,p0= p0 -3I0ph2r1=pFe+pmec,基本不變,正比于U12,作曲線p0=pFe+pmec =f(U12),pmec,測出額定U時p0：,p0 -3I0ph2r1-pmec = 3I0ph2rm,二、短路堵轉(zhuǎn)實驗,1、實驗?zāi)康?測出pk,rk,xk,2、實驗條件,轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)加低壓，使I1=I1N,3、實驗線路,4、實驗步驟,1）接線,將轉(zhuǎn)子卡住。,2）電源電壓調(diào)至零。,3）合閘運行，緩慢調(diào)電壓，使電流達(dá)到額定值。,4、測量數(shù)據(jù)：pk,Uk,Ik,t,5、計算,堵轉(zhuǎn)s=1， Uk 很小，勵磁電流很小，勵磁支路可以看作開路。,將電阻折至75值：,等效電路中，電壓電流為相值。,第八節(jié) 異 步 機(jī) 的 工 作 特 性,指異步電動機(jī)在額定狀態(tài)即U1=U1N ，f=fN, n,Tem,cos1,I1,和P2的關(guān)系。,一、轉(zhuǎn)速特性n=f(P2),轉(zhuǎn)速特性n=f(P2)為下