電機(jī)學(xué)之異步電機(jī)2

1、西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院蘇少平蘇少平2011.8（異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)與調(diào)速）（異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)與調(diào)速）12222112UIRRXXs 1221212stUIRRXX1s 1nn2I12/LiIIk 101LIII1 22cosTTCI2I1I111 1EUZ I111114.44wEN f k 2cos1 22cosTTCIKM3K1M3K2RUNK1M3K2XUNstNUkU=ststIkI=2ststTk T=U3stUIZUZ 接法的起動(dòng)電流接法的起動(dòng)電流Y 接法的啟動(dòng)電流接法的啟動(dòng)電流U3stUIZ3stUIZ13ststII13ststTTK1UNK2abcM3st

2、INUstINaUkNstaUUk=2ststaIIk=2ststaTTk=3M1C2C3C4C3pR2pR1pR2123pppRRRR+212ppRRR+21pRR+2RTmaxT1TzT2T1nnOabcdfghimRmX1R2sF2JTs1s =T上上T下下T16011fns nspNSNSNSNSNSNSNSNSNSABCNUpIpIpIABCNUp2IpIpIYP3cos3cos3NpNpUIU IYYP32cos2 3cos23NpNpYUIU IP9550YYYPTn2955095502YYYYYYYYYPPTTnn211max22111122mUTRRXX2m22112RsRX

3、X21122211212stmU RTRRXXYYY12 /4ZmaxT2ms1stT2YYYnTmaxTstTmax2Tst2TABABCNUp3IpIpIABCNUp2IpIpI3cosNpPU I232cos1.1533NYYpUPIPP9550PTn1582YYYYYYPPTTnnn211max22111122mUTRRXX2m22112RsRXX21122211212stmU RTRRXXYY12 /4Zmax2T3ms1st2T31/3UnTmaxTstTst2T3ABmax2T3YYB一、從基頻下調(diào)時(shí)應(yīng)滿足什么條件，調(diào)速特點(diǎn)是什么？一、從基頻下調(diào)時(shí)應(yīng)滿足

4、什么條件，調(diào)速特點(diǎn)是什么？ 降低電源頻率降低電源頻率f1時(shí)，如果電源電壓時(shí)，如果電源電壓U1不變，則磁通量不變，則磁通量 會(huì)增大，使得電機(jī)過飽和，導(dǎo)致電會(huì)增大，使得電機(jī)過飽和，導(dǎo)致電流急劇增大。流急劇增大。 因此在降低頻率因此在降低頻率f1時(shí)，必須同時(shí)降低電壓時(shí)，必須同時(shí)降低電壓U1，以保持磁通，以保持磁通 基本不變。基本不變。 實(shí)際控制方法有兩種，即（實(shí)際控制方法有兩種，即（1）保持）保持 E1/ f1常數(shù)常數(shù)（2）保持）保持 U1/ f1= 常數(shù)常數(shù)。 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。22221 2122111221221112222122260MRm IPm pERm pfEsTnRsX

5、fsfRXsRs222122mRRsXf L21112112 22mm pETfL常常21211212606022mmRfRns nf LpLp常常nTmT1f1f 1f 1n1n1nOZT二、從基頻上調(diào)時(shí)調(diào)速特點(diǎn)是什么？二、從基頻上調(diào)時(shí)調(diào)速特點(diǎn)是什么？ 提高頻率提高頻率f1時(shí)，電源電壓時(shí)，電源電壓U1不變，磁通量不變，磁通量 會(huì)減小，相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)的弱磁增速。會(huì)減小，相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)的弱磁增速。 恒功率調(diào)速方式。恒功率調(diào)速方式。221111max222111211112111112 22 2m pUm pUTffXXfRRXX2m221211121RRsXXfRXX21m1112602mR

6、fns nfLLp常常Ton1f1f 1f 1f mT一、什么是異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)壓調(diào)速？一、什么是異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)壓調(diào)速？ 異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與定子電壓的平方成正比。改變定子電壓，即可改變電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與定子電壓的平方成正比。改變定子電壓，即可改變電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力轉(zhuǎn)矩，達(dá)到改變轉(zhuǎn)速的目的。統(tǒng)的動(dòng)力轉(zhuǎn)矩，達(dá)到改變轉(zhuǎn)速的目的。 過去主要利用自耦變壓器或者飽和電抗器串聯(lián)在定子三相電路中來實(shí)現(xiàn)調(diào)壓。過去主要利用自耦變壓器或者飽和電抗器串聯(lián)在定子三相電路中來實(shí)現(xiàn)調(diào)壓。 目前多采用晶閘管交流調(diào)壓器串在定子三相電路中來實(shí)現(xiàn)。目前多采用晶閘管交流調(diào)壓器串在定子三相電路中來實(shí)現(xiàn)。 調(diào)節(jié)變壓器

7、輸出電壓、電抗器勵(lì)磁電流、晶閘管的導(dǎo)通角就可調(diào)節(jié)定子繞組電壓。調(diào)節(jié)變壓器輸出電壓、電抗器勵(lì)磁電流、晶閘管的導(dǎo)通角就可調(diào)節(jié)定子繞組電壓。abcABCMMABCabcMabcABC二、異步電動(dòng)機(jī)定子電壓改變時(shí)機(jī)械特性如何改變？二、異步電動(dòng)機(jī)定子電壓改變時(shí)機(jī)械特性如何改變？NU0.7NU0.5NUnTsms 電磁轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩隨著與定子電壓平方成正比。電磁轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩隨著與定子電壓平方成正比。 出現(xiàn)最大轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)差率出現(xiàn)最大轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)差率 sm 保持不變。保持不變。 驅(qū)動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)，調(diào)速范圍小。普通異步電動(dòng)機(jī)帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)不宜采用調(diào)壓調(diào)速。驅(qū)動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)，調(diào)速范圍小。普通異步電動(dòng)機(jī)帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)不

8、宜采用調(diào)壓調(diào)速。 驅(qū)動(dòng)泵類負(fù)載時(shí)，可以在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，取得明顯的節(jié)能效果。驅(qū)動(dòng)泵類負(fù)載時(shí)，可以在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，取得明顯的節(jié)能效果。NU0.7NU0.5NUnTsms一、一、 繞線異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速繞線異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速 給繞線式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子回路串入調(diào)節(jié)電阻給繞線式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子回路串入調(diào)節(jié)電阻Rtj，其機(jī)械特性曲線，其機(jī)械特性曲線T= f (s)形狀將發(fā)生變化。形狀將發(fā)生變化。最大轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩 Tmax 的位置隨所串電阻的增大而下移。的位置隨所串電阻的增大而下移。 若電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，本來工作于若電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，本來工作于a 點(diǎn)，串入調(diào)節(jié)

9、電阻點(diǎn)，串入調(diào)節(jié)電阻Rtj后，工作點(diǎn)會(huì)移動(dòng)到后，工作點(diǎn)會(huì)移動(dòng)到 b 點(diǎn)。點(diǎn)。由于由于a、b 點(diǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩相等，所以點(diǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩相等，所以 22tjabRRRss22tjabRRRss 串入電阻前后的兩個(gè)穩(wěn)態(tài)，電動(dòng)機(jī)的阻抗沒有發(fā)生變化，所以電流不變，轉(zhuǎn)矩也不變。由于串入電阻前后的兩個(gè)穩(wěn)態(tài)，電動(dòng)機(jī)的阻抗沒有發(fā)生變化，所以電流不變，轉(zhuǎn)矩也不變。由于PM=T 1 ，所以電磁功率也保持不變。而總的機(jī)械功率，所以電磁功率也保持不變。而總的機(jī)械功率P =T 隨著轉(zhuǎn)速下降而減小。所減少的隨著轉(zhuǎn)速下降而減小。所減少的功率消耗在了調(diào)節(jié)電阻上。功率消耗在了調(diào)節(jié)電阻上。 asbsab1s LTTs二、串級(jí)調(diào)速的原理是

10、什么？二、串級(jí)調(diào)速的原理是什么？ 電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子電流大小有關(guān)，為了改變電磁轉(zhuǎn)矩，可以通過給轉(zhuǎn)電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子電流大小有關(guān)，為了改變電磁轉(zhuǎn)矩，可以通過給轉(zhuǎn)子繞組串入電阻或者電勢(shì)來改變轉(zhuǎn)子電流，進(jìn)而改變電磁轉(zhuǎn)矩。子繞組串入電阻或者電勢(shì)來改變轉(zhuǎn)子電流，進(jìn)而改變電磁轉(zhuǎn)矩。 串入的電勢(shì)串入的電勢(shì) Ed 必須與轉(zhuǎn)子電勢(shì)必須與轉(zhuǎn)子電勢(shì) sE2 同相數(shù)同頻率。同相數(shù)同頻率。 如果如果Ed與轉(zhuǎn)子電勢(shì)與轉(zhuǎn)子電勢(shì) sE2反相，則接入電勢(shì)瞬間，轉(zhuǎn)子回路合成電勢(shì)反相，則接入電勢(shì)瞬間，轉(zhuǎn)子回路合成電勢(shì) S S E2 減小，轉(zhuǎn)子電流減減小，轉(zhuǎn)子電流減小，電磁轉(zhuǎn)矩減小，電機(jī)減速，轉(zhuǎn)差率增大，合成

11、電勢(shì)、轉(zhuǎn)子電流、電磁轉(zhuǎn)矩反升，直到與負(fù)小，電磁轉(zhuǎn)矩減小，電機(jī)減速，轉(zhuǎn)差率增大，合成電勢(shì)、轉(zhuǎn)子電流、電磁轉(zhuǎn)矩反升，直到與負(fù)載轉(zhuǎn)矩再次平衡。則電機(jī)在較低轉(zhuǎn)速下又開始新的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。載轉(zhuǎn)矩再次平衡。則電機(jī)在較低轉(zhuǎn)速下又開始新的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。 如果如果Ed與轉(zhuǎn)子電勢(shì)與轉(zhuǎn)子電勢(shì) sE2同相，則經(jīng)過瞬態(tài)調(diào)整后，電機(jī)將在較高轉(zhuǎn)速開始新的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。同相，則經(jīng)過瞬態(tài)調(diào)整后，電機(jī)將在較高轉(zhuǎn)速開始新的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。 由于轉(zhuǎn)子電勢(shì)的頻率隨著轉(zhuǎn)速變化而變化，要獲得和轉(zhuǎn)子同頻率的附加電勢(shì)，往往需要一臺(tái)由于轉(zhuǎn)子電勢(shì)的頻率隨著轉(zhuǎn)速變化而變化，要獲得和轉(zhuǎn)子同頻率的附加電勢(shì)，往往需要一臺(tái)輔助發(fā)電機(jī)，與異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組相連接，裝置較為復(fù)雜

12、。輔助發(fā)電機(jī)，與異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組相連接，裝置較為復(fù)雜。2222222ssEsEIRjXRjsXss=+三、什么是可控硅串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)？三、什么是可控硅串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)？ 將工頻交流電通過變壓器、可控整流器、逆變器變成與轉(zhuǎn)子頻率一樣的電勢(shì)接入轉(zhuǎn)子繞組，將工頻交流電通過變壓器、可控整流器、逆變器變成與轉(zhuǎn)子頻率一樣的電勢(shì)接入轉(zhuǎn)子繞組，實(shí)現(xiàn)串級(jí)調(diào)速。通過改變可控整流器觸發(fā)角的大小，改變接入的附加電勢(shì)大小。實(shí)現(xiàn)串級(jí)調(diào)速。通過改變可控整流器觸發(fā)角的大小，改變接入的附加電勢(shì)大小。一、什么是單相異步電動(dòng)機(jī)？一、什么是單相異步電動(dòng)機(jī)？ 單相異步電動(dòng)機(jī)是指只需要單相交流電源供電的異步電動(dòng)機(jī)。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方單

13、相異步電動(dòng)機(jī)是指只需要單相交流電源供電的異步電動(dòng)機(jī)。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便。廣泛應(yīng)用于家電、醫(yī)療、電動(dòng)工具等設(shè)備中。便。廣泛應(yīng)用于家電、醫(yī)療、電動(dòng)工具等設(shè)備中。 與同容量的三相異步電動(dòng)機(jī)相比，它體積較大，運(yùn)行性能稍差，僅適用于小容量電機(jī)。與同容量的三相異步電動(dòng)機(jī)相比，它體積較大，運(yùn)行性能稍差，僅適用于小容量電機(jī)。 單相異步電動(dòng)機(jī)定子上通常有兩套繞組單相異步電動(dòng)機(jī)定子上通常有兩套繞組( 主繞組主繞組m和輔繞組和輔繞組a ), 并在空間錯(cuò)開并在空間錯(cuò)開90電角度。轉(zhuǎn)電角度。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與三相異步電動(dòng)機(jī)相同。子結(jié)構(gòu)與三相異步電動(dòng)機(jī)相同。二、單相異步電動(dòng)機(jī)如何分類？二、單相異步電動(dòng)機(jī)如何分類？ 分析表

14、明，單相繞組產(chǎn)生的是脈振磁場(chǎng)。盡管它可以分解為兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)；但無法產(chǎn)生啟分析表明，單相繞組產(chǎn)生的是脈振磁場(chǎng)。盡管它可以分解為兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)；但無法產(chǎn)生啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 要產(chǎn)生啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，必須利用輔繞組。如果給主輔繞組通入相差要產(chǎn)生啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，必須利用輔繞組。如果給主輔繞組通入相差90電角度的兩相電流，則相電角度的兩相電流，則相當(dāng)于兩相電機(jī)，就會(huì)有啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。當(dāng)于兩相電機(jī)，就會(huì)有啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 而單相電機(jī)采用的是單相電源，必須將單相電源設(shè)法分成相位不同的兩路分別接入主輔繞而單相電機(jī)采用的是單相電源，必須將單相電源設(shè)法分成相位不同的兩路分別接入主輔繞組中，才能產(chǎn)生啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，這稱為分相。組中，才能產(chǎn)生啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩

15、，這稱為分相。 根據(jù)不同的分相方法，可以把異步電動(dòng)機(jī)分為：電阻分相啟動(dòng)、電容分相啟動(dòng)、電容運(yùn)轉(zhuǎn)、根據(jù)不同的分相方法，可以把異步電動(dòng)機(jī)分為：電阻分相啟動(dòng)、電容分相啟動(dòng)、電容運(yùn)轉(zhuǎn)、電容啟動(dòng)與運(yùn)轉(zhuǎn)、罩極電動(dòng)機(jī)等不同的類別。電容啟動(dòng)與運(yùn)轉(zhuǎn)、罩極電動(dòng)機(jī)等不同的類別。三、一相定子繞組通入一相交流電流時(shí)的產(chǎn)生怎樣的磁場(chǎng)和三、一相定子繞組通入一相交流電流時(shí)的產(chǎn)生怎樣的磁場(chǎng)和機(jī)械特性？機(jī)械特性？ 一相繞組通一相電流，產(chǎn)生脈振磁勢(shì)，可以分解成兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)。一相繞組通一相電流，產(chǎn)生脈振磁勢(shì)，可以分解成兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)。 單獨(dú)考慮每一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)的作用時(shí)，與三相電機(jī)的作用一樣，各有自己的機(jī)械特性。單獨(dú)考慮每一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)的作

16、用時(shí)，與三相電機(jī)的作用一樣，各有自己的機(jī)械特性。 兩條機(jī)械特性曲線合成后對(duì)原點(diǎn)對(duì)稱，在啟動(dòng)點(diǎn)合成轉(zhuǎn)矩為零，也就是說沒有啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。兩條機(jī)械特性曲線合成后對(duì)原點(diǎn)對(duì)稱，在啟動(dòng)點(diǎn)合成轉(zhuǎn)矩為零，也就是說沒有啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 如果設(shè)法使它轉(zhuǎn)起來，則轉(zhuǎn)矩會(huì)逐漸增大，并能穩(wěn)定運(yùn)行。其轉(zhuǎn)向由啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)向決定。如果設(shè)法使它轉(zhuǎn)起來，則轉(zhuǎn)矩會(huì)逐漸增大，并能穩(wěn)定運(yùn)行。其轉(zhuǎn)向由啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)向決定。 理想空載轉(zhuǎn)速小于同步轉(zhuǎn)速。理想空載轉(zhuǎn)速小于同步轉(zhuǎn)速。Ms1s =M+M-四、兩相定子繞組通兩相交流電流時(shí)產(chǎn)生的磁場(chǎng)和機(jī)械特性是四、兩相定子繞組通兩相交流電流時(shí)產(chǎn)生的磁場(chǎng)和機(jī)械特性是怎樣的？怎樣的？ 兩相繞組通入兩相交流電時(shí)，各自產(chǎn)生兩個(gè)轉(zhuǎn)

17、向相反的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。兩個(gè)正向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相位兩相繞組通入兩相交流電時(shí)，各自產(chǎn)生兩個(gè)轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。兩個(gè)正向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相位接近，互相加強(qiáng)；兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)接近反相，互相削弱。接近，互相加強(qiáng)；兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)接近反相，互相削弱。 電機(jī)內(nèi)部存在一個(gè)較強(qiáng)的正向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和一個(gè)較弱的反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，其合成磁場(chǎng)為一個(gè)橢電機(jī)內(nèi)部存在一個(gè)較強(qiáng)的正向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和一個(gè)較弱的反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，其合成磁場(chǎng)為一個(gè)橢圓形的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。圓形的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。 正反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)弱有別，對(duì)應(yīng)機(jī)械特性不再對(duì)稱，合成后具有一定的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。正反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)弱有別，對(duì)應(yīng)機(jī)械特性不再對(duì)稱，合成后具有一定的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 兩繞組的對(duì)稱性和通過的電流的對(duì)稱性越好，合成磁場(chǎng)就越接近圓形，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩也就越大，兩繞