山東大學(xué)感應(yīng)電機(jī)原理課件

1、電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī) 第第1節(jié)節(jié) 電動(dòng)機(jī)的分類電動(dòng)機(jī)的分類 第第2節(jié)節(jié) 感應(yīng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)感應(yīng)電機(jī)的結(jié)構(gòu) 第第3節(jié)節(jié) 感應(yīng)電機(jī)的工作原理和運(yùn)行狀態(tài)感應(yīng)電機(jī)的工作原理和運(yùn)行狀態(tài) 第第4節(jié)節(jié) 三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng) 第第5節(jié)節(jié) 三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路 第第6節(jié)節(jié) 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的功率關(guān)系、功率方程和轉(zhuǎn)矩方程感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的功率關(guān)系、功率方程和轉(zhuǎn)矩方程 第第7節(jié)節(jié) 感應(yīng)電機(jī)的應(yīng)用感應(yīng)電機(jī)的應(yīng)用電動(dòng)機(jī)的分類1按工作電源分類 根據(jù)電動(dòng)機(jī)工作電源的不同，可分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)。 2按結(jié)構(gòu)及工作原理分類 可分為直流電動(dòng)機(jī)，異步

2、電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)。 同步電動(dòng)機(jī)同步電動(dòng)機(jī)還可分為永磁同步電動(dòng)機(jī)、磁阻同步電動(dòng)機(jī)和磁滯同步電動(dòng)機(jī)。 異步電動(dòng)機(jī)異步電動(dòng)機(jī)可分為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和交流換向器電動(dòng)機(jī)。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)又分為三相異步電動(dòng)機(jī)、單相異步電動(dòng)機(jī)和罩極異步電動(dòng)機(jī)等。交流換向器電動(dòng)機(jī)又分為單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)、交直流兩用電動(dòng)機(jī)和推斥電動(dòng)機(jī)。 直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為無刷直流電動(dòng)機(jī)和有刷直流電動(dòng)機(jī)。有刷直流電動(dòng)機(jī)可分為永磁直流電動(dòng)機(jī)和電磁直流電動(dòng)機(jī)。電磁直流電動(dòng)機(jī)又分為串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)、并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)和復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)。永磁直流電動(dòng)機(jī)又分為稀土永磁直流電動(dòng)機(jī)、鐵氧體永磁直流電動(dòng)機(jī)和鋁鎳鈷永磁直流電動(dòng)機(jī)。 3

3、按用途分類 電動(dòng)機(jī)按用途可分為驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)和控制用電動(dòng)機(jī)。 驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)又分為電動(dòng)工具（包括鉆孔、拋光、磨光、開槽、切割、擴(kuò)孔等工具）用電動(dòng)機(jī)、家電（包括洗衣機(jī)、電風(fēng)扇、電冰箱、空調(diào)器、錄音機(jī)、錄像機(jī)、影碟機(jī)、吸塵器、照相機(jī)、電吹風(fēng)、電動(dòng)剃須刀等）用電動(dòng)機(jī)及其它通用小型機(jī)械設(shè)備（包括各種小型機(jī)床、小型機(jī)械、醫(yī)療器械、電子儀器等）用電動(dòng)機(jī)。 感應(yīng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)感應(yīng)電機(jī)的結(jié)構(gòu) 感應(yīng)電機(jī)主要由靜止的定子和轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子兩大部分組成，定、轉(zhuǎn)子之間有一很小的空氣隙。 一、定子一、定子(a) 半閉口槽 (b) 半開口槽 (c) 開口槽感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的定子槽形 定子鐵心是主磁路的一部分，鐵心由0.5mm厚的硅鋼片疊成，

4、在定子鐵心內(nèi)圓上有均勻分布的槽，用來嵌放定子繞組。定子鐵心采用的槽形主要有：半閉口槽、半開口槽和開口槽。 定子鐵心定子鐵心定子沖片成型線圈感應(yīng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)感應(yīng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)三相定子繞組可接成星形接法或三角形接法 (a) 星形接法 ( b)三角形接法感應(yīng)電動(dòng)機(jī)接線板 感應(yīng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)感應(yīng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)二、轉(zhuǎn)子二、轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸等組成，轉(zhuǎn)子繞組也是電路的一部分，有鼠籠式和繞線式兩種形式 。根據(jù)加工工藝的不同，鼠籠轉(zhuǎn)子分為鑄鋁式和焊接式兩種 鼠籠式焊接轉(zhuǎn)子 (b) 鼠籠式鑄鋁轉(zhuǎn)子 鼠籠轉(zhuǎn)子 感應(yīng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)感應(yīng)電機(jī)的結(jié)構(gòu) 繞線式轉(zhuǎn)子繞組和定子繞組相似，在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)嵌有三相繞組，通過滑環(huán)、電刷與

5、外部接通 。繞線式轉(zhuǎn)子 鼠籠型轉(zhuǎn)子鐵心鑄鋁式鼠籠繞組鼠籠轉(zhuǎn)子繞線式轉(zhuǎn)子鐵心繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子軸轉(zhuǎn)子沖片一、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的工作原理一、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的工作原理感應(yīng)電機(jī)的工作原理和運(yùn)行狀態(tài)感應(yīng)電機(jī)的工作原理和運(yùn)行狀態(tài) 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)工作原理 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)工作原理是建立在電磁感應(yīng)定律和電磁力定律基礎(chǔ)上。三相對(duì)稱繞組三相對(duì)稱電源三相對(duì)稱電流圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流電流在磁場(chǎng)中受力產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)負(fù)載旋轉(zhuǎn)電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能上述是基于力的分析，形式上實(shí)現(xiàn)電能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)化。也可以用直接能量轉(zhuǎn)化的方法來解釋電能到機(jī)械能的變換。我們可以假想能量是一種流體的運(yùn)動(dòng)（類似于水的運(yùn)動(dòng)），

6、而承載能量的是磁場(chǎng)（類似于河道，形象上可以理解為定轉(zhuǎn)子之間的氣隙），在電機(jī)運(yùn)行過程中，磁場(chǎng)儲(chǔ)能基本不發(fā)生變化（類似于河道基本不發(fā)生什么變化），但是磁場(chǎng)所傳遞的能量卻可以發(fā)生變化（類似于水流量的大?。?。假設(shè)現(xiàn)在電機(jī)處于負(fù)載狀態(tài)，則定子側(cè)傳遞的能量在氣隙中流動(dòng)，推動(dòng)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)（類似于水輪機(jī)），將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。上述內(nèi)容純屬虛構(gòu) 當(dāng)轉(zhuǎn)子作微小的角位移（既可以是實(shí)際的角位移，也可以是設(shè)想的角位移）時(shí)，如果系統(tǒng)的磁能同時(shí)發(fā)生變化，則轉(zhuǎn)子上將受到電磁轉(zhuǎn)矩的作用 二、感應(yīng)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)二、感應(yīng)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài) 設(shè)感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為n，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速為同步速ns，二者之間的相對(duì)速度稱為轉(zhuǎn)差速度，定義轉(zhuǎn)差速度與同步

7、速之比為轉(zhuǎn)差率s 。感應(yīng)電機(jī)的工作原理和運(yùn)行狀態(tài)感應(yīng)電機(jī)的工作原理和運(yùn)行狀態(tài) ssnnns 轉(zhuǎn)差率是感應(yīng)電機(jī)的一個(gè)重要參數(shù)，根據(jù)其正負(fù)和大小可以判斷電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，感應(yīng)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)分為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和電磁制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)三種 。感應(yīng)電機(jī)的工作原理和運(yùn)行狀態(tài)感應(yīng)電機(jī)的工作原理和運(yùn)行狀態(tài) 感應(yīng)電機(jī)的三種運(yùn)行狀態(tài) 三、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的額定值三、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的額定值感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的額定值及有關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)主要有： 感應(yīng)電機(jī)的工作原理和運(yùn)行狀態(tài)感應(yīng)電機(jī)的工作原理和運(yùn)行狀態(tài) （1）額定功率：指額定運(yùn)行時(shí)輸出的機(jī)械功率，單位為W或kW；（2）額定電壓：指額定運(yùn)行狀態(tài)下定子繞組應(yīng)加的線電壓，單位為V或 kV；

8、（3）額定電流：指額定電壓和額定功率下運(yùn)行時(shí)的定子繞組線電流，單 位為A或kA；（4）額定頻率：指電動(dòng)機(jī)供電電壓的頻率。我國規(guī)定工頻為50Hz；（5）額定轉(zhuǎn)速：指電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速，單位為 r/min。 除此以外，銘牌上還標(biāo)出額定運(yùn)行狀態(tài)下的功率因數(shù)、效率、相數(shù)、接線方式和溫升等。對(duì)繞線式電機(jī)，還應(yīng)標(biāo)出定子外加額定電壓時(shí)的轉(zhuǎn)子開路電壓和轉(zhuǎn)子額定電流等。 對(duì)于三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，額定功率為 感應(yīng)電機(jī)的工作原理和運(yùn)行狀態(tài)感應(yīng)電機(jī)的工作原理和運(yùn)行狀態(tài) NNNNNIUPcos3N式中 、 分別為額定運(yùn)行時(shí)的功率因數(shù)和效率。 NcosN本節(jié)分析空載和負(fù)載時(shí)感應(yīng)電機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)本節(jié)分析空載和負(fù)載時(shí)感應(yīng)電機(jī)

9、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)一、空載運(yùn)行時(shí)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)1、空載磁動(dòng)勢(shì)和空載電流、空載磁動(dòng)勢(shì)和空載電流 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)空載時(shí)，將定子繞組接至對(duì)稱三相電壓，便有對(duì)稱三相電流 在定子繞組中流過，該電流稱為空載電流。若不計(jì)諧波磁動(dòng)勢(shì)，則該定子電流建立一基波旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)F1，其幅值為 10I1011135. 1IpkNFw在F1作用下產(chǎn)生氣隙磁場(chǎng)Bm，Bm沿氣隙圓周正弦分布并以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn) 三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng) 空載運(yùn)行時(shí)定子磁動(dòng)勢(shì)空載運(yùn)行時(shí)定子磁動(dòng)勢(shì)F1近似為產(chǎn)生氣隙主磁場(chǎng)的激磁近似為產(chǎn)生氣隙主磁場(chǎng)

10、的激磁磁動(dòng)勢(shì)磁動(dòng)勢(shì)Fm，空載電流，空載電流 近似等于激磁電流近似等于激磁電流 。10ImI空載磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng) 空載電流包括兩部分，絕大部分是用來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，稱為磁化電流，為無功分量；小部分用以供給空載損耗，為有功分量。 三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)2、主磁通、定子漏磁通和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、主磁通、定子漏磁通和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 根據(jù)磁通通過的路徑的不同，將磁通分為兩部分：主磁通和漏磁通。由基波旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的通過氣隙并與定子繞由基波旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的通過氣隙并與定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組同時(shí)交鏈的磁通稱為主磁通。組和轉(zhuǎn)子繞組同時(shí)交鏈的磁通稱為主磁通。主磁通為每極下的磁通量，用 表示 。m四

11、極感應(yīng)電機(jī)主磁通分布圖 三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng) 定子三相電流除產(chǎn)生主磁通 外，還產(chǎn)生僅與定子繞組交鏈而不與轉(zhuǎn)子繞組交鏈的磁通稱為定子漏磁通，用 表示。漏磁通包括三部分：即槽漏磁通、端部漏磁通和諧波漏磁通。 1 槽漏磁通和端部漏磁通 主磁路主要由定、轉(zhuǎn)子鐵心和氣隙組成是一個(gè)非線性磁路，主磁路主要由定、轉(zhuǎn)子鐵心和氣隙組成是一個(gè)非線性磁路，受磁路飽和程度影響較大受磁路飽和程度影響較大；而漏磁路的磁阻可認(rèn)為是常值而漏磁路的磁阻可認(rèn)為是常值。 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系如下圖所示： 三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)

12、系 主磁通在定子中感應(yīng)出對(duì)稱三相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其表達(dá)式為 三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)mwkNfjE111144. 4111XI jE漏磁通將在定子三相繞組中感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)，其表達(dá)式為 111112LfIEX式中稱為定子漏抗，1L稱為定子漏電感。 二、負(fù)載運(yùn)行時(shí)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)二、負(fù)載運(yùn)行時(shí)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng) 當(dāng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載時(shí)，轉(zhuǎn)速低于空載轉(zhuǎn)速，因而定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子的相對(duì)速度增加，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)增大，電機(jī)內(nèi)部電磁關(guān)系發(fā)生變化。 三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)1、負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)、負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì) 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

13、，進(jìn)而產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流，產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)F2。 12606060sfnnnpnnnpnpfssss轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率為： 分析可知 F1與F2轉(zhuǎn)速相等，轉(zhuǎn)向相同，在空間始終保持相對(duì)靜止 ，感應(yīng)電機(jī)在任何轉(zhuǎn)速下均能產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩。感應(yīng)電機(jī)負(fù)載時(shí)氣隙內(nèi)的磁場(chǎng)由定、轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)共同產(chǎn)生的。感應(yīng)電機(jī)負(fù)載時(shí)氣隙內(nèi)的磁場(chǎng)由定、轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)共同產(chǎn)生的。 當(dāng)負(fù)載運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)除了與定子磁動(dòng)勢(shì)共同產(chǎn)生主磁場(chǎng)外，還產(chǎn)生僅與轉(zhuǎn)子繞組交鏈的漏磁通，轉(zhuǎn)子漏磁通也包括槽漏磁通、端部漏磁通和諧波漏磁通三種。 三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)2、轉(zhuǎn)子反應(yīng)、轉(zhuǎn)子反應(yīng)負(fù)載時(shí)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)對(duì)氣隙磁場(chǎng)的

14、影響稱為轉(zhuǎn)子反應(yīng)。負(fù)載時(shí)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)對(duì)氣隙磁場(chǎng)的影響稱為轉(zhuǎn)子反應(yīng)。 LmIII11mI負(fù)載后定子電流中除激磁分量外，還有一個(gè)補(bǔ)償轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)的負(fù)載分量 LI1 所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)F1L與轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)F2大小相等，方向相反，以維持氣隙內(nèi)主磁通基本不變。 負(fù)載變化對(duì)定子的影負(fù)載變化對(duì)定子的影響是通過響是通過F2起作用的。起作用的。三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)LI1即 F1L=F2 轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)與主磁場(chǎng)轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)與主磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。02X繞線式電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)及磁場(chǎng)分布 轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)幅值與氣隙磁場(chǎng)幅值之間的夾角為 90 三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)和

15、磁場(chǎng)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)02X繞線式電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)及磁場(chǎng)分布 轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)幅值與氣隙磁場(chǎng)幅值之間的夾角為290三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)02X籠型電動(dòng)機(jī)的的轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)及磁場(chǎng)分布 轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)幅值與氣隙磁場(chǎng)幅值之間的夾角為 90三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)籠型電動(dòng)機(jī)的的轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)及磁場(chǎng)分布 02X轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)幅值與氣隙磁場(chǎng)幅值之間的夾角為290三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)3、負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系、負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系感應(yīng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系 三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)三、

16、激磁阻抗及漏抗三、激磁阻抗及漏抗 與變壓器中的分析方法類似，引入激磁阻抗表征主磁通對(duì)電路的電磁效應(yīng)，則定子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與激磁電流之間具有以下關(guān)系 )(1mmmmmjXRIZIEsssXI jEXI jE222111定、轉(zhuǎn)子漏磁通感應(yīng)電勢(shì)與定、轉(zhuǎn)子電流之間有以下關(guān)系電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路 、磁動(dòng)勢(shì)方程、磁動(dòng)勢(shì)方程 即負(fù)載時(shí)的定子磁動(dòng)勢(shì)可分為兩部分，一部分是用來產(chǎn)生主磁通的激磁磁動(dòng)勢(shì)Fm，另一部分用來抵消轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)的負(fù)載分量-F2。mwmwwIpkNmFIpkNmFIpkNmF111222221111129 . 029 . 029 . 0考慮到 電動(dòng)機(jī)的

17、基本方程、相量圖和等效電路電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路 222111wwikNmkNmk 式中為定、轉(zhuǎn)子繞組的電流變比。 2211122221IkIkNmkNmIiww為歸算到定子邊的轉(zhuǎn)子電流。 miIkII21則：則：mIII21或：或：mwwwIpkNmIpkNmIpkNm1112222111129 . 029 . 029 . 0電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路 磁動(dòng)勢(shì)矢量圖及電流相量圖 該圖為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)矢量圖和電流相量圖，考慮轉(zhuǎn)子漏阻抗時(shí)，轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)F2滯后于激磁磁場(chǎng)Bm的角度為290電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路電動(dòng)機(jī)的基本方程、相

18、量圖和等效電路 二、電壓方程二、電壓方程 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)，主磁通分別在定、轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) mwmwskNfjEkNfjE1111222244. 444. 4定、轉(zhuǎn)子漏磁通分別在定、轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生漏電動(dòng)勢(shì) 111112222244. 444. 4wwskNfjEkNfjE定、轉(zhuǎn)子繞組電阻分別產(chǎn)生電阻壓降 22RIs11RI和電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路 采用變壓器中各物理量正方向的規(guī)定，根據(jù)基爾霍夫第二定律可分別列寫出定、轉(zhuǎn)子電路的電壓方程式 222211111RIEERIEEUssssssssZIjXRIEZIEjXRIEU2222221

19、1111111或或111jXRZssjXRZ222式中電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路 將轉(zhuǎn)子電路中與頻率有關(guān)的物理量都注有下標(biāo)s，用以表示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的參數(shù)，它們與轉(zhuǎn)差率的關(guān)系為 22221222222212222221222244. 444. 42244. 444. 4sEksNfkNfEsXsLfLfXsEksNfkNfEwwssmwmws則定、轉(zhuǎn)子電路的電壓平衡方程式可改寫為 222221111jsXRIEsEZIEUss電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路 ( a) 定子等效電路 (b) 轉(zhuǎn)子等效電路定、轉(zhuǎn)子等效電路

20、電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路 三、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的等效電路及相量圖三、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的等效電路及相量圖定、轉(zhuǎn)子耦合電路示意圖 由上圖可見定、轉(zhuǎn)子電路之間只有磁的耦合，沒有電的聯(lián)系需要進(jìn)行相應(yīng)的頻率和繞組歸算，即把一個(gè)電路歸算到另一個(gè)電路中去。通常將轉(zhuǎn)子側(cè)物理量歸算到定子側(cè)。 電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路 1、頻率歸算、頻率歸算 頻率歸算是指在保持電磁系統(tǒng)的電磁性能不變的前提頻率歸算是指在保持電磁系統(tǒng)的電磁性能不變的前提下，把一種頻率的物理量換算成另一種頻率的物理量。下，把一種頻率的物理量換算成另一種頻率的物理量。 2222

21、2222222/IjXsREjsXREsjXREIsss 對(duì)感應(yīng)電機(jī)進(jìn)行頻率的歸算是將轉(zhuǎn)子電路的頻率歸算成定子電路的頻率。要使轉(zhuǎn)子電路的頻率等于定子電路的頻率，應(yīng)該用一個(gè)靜止的轉(zhuǎn)子代替實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子 電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路 靜止電動(dòng)機(jī)定、轉(zhuǎn)子耦合電路示意圖 21Rss電阻電阻 為表征機(jī)械功率的電阻為表征機(jī)械功率的電阻 電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路 2、繞組歸算、繞組歸算 對(duì)感應(yīng)電機(jī)進(jìn)行了頻率歸算后，雖然解決了定、轉(zhuǎn)子頻率不同的問題，但不能把定、轉(zhuǎn)子電路連接起來。因此還要像變壓器中那樣進(jìn)行繞組歸算。 在歸算中必

22、須保證歸算前后轉(zhuǎn)子的電磁效應(yīng)不變，歸算后轉(zhuǎn)子各物理量斜上方標(biāo)符號(hào)。由歸算前后轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)不變得：2222211129 . 029 . 0IpkNmIpkNmww電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路 2211122221IkIkNmkNmIiww歸算后轉(zhuǎn)子電流為 由感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與匝數(shù)、繞組因數(shù)的關(guān)系得：12222112EEkEkNkNEeww2211wwekNkNk 式中為電壓變比 由歸算前后轉(zhuǎn)子銅耗和漏磁場(chǎng)儲(chǔ)能保持不變得: 22222221222222212121XImXImRImRIm22222222121122222222212112XkkXkNmkNmXRkk

23、RkNmkNmReiwweiww則：則：電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路 經(jīng)過繞組歸算，可得到轉(zhuǎn)子各物理量的歸算值 222222221XkkXRkkREkEIkIieieei經(jīng)頻率和繞組歸算后，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的基本方程為 mmmIIIZIEEXjsRIEZIEU212122221111電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路 歸算后的定、轉(zhuǎn)子等效電路 電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路 3、感應(yīng)電機(jī)的等效電路、感應(yīng)電機(jī)的等效電路歸算后 ，可將定、轉(zhuǎn)子電路連接在一起，所得等效電路稱為 “T”型等效電路型

24、等效電路。 21EE感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的 “T”型等效電路 電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路 211221211212221111ZZcZUZZZIIZcZUZZZIIZZZZZUImmmmmmm由等效電路可得222jXsRZmXXZZc1m111式中：為轉(zhuǎn)子等效阻抗 為修正系數(shù) 電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路 對(duì)“T”型等效電路簡化后可得到感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的“”型等效電路 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的“”型等效電路 021ZZ可取電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路電動(dòng)機(jī)的基本方程、相量圖和等效電路 4、感應(yīng)電機(jī)的相量圖、感應(yīng)電機(jī)的相量圖相量圖畫法如

25、下 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的相量圖 感應(yīng)電動(dòng)功率關(guān)系、功率方程和轉(zhuǎn)矩方程感應(yīng)電動(dòng)功率關(guān)系、功率方程和轉(zhuǎn)矩方程 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)從外部電源吸收電能，經(jīng)電磁作用轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)子軸上的機(jī)械能。本節(jié)將依據(jù)等效電路分析其能量關(guān)系，推出功率方程和轉(zhuǎn)矩方程。 一、功率關(guān)系一、功率關(guān)系 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)功率流程圖 感應(yīng)電動(dòng)功率關(guān)系、功率方程和轉(zhuǎn)矩方程感應(yīng)電動(dòng)功率關(guān)系、功率方程和轉(zhuǎn)矩方程二、功率方程二、功率方程 根據(jù)上述功率轉(zhuǎn)換過程，可得到感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的功率方程式如下：admeccueFecueppPPpPPppPP2211 利用各種電阻上的損耗來表示。 等效電路表示各種功率感應(yīng)電動(dòng)功率關(guān)系、功率方程和轉(zhuǎn)矩方程感應(yīng)電動(dòng)功率關(guān)系、功率方程和轉(zhuǎn)矩

26、方程RsImPRssImPRImpRImpRImpIUmPecummFecu11cos221222122212211211111111由上圖可知 sRImppPFecu222111eecuPsPsPp)1 (2經(jīng)推到得上式表明，電磁功率的s部分轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)子銅耗，1-s部分轉(zhuǎn)換為機(jī)械功率。轉(zhuǎn)子銅損耗等于電磁功率與轉(zhuǎn)差率的乘積轉(zhuǎn)子銅損耗等于電磁功率與轉(zhuǎn)差率的乘積。式中 ，為電磁轉(zhuǎn)矩， 為輸出轉(zhuǎn)矩， 為空載轉(zhuǎn)矩 。感應(yīng)電動(dòng)功率關(guān)系、功率方程和轉(zhuǎn)矩方程感應(yīng)電動(dòng)功率關(guān)系、功率方程和轉(zhuǎn)矩方程三、轉(zhuǎn)矩方程三、轉(zhuǎn)矩方程02pPP將功率方程 兩端同除于機(jī)械角速度得轉(zhuǎn)矩方程如下：02TTTePTe22PT 00pT

27、 ePsP1由于 則 eseTPP可見上述兩種方法均可計(jì)算電磁轉(zhuǎn)矩。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 由感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表達(dá)式 可知，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有以下三種 。spfsnns16011一、變極調(diào)速一、變極調(diào)速 當(dāng)改變定子繞組的極對(duì)數(shù)時(shí)，改變了旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速，即可改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，若極對(duì)數(shù)增加一倍，則同步速下降一半。顯然該調(diào)速方法只能做到一級(jí)一級(jí)地改變轉(zhuǎn)速，屬于有級(jí)調(diào)速。 改變定子繞組接線，使每相的繞組中有一半繞組反向，改變定子繞組接線，使每相的繞組中有一半繞組反向，即可實(shí)現(xiàn)變極。即可實(shí)現(xiàn)變極。 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 （a) 連接圖 （ b) 展開圖四極時(shí)一相繞組的連接感應(yīng)電動(dòng)機(jī)

28、的調(diào)速感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 （a）連接圖 （b）展開圖兩極時(shí)一相繞組的連接感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速二、變頻調(diào)速二、變頻調(diào)速在變頻調(diào)速時(shí)，通常希望電機(jī)的主磁通保持不變，則：常數(shù)mwkNfU111144. 4212121211max2fUKXXUmTs電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩 TTNKfUKKTT2121max額定轉(zhuǎn)矩應(yīng)為 此時(shí)電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩和額定轉(zhuǎn)矩都不變。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速TTNNKKffUUTT21212121NNTTffUU1111 若變頻前后電機(jī)的過載能力不變，則 ，定子電壓應(yīng)按照下列規(guī)律進(jìn)行調(diào)節(jié)TTKK 根據(jù)各種生產(chǎn)機(jī)械的不同要求，常采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速和恒功率調(diào)速兩種方法，下面分別討論它們所對(duì)應(yīng)的電壓調(diào)節(jié)規(guī)律。 TTNKfUKKTT2121maxTTNKfUKKTT2121max由得感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速1、恒轉(zhuǎn)矩變頻調(diào)速