第五章異步電機

感應電機（異步電機）（教材P166）感應電機（也叫異步電機）是一種交流旋轉電機，它的轉速除與電網頻率有關外，還隨負載而變。主要作電動機使用，如：機床；水泵；家用電器；5.1異步電動機的結構和運行狀態(tài)

一、感應電機的結構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：電線制而成,電路一部分（三相有6個出線端，可接為Y或Δ）機座：鑄鐵或鋼板焊接而成，支撐定子鐵芯。2.轉子：轉軸:支撐轉子轉子鐵心：0.5mm硅鋼片疊壓而成,磁路一部分轉子繞組：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（作用？）。3.氣隙：磁路的一部分，δ↓→Im↓，但易發(fā)生掃膛現象。

二、感應電機的運行狀態(tài)1.轉差率定義當0<n<n1時,即0<s<1時,電機為電動運行狀態(tài)(電能→機械能)當n>n1時,即0>s時,電機為發(fā)電運行狀態(tài)(機械能→電能)當n<0時,即s>0時,電機為電磁制動運行狀態(tài)(機械能和電能→熱能)2.分析電機運行狀態(tài)發(fā)電運行狀態(tài)電磁制動運行狀態(tài)例如：Y112S-6極數6極短機座規(guī)格代號：中心高112mm產品代號：異步電動機2.額定值①額定功率Pn:電動機在額定情況下運行，由軸端輸出的機械功率，單位為W，kW。②額定電壓Un:電動機在額定情況下運行,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：電動機在額定電壓、額定頻率下軸端輸出額定功率時，定子繞組的線電流，單位為A。⑤額定轉速nn：電動機在額定電壓、額定頻率、軸端輸出額定功率時，轉子的轉速，單位為r/min。5.2三相感應電動機的磁動勢和磁場一、空載運行時的磁動勢和磁場1.主磁通Φ0：①作用：傳遞能量的媒介作用；②路徑：定子—氣隙—轉子—氣隙—定子。2.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。二、負載運行時的磁動勢和磁場1.轉子電動勢的頻率：2.轉子繞組的感應電動勢3.轉子繞組的電阻和漏抗：忽略集膚效應，認為不變；4.轉子繞組的電流：正常運行時，轉子端電壓U2=0，有效值：*結論：轉子電流I2隨S的增加而增加。5.轉子繞組的功率因數：結論：轉子功率因數隨S的增加而減小。6.轉子磁動勢的轉速：相對轉子速度：相對定子速度：三、磁動勢平衡方程1.磁動勢形式：2.電流形式：5.3三相感應電動機的電壓方程和等效電路一、電動勢平衡方程二、等效電路1、折算折算原則：①保持F2不變，只要使等效前后轉子電流的大小和相位相等即可；②等效前后轉子電路的功率和損耗相等。折算方法：電流折算：

電動勢折算：電阻和電抗折算：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C1，對于40kW以上，可取C1=1。5.4感應電動機的功率方程和轉矩方程功率平衡關系輸入功率定子銅損定子鐵損電磁功率轉子銅損機械功率輸出功率

在式的兩邊同時除以機械角速度得：即：或電磁轉矩轉矩平衡關系1.物理表達式表明：三相異步電動機的電磁轉矩是由主磁通與轉子電流的有功分量相互作用產生的。轉矩平衡關系2.參數表達式：說明：電磁轉矩與電源參數（Ｕ、f）、結構參數（r、x、m、p）和運行參數（s）有關。臨界轉差率sm和最大電磁轉矩Tmax由兩個表達式可見當其它參數一定時：1、最大電磁轉矩與電源電壓平方成正比；臨界轉差率與電源電壓無關。3、頻率越高，最大電磁轉矩和臨界轉差率越??；

漏抗越大，最大電磁轉矩和臨界轉差率越小；2、轉子回路電阻越大，臨界轉差率越大；最大電磁轉矩與轉子電阻無關。4、過載能力起動轉矩Tst和起動轉矩倍數Kst當其它參數一定時:1、起動轉矩與電源電壓平方成正比；2、頻率越高，起動轉矩越??；漏抗越大，起動轉矩越?。?、繞線式電動機，轉子回路電阻越大，起動轉矩先增后減。4、起動轉矩倍數3.實用表達式已知電機的額定功率、額定轉速、過載能力忽略空載轉矩，有將Tm和sm代入即可得到機械特性方程式5.7感應電動機的轉矩-轉差率曲線

sn0nNsNnmsm10TNTstTmaxTemABCD感應電動機降壓時的人為機械特性snsm10TLUN0TstTmaxTemn1A0.8UN0.64Tst0.64Tmax轉子回路串電阻時的機械特性r2+Rs3Tst2sm2r2+Rs2Tst1sm1r2+Rs110TstTmTems

n0n1smr2定子串接電抗器時的機械特性10TmTemsms

n0n1Tm’xstsm’5.8感應電動機的工作特性一、轉速特性由Pcu2=sPem得是一條稍向下傾斜的曲線。二、輸出轉矩特性異步電動機的輸出轉矩：是一條過原點稍向上翹的曲線。三、定子功率因數特性空載：很??；負載時，隨↑，↑。四、效率特性空載時，P2=0，η=0；負載時，隨著P2的增加，η也增加，當負載增大到可變損耗與不變損耗相等時，η最大；負載繼續(xù)增大，銅損增加很快，η反而下降。5.9三相異步電動機的起動，深槽和雙籠電動機一、三相異步電動機的起動（一）、概述1.起動定義：電動機接到電源上，從靜止狀態(tài)到穩(wěn)定運行狀態(tài)的過程；2.起動電流：n=0,S=1時的電流。3.起動電流大的原因：此時處于短路。4.起動轉矩不大的原因：1）減少；2）減??；使Tst不大。5.起動要求：①起動電流盡量小，以減小對電網的沖擊；②起動轉矩盡量大，以縮短起動時間；③起動設備簡單，可靠。（二）、鼠籠式異步電動機的起動1.直接起動①優(yōu)點：設備簡單，操作方便；②缺點：起動電流大，須足夠大的電源；③適用條件：小容量電動機帶輕載的情況起動。2.降壓起動如果電源容量不夠大，可采用降壓起動。即起動時，降低加在電動機定子繞組電壓，起動時電壓小于額定電壓，待電動機轉速上升到一定數值后，再使電動機承受額定電壓，可限制起動電流。定子回路串電抗器起動用Y-Δ起動自耦補償器（自耦變壓器）起動（三）、繞線式異步電動機的起動轉子：一般均接成Y形，正常三相繞組通過滑環(huán)短接，若轉子繞組直接短接情況下起動，與鼠籠一樣，Ist大，Tst不大。1.在轉子回路串起動變阻器起動2.在轉子回路串接頻敏變阻器起動二、深槽和雙籠感應電動機1、深槽式異步電動機結構：定子：與普通鼠籠電動機一樣；轉子：槽深而窄,2、雙鼠籠式異步電動機結構：定子：與普通鼠籠電動機一樣；轉子：有兩套鼠籠上層籠：ρ大，黃銅或青銅，截面小，∴r2上大→起動籠下層籠：ρ小，紫銅，截面大，∴r2下小→工作籠運行原理①起動時，s=1，f2最大，轉子漏抗x2大，電流分布取決于x2，∵x2下>x2上，∴轉子電流集中于上籠（趨膚效應）----起動籠起主要作用，又∵r2上大→↑→Tst↑；②正常運行：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，此時漏抗x2小，↑→Tem↑優(yōu)缺點①優(yōu)點：較大的Tst和較小Ist；②缺點：漏抗較大，其功率因數、最大轉矩和過載能力較普通的籠型電動機小。5.10感應電動機的調速一、變極調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，即通過改變一套繞組的連接方式而得到不同極對數的磁動勢，以實現變極調速。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)。說明：變極前后，三相繞組的相序發(fā)生改變，為保證電動機的轉向不變，須對調定子兩相繞組的出線端。二、變頻調速1.概述異步電動機的轉速：當轉差率S變化不大時，n近似正比于頻率，可見改變電源頻率就可改變異步電動機的轉速。2.恒轉矩調速電機變頻調速前后額定電磁轉矩相等，即恒轉矩調速時，有3.恒功率調速電機變頻調速前后它的電磁功率相等，即三、轉子回路串電阻調速串電阻前后保持轉子電流不變，則有：電磁轉矩為：保持不變，即屬于恒轉矩調速。異步電動機的制動（P206）制動的方式：機械、電磁。電磁制動就是使得M的電磁轉矩方向與n相反。電磁制動常用方法：反接制動、能耗制動、回饋制動。一、反接制動正轉反接制動認為將定子電流的相序改變，使得M氣隙旋轉磁場反向旋轉，最終使得轉子電流產生的電磁轉矩方向與轉子方向相反，起制動作用。性能特點：制動電流很大，對同一供電母線上的其他設備有影響?？梢圆扇〈胧浹a：降壓；對繞線型：轉子回路串聯電阻。反接制動正接反轉制動用外力使得電動機轉子的轉向反向，但電源相序不變，即電磁轉矩的方向不變。如：起重機重物的下落狀態(tài)。二、能耗制動能耗制動：電動機斷開三相交流電源后，在定子繞組上加一直流電壓，即定子繞組通以直流電流，產生靜止的磁場。在利用轉子感應電流與靜止磁場的作用達到制動目的。由于轉子是旋轉的，相當于磁場反向旋轉。轉子旋轉時候的動能全部消耗在鐵損和銅損耗中。性能特點：高速時效果好，低速則不好。三、回饋制動主要用來限制速度，如：電力機車下坡時?？偨Y、課題練習P207：思考題單相異步電動機

一、結構：定子為單相繞組（有起動和工作繞組）；轉子為鼠籠式。二、工作原理單相交流繞組通入單相交流電流產生脈動磁動勢，其可分解為F+、F-，建立起正轉和反轉磁場Φ+、Φ-，這兩個磁場切割轉子導體，產生感應電動勢和感應電流，從而形成正反向電磁轉矩T+、T-，疊加后即為推動轉子轉動的合成轉矩T。設電動機轉速為n，則對正轉磁場而言，轉差率s+為對反轉磁場而言，轉差率s-為單相異步電動機的特點轉子靜止時，合成轉矩為0，即單相異步電動機無起動轉矩。當s≠