異步電機專題知識專家講座

第五章異步電機（二）Chapter5InductionMachine(2)異步電機專題知識專家講座第1頁第一節(jié)三相異步電動機運行時電磁過程一、異步電動機負載時物理情況（1）三相異步電動機定子繞組接到對稱三相電源時，定子繞組中就經(jīng)過三相交流電流，這個對稱三相交流電流將在氣隙內(nèi)形成按正弦規(guī)律分布、而且以同時轉(zhuǎn)速n0旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)磁動勢F1，由旋轉(zhuǎn)磁動勢F1建立旋轉(zhuǎn)氣隙主磁場Bm。（2）這個旋轉(zhuǎn)磁場切割定子、轉(zhuǎn)子繞組，分別在定子、轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)感應出定子電動勢和轉(zhuǎn)子電動勢。在轉(zhuǎn)子電動勢作用下轉(zhuǎn)子回路中有對稱三相電流流過。于是，在氣隙磁場和轉(zhuǎn)子電流相互作用下，產(chǎn)生了電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子就順著旋轉(zhuǎn)磁場方向轉(zhuǎn)動。異步電機專題知識專家講座第2頁空載情況下：n≈n0,I2≈0當電機帶有機械負載后：n<n0,I2增大。異步電機專題知識專家講座第3頁依據(jù)前一章知識可知，定子三相感應電動勢表示式為：若轉(zhuǎn)子靜止，轉(zhuǎn)子三相感應電動勢表示式為：異步電機專題知識專家講座第4頁下面分析轉(zhuǎn)子運動時轉(zhuǎn)子感應電動勢。當轉(zhuǎn)子運動時，θ＝-Ωt是伴隨時間改變（Ω為轉(zhuǎn)子機械角速度，rad/s），依據(jù)前一章推導，ax、by、cz繞組所交鏈磁通表示式為依據(jù)電磁感應公式異步電機專題知識專家講座第5頁能夠求出轉(zhuǎn)子運動時感應電動勢為推導幾個關系異步電機專題知識專家講座第6頁能夠求出轉(zhuǎn)子運動時感應電動勢為上式能夠?qū)憺槟軌蚩闯觯徽撧D(zhuǎn)速為多少，感應電動勢總是三相對稱。異步電機專題知識專家講座第7頁轉(zhuǎn)子感應電動勢瞬時值為注意：定子和轉(zhuǎn)子中電動勢是不一樣頻率，定子電動勢頻率為f，轉(zhuǎn)子感應電動勢為sf考慮轉(zhuǎn)子也采取了短距和分布線圈形式，轉(zhuǎn)子感應電動勢有效值為異步電機專題知識專家講座第8頁若轉(zhuǎn)子回路閉合，則轉(zhuǎn)子內(nèi)將有電流流通，轉(zhuǎn)子電流頻率與轉(zhuǎn)子感應電動勢頻率一致，而且也互差120o；所以轉(zhuǎn)子也是對稱三相對稱電流流過對稱三相繞組，所產(chǎn)生磁動勢也為旋轉(zhuǎn)磁動勢。2、F2轉(zhuǎn)速大小假如相序為A-B-C異步電動機定子電流所產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場按逆時針方向旋轉(zhuǎn)，因為n<n0，則轉(zhuǎn)子電流相序為a-b-c。則轉(zhuǎn)子磁動勢F2旋轉(zhuǎn)方向也按攝影序a-b-c，即：按逆時針方向。1、轉(zhuǎn)子磁動勢F2旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)感應電動勢和電流頻率為f2為轉(zhuǎn)差頻率，轉(zhuǎn)子電流形成轉(zhuǎn)子磁動勢F2旋轉(zhuǎn)方向與F1旋轉(zhuǎn)方向相同，它相對于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為Δn，而相對于定子轉(zhuǎn)速為Δn+n=n0異步電機專題知識專家講座第9頁磁動勢平衡關系轉(zhuǎn)子磁動勢F2與定子磁動勢F1相對靜止，得到合成磁動勢F1+F2負載時空載時電動機從空載到負載，定子繞組感應電動勢改變很小，差不多和電源電壓相平衡。所以，能夠近似認為于是異步電機專題知識專家講座第10頁異步電機中時間相量和空間矢量關系時間參考軸也取A相軸線。即A相電流相量在起始時刻位于A相軸線上，此時A相電流到達最大。任何時刻某一相電流瞬時值為該相量在該相軸線上投影。時間相量與空間矢量耦合在某一個線圈所交鏈磁通是正弦改變這一概念中得到了表達。在上一章分析中，得出以下結(jié)論：當某一相電流到達最大值時，勵磁磁動勢幅值與該相軸線相重合。所以選擇A相軸線作為空間參考軸，表示空間位置起點。異步電機專題知識專家講座第11頁兩極異步電動機定子、轉(zhuǎn)子繞組示意圖負載時定子、轉(zhuǎn)子磁動勢和電流相矢圖異步電機專題知識專家講座第12頁異步電機專題知識專家講座第13頁電磁關系定子、轉(zhuǎn)子感應電動勢有效值相量表示式定、轉(zhuǎn)子漏磁通在各自繞組中感應產(chǎn)生漏電動勢異步電機專題知識專家講座第14頁異步電動機負載運行時電磁關系異步電機專題知識專家講座第15頁二、基本方程式（一）磁動勢平衡方程式式中m1、m2為定子、轉(zhuǎn)子相數(shù)；Im為對應于勵磁磁動勢勵磁電流。勵磁電流負載電流令則異步電動機電流比異步電機專題知識專家講座第16頁（二）電動勢平衡方程式RΩ為轉(zhuǎn)子電阻外加電阻Zm為表征鐵心磁化特征和鐵耗一個綜合參數(shù)，稱為勵磁阻抗；xm稱為勵磁電抗；rm為反應鐵耗勵磁電阻。定子漏電抗轉(zhuǎn)子漏電抗所以異步電機專題知識專家講座第17頁旋轉(zhuǎn)時異步電動機電路異步電動機負載時基本方程式列出以下定子電壓平衡方程：轉(zhuǎn)子電壓平衡方程：電動勢方程：磁動勢平衡方程：異步電機專題知識專家講座第18頁第二節(jié)三相異步電動機等效電路及相量圖為電動勢比轉(zhuǎn)子靜止時異步電動機定、轉(zhuǎn)子感應電動勢關系異步電機專題知識專家講座第19頁一、異步電動機等效電路（一）頻率歸算異步電機中，因為轉(zhuǎn)子是旋轉(zhuǎn)，伴隨轉(zhuǎn)速不一樣，轉(zhuǎn)子電動勢頻率是不一樣，這為問題分析帶來了麻煩，所以需要將不一樣轉(zhuǎn)速變換到一個特定轉(zhuǎn)速下研究問題。頻率歸算——保持整個電磁系統(tǒng)電磁性能不變，把一個頻率參數(shù)和物理量換算成另一個頻率參數(shù)和物理量。在這里，就是用一個含有定子頻率而等效于轉(zhuǎn)子電路去代換實際轉(zhuǎn)子電路。所謂“等效”是指：1）進行代換后，轉(zhuǎn)子電路對定子電路電磁效應不變。2）等效轉(zhuǎn)子電路電磁性能（有功功率、無功功率、銅耗等）必須和實際轉(zhuǎn)子電路一樣。異步電機專題知識專家講座第20頁靜止轉(zhuǎn)子電路中電流下面考慮兩種轉(zhuǎn)子電路（1）靜止；（2）以轉(zhuǎn)差率s旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子；以轉(zhuǎn)差率s旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子從旋轉(zhuǎn)磁動勢幅值計算公式中能夠看出，若保持二者電流幅值相等，則能夠使二者產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動勢幅值為相等。x2指50Hz下電抗值。若將轉(zhuǎn)子改為靜止以后，同時修改轉(zhuǎn)子電阻和電抗值，則能夠確保轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子電流幅值不變。異步電機專題知識專家講座第21頁轉(zhuǎn)子真實電阻為r2，但在等效靜止轉(zhuǎn)子中電阻為r2/s，出現(xiàn)了一個附加電阻。附加電阻上產(chǎn)生功耗，實質(zhì)上表征了異步電動機機械功率變壓器模型異步電機專題知識專家講座第22頁（二）繞組歸算經(jīng)過頻率歸算以后，異步電機變成了變壓器模型。后面處理過程與變壓器處理過程完全一致，只是需要注意要在轉(zhuǎn)子產(chǎn)生磁場中要考慮三相合成磁場。用一個假想轉(zhuǎn)子繞組替換真實轉(zhuǎn)子繞組，它與定子繞組含有相同參數(shù)。假想轉(zhuǎn)子繞組和真實繞組需要產(chǎn)生一樣旋轉(zhuǎn)磁動勢。假想繞組流過假想電流所產(chǎn)生磁動勢。真實轉(zhuǎn)子繞組流過真實轉(zhuǎn)子繞組所產(chǎn)生磁動勢。異步電機專題知識專家講座第23頁由轉(zhuǎn)子總視在功率不變式中異步電機專題知識專家講座第24頁由轉(zhuǎn)子銅耗和漏磁通儲能不變轉(zhuǎn)子銅耗不變由漏磁通儲能不變計算出參數(shù)歸算關系為異步電機歸算總結(jié)異步電機專題知識專家講座第25頁（三）異步電動機等效電路異步電機專題知識專家講座第26頁經(jīng)過歸算后，定子、轉(zhuǎn)子電動勢方程式磁動勢方程式勵磁支路電動勢方程式異步電機專題知識專家講座第27頁二、異步電動機相量圖依據(jù)T形等效電路，能夠畫出對應相量圖。異步電機專題知識專家講座第28頁幾個異步電動機經(jīng)典運行情況1、空載運行2、額度負載下運行轉(zhuǎn)子電路基本上是電阻性，功率因數(shù)較高。3、起動時情況附加電阻為零，起動電流很大，功率因數(shù)較低。4、異步發(fā)電運行轉(zhuǎn)差率為負，附加電阻也為負值。表示從轉(zhuǎn)子軸上輸入（而不是輸出）機械功率。5、電磁制動狀態(tài)運行附加電阻為負值，表示從轉(zhuǎn)子軸上輸入（而不是輸出）機械功率。異步電機專題知識專家講座第29頁（四）等效電路簡化異步電機近似等效電路異步電機專題知識專家講座第30頁定子繞組為三角形接法，試求額定負載時定子電流、轉(zhuǎn)子電流、勵磁電流、功率因數(shù)、輸入功率和效率。[例5-1]一臺2對極三相異步電動機，相關數(shù)據(jù)以下：相/7W=mr相/4.42W=￠x相/12.12W=￠r異步電機專題知識專家講座第31頁解：電機額定運行時轉(zhuǎn)差率為電機轉(zhuǎn)子電阻（含負載等效電阻）為（1）用T形等效電路計算異步電機專題知識專家講座第32頁轉(zhuǎn)子支路阻抗為：勵磁支路阻抗為：轉(zhuǎn)子支路和勵磁支路并聯(lián)阻抗為：定子支路和（轉(zhuǎn)子支路和勵磁支路并聯(lián)）串聯(lián)阻抗為：異步電機專題知識專家講座第33頁①設，定子電流定子線電流有效值②定子功率因數(shù)③定子輸入功率異步電機專題知識專家講座第34頁④轉(zhuǎn)子電流和勵磁電流⑤效率異步電機專題知識專家講座第35頁（2）用近似等效電路計算負載支路阻抗勵磁支路阻抗異步電機專題知識專家講座第36頁①轉(zhuǎn)子電流（即負載電流）②勵磁電流③定子電流定子線電流有效值④定子功率因數(shù)異步電機專題知識專家講座第37頁⑤定子輸入功率⑥效率異步電機專題知識專家講座第38頁第三節(jié)三相異步電動機功率和轉(zhuǎn)矩一、功率轉(zhuǎn)換過程功率關系能量轉(zhuǎn)換關系異步電機專題知識專家講座第39頁二、功率方程式U1——定子相電壓；I1——定子相電流；——定子功率因數(shù)角；——轉(zhuǎn)子功率因數(shù)角；異步電機專題知識專家講座第40頁電磁功率分析輸入功率－定子銅耗－定子鐵耗＝電磁功率電磁功率－轉(zhuǎn)子銅耗＝總機械功率總機械功率－機械損耗功率－附加損耗功率＝輸出機械功率異步電機專題知識專家講座第41頁總機械功率電磁功率：轉(zhuǎn)子銅耗：總機械功率等于多少？異步電機專題知識專家講座第42頁三、轉(zhuǎn)矩方程式式中——電動機輸出機械轉(zhuǎn)矩；——機械損耗轉(zhuǎn)矩；——附加損耗轉(zhuǎn)矩；——空載轉(zhuǎn)矩；——電磁轉(zhuǎn)矩。異步電機總機械轉(zhuǎn)矩（電磁轉(zhuǎn)矩）為：異步電機專題知識專家講座第43頁四、電磁轉(zhuǎn)矩公式——轉(zhuǎn)矩常數(shù)異步電機專題知識專家講座第44頁[例5-2]依據(jù)[例5-1]中數(shù)據(jù)，還知道電動機機械損耗，額定負載時附加損耗，試計算各種功率和轉(zhuǎn)矩。解定子和轉(zhuǎn)子銅耗、及定子鐵耗異步電機專題知識專家講座第45頁同時角速度轉(zhuǎn)子機械角速度總機械功率電磁功率負載制動功率空載制動功率電磁轉(zhuǎn)矩或者異步電機專題知識專家講座第46頁第四節(jié)三相異步電動機工作特征及其測取方法一、工作特征分析1、轉(zhuǎn)速特征當電機處于空載運行時，電機轉(zhuǎn)速靠近于同時轉(zhuǎn)速；當電機負載增加時，轉(zhuǎn)速略為下降，轉(zhuǎn)子電流加大；電機在額定負載時轉(zhuǎn)差率為1.5％－5％，電機由空載到額定負載轉(zhuǎn)速改變很小。異步電機專題知識專家講座第47頁2、定子電流特征依據(jù)電機磁動勢平衡方程當電機處于空載運行時，定子電流幾乎全部是勵磁電流；當電機負載增加時，轉(zhuǎn)子電流加大，定子電流也對應增加；磁動勢方程式異步電機專題知識專家講座第48頁3、功率因數(shù)特征當電機處于空載運行時，定子電流幾乎全部是勵磁電流，功率因數(shù)很低；當電機負載增加時，轉(zhuǎn)子電流加大，定子電流中有功分量逐步增大；當負載超出額定值時，轉(zhuǎn)子功率因數(shù)變小，轉(zhuǎn)子電流無功分量開始增加，功率因數(shù)開始下降。異步電機專題知識專家講座第49頁4、電磁轉(zhuǎn)矩特征5、效率特征因為異步電機在負載不超出額定值時，轉(zhuǎn)速改變很小，所以電磁轉(zhuǎn)矩近似和輸出功率P2成正比。和變壓器一樣，異步電機損耗能夠分為不變損耗（鐵耗）和可變損耗（銅耗）兩個部分：當電機空載時，輸出為零，電機此時效率非常低；伴隨電機負載加大，可變損耗開始上升，但相對輸出功率增加較慢，電機效率上升；伴隨電機負載深入加大，可變損耗開始較之輸出功率增加變快，電機效率開始下降。異步電機專題知識專家講座第50頁異步電機專題知識專家講座第51頁二、工作特征求取工作特征求取——能夠用直接負載法，經(jīng)過做試驗求取；也能夠利用等效電路進行計算。異步電機專題知識專家講座第52頁第五節(jié)三相異步電動機參數(shù)測定異步電機中有兩種參數(shù)：（1）空載勵磁參數(shù)：勵磁電阻、勵磁電抗、勵磁阻抗（2）堵轉(zhuǎn)參數(shù)：定子電阻、定子漏抗、轉(zhuǎn)子電阻、轉(zhuǎn)子電抗異步電機專題知識專家講座第53頁1、空載試驗試驗條件：（1）軸上不帶任何負載；（2）異步電動機在額定頻率下運行；（3）電壓從1.1－1.3倍額定值逐步降低，直到轉(zhuǎn)速發(fā)生顯著改變（轉(zhuǎn)差率顯著增大）取得數(shù)據(jù)：端電壓、空載電流、空載功率、轉(zhuǎn)速一、空載試驗及空載時參數(shù)確實定空載特征曲線異步電機專題知識專家講座第54頁2、勵磁參數(shù)與鐵耗及機械損耗確實定異步電機空載時，輸入功率賠償定子銅耗、鐵耗、機械損耗：鐵耗正比于電壓平方，做出鐵耗與機械損耗之和與電壓平方曲線；延長該曲線與縱軸相交，該交點所對應只就為機械損耗值；剩下部分就是鐵耗