《電機(jī)學(xué)》課件-第五章異步電機(jī)3

5.9異步電機(jī)的功率、轉(zhuǎn)矩平衡方程式1、功率平衡方程幾個(gè)重要的關(guān)系P1PemP2pcu1pFepcu2pmec+pad

Pmec2、電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩等于電磁功率除以同步角速度，也等于總機(jī)械功率除以機(jī)械角速度例：一臺(tái)三相4極異步電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)為：Pn=10kw，Un=380V，IN=20.1A，定子三角形接法，f1=50Hz，定子銅耗pcu1=557w，轉(zhuǎn)子銅耗pcu1=314w，鐵耗pfe=276w，機(jī)械損耗pmec=77w，附加損耗pad=200w。求該電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速、負(fù)載轉(zhuǎn)矩、空載轉(zhuǎn)矩、電磁轉(zhuǎn)矩、效率5.10電磁轉(zhuǎn)矩的三種表達(dá)式1、物理表達(dá)式2、參數(shù)表達(dá)式2.1電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率的關(guān)系2.2最大電磁轉(zhuǎn)矩最大電磁轉(zhuǎn)矩的特點(diǎn)：1、在頻率一定時(shí)，與定子電壓的平方成正比2、最大電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子電阻無關(guān)，但發(fā)生最大轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)子電阻有關(guān)。3、在頻率一定時(shí)，漏抗越大，最大轉(zhuǎn)矩越小最大電磁轉(zhuǎn)矩倍數(shù)：最大電磁轉(zhuǎn)矩倍數(shù)是異步電動(dòng)機(jī)的重要性能指標(biāo)之一，表證了異步電動(dòng)機(jī)的短時(shí)過載能力，km=1.6~2.52.3起動(dòng)轉(zhuǎn)矩令：s=1假設(shè)要求起動(dòng)時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩到達(dá)最大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)：3、實(shí)用表達(dá)式5.11異步電動(dòng)機(jī)的工作特性5.12三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流很大，但起動(dòng)轉(zhuǎn)矩卻不大。1、直接起動(dòng)——適合于小容量電動(dòng)機(jī)帶輕載的情況一般對(duì)于額定電壓為380V的電機(jī)，當(dāng)額定功率不大于7.5kW時(shí)可直接起動(dòng)2、降壓起動(dòng)——適合于容量大于等于20kW帶輕載的情況〔1〕由于是帶輕載，所以起動(dòng)轉(zhuǎn)矩容易滿足，關(guān)鍵是限制起動(dòng)電流〔2〕起動(dòng)電流與端電壓成正比，而起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與端電壓平方成正比，故起動(dòng)轉(zhuǎn)矩比起動(dòng)電流下降得快〔3〕降壓后起動(dòng)電流滿足要求了，還必須校核起動(dòng)轉(zhuǎn)矩是否滿足要求。2、1定子繞組串電抗起動(dòng)2、2用Y-Δ起動(dòng)器起動(dòng)起動(dòng)時(shí)的線電流Δ起動(dòng)：Y起動(dòng)：2、3用自耦變壓器起動(dòng)起動(dòng)時(shí)的電網(wǎng)線電流2、4幾種降壓起動(dòng)比較3、采用繞線式異步電動(dòng)機(jī)假設(shè)要求電機(jī)在起動(dòng)過程中，保持最大轉(zhuǎn)矩不變，應(yīng)如何串入電阻?在起動(dòng)過程中，串入的電阻隨著轉(zhuǎn)速的上升而變小，因此繞線式電機(jī)起動(dòng)通常在轉(zhuǎn)子中串入一個(gè)頻敏電阻器5.14異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速〔1〕變極調(diào)速〔2〕變頻調(diào)速〔3〕改變轉(zhuǎn)差調(diào)速1、變極調(diào)速兩種典型的變極繞組連接方法變極調(diào)速方法簡單，但只能實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)速并且不宜超過三種速度。2、變頻調(diào)速在變頻調(diào)速過程中，希望保持每極磁通保持不變!2、1恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速2、2恒功率調(diào)速假設(shè)維持磁通不變：假設(shè)過載能力不變：3、轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，但是屬于耗能調(diào)速，效率低習(xí)題解答1.一臺(tái)繞線式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，如果在定、轉(zhuǎn)子繞組上均接以f=50Hz的三相電源，定、轉(zhuǎn)子均產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，假定：〔1〕定、轉(zhuǎn)子磁場旋轉(zhuǎn)方向相同；〔2〕定、轉(zhuǎn)子磁場旋轉(zhuǎn)方向相反，問轉(zhuǎn)子是否會(huì)旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向又如何確定？2.一臺(tái)原設(shè)計(jì)在頻率=50Hz電源上運(yùn)行的三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，現(xiàn)改用在電壓相同，頻率=60Hz的電網(wǎng)上運(yùn)行，問如何變化？〔變化趨勢〕。補(bǔ)：電機(jī)效率及功率因數(shù)如何？一臺(tái)原設(shè)計(jì)用在頻率f=60Hz電源上運(yùn)行的三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，現(xiàn)改用在電壓相同，頻率f=50Hz的電網(wǎng)上，問電動(dòng)機(jī)的漏電抗及空載電流如何變化？、、、、如何變化？4.是帶三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的負(fù)載越重，那么起動(dòng)電流越大？為什么？負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小對(duì)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的影響表現(xiàn)在什么地方？5.今有一臺(tái)8極同步電機(jī)與一臺(tái)4極繞線式感應(yīng)電機(jī)同軸聯(lián)接，兩臺(tái)電機(jī)定子都接在50Hz的電源上。繞線式感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子引出三相接線作為電源輸出。求輸出的電流頻率是多少？6.在直流電機(jī)中鐵耗是什么供給？感應(yīng)電動(dòng)機(jī)中鐵耗又由什么供給？為什么？7.一臺(tái)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，P=17kW,V=380V，定子繞組三角形接法，4極，I=19A，f=50Hz，額定運(yùn)行時(shí)有定子銅耗=700W，轉(zhuǎn)子銅耗=500W，鐵耗=450W,機(jī)械損耗=15W,附加損耗=200W,計(jì)算該機(jī)在額定狀態(tài)下的電磁轉(zhuǎn)矩。8.一臺(tái)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，P=20kW,V=220V，f=50Hz，n=1470r/min,在額定電壓和頻率下運(yùn)行時(shí)，假設(shè)該機(jī)產(chǎn)生最大電磁轉(zhuǎn)矩時(shí)的轉(zhuǎn)子銅耗等于額定轉(zhuǎn)矩時(shí)轉(zhuǎn)子銅耗的10倍，忽略定子電阻及空載損耗。求：〔1〕臨界轉(zhuǎn)差率;(2)最大電磁轉(zhuǎn)矩;(3)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。兩臺(tái)型號(hào)完全相同的籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)共軸聯(lián)接，拖動(dòng)一個(gè)負(fù)載。如果起動(dòng)時(shí)將它們的定子繞組串聯(lián)以后接至電網(wǎng)上，起動(dòng)完畢后再改為并聯(lián)。試問這樣的起動(dòng)方法，對(duì)起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩有何影響？答：定子繞組串聯(lián)，每臺(tái)電動(dòng)機(jī)的端電壓為1/2U；由于起動(dòng)電流與電壓成正比，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比，使得總的起動(dòng)電流為原來的1/2；，總的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為原來的1/4.2.繞線式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)子回路串電阻起動(dòng)時(shí)，為什么既能降低起動(dòng)電流，又能增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩？所串電阻是否越大越好？答：從等效電路可以看出，增加轉(zhuǎn)子電阻使總的阻抗增加了，所以起動(dòng)電流減小。轉(zhuǎn)子電阻增加，使轉(zhuǎn)子功率因數(shù)得以提高；起動(dòng)電流減小使得定子漏抗電壓降低；定子電勢增加，使氣隙磁通增加。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與氣隙磁通、起動(dòng)電流成正比，雖然起動(dòng)電流減小了，但氣隙磁通和轉(zhuǎn)子功率因數(shù)提高，使起動(dòng)轉(zhuǎn)矩增加了。如果所串電阻太大，使起動(dòng)電流太小，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也將減小。3.一臺(tái)籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，原來轉(zhuǎn)子是插銅條的，后因損壞改為鑄鋁的。如輸出同樣轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行性能有什么變化？答：轉(zhuǎn)子由銅條改為鋁條后，相當(dāng)于轉(zhuǎn)子回路電阻增大，使得電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流減小、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩增大，最大轉(zhuǎn)矩不變，臨界轉(zhuǎn)差率增大。在負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變的情況下，轉(zhuǎn)差率增大，轉(zhuǎn)速下降，效率降低。4.感應(yīng)電動(dòng)機(jī)定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組之間沒有直接的聯(lián)系，為什么負(fù)載增加時(shí)，定子電流和輸入功率會(huì)自動(dòng)增加，試說明其物理過程。從空載到滿載電機(jī)主磁通有無變化？答：負(fù)載增加時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，轉(zhuǎn)差率上升，轉(zhuǎn)子繞組切割磁力線的速度增加，轉(zhuǎn)子的感應(yīng)電動(dòng)勢、感應(yīng)電流相應(yīng)增加，轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢也增加。由磁動(dòng)勢平衡關(guān)系，定子磁動(dòng)勢增加，定子電流上升，即從電網(wǎng)吸收的電功率增加。這一過程直到轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩重新平衡為止。在定子電壓不變的情況下，定子電流的增加導(dǎo)致定子漏阻抗增加，使定子電動(dòng)勢減小，主磁通略有減小。答：〔1〕輕載時(shí)功率因數(shù)低的原因是由于輕載時(shí)定子負(fù)載電流小，定子電流主要取決于無功的勵(lì)磁電流，而在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)中，由于空氣隙的存在，勵(lì)磁電流較大，一般為〔0.2～0.5〕I1N?！?〕效率低的原因是由于輕載在輸入的電功率中輸出的有功功率小，而不變損耗〔鐵耗和機(jī)耗〕所占的分量較大，因此效率低?！?〕輕載時(shí)如將△接改為Y接，由于相電壓只為原來的1/sqrt(3)，因此，勵(lì)磁電流及鐵耗都大為減少，功率因數(shù)及效率將顯著改善。此時(shí)最大轉(zhuǎn)矩必須小于△接時(shí)電動(dòng)機(jī)的最大電磁轉(zhuǎn)矩的1/3。5.感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在輕載下運(yùn)行時(shí)，試分析其效率和功率因數(shù)都較額定負(fù)載時(shí)低的原因。如定子繞組為聯(lián)接的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)改為聯(lián)接運(yùn)行，在輕載下其結(jié)果如何？此時(shí)所能負(fù)擔(dān)的最大負(fù)載必須少于多少？6.繞線型異步電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的相數(shù)、極對(duì)數(shù)總是設(shè)計(jì)得與定子相同，鼠籠型異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子相數(shù)、極對(duì)數(shù)又是如何確定的呢?與鼠籠條的數(shù)量有關(guān)嗎？

答：鼠籠型異步電機(jī)轉(zhuǎn)子相數(shù)就是鼠籠轉(zhuǎn)子上的導(dǎo)條數(shù)；轉(zhuǎn)子極對(duì)數(shù)是靠定子繞組磁動(dòng)勢感應(yīng)而得的，因此它始終與定子繞組的極對(duì)數(shù)相等，與鼠籠轉(zhuǎn)子的導(dǎo)條數(shù)無關(guān)．7.三相異步電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)電流與外加電壓、電機(jī)所帶負(fù)載是否有關(guān)?關(guān)系如何？是否堵轉(zhuǎn)電流越大堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩也越大?負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小會(huì)對(duì)起動(dòng)過程產(chǎn)生什么影響？答：堵轉(zhuǎn)電流與外加電壓成正比關(guān)系，與負(fù)載大小無關(guān)。假設(shè)電機(jī)參數(shù)不變，那么堵轉(zhuǎn)電流越大，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩也越大。負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小會(huì)對(duì)起動(dòng)時(shí)間的長短產(chǎn)生影響。5-30解:開路時(shí)，轉(zhuǎn)子相電勢轉(zhuǎn)子電流頻率轉(zhuǎn)子電流大小轉(zhuǎn)子每相電勢總的機(jī)械功率5-34解:電磁功率轉(zhuǎn)子銅耗總機(jī)械功率5-35解:轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)子電流頻率總機(jī)械功率電磁功率轉(zhuǎn)子銅耗定子輸入功率定子線電流效率8.一臺(tái)三相四極繞線式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子每相電阻萬為0.0015歐。額定運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子相電流為200A，額定轉(zhuǎn)速為1475轉(zhuǎn)/分，計(jì)算額定電磁轉(zhuǎn)矩。假設(shè)保持額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，在轉(zhuǎn)子回路串電阻，使轉(zhuǎn)速降低到1200轉(zhuǎn)/分，求轉(zhuǎn)子每相應(yīng)串入的電阻值，此時(shí)定子電流、電磁功率、輸入功率是否變化？解：(1)(2)調(diào)速前后電磁轉(zhuǎn)矩不變，有轉(zhuǎn)子回路串電阻，電動(dòng)機(jī)參數(shù)不變，當(dāng)定子電壓和定子頻率不變時(shí)，那么定子電流、定子功率因數(shù)、定子電動(dòng)勢、氣隙磁通、電磁功率、定子輸入功率均未變化。轉(zhuǎn)子電流、轉(zhuǎn)子功率因數(shù)也未變化。轉(zhuǎn)子串入電阻后，轉(zhuǎn)子總的銅耗增加，輸出功率減小，電機(jī)效率降低。、一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)，額定電壓為380v，Y聯(lián)接，頻率為50Hz，額定功率為28kw，額定轉(zhuǎn)速為950轉(zhuǎn)/分，額定負(fù)載時(shí)的功率因數(shù)為0.88，定子銅損耗及鐵損耗共為2.2kw，機(jī)械損耗為1.1kw，忽略附加損耗，計(jì)算額定負(fù)載時(shí)的：〔1〕轉(zhuǎn)差率；〔2〕轉(zhuǎn)子銅損耗；〔3〕效率；〔4〕定子電流；〔5〕轉(zhuǎn)子電流的頻率。解：有一臺(tái)三相四極繞線式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)額定功率150kw，額定電壓380v，轉(zhuǎn)子銅耗2210w，機(jī)械