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1、第五章 感应电机的稳态分析,第一节 感应电机的结构与运行状态 第二节 三相感应电动机的磁动势和磁场 第三节 三相感应电动机的电压方程和等效电路 第四节 感应电动机的功率方程和转矩方程 第五节 感应电动机的参数测定 第六节 感应电动机的转矩转差率曲线 第七节 感应电动机的工作特性 第八节 感应电动机的启动 第九节 感应电动机的调速 第十节 单相感应电动机,第一节 感应电机的结构与运行状态,复习 三相感应电动机的工作原理 1、基本组成 定子:定子铁心和定子绕组交流绕 转子:转子铁心和转子绕组(自成闭合回路) 2、工作原理 (1)对称定子绕组外加对称三相交流电压,定子绕组内有对称三相交流电流,它们联
2、合产生旋转磁场,(2)转子导条切割定子旋 转磁场将感应电势,从 而在闭合的导条中产生 电流,则转子导条将受 到电磁力的作用,并且 形成电磁转矩,使转子 顺旋转磁场的方向旋转,若 转子轴上有负载,电动机将输出机械功率。 感应电机的转速永远小于同步转速。 故又称为异步机。,一、感应电机的结构: 定子 转子 气隙。 (一)定子:定子铁芯、定子绕组和机座。 1、定子铁芯:主磁路的一部分 由0.5mm厚的硅钢片迭压而成 2、定子绕组:交流绕组,定子电路 由许多线圈按一定规律连接而成 3、机座:固定和支撑定子铁芯。,(二)转子:转子铁芯、转子绕组和转轴 1、转子铁芯:主磁路的一部分 由0.5mm厚的硅钢片
3、迭压而成。 2、转子绕组:分为鼠笼式和绕线式。 1)鼠笼式:一般采用铸铝转子或铜条转子。(斜槽) 2)绕线式:是对称三相绕组,接成星形,并接到 转轴上三个集电环上,再通过电刷与外电路接通。,(三)气隙: 中小型电机一般为0.22mm, 它与电机性能关系极大。 1、气隙大磁阻大产生同样大小磁场 需要较大的励磁电流使电机的功率因 数降低。 2、气隙小装配困难和运转不安全。 结论:应综合考虑。,二、感应电机的转差率与运行状态: 1、转差率:同步转速与转子转速n之差与同步转速的比值,即,2、转差率的计算: 例:某台感应电动机额定转速为1440r/s,求额定 转差率?(工频),解:异步电动机的额定转速近
4、似等于同步速,则 极对数 1 2 3 4 5 6 同步速 3000 1500 1000 750 600 500,3、三种运行状态: (1)电动状态: (2)发电状态: (3)制动状态:,1、额定功率:轴上输出的机械功率。千瓦。 2、额定电压:定子绕组的线电压,伏。 3、额定电流:电机在额定电压和功率下,定子绕 组中流过的线电流,安。 4、额定频率:50赫。 5、额定转速:电机在额定电压、频率和功率下的 转速,转/分。 还有绕组的相数与接法,绝缘等级及允许温升等; 对绕线式转子,还标明转子的额定电势及额定电流。,三、感应电动机的额定值,接线,四、鼠笼式转子绕组分析,1相数:m2 = z2/p 2
5、绕组系数:N2 = 1/2 kw2 =1 3极数:p2 =p,第二节 三相感应电机的磁动势和磁场,一、空载运行时的磁动势和磁场 1、空载运行时的磁动势 2、主磁通和激磁阻抗 3、定子漏磁通和漏抗 二、负载运行时的磁动势和磁场 1、转子磁动势 2、磁动势平衡,一、空载运行时的磁动势和磁场,1、空载运行时的磁动势,结论: 空载运行时,定子磁动势基本为激磁磁动势; 定子电流近似等于激磁电流。,2、主磁通和激磁阻抗,与变压器类似,主磁通感应的电势与产生主磁通的激磁电流的关系为:,物理意义: 激磁阻抗是表征铁心磁化特性和铁耗 的一个综合参数。,激磁电阻是表征铁心损耗的一个等效电阻;,激磁电抗是表征主磁路
6、的等效电抗,且,3、定子漏磁通和漏抗 (1)漏磁通的分类:槽漏磁通 端部漏磁通 谐波漏磁通,(2)谐波漏磁通的分析: 高次谐波磁场对转子的作用与基波不同 (因其与转子的相对运动与基波不同),但高次谐波磁场在定子绕组中感应电势的频率为:,与漏磁通作用相同,因此将谐波磁场归为漏磁,(3)漏磁通与漏电抗 与变压器相同,漏磁通所感应的电势可写为:,且,漏电抗的物理意义: 它是定子三相电流联合产生的漏磁场在定子一相电路中引起的电抗。,二、负载运行时的磁动势和磁场,1、转子磁动势,设转子转速为n,则定子旋转磁场切割转子的速度为: ;此时转子感应电势和电流的频率为:,则转子电流建立的旋转磁动势的转速为:,相
7、对于谁?旋转的转子?静止的定子?,结论:无论转子实际转速为多少,转子磁动 势和定子磁动势在空间始终保持相对静止。,转子磁动势相对于定子的转速为:,与变压器相似,感应电动机负载时,主磁通是由定、转子磁动势共同产生的,则有,2、磁动势平衡,或,其中,负载运行时的电磁物理过程,*注意:电路各量为一相的,磁路各量为三相的; 定子各量为工频,转子各量为转差频率。,第三节 三相感应电动机的电压方程和等效电路,一、电压方程 1、定子电压方程 2、转子电压方程 二、等效电路 1、频率折算 2、绕组折算 3、等效电路,空载时的电磁关系,负载运行时的电磁物理过程,*注意:电路各量为一相的,磁路各量为三相的; 定子
8、各量为工频,转子各量为转差频率。,负载运行时的电磁物理过程,一、电压方程,1、定子电压方程,2、转子电压方程,转子感应电势和电流的频率为转差频率:,则转子每相感应电势为:,则电压方程为:,转子每相漏抗为:,二、等效电路,1、频率的折算,感应电动机与变压器运行分析比较 变压器 感应电动机 频率 同频率 不同频率 功率 电功率传递 电功率机械功率,方法:用静止的转子代替实际转动的转子。,静止的转子和旋转转子的运行分析比较 静止转子 旋转转子 频率 工频 转差频率 功率 没有机械功率传递 有机械功率传递,结论:在静止的转子上用电路模型模拟机械功率输出, 机械功率为有功功率,因此只能用电阻模拟。,折算
9、原则:“等效”转子磁势不变,折算方法:,模拟机械功率输出的等效电阻,2、绕组的折算,感应电动机与变压器绕组的比较 变压器 感应电动机 相数 一、二次侧相同 定、转子侧不同 (三相) 绕组 集中、整矩 分布、短矩,折算原则:“等效”,折算方法:,(1)电流的折算:转子磁动势不变,电流比,(2)电势的折算:主磁通不变,电压比,(3)阻抗的折算:损耗不变,结论:绕组折算时,转子电势和电压乘 ,转子电 流除 ,转子电阻和漏抗乘 。,归算后的基本方程式组为:,3、等效电路,等效电路的分析: (1)空载运行: (2)短路运行:,等效电路参数的名称和物理意义: 定子绕组的电阻; 定子绕组的漏抗,三相定子电流
10、联合产生 的漏磁场在一相电路中引起的电抗; 折算到定子侧转子绕组的电阻; 折算到定子侧转子绕组的漏抗,转子多相 电流联合产生的漏磁场在一相电路中引 起的电抗; 激磁电阻,代表铁损的等效电阻; 激磁电抗,与主磁通对应的电抗; 折算定子侧转子侧的负载模拟电阻,模拟 轴上总的机械功率输出;,相量图,近似等效电路,第四节 感应电动机的功率方程和转矩方程,一、功率方程、电磁功率和转换功率 1、功率方程 2、电磁功率 3、转换功率 二、转矩方程和电磁转矩 1、转矩方程 2、电磁转矩,一、功率方程、电磁功率和转换功率 1、功率方程,电功率,电磁 功率,机械功率,总机械 功率,功率的计算,2、电磁功率:,结论
11、:转换功率不等于电磁功率,电磁功率 中,(1-s)部分转换为机械功率为 转换功率,则s部分变为转子铜损, 因此又称 为转差功率。,3、转换功率:,二、转矩方程和电磁转矩,1、转矩方程,2、电磁转矩,物理意义,第六节 感应电动机的参数测定,一、空载实验求激磁参数 1、实验目的 2、实验接线 3、确定铁耗和机械损耗 4、参数计算 二、堵转实验求漏阻抗参数 1、实验目的 2、实验接线 3、参数计算,一、空载实验:,1、目的:确定感应电动机的激磁阻抗参数 以及铁耗 和机械损耗 2、接线: (1)仪表的选择:功率表 (2)仪表的接线 (3)转子不带负载,工频,转速接近同步速 改变实验电压,测量空载电压、
12、空载电流和空载损耗,得,3、确定铁耗和机械损耗,0,4、参数计算,1、目的:确定感应电动机的漏阻抗参数 2、接线:(1)仪表的选择 (2)仪表的接线 (3)转子堵转 改变实验电压(0.4 ),测量定子端电压、 定子电流 和损耗 ,得,二、堵转(短路)实验:,三组数据:,3、参数计算:,第七节 感应电动机的转矩-转差率曲线,一、转矩-转差率特性 1、表达式 2、最大转矩 3、启动转矩 4、机械特性 二、归一化转矩-转差率表达式,一、转矩-转差率特性 1、表达式,电动机,发电机,0,1.0,0.5,0,-0.5,-1.0,s,T,2、最大转矩,临界转差率,“+”对应电动机;“”对应发电机,近似公式
13、,结论: (1)当电源频率与电机参数不变时,电机的最大转矩与电源电压的平方成正比; (2)当电源电压和频率一定时,最大转矩近似与定、转子漏抗之和成反比; (3)最大转矩的大小与转子电阻大小无关;但临界转差率与转子电阻成正比。(曲线),过载能力:,3、启动转矩,4、机械特性,0,二、归一化的转矩-转差率表达式:,电磁转矩的表达式:,第八节 感应电动机的工作特性,一、工作特性 1、转速特性 2、定子电流特性 3、功率因数特性 4、转矩特性 5、效率特性 二、用直接负载法求取工作特性,一、工作特性:,1、转速特性,空载时,转子转速接近于同步转速;随着负载的增大,转速降低,是一条稍微向下倾斜的曲线。,
14、0,2、定子电流特性,空载时,定子电流接近于激磁电流;随着负载的增大,转速降低,转子电流增大,定子电流也随之增大。,0,3、功率因数特性,空载时,定子电流接近于激磁电流,功率因数很低,0.10.2;随着负载的增大,有功分量增大,功率因数随之增大。通常在额定负载达到最大。,0,因此,异步电动机的功率因数总是滞后的。,为什么异步电动机的功率因数总是滞后的?,首先,异步电动机的输出功率是机械功率,属有功功率,相当于纯电阻负载;,其次,异步电动机需要感性的无功功率激磁,有感性无功分量电流;,4、转矩特性,空载时,电磁转矩等于空载转矩;随着负载的增大,转速变化很小,故近似为直线。,0,5、效率特性,空载时,效率等于零;随着负载的增大,效率逐渐增大,到某一值,达到最大效率。,0,0,第九节 感应电动机启动 深槽和双鼠笼式电动机,一、笼型感应电动机的启动 1、直接启动 2、降压启动 二、绕线型感应电动机的启动 三、深槽和双笼感应电动机,启动性能指标:,1、起动电流倍数: 越小越好 2、起动转矩倍数: 越大越好