《Electric Machinery 电机学 英汉双语 教学课件 ppt 作者 刘慧娟 中文课件第4章 感应电机》由会员分享，可在线阅读，更多相关《Electric Machinery 电机学 英汉双语 教学课件 ppt 作者 刘慧娟 中文课件第4章 感应电机（93页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、4.1 感应电动机的基本结构和额定值 4.2 感应电动机内部的电磁关系 4.3 感应电动机等效电路 4.4 感应电动机的功率方程和转矩方程 4.5 笼型转子绕组的相数和极数 4.6 感应电机的参数测定 4.7 感应电动机的运行特性 4.8感应电动机的机械特性 4.9三相感应电动机的起动 4.10三相感应电动机的调速,第4章 感应电机,感应电机是交流旋转电机，定、转子间靠电磁感应作用，在转子内感应电流以实现机电能量转换的感应电机。感应电机一般都用作电动机，在少数场合下，也有用作发电机的。 感应电机结构简单，价格便宜，效率高，运行可靠，应用广泛。 本章先说明感应电机的基本结构，分析空载和负载时三相
2、感应电动机内的磁动势和磁场，然后导出感应电动机的基本方程和等效电路，研究它的运行特性。,一、感应电机的结构,感应电机,定子绕组,定子铁芯,转子,机座、端盖,笼 型,转子铁芯,转轴,转子绕组,绕线型,定子,4.1 感应电机的结构和运行状态,风叶,铁心,绕组,滑环,轴承,导条,端环,笼型绕组,二、感应电机的运行状态,旋转磁场的转速(同步转速)ns与转子转速n之差称为转差转差n与ns的比值称为转差率，用s表示，即： 转差率是表征感应电机运行状态的一个基本变量。按照转差率的正负和大小，感应电机有电动机、发电机和电磁制动三种运行状态，,例1 有一台50Hz的感应电动机，其额定转速nN 730rmin，试
3、求该机的额定转差率,解： s = (ns-nN) /ns = 750-730/750=0.02667,感应电机的型号,例如：Y 112S-6 极数6极 短机座 规格代号：中心高112mm 产品代号：异步电动机,额定功率PN (kW) ：额定运行时轴端输出的机械功率； 额定电压UN (V) ：额定运行时定子绕组的线电压； 额定电流IN (A)：额定电压下运行，输出功率为额定值 时，定子绕组的线电流； 额定频率fN (Hz) ：定子的电源频率； 额定转速nN (r/min) ：额定运行时转子的转速。,额定值,感应电动机额定运行时转差率很小，在5以内， 额定转速接近同步转速,三相感应电动机额定功率与
4、电压电流的关系：,一. 主磁通和漏磁通,1主磁通 主磁通是通过气隙并同时与定、转子绕组相交链的磁通，它经过的磁路(称为主磁路)包括气隙、定子齿、定子轭、转子齿、转子轭等五部分 起传递能量的作用 铁芯饱和时，主磁路的磁阻会变化，越饱和磁阻越大（激磁阻抗越小）,4.2 感应电动机内部的电磁关系,感应电机中主磁通所经过的磁路,2. 漏磁通和漏电抗,除了主磁通以外的称为漏磁通，可分为槽漏磁、端部漏磁和谐波漏磁等类型 槽漏磁和端部漏磁下图所示。 谐波漏磁，直高次谐波磁动势产生的磁通，其在绕组中产生的感应电动势频率与主磁通产生的感应电动势频率f1相同 谐波磁通产生的作用与漏磁通相同,端部漏磁,槽漏磁,漏磁
5、通产生的感应电动势,引入的漏电抗参数定子X1和转子X2为常数（对应于定子频率f1）,漏磁通 将在定子和转子绕组中感应漏磁电动势E1和E2。把漏电动势作为负漏抗压降来处理，可得,二，感应电动机的电磁关系,转子绕组开路时，类似于变压器空载运行 空载运行时， 定子磁动势F1(以同步转速旋转)就是产生气隙主磁场的激磁磁动势Fm ，定子电流I1就是激磁电流Im。 计及铁心损耗时，磁场Bm（或磁通m）在空间滞后于磁动势Fm以铁心损耗角。 气隙中的主磁场以同步转速旋转时，主磁通 将在定子和转子每相绕组中感应电动势,感应电动机的空载磁动势和磁场,A,C,B,X,Y,Z,感应电动势的大小：,定、转子感应电动势的
6、大小的比值称电压比：,引入激磁参数表征感应电动势与激磁电流的关系：,其中： Rm表征主磁路的铁耗 Xm表征主磁路磁化特性，受铁芯饱和程度影响，饱和程度加深时，铁芯磁阻增大，激磁电抗降低,二、转子绕组闭合,当电动机带上负载时，转子感应电动势和电流的频率 f2 应为 转子电流产生的旋转磁动势 F2 相对于转子的转速为n2：,1. 转子磁动势,转子本身又以转速n在旋转，因此从定子侧观察时，F2在空间的转速应为 定子和转子磁动势之间的速度关系，如图所示。,定子转子磁动势保持相对静止，是电机产生恒定电磁转矩的条件。 运行时由定子转子合成磁动势建立电机内部磁场。,例-2 有一台50HZ、三相、四极的感应电
7、动机转子的转差率s=5%（转速1425r/min），试求： （1）转子电流的频率； （2）转子磁动势相对于转子的转速； （3）转子磁动势在空间的转速。,解 (1)转子电流的频率 f2 = sf1 =0.0550=2.5Hz (2)转子磁动势相对于转子的转速 n2=60f2/p=(602.5)/2=75r/min (3) 转子磁动势在空间的转速 n2 + n = n2+ns(1-s)=1500r/min,感应电机定子、转子合成磁动势,定子磁动势分解为激磁分量和负载分量：,相应的，定子电流分解为激磁分量和负载分量：,主磁通产生的转子电动势大小（有效值）：,转子漏电抗：,感应电动机定、转子耦合电路图
8、,定子,转子,定子绕 组内,转子绕 组内,感应电机定子、转子电磁量关系图,转子磁动势波F2,气隙磁场Bm,转子,转子磁动势波F2,气隙磁场Bm,转子,转子磁动势与气隙磁场在空间的相对位置,转子磁动势 F2 （与转子电流I2同相）落后电动势为转子阻抗角 2，,转子感应电动势E2落后于气隙磁场Bm（与磁通m同相）90o，,因此F2在空间上落后Bm的电角度为：（90o+2 ）。,F2的旋转速度与转子转速n无关，与Bm一样为同步转速ns ，因此该角度恒定。, 定子电压方程,4.3 感应电动机的等效电路, 转子电压方程,1. 频率归算,频率归算后感应电动机的定、转子电路图,图中定子和转子的频率均为f1，
9、转子电路中出现了一个表征机械负载的等效电阻,2. 绕组归算,频率和绕组归算后感应电动机的定、转子电路图,经过归算，感应电动机的电压方程和磁动势方程成为,3. T型等效电路和相量图,感应电动机的T形等效电路,感应电动机相量图,4.感应电动机的负载变化,空载：,所以空载时转子的功率因数很高。 而此时定子电流主要是激磁分量，功率因数很低,负载增加： 转速降低，s增大，转子功率因数下降 定子电流增大，功率因数增大,负载增加到转速接近于0： s1，定转子电流很大，功率因数很低 定子漏阻抗压降很大，主磁通约为空载时50%,5. 近似等效电路,形近似等效电路,感应电动机从电源输入的电功率： 消耗于定子绕组的
10、电阻而变成铜耗： 消耗于定子铁心变为铁耗： 从定子通过气隙传送到转子的电磁功率：,4.4 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,功率方程为：,其中,感应电动机的功率图,二、转矩方程和电磁转矩,转矩方程 电磁转矩,例3 已知一台三相四极的笼型感应电动机，额定功率 PNl0kW，额定电压UN380V(三角形联结)，定子每相电阻R1=1.33,漏抗X12.43，转子电阻的归算值R2=1.12，漏抗归算值X2=4.4，激磁阻抗Rm712，Xm900，电动机的机械损耗 p=100W，额定负载时的杂散损耗 p=100W。试求额定负载时电动机的转速，电磁转矩，输出转矩，定子和转子
11、相电流，定子功率因数和电动机的效率。,定子功率因数为： （2）转子电流和激磁电流,（3）定，转子损耗,（4）输出功率和效率,（5）额定负载时的转速 （6）电磁转矩和输出转矩,4.5 笼型感应电动机转子的相数和极数,转子各导条电流大小相等，相位不同 相数：m2=Q2 匝数：N2=1/2 绕组因数：kw2=1,笼型转子的极数 笼型转子的极数自动与定子绕组的极数相同，与导条的数目无关，因此定子、转子的磁动势具有相同的同步转速。,1. 试验目的: 确定电动机的激磁参数、铁耗和机械损耗。,一、空载试验,4.6 感应电动机参数的测定,空载特性曲线,2. 铁耗和机械损耗分离,参数计算 激磁电阻 空载电抗 激
12、磁电抗,短路特性,二、堵转试验,1.试验目的：确定感应电动机的漏阻抗。,等效电路,2. 参数计算,返回,在额定电压和额定频率下，电动机的转速、电磁转矩、定子电流、功率因数、效率与输出功率的关系曲线称为感应电动机的工作特性。 由于感应电动机的效率和功率因数都在额定负载附近达到最大值，因此选用电动机时应使电动机的容量与负载相匹配，以使电动机经济、合理和安全地使用。,4.7 感应电动机的运行特性,一、工作特性,24 20 16 12 8 4 0,12 10 8 6 4 2 0,1.00 0.95 0.90 0.85 0.80 0.75 0,感应电动机的,0.1 0.8 0.6 0.4 0.2 0,1
13、00 80 60 40 20 0,2 4 6 8 10 12,感应电动机的,先用空载试验测出电动机的铁耗、机械损耗和定子电阻，再进行负载试验求取工作特性。,二、工作特性的求取,1. 直接负载法,2.由参数算出电动机的主要运行数据,在参数已知的情况下，给定转差率，利用等效电路求出工作特性。,4.8感应电动机的机械特性,电磁转矩与转子电流的关系为,在感应电动的T形等效电路中，由于激磁阻抗比定、转子漏阻抗大很多，如把激磁阻抗支路认为开路，就有,感应电动机的转矩-转速特性,1最大转矩,转矩转速曲线上转矩有一个最大值，令,sm称为临界转差率,最大电磁转矩Tmax为,“”号对应电动机状态；“”号对应于发电
14、机状态。,考虑到,忽略R1,（1）当电源频率f1和电机参数不变时，最大电磁转矩Tmax与定子相电压U1的平方成正比，即 ，与定转子漏抗之和近似成反比。 （2）最大电磁转矩Tmax与转子电阻值 无关，临界转差率sm与转子回路电阻 成正比，即 。 增大时，sm增大，但Tmax保持不变。此时机械特性的最大值将向下偏移。,最大电磁转矩Tmax与额定转矩TN之比称为电动机的过载能力，用m表示,2起动转矩,此时T=Tst，n0，电动机处于静止状态，此时电动机的电磁转矩称为起动转矩Tst，又称为堵转转矩。将s=1代入式（4-61），可求得起动转矩Tst为,例4 一台四极、380V、三角形联结的感应电动机，其参数为1=4.47，2 = 3.18，X1= 6.7，X2= 9.85，X= 188, m忽略不计。试求该电动机的最大转矩max及临界转差，起动电流Ist及起动转矩st。,解：,起动时s=1，起动电流和起动转矩分别为：,4.9 三相感应电动机的起动,电动机从静止状态到稳态运行的过渡过程称为起动过程，简称起动。衡量三相感应电动机起动性能的主要指标有起动转矩倍数Kst=Tst/TN、起动电流倍数KI=Ist/IN、起动时间和起动设备。通常希望起动转矩足够大，而起动电流不要太大，以免电机绕组过热以及线路上产生过大的
