电机学辜承林(第三版)第5章.ppt

第五章 感应电机的稳态分析,5.1 感应电机的结构和运行状态,5.2 三相感应电动机的磁场,5.3 转子静止时的异步电机,5.5 感应电动机参数的测定,5.4 转子旋转时的异步电机及等效电路,第五章 感应电机的稳态分析,5.10 感应电动机的工作特性,5.7 笼型转子的参数计算,5.8 异步电动机功率、转矩平衡方程式,5.9 电磁转矩的三种表达式,5.11 启动、制动、调速及其他,本章主要研究: 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接的感应电机。 感应电机一般都用作电动机，在少数场合下，亦有用作发电机的。 本章先说明空载和负载时三相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，接着分析它的运行特性和起动，调速问题。,感应电机也叫异步电机，是一种交流电机。 应用：广泛，主要作电动机使用。 优点：结构简单、运行可靠、制造容易、价格低廉、坚固耐用，有较高的效率和较好的工作特性。 缺点：目前尚不能在较大范围内平滑调速，其必须从电网吸受滞后的无功功率，增加了线损。,5.1 感应电机的结构和运行状态,按定子绕组供电电源相数,按转子绕组的结构,结构简单，坚固，成本低，运行性能不如绕线式,通过外串电阻改善电机的起动，调速等性能,一、感应电机的分类,感应电机的结构,感应电机,定子绕组,定子铁心,转子,机座,笼型，结构,转子铁心,转轴,转子绕组,绕线型，结构,定子,三相感应电动机的结构,定子铁心,定子绕组:,鼠笼转子照片,绕线转子照片,其他部件：,气隙：定转子之间的间隙，很小，0.2-1mm.对电机的性能影响很大。为了降低电机的空载电流和提高电机电功率，气隙应尽可能小，但气隙太小可能造成定、转子在运行中发生磨檫。,对称绕组通以对称电流便会产生圆形旋转磁势，其转速为：n1= 60f1/p ；这个基波旋转磁场在短路的转子绕组中感应电动势。,i,Te ,从而实现能量转换，故称之为感应电机。,为了较好的分析电机的运行状态，我们引入转差率的概念。,二、感应电机的运行状态,旋转磁场的转速n1与转子转速n之差称为转差。转差n与同步转速n1的比值称为转差率，用s表示，即： n为转子转速，n不等于n1 ,否则,不可能产生感应电势。由于n不等于n1，所以称之为异步电机。,s = (n1-n) / n1,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，如图5-5所示 * 起动瞬间，n = 0,s=1 * 理想空载运行时：n=n1,s=0 * 作为电动机运行时，s 的范围在0-1之间。 转差率一般很小，如 s = 0.03。 * 制动运行时，电磁转矩方向与转速方向相反，即n1与n 反向，s1 * 发电运行时，n 高于同步转速n1, s0。,例题,额定功率PN：单位为千瓦(kw) 定子额定电压UN：单位为伏(v) 定子额定电流IN ：单位为安(A) 额定频率fN ：我国工频规定为50赫(Hz) 额定转速nN ：单位为转分(rmin) 额定效率等N,三、额定值,1. 型号 Y 132M4,转差率,3. 联接方式 ： Y/ 接法,4. 额定电压：定子绕组在指定接法下应加的线电压.,说明：一般规定电动机的运行电压不能高于或低于额定值的 5 。,例：380/220 Y/是指：线电压为380V时采用Y接法； 当线电压为220V时采用接法。,5. 额定电流：定子绕组在指定接法下的线电流。,如：,表示三角接法下，电机的线电流为11.2A，相电流为6.48A；星形接法时线、相电流均为6.48A。,6. 额定功率： 额定功率指电机在额定运行时轴上输出的功率 （ ），不等于从电源吸收的功率（ ）。两者的 关系为：,其中,UN和IN为额定线电压和线电流,额定负载时一般为0.7 0.9 ， 空载时功率因数很低约为0.2 0.3。额定负载时，功率因数最大。,注意：实用中应选择合适容量的电机，防止“大马” 拉“小车”的现象。,7. 功率因数(cos1)：,P2,PN,cos 1,5.2 三相感应电动机的磁动势和磁场,一、空载运行时的磁动势和磁场 空载运行时的磁动势 空载运行时,定子磁动势基本上就是产生气隙主磁场的激磁磁动势，空载时的定子电流就近似等于激磁电流。 计及铁心损耗时，磁场在空间滞后于磁动势以铁心损耗角，如图5-6所示。,气隙中的主磁场以同步转速旋转时，主磁通中m将在定子每相绕组中感生电动势E1 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、转于齿、转子轭等五部分如图5-7所示。若主磁路的磁化曲线用一条线性化的磁化曲线来代替，则主磁通将与激磁电流成正比；于是可认为E1与Im之间具有下列关系：,主磁通和激磁阻抗,定子漏磁通又可分为槽漏磁、端部漏磁和谐波漏磁等三部分，图5-8a和b分别示出了槽漏磁和端部漏磁的示意图。定子漏磁通1将在定子绕组中感应漏磁电动势E1。把E1作为负漏抗压降来处理，可得,定子漏磁通和漏抗,电抗公式：,影响漏电抗大小的因素,漏电抗对电机的性能有很大的影响。,电流频率，绕阻匝数，漏磁路的磁阻是决定漏磁通大小的主要因素。 比如，槽口宽，在槽口漏磁通小；端部长，则端部漏磁通大。,转子磁动势 转子切割磁场的速度为,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,二、负载运行时的转子磁动势和磁动势方程,而转子本身又以转速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5-9所示。 图5-10表示三相绕线型转子的转子磁动势的空间相位。,例题,转子反应 负载时转子磁动势的基波对气隙磁场的影响，称为转子反应。 转子反应有两个作用： 其一是使气隙磁场的大小和空间相位发生变化，从而引起定子感应电动势和定子电流发生变化。 转子磁动势的另一个作用是，它与主磁场相互作用，产生所需要的电磁转矩，以带动轴上的机械负载。这两个作用合在一起，体现了通过电磁感应作用，实现机电能量转换的机理。,负载时的磁动势方程 负载时，定子磁动势F1，可以分成两部分：一部分是产生主磁通的激磁磁动势Fm ,另一部分是抵消转子磁动势的负载分量- F2，即 负载时电动机的激磁磁动势是定、转子绕组的合成磁动势。上式亦可以改写为 图5-11示出了负载时定、转子磁动势间的关系，以及定子电流与激磁电流和转于电流的关系。,1、转子绕组开路时（I2=0) 定子侧通以三相对称电流 基波旋转磁势 在定子绕组中便会产生感应电势，其值为： E1= 4.44f1N1KN1m（指相值） 每相定子绕组中的电压平衡方程式为(与变压器相似)：,5.3 转子静止时的异步电机,U1=I0(Z1+Zm) 由于其Zm值比变压器的小，故I0*值比变压器的大。转子相电势 E2=4.44f2N2KN2 m (f2=f1) 电动势变比为：Ke = E1/E2 = N1KN1/N2KN2 2、转子绕组短路时（使 n=0) 1)定转子磁势相对静止 旋转磁势F1切割转子绕组感应产生ea、 eb、 ec ia 、 ib 、 ic 旋转磁势F2 ，其相对转子转速为： n2=60f2/p 与n1同向且相等。 合成磁势： 仍以 n1 的速度旋转。,2)转子磁势的空间转速与转子转速无关 *转子频率： 设转子转速为 n , 定子磁场切割转子的相对速度为 n = n1-n ; f2 = p n/60 = sf1 *F2的空间转速： F2相对于转子的转速为： n2= 60f2/p = sn1 = n 所以F2的空间转速为：n + n =n1 由此可知转子磁势的空间转速与转子转速无关,即F2与F1总是相对静止。,3. 磁势方程式 由于F1与F2相对静止，它们叠加成励磁磁势： ；若略铁损，则F0与旋转磁场Bm在空间同相位。 此式说明F0用以产生旋转磁场，负载分量F1L用以平衡转子磁势。,由前面分析知：,0.45m1N1KN1I1L/P =0.45m2N2KN2I2/P,Ki=I2/I1L=m1N1kN1/m2N2KN2,同理不难证明： 4. 转子绕组的折算 与变压器的折算相似，将电机的 m2 .N2 . KN2 折算成 m1 . N1 . KN1 。 折算的原则： 1）折算前后磁势不变； 2) 折算前后功率不变。,折算的方法： *电流： 0.45m2N2KN2I2/P = 0.45m1N1KN1I2/P I2= I2/Ki *电势： E2=4.44f2N2KN2m E2 = 4.44f1N1KN1m E2 =(N1KN1/N2KN2)E2 = keE2 = E1,*阻抗： m2I22R = m1I22R2 R2=kekiR2 同理可得 X2= keki X2 ; Z2= kekiZ2 *折算前后功率因数不变。 tg 2= x2/R2= x2/R2 = tg 2 *折算前后公式形式不变。,1、电磁关系 U1 I1 F1,1,I2s F2,Fm Bm m,E1,E2s,E 1,I1R1,2,E 2s,I2sR2+U2(=0),一、方程式,5.4 转子旋转时的异步电机极其等效电路,2. 转子旋转时对转子侧各量的影响 f2s = f2 = sf1 E2s= 4.44f2sN2KN2 m= sE2 X 2S = 2f2sL 2 = sX 2 I2s = E2s/(R2+jx 2S) (以上均属于f2s频率下）,3、基本方程式 定子电压方程 （f1下）,转子电压方程 （f2下）,注意： 转子静止时： E1=KeE2 转子旋转时： E1KeE2S ； E2s=s E2 *磁势方程式 注意： 静止时： I1L =-I2/Ki 旋转时: I1L -I2s/Ki,图5-12表示电压方程相应的定、转子的耦合电路图,如何得到等效电路？,1. 频率的折算 目的：简化分析计算 ，得到定转子连通一体的等效电路。 折算原则：对转子侧进行折算 1）定子侧各量均保持不变；2）转子侧的功率关系不变。 f2s 折算后 = f1,二、等效电路,从电路上：以f1的电路代替实际的f2s电路。 从物理意义上：相当于把转动的转子转换为等效静止的转子。图示如下：,折算前我们知道： I2s=E2s/(R2+jx 2S)若分子分母同乘1/s则得： I2s=(E2s/s)/(R2/s)+(jx 2S /s),请看如下规律： 折算前 （乘1/s） 折算后 f2s=sf1 f2=f1 E2s=sE2 E2=E2s/s x 2S =s x 2 x 2 = x 2 /s,代入上式可得 I2s=E2/(R2/s)+j x 2 =I2 特别注意上式已转换成频率为f1下的表达式。,图5-13表示频率归算后，感应电动机定、转子的等效电路图；图中定子和转子的频率均为f1，转子电路中出现了一个表征机械负载的等效电阻。,频率归算,* 等效静止与实际静止转子的差别： 实际静止时转子电阻为 R2 等效静止时转子电阻为 R2/s= R2 + （1-s）R2/s （1-s）R2/s 的物理意义： 因为电阻消耗的是有功功率，故从功率方面来分析其物理意义。 转子的总功率：= 转子总有功电功 + 转子总机功 折算前 = m2I2s2R2 + 转子总机功 (n 0),折算后 = m2I22R2 /s (n=0，机功为0) = m2I22R2 + m2I22(1-s)R2/s 根据折算前后功率相等的原则: 因为 I2S=I2 ，所以 (1-s)R2/s 消耗的功率代表总机械功率： P =T = m2I22(1-s)R2/s 故称 (1-s)R2/s 为转子总机械功率的等效电阻。,图5-14表示频率和绕组归算后定、转子的耦合电路图 。,回顾绕组归算：,根据上式即可画出感应电动机的T形等效电路，如图5-15 所示。 图5-16表示与基本方程相对应的相量图 。,经过归算，感应电动机的电压方程和磁动势方程为：,T型等效电路和相量图,由此即可画出形近似等效电路，如图517所示。,近似等效电路,总结： 频率折算 绕组折算 f2s f2=f1 f1 m2.N2.KN2 m2.N2.KN2 m1.N1.KN1,F2s F2 F2 I2s I2 I2=I2/Ki E2s E2 E2=KeE2 2s 2 2,与变压器的比较： 变压器数模 异步电机数模,由以上数学模型便可得到如书中的“T”型等效电路。与变压器相比，电机的 Xm(正比于N2）值较小，不能象变压器一样进行简化，须引用修正系数，方法和例题见书中。,为了利用等效电路去分析异步电机的运行特性，必须先知道参数R1、X1 、R2、X2 、Rm、Xm 。和变压器一样，对于已制成的异步电机可以通过空载实验和短路实验测定其参数。 为何说空转实验即为空载实验？,从等效电路图可知，空载便是相当于转子侧开路，亦即等效消耗机械功率的电阻（1-s）R2/s很大，即s很小，n 与 n1约相等，我们知道空转时，TL=T0，n 约等于n1 。,5.5 异步电机的参数测定,一、空载试验,空载试验的目的是确定电动机的激磁参数Rm、Xm，以及铁耗pFe和机械损耗p. 如图,铁耗和机械损耗 分离 如图,参数计算 激磁电阻 空载电抗 激磁电抗,二、堵转试验,为何说堵转实验即为短载实验？,从等效电路图可知，短路便是相当于转子侧等效消耗机械功率的电阻（1-s）R2/s很小，即 s =1，n =0,短路特性,短路特性,参数计算 堵转(1)时的等效电路如图所示,绕线式转子有明显的相数和极对数，必须使转子定子的极对数相等，否则定、转子磁势就不能相对静止，就不能转换平均功率，电机就不能工作。 笼型转子绕组由导条、端环构成，其相数具有特殊性。,5.6 笼型转子的参数计算,相数： 当一极对数为 p 的旋转磁场 B 在气隙中旋转时，它依次切割转子各导条，在每个导条中感应相同大小的电势，相邻两导条中感应电势在时间上相差的电角度为：2 p/Z2 (Z2转子总导条数），于是构成了一个对称的Z2电动势系统，该电动势作用在结构对称的笼型绕组上，产生对称的Z2相电流，所以笼型转子相数： m2= Z2 每相只有一根导条，即 匝，绕组系数为 1。 极对数： P2=P1,5.7 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,写成方程式时有：,感应电动机从电源输人的电功率：,消耗于定子绕组的电阻而变成铜耗：,消耗于定子铁心变为铁耗：,借助于气隙旋转磁场的作用，从定子通过气隙传送到转子，这部分功率称为电磁功率：,正常运行时，转差率很小，转于中磁通的变化频率很低，通常仅13Hz，所以转子铁耗一般可略去不计。因此，从传送到转子的电磁功率中扣除转子铜耗后，可得转换为机械能的总机械功率(即转换功率）,图5-18表示相应的功率图。,用电磁功率表示时，上式亦可改写成,从P中再扣除转子的机械损耗p和杂散损耗p，可得转子轴上输出的机械功率P2，即,二、转矩方程和电磁转矩,转矩方程 电磁转矩,例题,5.8 感应电动机的转矩表达式,1. 物理表达式 机械特性的物理表达式：,反映了感应电动机的电磁转矩与气隙每极磁通和转子电流有功分量的乘积成正比的物理本质。 因为m 、I2 均较难测定，故此物理表达式一般用作定性分析。,同时 ： Pem = m1E2I2cos2 ；1 =p/1 ； E2=4.44f1N1kN1m 所以：,说明： cos2= cos2s = R2/(R22+s2X 22)0.5 此式说明正常运行时cos2约等于1 , 即输出为有功功率。,2、机械特性的参数表达式,根据简化电路得到的转子电流,转子侧功率因数,如图525所示,2、参数表达式,说明：电磁转矩与电源参数（、f）、结构参数（r、x、m、p）和运行参数（s）有关。,临界转差率 sm 和最大电磁转矩Tmax,由两个表达式可见,当其它参数一定时：,1、最大电磁转矩与电源电压平方成正比； 临界转差率与电源电压无关。,3、频率越高，最大电磁转矩和临界转差率越小； 漏抗越大，最大电磁转矩和临界转差率越小；,2、转子回路电阻越大，临界转差率越大； 最大电磁转矩与转子电阻无关。,4、过载能力,起动转矩Tst和起动转矩倍数Kst,当其它参数一定时:,1、起动转矩与电源电压平方成正比；,2、频率越高，起动转矩越小； 漏抗越大，起动转矩越小；,3、绕线式电动机，转子回路电阻越大，起动转矩先增后减。,4、起动转矩倍数,起动转矩等于最大转矩。,对于绕线式转子可通过外串电阻达到。,若令sm = 1,小结：,机械特性和电路参数的关系,和电压的关系,结论：,1.成几何关系 2.线性区变宽,最大转矩的大小与转子电阻值无关，临界转差则与转于电阻2成正比：2增大 时，增大，但max保持不变，此时曲线的最大值将向左偏移,如图5-26所示。,和转子电阻的关系,Tm 不变,Tm,特性变软， 转速变化大,3、实用表达式,由上可得如下实用表达式,已知电机的额定功率、额定转速、过载能力,忽略空载转矩，有,将Tm和sm代入即可得到机械特性方程式, 电动机的自适应负载能力,电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整， 这种能力称为自适应负载能力。,直至新的平衡。此过程中， 时， 电源提供的功率自动 增加。,只要不超过最大转矩则 可自动调节维持运转,M, 机械特性的软硬,硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。 软特性：负载增加转速下降较快，但起动转矩大，起 动特性好。 ,转矩-转速特性(机械特性) 把转矩-转差率曲线T。= f(s)的纵、横坐标对调，井利用n=n1(1-s)把转差率转换为对应的转速n,就可以得到转矩转速特性n= f()。如图5-27所示。,例题,5.9 感应电动机的工作特性,一、工作特性 在额定电压和额定频率下，电动机的转速n、电磁转矩、定于电流I1、功率因数cos1效率与输出功率P2的关系曲线n, ，I1, cos1, = f(P2) 称为感应电动机的工作特性。 图5-28表示一台10kW的三相感应电动机的转速特性和定子电流特性。 电磁转矩、功率因数和效率特性如图5-29所示。 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。,二、工作特性的求取,直接负载法 由参数算出电动机的主要运行数据,返回,一、起动性能指标： Ist (n=0,s=1) ： 由等效电路可知，约等于U1/Zk=（47）IN Tst =m1pU12R2/1(Rk2+Xk2)=（12）TN *要求： Tst尽可能大，Ist尽可能小，但两者互为矛盾(由Tem的物理表达式 =CM mI2cos2 可知)。 *特点： 起动时cos2 =R2/（R22+s2X 22）0.5较小；E1约等于U1/2，尽管Ist较大，但Tst不是很大。,5. 10 三相异步电动机的起动,中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的4 7 倍。,二、三相异步机的起动方法：,（1） 直接起动。十千瓦以下的异步电动机一般 采用直接起动。,（3）转子串电阻起动。,（1）小容量电动机轻载起动直接起动,不仅取决于电机本身的大小， 还与供电电网容量和供电线路长短有关。 （要求母线降落不大于10）,电动机容量与供电变压器的比值； 起动是否频繁； 供电线路距离； 同一台变压器其它用户的要求。,一般7.5KW以下电机允许直接起动。,三相异步电动机的固有机械特性,（2）中、大容量电动机轻载起动降压起动,此时主要矛盾是电流。 降低电流的方法， 主要靠降低电压。,起动电流：,降压起动时， 起动电流与定子电压成比例降低。待转速升高到一定值， 恢复全电压。,注意： 起动转矩与U2成正比， 降压起动后， 比起动电流降低得更厉害。,常用的降压起动方法,定子串电阻或电抗降压起动； 用自耦变压器降压起动； Y起动； 延边三角形起动。,三相异步电动机降压时的人为机械特性,定子串电抗起动 接线图见书中图示。设定子串电抗后电机绕组上的电压减为直接启动时的1/k则： 电机绕组上的电流减为直接启动时的1/k； 电网电流减为直接启动时的1/k； 电机的启动转矩减为直接启动时的1/k2 。,自耦变压器降压启动 接线图见书中图示。设降压后电机绕组上的电压减为直接启动时的1/k 则： 电机绕组上的电流减为直接启动时的1/k； 电网电流减为直接启动时的1/k2； 电机的启动转矩减为直接启动时的1/k2 。,星-三角形启动器启动,Y 降压后： 电机绕组上的电压减为直接启动时的1/3 0.5 ； 电机绕组上的电流减为直接启动时的1/ 3 0.5 ； 电网电流减为直接启动时的1/3； 电机的启动转矩减为直接启动时的1/3。 适用于正常运行时定子绕组为三角形接法的电机。 直接启动时： U N=UN ； 网流=3 0.5 I N,星形接法启动时： U N=UN /3 0.5 ；网流=I N/ 3 0.5 IstY/I st = 1/3 ；TstY/T st = 1/3 由此可见，星-三角启动相当于 k=3 0.5的自耦变压器，成本低，但只有一个降压档。 降压启动适用于容量较大、启动转矩较低的场合。 例题见书中。,（3）转子串电阻起动,起动时将适当的R串入转子绕组中，起动后将R短路。,转子回路串电阻时的机械特性,转子串电阻起动的特点：,（2）R2选的适当，转子串电阻既可以降低起动电流， 又可以增加起动力矩。,三、高性能的笼型转子异步电动机 小容量电动机重载起动,主要矛盾是起动转矩不足。,解决的方法： 容量大一号的电动机； 高起动转矩的电动机。,特殊电机获得高起动转矩的原因， 主要是转子电阻的影响。转子参数自动随转速的变化而变化。 如双鼠笼电机和深槽电机。,集肤效应,漏磁通只穿过槽一次， 由 槽底铁心形成闭合回路。 可以看成许多单元导体的并联； 越接近槽口的导体所交链的漏磁通越少， 即漏抗小；接近槽底底单元，漏抗大， 使导体电流密度分布不均， 产生把电流向槽口排挤的“趋表效应”； 电机转速越低， 转子电流频率越高， 趋表效应越突出； 导体的导电高度缩小， 转子电阻增加；,深槽式：高度是宽度的1012倍， 堵转时， 电阻达额定运行的3倍， 随着转速升高， 频率降低， 电流分布趋向均匀， 转子电阻自动减小。,双鼠笼式： 两套绕组， 材料不同， 截面也不同。 外笼： 起动笼， 截面小， 材料选用电阻系数大； 内笼： 工作笼， 截面大， 电阻系数小。,四、中、大容量电动机重载起动,两种矛盾同时起作用。 采用绕线式电机， 转子串电阻。 既增大起动转矩， 又减小起动电流。 常用的方法：转子串电阻或转子串频敏变阻器。,对于大中型容量电动机带重载工况，可采用绕线式异步电动机 。一般来说要求启动转矩大启动电流小是矛盾的，而绕线式异步电动机 显示出明显的优势，只要转子回路串的电阻合适，就即可减少启动电流又可增加启动转矩。 启动特点： 1）对 Ist 的影响： 从等效电路可知 R2 Zk Ist,2)对 Tst 的影响：Tmax与 R2 无关，故不影响负载能力（注:sm正比于R2）。,sm1 Tst,设串接电阻为 Rj 则： 当 sm= c1(R2+Rj)/R12+(x1+x2)2=1 Rj=Xk/kike-R2 Rj=Rj/ kike,R2 sm,另一种分析方法： Tem=CM mI2cos2 R2 cos2,E1,Tem,Tst,例题见书中。,制动方法： 机械制动：加抱闸。 电磁制动：电磁转矩与转速方向相反，电动机就工作在电磁制动状态。在此状态下，电动机转轴从外部吸受机械功而转换成电功。 1、反接制动,停车时，将电动机接电源的端子任意两相反接，使电动机旋转方向反过来，以达制动的目的。,5.11 异步电动机的制动,注意： 反接制动时，定子旋转磁场与转子的相对转速很大。即切割磁力线的速度很大，造成 ，引起 。为限制电流，在制动时要在定子或转子中串电阻。 1）正接反转 属于下放重物这种情况（接线图见书中）,由机械特性方程式可得如下特性曲线：,s,0,1,Tst,A,TL,Tem,电动机启动转矩与负载转矩反方向，且 TL Tst，在TL作用下，电动机反向加速在A点达到平衡。,2）反接正转 异步电动机本来工作在正向电动状态，为了迅速让电动机停转或反转，将定子任意两相绕组的出线头对调后接电源（接线图见书中） 。此时气隙旋转磁场立即反向，并以反向的同步转速旋转，同时电磁转矩也反向。此过程的机械特性图如下。,Tem,n1,-n1,TL,能量讨论：,对于以上两种反接制动，s1 ，则：,说明电机从转轴上吸收的机械功率和从电网上吸收的电磁功率全部消耗在转子回路里。,2. 发电机回馈制动 是在位能性负载作用下电动机转速大于同步转速，其特性曲线如图。,（1）令电机转子的转速超过 旋转磁场的同步转速，便会产生制动转矩。此时相当于发电机。,（2）同步转向反向的回馈制动（反接正转）,定子两相对调后， 位能性负载最后稳定于第四象限， 重物以高于同步速的速度下放。,3. 能耗制动 停车时，断开交流电源，接至直流 电源上，产生制动转矩。,要求: 电动机具有几种转速； 在一定的范围内可以连续调速；,调速的方法：由 知,（1） 改变定子绕组的极对数p； （2）改变电源的频率f1； （3）改变电动机的转差率；,5.12 异步电动机的调速,改变定子绕组的端电压； 改变定子绕组的外加电阻或电抗； 转子回路加电阻或电抗； 转子回路引进fsf的外加电势,极对数（P）的概念,此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为1。即：,1. 变极调速（属有级调速） 适用于笼型绕组电动机，因为其转子不具有固定的极对数，且恒与定子绕组极对数一致。,单绕组双速电机：一套定子绕组具备两种极对数而得到两个不同同步转速； 三速或四速电机： 定子内放两套独立的绕组。,单绕组双速电机原理： A1X1和A2X2串联形成四极磁场； A1X1和A2X2串联， A2X2反向， 形成两极磁场,极对数（P）的改变,将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。形 成的磁场则是两对磁极。,极对数,极对数和转速的关系,2. 变频调速（属无级光滑调速）,此种调速方法发展很快，且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源（常由整流器（AC-DC)、逆变器(DC-AC)等组成）。,3. 变s调速 1） 转子回路串电阻调速 适宜绕线型电动机。 2）调压调速 适用于风机型负载。,由于三相异步电动机的不对称运行是电压不对称所引起，因此可用对称分量法将不对称电压分解成对称分量。 接法Y型但无中线引出，则无零序电流； 若接成D，由于三相线电压之和为零，则零序电流也为零。因此只需分析正序和负序分量，即：,# 5.13 三相异步电动机在不称电压下运行,正序电压分量作用在电动机上的等效电路如下：,返回,负序电压分量作用在电动机上的等效电路如下：,合成电磁转矩为： Tem=Tem+Tem-,实际电流为：,例见书中：,单相、三相等是从电源的角度考虑，并非是从绕组角度考虑，故单相电动机并非只有一相绕组。 一、工作原理 1、结构特点：转子为笼型，定子一般放置两相绕组，一个是工作绕组，一个是启动绕组，且互差90度电角度。因为圆形旋转函数可分解为： Fm cos(t-) = Fm costcos + Fm sintsin 即两个正交的脉振磁势叠加成圆形旋转磁势。,5.14 单相异步电动机,结构：定子放单相绕组（其中通单相交流电）； 转子一般用鼠笼式。,定子中通入单相交 流电后，形成脉动 磁场。其磁感应强 度按正弦分布，且 随时间按正弦变化。,单相异步电动机的特点：,（1）自身没有起动转矩,当定子绕组产生的合成磁场增加时，根据右手螺旋定则和左手定则，可知转子导条左、右受力大小相等方向相反，所以没有起动转矩。,（2）转子借助其它力量转动后，外力去除后仍按原方 向继续转动。其原理分析如下：,定子绕组产生的脉动磁场（），可用正、反两个旋转磁场合成而等效。即：,脉动磁场的分解,正反向旋转磁场的合成转矩特性,合成转矩,（正向）,（反向）,T,S,2. 工作原理 1）双旋转磁场理论 当单相绕组通电时，其脉振磁势可分解为： F1costcos =F1/2*cos(t-) +F1/2*cos(t+) 正转 反转,F1+、F1-大小相等、转速相等、方向相反。即,F1+ m+ Tem+,F1- m- Tem-,Tem,2)Tems 曲线 s+=(n1-n)/n1 = s s- = n1-(-n)/n1 = 2-s,Tem,Tem+s+ Tem-s-,Tems,F1,Tem+ = 2p/1*I2+2R2/s Tem-=-2p/ 1*I2-2R2/(2-s) 显然，当 s=1时 Tem = Tem+ + Tem- = 0 （由对称分量法可知：IA+=IA-=IA/2 ）。 这样可得到如书中图示的Tems 曲线。其特点为： 不能自行启动。正推正转、反推反转； 启动后能带一定的负载，但过载能力小； 与同等容量的三相电动机相比体积较大； 单相异步电动机的等效电路如书中图示。,二. 启动方法 由前面的分析可知，单绕组电动机不能自行启动，常采用裂相的方法启动。裂相又称分相，即在定子上另装一套启动绕组，使之与工作绕组在空间上互差90度电角度，当电动机转速达到同步转速的 7080% 时切除启动绕组。,1. 电容分相 工作原理,转向：由超前相转向滞后相。 适用：洗衣机、电扇、空调，从几十瓦到几千瓦。,启动,运行,电容分相式起动接线图,2. 电阻分相 工作原理图,3. 罩极启动 特点：转矩较小，但结构简单。适用：录相机、电放机。从几瓦到几十瓦。,适用：电冰箱，几瓦到几百瓦。 注意：R既可是单个电阻，又可将绕组线变细得到。,罩极式单相电机,定子通入电流以后，部分磁通穿过短路环，并在其中产生感应电流。短路环中的电流阻碍磁通的变化，致使有短路环部分和没有短路环部分产生的磁通有了相位差，从而形成旋转磁场，使转子转起来。,图中电机的转动方向：瞬时针 旋转。因为没有短路环部分的磁通比有短路环部分的 磁通领先。,THANK YOU VERY MUCH ！ 本章到此结束， 谢谢您的光临！,￥科技前沿双转子电机,双转子电机产生的背景：,电动汽车是必然趋势,电动汽车产业化背景资料,# 实现能源多样化，保障国家 能源安全；减少汽车排放， 维护环境可持续发展； # 通过自主开发，提升我国汽 车工业的核心竞争能力； # 科技部“10.5”投入8.8亿， 吸引投资20余亿用于电动汽 车关键技术突破； # “11.5”国家继续投入10亿以 上的资金用于新能源汽车技 术研发，吸引了我国重要的 汽车生产企业、电气集团和 科研院所参与； # 国家电网将投入巨资促进电 动汽车产业化。,双转子电机的工作模式,双转子电机无级变速系统由一套“背靠背”逆变器、一台内燃机和一台双转子电机构成，其中内转子为绕线式，外转子为永磁式，定子与普通旋转电机的定子相似，如图所示。,混联混合动力,有待解决的问题,1、DMP的控制问题： 内、外转子解藕控制的方法； 利用内、外转子的耦合有什么应用？如何利用？ 2、DMP电机的散热问题； 3、DMP电机的结构问题； 4、DMP电机作为EVT使用的设计要素.,*