异步电机的不对称运行单相异步电机的其他运行

第12章单相异步电动机异步电机的其它运行方式 在不对称电压下的运行 一 不对称运行的分析方法 不对称 各相电流 或电压 电势 大小不同 或相位不依次差120 应用对称分量法 把不对称三相电压分解为正序分量 负序分量和零序分量分别计算各序系统电流和转矩 然后叠加 在对称的三相系统 三相中的电压Ua Ub Uc对称 只有一个独立变量 Ub 2Ua Uc Ua复数算子 ej120 e j240 且 2 ej240 e j120 3 ej360 ej0 1 cos120 jsin120 1 对称系统 2 对称分量法 分解为三个独立的对称系统 即正序系统 负序系统和零序系统 例 Ua Ub Uc为不对称三相电压 下标 0 分别表示正序 负序和零序 对称分量法 Ua Ub Uc 组成正序系统 满足约束条件Ub 2Ua Uc Ua 正序系统 每相大小相等 相序为a b c 彼此相位差120 Ua Ub Uc 组成负序系统 满足约束条件Ub Ua Uc 2Ua 负序系统 是每相大小相等 相序为a c b 彼此相位差120 Ua0 Ub0 Uc0组成零序系统 满足约束条件Ub0 Ua0 Uc0 Ua0零序系统 每相大小相等且同相位 共同性质 三相大小相等 彼此之间相位差相等 1 由不对称系统分解得到的正序 负序和零序系统都是对称系统 对称系统容易求解 当求得各个对称分量后 再把各相的三个分量叠加便得到不对称运行情形 2 不同相序电流流经电机和变压器具有不同物理性质 具有不同阻抗参数 3 对称分量法根据叠加原理 只适用于线性参数的电路中 3 正序等效电路 正序电压 产生正序电流 建立正向旋转磁场 产生正向转矩 拖动转子同方向旋转 正序转差率 4 负序等效电路 负序电压 产生负序电流 建立负向旋转磁场 产生反向转矩 与转子旋转方向相反 负序转差率 5 零序电压与零序电流 异步电机一般不接中线 可不考虑零序电流 不对称运行分析 负序对运行的影响 较小的负序电压会产生较大的负序电流 例如 U1 0 05UN I1 5 7 0 05IN 0 25 0 35 IN 它与正序电流叠加 可能使某相电流大大超过额定电流 合成转矩小于正序转矩 导致起动性能和过载能力下降 例11 1 正常运行时电磁转矩T 343N m定子电流I1 84 7A电源一相断线 两相运行 负载不变时 转速有下降 s增大定子电流I 166A急剧增大 单相异步电动机 单相异步电动机 定子两相绕组 m主绕组 工作绕组a辅助绕组 起动绕组 转子为鼠笼式绕组 1 单相异步电动机特点 辅助绕组a串联一移相元件 通常是电容器 然后与主绕组m并联接到单相电源结构上 实质上是两相电机Im Ia不同相位 实质上是两相运行 2 分析方法 对称分量法 双旋转磁场理论 交轴磁场理论 3 对称分量法分析工作原理 辅助绕组开路时Ia 0对称分量法分解成对称分量设转子的旋转方向为自a相转向m相 3 对称分量法分析工作原理 辅助绕组开路时电压分量电流分量 4 辅助绕组开路时的转矩 4 辅助绕组开路时的转矩 1 起动转矩等于零当s l时 T T T 0 单相电机仅一个绕组工作不能自行起动 2 转动后单相电机可以在一个绕组情况下运行转子转动时 则Z Z T T T O 由于有负序转矩存在 所以其过载能力和效率均有所降低 3 理想空载状态也达不到同步转速因有负序转矩存在 即使转轴上不带任何负载 转子电流也不可能为零 单相电机达不到同步转速 5 两相通电时的磁势 两相绕组的磁势合成磁势 6 单相异步电动机的起动 电容电动机电容运行电容起动双值电容 电容运转电动机 额定负载时有接近圆形旋转磁场 性能性能较好起动时椭圆度差 起动转矩小空载有负序磁势 空载电流大 损耗大 电容起动电动机 合理选择电容器和主辅绕组匝数 使起动时气隙磁场接近圆形旋转磁场 可以有较高的起动转矩 电动机起动后 在离心力作用下断开常闭触点 自动切断辅助电路 单相运行 双值电容电动机 在辅助绕组回路中串接两个并联的电容器运行电容CR固定接入辅助绕组电路起动电容Cs在起动时接入 起动后靠离心开关Q断开电机有较好的起动和运行性能 6 单相异步电动机的起动 电阻起动单相电动机 只要两个回路的阻抗不同 Im Ia便不同相位 从而建立旋转磁场 产生电磁转矩结构简单 起动转矩低 7 罩极电动机 罩极绕组 短路环穿过短路环与不穿过短路环的两部分磁场有时间相位差 两个磁场在空间和时间上不同相合成磁场是椭圆形旋转磁场 旋转方向从未罩极部分转向罩极部分 异步发电机 异步发电机 发电机运行 原动机拖动转子旋转 且转速大于旋转磁场的同步速 异步发电机相量图 输入有功功率小于0 表明输出有功功率 异步发电机运行方式 与电网并联电压和频率完全取决于电网的电压和频率 与转速无关激磁电流 无功性质 由电网提供原动机输入机械功率增大 则转速增大 输出有功增大 异步发电机运行方式 单机运行激磁电流由并联在端点上的电容器供给电容器通常为三角形连接电压和频率大小与电容值 电机转速及负载情况有关 负载增加 转差率 s 增大 要维持f1不变 必须相应提高转速n 负载感性电流增大 必须加大电容量 才能维持电压不变 异步发电机单机电压建起过程 1空载特性 2电容器特性 1原始剩磁Ur在电容器上产生电容电流 对电机励磁2励磁增大后 电压上升 励磁电流再增大 正反馈3达到交点A 为稳定运行工作点 异步电机的制动运行 异步电动机制动 制动 在原有旋转方向上产生一个反方向的转矩 如加速停转 减速运行 恒速等 异步电动机有四种制动方法 能耗制动 回馈制动 反接制动 正接反转制动 1 能耗制动 原理 电动机的定子绕组从电源切断后 将其中任意两端接上直流电源 从而在空气隙中建立一静止的磁场 旋转着的转子切割磁场感应电势 由于转子绕组是一闭合电路 便产生电流和电磁转矩 该电磁转矩的作用方向与转子旋转方向相反 起到制动作用 转子机械动能变为铜耗而迅速耗掉 达到迅速停车的目的 称为能耗制动 能耗制动在高速时效果较好 2 回馈制动 发电机制动 例如 当电车下坡时 重力的作用将使车速增大 一旦转速n n1 电机就由原来的电动机状态变为发电机状态运行 这时电机的有功电流和电磁转矩方向都将倒转 从而制止了转速进一步增加 起到了制动作用 由于电流方向倒转 电功率回送到电网 故称为回馈制动 情况 起重设备在负载降落时 如高速 则发电制动 以限制下降速度 3 反接制动 正转反接 工作原理 利用换接开关改变定子电流的相序 使旋转磁场的旋转方向倒转 换接后的旋转磁场转向与转子的转向相反 s 2 电机便处于制动状态 使转子的转速迅速下降 情况 震动和冲击较大 不宜用于精度要求高的场合 用于可逆转的传动系统 4 正接反转制动 正接反转制动 指电动机的定子接线仍保持电动机运行时的接法不变 如转子在外力推动下强迫了反向旋转 这时电磁转矩是一制动转矩 主要用于以线绕转子异步电动机为动力的起重机械中 当需下放重物时 可再增大转子附加电阻 使平衡点落于负转速区 例如图中d点 转子将在反方向旋转 重物下降所产生的转矩是原动转矩 电磁转矩是制动转矩 电机处于制动状态 改变附加电阻大小可控制电机的转速当起重机械提升重物时 当电机处于平衡状态时 将以某一转速a点稳速运行 改变转子附加电阻可控制提升速度 如b点所示 如需重物悬空后不动 则应增加转于附加电阻以改变机械特性 使电磁转矩与负载转矩相交于c点 这时n 0 当需下放重物时 可再增大转子附加电阻 使平衡点落于负转速区 例如图中d