单相异步电动机异步电机的其它运行方式

1、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,1,对称系统,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,U,b,2,U,a,U,c,U,a,复数算子,e,j120,e,j240,且,2,e,j240,e,j120,3,j360,j0,e,e,1,cos120,j,sin120,2,对称分量法,分解为三个独立的对称系,统,即正序系统、负序

2、系,统,和,零序系统,例,Ua,Ub,Uc,为不对称三相电压,2,1,U,a,3,U,a,U,b,U,c,2,1,U,a,3,U,a,U,b,U,c,1,U,U,U,U,a,0,3,a,b,c,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+,2,Ua+, Uc+=Ua,正序系统,彼此相位差,120,每相大小相等，相序为,a,b,c,Ua,Ub,Uc,组成负序系统,满足约束条件,Ub,Ua,Uc,2,Ua,负序系统：是每相大小相等，相序为,a,c,b,彼此相位差,120,U,a0,U,b0,U,c0,组成零序系统,满足约束条件,U,b0,U,

3、a0,U,c0,U,a0,零序系统：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,r,Z,r,1,jx,1,r,m,jx,m,jx,2,s,2,n,1,n,正序转差率,s,s,n,1,4,负序等效电路,r

4、,Z,r,1,jx,1,r,m,jx,m,jx,2,2,s,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,n,1,n,s,2,s,n,1,2,5,零序电压与零序电流,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,I,1,I,1,U,1,Z,U,1,Z,2,2,I,I,I,A,1,1,2,I,I,I,B,1,1,I,2,I,I,C,1,1,P,m,3,I,T,3,p,r,s,r,s,2,2,P,m,3,I,T,3,2,2,2,r,2,s,2,2,2,2,U,1,I,r,2,r,c,j,x,c,x,1,1,2,1,1,s,U,1,I,2,r,2

5、,r,c,j,x,c,x,1,1,2,1,1,2,s,2,1,I,2,2,p,1,I,r,2,s,2,p,2,r,2,r,T,T,T,3,I,2,I,2,1,s,2,s,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,U,1,U,N,U,1,U,1,I,1,I,st,Z,k,Z,k,U,N,U,N,例如,U,1,0.05U,N,I,1,5-7)0.05I,N,0.25,0.35)I,N,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,11-1,1,2,正常运行时,电磁转矩,T=343N.m,定子电流,I,1,84.7A,电源一相断

6、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,I,I,I,m,m,m,I,I,0,I,a,a,a,设转子的旋转方向为自,a,相转向,m,相,

7、j,I,I,a,m,j,I,I,a,m,1,I,m,I,m,I,m,2,3,对称分量法分析工作原理,辅助绕组开路时,电压分量,U,U,m,U,m,I,m,Z,I,m,Z,电流分量,I,m,I,U,m,Z,Z,4,辅助绕组开路时的转矩,I,2,I,m,r,m,jx,m,r,2,r,m,jx,m,jx,2,s,2,2,I,2,I,m,r,m,jx,m,r,2,r,m,jx,m,jx,2,2,s,P,m,2,I,T,2,r,s,2,2,2,P,m,2,I,2,2,2,r,2,s,I,2,2,2,2,p,1,I,r,s,T,2,2,p,1,r,2,s,2,p,2,r,2,r,T,T,T,2,I,2,I

8、,2,1,s,2,s,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,1,f,a,F,a,cos,x,cos,t,F,a,cos,x,t,F,a,cos,x,t,2,2,1,1,f,m,F,m,cos,x,90,cos,t,F,m,cos,x,t

9、,90,F,m,cos,x,t,90,2,2,两相绕组的磁势,1,N,a,k,N,1,a,F,a,0,9,I,a,p,N,m,k,N,1,m,F,m,0,9,I,m,p,若,Fa=Fm,90,则,合成磁势,f,f,a,f,m,F,cos,x,t,圆形旋转磁场,f,f,a,f,m,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

10、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,C,R,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,1,2,1,2,3,k,I,E,k,k,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

11、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,n,1,n,转差率,s,0,n,1,异步发电机相量图,P,1,mU,1,I,1,cos,1,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,pn,1,pn,f,1,60,60,1,s,负载增加

12、，转差率,s,增大，要维,持,f,1,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,2,电容器特性,1,空载特性,A,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

13、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

14、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,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,主要用于以线绕转子异步电动机为动力的起重机械中,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