电机及拖动第六章

1、电机及拖动第六章第1页，共44页，2022年，5月20日，5点28分，星期五26.1.1 空载运行时的电磁关系6.1 三相异步电动机的空载运行第2页，共44页，2022年，5月20日，5点28分，星期五3 6.1.2 空载运行时的基本方程式空载时的等效电路空载电流I0主要成份是建立旋转磁场的感性无功电流，空载时功率因数很低，一般cos00.2如果将定子感应电动势看作是励磁电流IO 在励磁电路上的压降，则励磁电阻表征铁心损耗励磁电抗 表征主磁通作用 励磁阻抗第3页，共44页，2022年，5月20日，5点28分，星期五4异步电动机与变压器的差别：1）主磁场性质不同：异步电动机为旋转磁场，变压器为脉

2、动磁场.3）由于存在气隙,异步电动机漏抗较变压器的大.5) 异步电动机通常采用短距和分布绕组,计算时需考虑绕组系数,变压器则为整距集中绕组,可认为绕组系数为1.第4页，共44页，2022年，5月20日，5点28分，星期五56.2.1 负载运行时的电磁关系6.2 三相异步电动机的负载运行第5页，共44页，2022年，5月20日，5点28分，星期五66.2.2 转子各物理量与s的关系 1 转子绕组感应电动势及电流的频率f2 可见：转子电动势及电流的频率f2与转差率s成正比。当n =0，s =1，f2=f1=f2max；nsf2当n =nN，由于sN =0.0150.05，所以f2N =f1sN l

3、Hz3Hz。2 转子旋转时转子绕组的电动势E2s E2s=4.44f2kw2N21=4.44sflkw2N21=sE2 当n =0,s =1，静止时的E2s=E2为最大， ns E2s 转子转动后，转子绕组的电势和电流的频率与转子的转速有关取决于气隙旋转磁场与转子的相对速度。第6页，共44页，2022年，5月20日，5点28分，星期五73.转子电抗X2s X2s=2f2L2=2f1sL2 =sX2 4 .转子电流I2s 当电动机起动瞬间，s=1，I2s 为最大； ns I2s5.转子的旋转磁动势F2相对定子的转速 注意: 转子转动时，在上面的分析中f2、E2s 、X2s、I2s均是转差率s的函

4、数，而转子绕组的磁动势F2的转速ns却是一个与s无关的量。 当n =0,s=1，静止时的X2s=X2为最大， ns X2sF2相对于转子的转速为 F2相对定子的转速第7页，共44页，2022年，5月20日，5点28分，星期五81 . 定、转子合成磁动势 6.2.3 负载运行时的基本方程式 ns12ns第8页，共44页，2022年，5月20日，5点28分，星期五92.磁动势平衡方程式F1+F2=F0 F1 =F0 +(-F2) 或负载分量，用于抵消F2的去磁作用，保证主磁通基本不变。励磁分量TLnI2sTeI1Te=TL第9页，共44页，2022年，5月20日，5点28分，星期五103.电动势平

5、衡方程式 实际电路定子侧：转子侧： 定子、转子在频率上不一致， 故仍不能使异步电动机形成统一的等效电路， 其主要问题就在于转子电压方程式中转子感应电动势和漏电抗的值与转子频率有关。第10页，共44页，2022年，5月20日，5点28分，星期五116.2.4 负载运行时的等效电路 频率折算 因为f2 = sf1 ，所以只有当s = 1时，才有f2= f1 。折算的原则是要保持折算前后的磁动势及功率关系不变。要保证折算前后转子磁动势不变，也就必需保证折算前后转子电流的大小和相位均不变。电流的数值仍是相等的，因此频率折算前后保证F2不变。频率为f2频率为f1实际运行的转子电流静止的转子电流。第11页

6、，共44页，2022年，5月20日，5点28分，星期五12频率折算后的异步电动机电路 为了等效地将旋转着的转子折算成不动的转子， 就必需在转子回路中串入一个实际上并不存在的虚拟电阻 。 这个虚拟电阻的损耗，实质上表征了异步电动机的机械功率。 第12页，共44页，2022年，5月20日，5点28分，星期五13 “新转子”，它的绕组相数、每相串联总匝数及绕组系数都分别和定子绕组的一样，并且所产生的转子旋转磁动势F2保持不变。同时保持功率守恒关系-绕组折算的基本依据。 绕组折算 用绕组（m1、N1、kw1）等效替代绕组（ m2、N2、kw2 ）第13页，共44页，2022年，5月20日，5点28分，

7、星期五14 电流折算：根据磁动势不变原则 电动势折算： 阻抗折算：功率不变。电抗和漏阻抗可同样折算。第14页，共44页，2022年，5月20日，5点28分，星期五15T型等效电路 频率折算 绕组 折算 T型等效电路基本方程式第15页，共44页，2022年，5月20日，5点28分，星期五16等效电路的简化 第16页，共44页，2022年，5月20日，5点28分，星期五17附加电阻 的物理意义在实际转动的电机中，在转子回路中并无此项电阻，但有机械功率输出。在频率归算后的转子电路中，因已等效成静止转子，没有机械功率输出，但却串入附加电阻 其电功率为 电功率 模拟轴上的机械功率。第17页，共44页，2

8、022年，5月20日，5点28分，星期五18 有一台UN=380V，fN=50Hz，nN=1440r/min ，Y联结的三相绕线转子异步电动机，其参数为Xm=40 ，r1=r2=0.4，X1=X2 =1，忽略rm。已知定转子有效匝比为4( )，试求额定负载时, 1) 额定转差率sN；2) 根据简化等效电路求出I1、I2、I0和cos1；3) 转子相电动势E2s的大小；4) 转子电动势的频率f2N；5) 总机械功率Pm 解 1) 转差率sN2) 求出I2 、I0 、I1和cos1 转子回路阻抗 例第18页，共44页，2022年，5月20日，5点28分，星期五19Z 2 与Z1串联阻抗 设相电压为

9、参考相量，则转子电流 励磁电流 定子电流 第19页，共44页，2022年，5月20日，5点28分，星期五20于是各电流的有效值为 绕线转子异步电动机的定、转子相数相等，所以该电动机的 功率因数 3) 转子相电动势E2s的大小 转子实际电动势 4) 转子电动势的频率f2N 5) 总机械功率Pm第20页，共44页，2022年，5月20日，5点28分，星期五216.3.3 相量图第21页，共44页，2022年，5月20日，5点28分，星期五226.4.1 功率平衡和转矩平衡6.4.2 三相异步电动机的工作特性6.4 三相异步电动机的功率平衡、转矩平衡及工作特性第22页，共44页，2022年，5月20

10、日，5点28分，星期五23一、功率平衡方程式6.4.1 功率平衡和转矩平衡三相异步电动机功率流程图 第23页，共44页，2022年，5月20日，5点28分，星期五24 总机械功率； 机械损耗和附加损耗 其余功率为输出的机械功率 异步电动机的功率平衡方程式：效率= P2/ P1第24页，共44页，2022年，5月20日，5点28分，星期五25转矩平衡方程为电磁转矩从转子方面看，它等于总机械功率除以转子机械角速度；从定子方面看，它又等于电磁功率除以同步机械角速度。电磁转矩二、转矩平衡方程式第25页，共44页，2022年，5月20日，5点28分，星期五26电磁转矩物理表达式推导转矩常数 异步电动机的

11、电磁转矩与每极磁通和转子电流有功分量的乘积成正比。 第26页，共44页，2022年，5月20日，5点28分，星期五27例一台2对极的三相异步电动机，有关数据如下：电动机的机械损耗100W ，额定负载时的附加损耗50W。转子铜耗335W，试计算额定负载时总机械功率、电磁功率，负载转矩、空载转矩和电磁转矩。转子机械角速度总机械功率电磁功率负载转矩解：空载转矩mss第27页，共44页，2022年，5月20日，5点28分，星期五28电磁转矩:mee10485Nm=66.78Nm157SPT= =Wmmm同步角速度方法一方法二方法四方法三第28页，共44页，2022年，5月20日，5点28分，星期五29

12、1） 转速特性工作特性:6.4.2 三相异步电动机的工作特性 电动机在额定电压和额定频率下运行时,电动机的转速n、定子电流Is 、功率因数 、效率、输出转矩T2与输出功率P2之间的关系.空载时P2 0, I2 0，由上列关系所以s 0，nns 当负载增大时，转速略有下降E2sI2T 随着输出功率P2的增大，转差率s 也增大， 则转速稍有下降。第29页，共44页，2022年，5月20日，5点28分，星期五30空载时P2 0, 转子的转速nns负载时，当P2nn第30页，共44页，2022年，5月20日，5点28分，星期五312）定子电流特性空载时P2 0, 转子电流I20 (T=T0), I1=

13、Io.当负载增大，P2 n I2 I1 定子电流几乎随 P2 按正比例增加。第31页，共44页，2022年，5月20日，5点28分，星期五32第32页，共44页，2022年，5月20日，5点28分，星期五333）定子功率因数特性空载时，定子电流基本上是励磁电流，主要用于无功励磁，所以功率因数很低，约为0.10.2。当负载增加时， P2 cos1 . 由于在空载到额定负载范围内，电动机的转差率s很小，而且变化很小，所以转子功率因数角 几乎不变，但负载超过额定值时，s 值就会变得较大，因此 变大，转子电流中的无功分量增加，因而使电动机定子功率因数又重新下降。 当负载增加时，转子电流的有功分量增加，

14、定子电流的有功分量也随之增加，即可使功率因数提高。在接近额定负载时，功率因数达到最大。第33页，共44页，2022年，5月20日，5点28分，星期五34第34页，共44页，2022年，5月20日，5点28分，星期五35空载时P2 0, T2 04）转矩特性 异步电动机的负载不超过额定值时，转速n和角速度 变化很小。当负载P2增加时， T2近似直线增加。第35页，共44页，2022年，5月20日，5点28分，星期五36 转矩特性近似为一条斜率为 1/ 的直线。第36页，共44页，2022年，5月20日，5点28分，星期五375）效率特性 =f(P2)当可变损耗小，负载增加时，增加。当可变损耗等于

15、不变损耗时， 最大，当可变损耗大于不变损耗时， 减少。 空载时P2=0, =0不变损耗可变损耗第37页，共44页，2022年，5月20日，5点28分，星期五38第38页，共44页，2022年，5月20日，5点28分，星期五39思考：1、为什么说三相异步电动机的主磁通基本保持不变？是否在任何情况下都保持不变？【答】： 在正常负载范围内，异步电动机定子绕组的漏阻抗压降较小，绕组感应的电动势约等于电源电压；而异步电动机的主磁通与绕组电动势成正比，因而也就与电源电压成正比。所以说三相异步电动机的主磁通基本不变。 若电动机起动或所带负载超过额定值较大时，由于电动机绕组流过的电流较大，绕组的漏阻抗压降较大

16、，绕组电动势就比电源电压小很多，此时的主磁通就不能保持不变。此外，当电动机的电源不为恒定值时，其主磁通也当然不能保持不变。因而并非在任何情况下主磁通都保持不变。 第39页，共44页，2022年，5月20日，5点28分，星期五402、为什么说三相异步电动机的定子电流是如何随机械负载的增加而增加的？【答】： 机械负载增加时，转速将随之下降，转子电动势增大，转子电流增加，转子磁动势也增加；由于转子磁动势具有去磁作用，气隙磁通出现下降趋势，定子绕组的感应电动势也随之出现下降趋势；但是电源电压不变，因此定子电流应随之增大。定子电流增大，定子磁动势也就增大，可以补偿转子电流随机械负载的增加对磁通的影响，从

17、而阻止定子电动势的进一步下降的趋势，以达到新的平衡。总之，机械负载的增加是通过转子电流、气隙磁通作用于异步电动机的定子绕组，而使定子电流随之增加的。 第40页，共44页，2022年，5月20日，5点28分，星期五413、转子电路的频率与转差率有什么关系？转子不动时和空载时转子频率各为多少？【答】：当电源电压频率不变时，转子电路的频率与转差率成正比，即：f2=sf1。转子不动时，由于转差率s=1，转子频率就等于电源的频率；空载时，因转差率很小（可近似为零），因而转子频率也很小，接近于零。 第41页，共44页，2022年，5月20日，5点28分，星期五424、转子电路的感应电动势E2s如何随转子的转速而变？【答】： 异步电动机的转速升高，转子绕组切割旋转磁场的速度减小，转子电路的感应电动势E2s随之减小。 E2s=sE2=E2(ns-n)/ns=E2(1-n/ns)； 由此可见，nE2s。若n