电机原理与拖动第7-9章课件

电机原理及拖动（下）东北大学边春元2007.8内容介绍同步电动机控制电机三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机原理电力拖动系统中电动机的选择第一节概述分类同步机结构定子与异步机一样：绕组、磁势（圆形旋转磁场）转子

同步机：静止磁场（直流、永磁）同步旋转；异步机：感应磁极，转子频率（相对转子转速）为f2分类：（两者功角特性不同）

凸极：各向不同磁导（多极、低速）；图7-1（a）隐极：各向同磁导（少极、高速）；图7-1（b）简单原理同步转速与同步转矩NS转子励磁磁势气隙磁势功角电机只有同步运行（n=n1）时，才会有（平均）转矩（称为同步转矩）。（？）：瞬时转矩一会正、一会负，总的效应为0。功角功角：的夹角。和为：定子三相绕组通交流电产生，电枢磁动势。作图时：时间（电流）和空间（磁势）向量表现为同向。从“恒压系统”概念出发，只要，恒定，就恒定。（不是？）原因：、都切割定子绕组，是合成效应。分析：同步机的物理事实

过载能力：

强励磁时，定子电流引前定子电压，电机表现为容性，无功补偿。铭牌：

(外)功率因数角:第二节电势、相量图电势隐极机定子电压方程：

（不计）

定子漏抗

电枢反应电抗

同步电抗

等效电路相量图

凸极机双反应原理同步电机模型（图7-11）磁路各向不同性：处理方法：

方程式：直轴电枢反应电抗

交轴电枢反应电抗

直轴同步电抗

交轴同步电抗

相量图内功率因数角：

隐极机

：（特例）

第三节同步电动机的功率关系、转矩平衡和矩角特性概述机械特性负载过重，停机（失步）：电压施加在漏阻抗上（此时无感应电势）；事故状态。研究对象：功率关系分析铁损pFe直流机：机械功率承担（静止磁场，转子旋转才引起涡流）变压器：电功率承担（脉振磁场）异步机：电功率承担（旋转磁场）同步机：电功率承担（旋转磁场）；由于同步，铁损不发生在转子上。教材图7-8能流图（有错误）。功角和矩角特性功（矩）角特性内功率因数角：

（不计pcu1

和pFe）从相量图（教材图7-7）

功角表达式：矩角表达式：附加（凸极效应、磁阻、反应）转矩转子不加励磁，转子仅有磁极（磁阻电机）：E0=0；同步机的反应转矩（图7-12（a、b）和（c、d））

教材图7-9、图7-10给出了功角特性曲线分析稳定性：教材图7-13隐极机：稳定

不稳定

凸极机：不是以90°划分。矩角特性：凸极机有附加磁阻转矩（反应转矩）；隐极机则没有。反应式同步机和磁阻式同步机利用附加转矩。特点：结构简单。隐极机为例讨论转矩

强励

异步机：

同步机优于异步机，受电网影响小（相对异步机的平方关系）。

功角物理意义是与夹角，（认为），则功角为和夹角，即和夹角。

00—90

90

90—180>180

0+max+-习题：转矩=两磁势叉乘积

第四节励磁调节概述以隐极机为例：改变，变化

相位可以通过调节直流励磁电流使电动机对电网呈电容性。

定子电流轨迹

即轨迹如教材图7-14圆弧

K：空载，同步，纯电容；D：额定附近，容性负载；

E：

同相，纯电阻；

F：

电感性负载。

变（大幅），对电网影响恶劣。

有功功率恒定时的励磁调节（图7-15

）平励：同相，，电机损耗最小，出力最大，阻性。

过励：引前，额定工作，左右，容性。

欠励：滞后，感性（不希望）

U形曲线保持P恒定，

（图7-15）同步补偿机（空载运行的同步机）相量图（图7-17）一般调为过励，空载，容性（同步调相机）第五节同步机起动简介机械特性说明：起动时转矩不确定。因为不确定。转矩可能时正、时负，电机达不到同步。

措施：辅助电机法：用异步机牵入准同步速度，再投入电网，直流励磁。异步起动：异步启动，牵入同步（转子有笼型绕组）变频起动（牵入同步）第八章控制电机（特殊电机）：自己看

第九章电动机选择着重容量选择：校核（以直流电机为例）第一节一般概念正确选择电动机的意义选择电机的内容合理选择的意义选择电机容量的主要因素决定电机额定功率的主要因素—损耗与温升

8度率

绝缘材料决定工作温度

环境温度：40度

容量选择方法计算法依据生产机械负载图

预选电机

求作电力拖动负载图

校核电机容量统计、类比法

第二节电机发热与冷却规律过程复杂：强假定电机为均匀体，各部分热容量、散热系数相同环境温度不变电机长期运行，负载恒定，总损耗∑p不变电机发热过程热平衡方程：电机产生热量=用于温升热量+散出热量时间温升增量

电机热容量C

设：电机单位时间发热Q

焦耳/开尔文电机散热系数A

电机比环境温度高1K时，单位时间内散出热量；

K焦耳/秒电机温升

K；有：其中，发热时间常数：稳定温升：电机温升曲线（图9-1）：说明：指数规律；大；

初始条件：。

散热（冷却）过程（图9-2）方式：减载冷却、停车冷却。

情况不同，不同：

变频专用电机：通风好。“大电机背小电机”

第三节电机工作制S1—S9常见三种：长期工作制（连续）S1、短时工作制S2、重复短时（断续周期）S3。连续工作制（风机、泵）特点：工作时间>4TH温升达到τs额定功率下：τs=τmax

（最高允许温升：电机绝缘材料决定）短时工作制工作时间<<4TH、停车时间

>>4TH温升曲线（教材图9-4）额定功率下：τm=τmax≠

τs标准工作时间（tR：min）：10、30、60、90讨论：同一台电机运行在不同的标准工作时间，其额定功率和过载能力有何变化？断续周期（短时重复）工作制工作时间<<4TH、停车时间（t0）<4TH、tC

=tR

+t0<10min温升曲线（教材图9-5）额定功率下：τm=τmax≠

τs标准负载持续率（暂载率）：15%、25%、40%、60%讨论：同一台电机运行在不同的标准工作时间，其额定功率和过载能力有何变化？第四节连续工作制电机容量选择

两种情况：连续恒载、连续变载一、连续恒载（起动时间太短，可不计）

1、电机选择发热通过：PN>PL

无过载校核问题温升：PL=C笼型电机起动能力较差，要校核起动能力：Tst>TL

2、环境温度非标准，电机容量的修正定义：其中：为定耗与变耗比（直流机，交流机）。二、连续变载电机容量选择，，认为。

平均损耗法等效电流法知电流负载图；；。发热通过。；，，需要用计算。

：等效转矩法等效电流法知；；。发热通过。；知；；。发热通过。；三、特殊情况处理重点掌握有起动、制动及停机过程时等效公式的修正，了解负载图中某段负载不为常数时等效值的求法、磁通变化时等效转矩法的修正、转速变化时等效功率法的修正。

直流电动机：异步电动机：

第五节短时工作制电机容量选择一、选用专用的短时工作制电机工作时间标准短时恒载，。

选电机：PN>PL。短时变载等效法，求：

（不含）选电机：PN>Peq。工作时间非标准将工作时间下的换算成下的。当：

或

二、选用连续工作制电机原则：短时工作时间内达到的温升等于连续运行稳定温升。当时，，过载成为主要因素：