交流电机拖动.ppt

1、第三部分 交流电机及拖动,第三章 异步电机（一） 第四章 异步电机（二） 第九章 三相异步电动机的机械特性及 各种运转状态 第十章 三相异步电动机的起动及 起动设备的计算 第十一章 三相异步电动机的调速,第三章 异步电机（一）,第一节 三相异步电动机的工作原理及结构 第二节 三相异步电动机的铭牌数据 第三节 三相异步电动机的定子绕组 第四节 三相异步电动机的定子磁通势和磁场 第五节 三相异步电动机的定子绕组的电动势,第三章 三相异步电动机 的基本原理 交流电机： 同步电机(凸极、隐极)发电机用； 电动机、调相机。 异步电机(鼠笼、绕线式、换向器式) 电动机、发电机。 单相异步、三相异步。 同步

2、电机的转速与电源频率有严格不变关系： 异步电机的转速略低于同步转速。,异步电机的优点：结构简单、运行可靠、 效率高、制造容易、成本低、坚固耐用。 缺点：不能经济地在较广泛范围内平滑调速； 必须从电网吸取滞后电流， 使电网功率因数降低。,第一节 交流电机的工作原理及结构,同步发电机的工作原理 三相异步电动机的工作原理 三相异步电动机的结构,一、三相同步发电机的工作原理： 定子上三相对称绕组互差120度电角度。 转子上直流励磁。,A,C,B,S,N,原动机拖动发电机沿反时针方向恒速旋转， 定子导体中会感应出交变电势。 1、磁极磁场的气隙磁密沿圆周按正弦分布， 则导体电势随时间按正弦变化：,2、三相

3、定子绕组在空间互差120度电角度， 磁力线将先切割A相B相C相， 因此三相电势大小相等，相位互差120度。 设Em为电势最大值，A相初相角为0，则：,3、电势的频率： 当P1，转子转一周，电势交变一次； 当P对极，转子转一周，电势交变P次； 若每分钟转速为n，则电势频率为f=Pn/60赫。 当f=50赫， 气轮机： n=3000转/分P1； n=1500转/分P2； 水轮机： n=100转/分P30。 同步电机的转速与电网频率有严格不变关系。 即当电网频率一定时，电机转速就一定。,二、三相异步电动机的基本工作原理： 定子与同步机的一样，转子不同， 以鼠笼式转子为例：转子槽内有导条， 导条两端用

4、短路环连接，形成闭合绕组。,C,A,B,当定子绕组加上对称三相交流电压后， 定子绕组内有对称三相电流， 它们联合产生一个定子旋转磁场， 以同步速沿反时针方向旋转， 转子导条将感应电势，从而有电流， 则转子导条将受到电磁力f，从而产生电磁转矩， 使转子转动起来，其转向与旋转磁场的方向相同； 此时，若转子轴上有负载，电动机将拖动负载旋转， 输出机械功率。 异步电机的n小于同步转速。若二者相等， 异步机就不能旋转。,(一)、旋转磁场的产生： 旋转磁场是一种极性、大小不变、且以一定 转速旋转的磁场。在对称三相绕组中流过对称 三相交流电流时会产生一种旋转磁场。 定子三相电流瞬时表达式：,当选择0度，12

5、0度，240度，360度四个旋转瞬时分析， 规定电流为正时：从首端ABC流出 ； 电流为负时，从首端ABC流入 。,A,B,C,A,B,C,A,B,C,A,B,C,(1),(2),(3),(4),0度,120度,240度,360度,紫色为流入 红色为流出,观察四种情况可知： 对称三相交流电流通入对称三相绕组后， 建立的合成磁场，并不是静止不动的， 也不是方向交变的，其转向是 从ABC，与电流的相序相一致。,要改变交流电机定子旋转磁场的方向， 只要改变电流的相序就可以了。,磁场转速的确定： 从前可知：当三相交流电流随时间变化一周期T， 磁场转过一周，因此，电流每秒钟变化 次， 旋转磁场每秒钟转过

6、 转；可见， 当磁场为一对极时，转速为： 当P2时，电流变化一次，磁场转过1/2转； 则极对数为P的旋转磁场的转速为： 称为同步转速。,(二)、工作原理： 定子三相对称绕组，转子鼠笼条均匀分布， 两端端环连接成一体。 定子三相对称绕组通以三相对称交流电流， 气隙中产生一个以同步转速旋转的旋转磁场 转子导条感应电势转子导条中有电流流过 载有感生电流的转子导条在磁场中受电磁力作用， 方向由左手定则判定电磁力形成一个定方向 的电磁转矩，使转子旋转起来。 转速为 n ，小于同步转速。 转子上受到的电磁转矩将克服负载转矩而做功， 以实现能量的转换。,(三)、异步电机的转速与运行状态： 同步转速与转子转速

7、n之差成为转差。转差率,异步电机有三种运行状态： 1、电动状态： 2、发电状态： 用原动机拖动异步机，使转速大于同步转速， 磁场切割导体方向反，感应电势和电流的方向反， 此时的转矩是一种制动性质的转矩， 原动机向异步机输入机械功率， 电机由定子向电网输送电功率。,3、制动状态： 用原动机拖动异步机转子逆着旋转磁场的方向旋转， 此时转子导条中的感应电势和电流与电动机时一样， 电磁转矩方向与旋转磁场方向一致， 但与外转矩方向相反。 此时电磁转矩是制动性质的转矩。,三、三相异步电机的结构： 定子，转子，气隙。 (一)定子：定子铁芯，定子绕组，机座。 1、定子铁芯：主磁路的一部分。 由0.5mm厚的硅

8、钢片迭压而成。 2、定子绕组：定子部分的电路。 由许多线圈按一定规律连接而成。 3、机座：固定和支撑定子铁芯。,(二)转子：转子铁芯，转子绕组。 1、转子铁芯：主磁路的一部分。 由0.5mm厚的硅钢片迭压而成。 转子绕组：鼠笼式和绕线式。 1)鼠笼式：各相均由单根导条组成，有几根导条就有 几相。一般采用注铝转子，铜条转子。（小容量）； 2)绕线式：是对称三相绕组，接成星形，并接到转轴上 三个集电环上，再通过电刷与外电路接通。 特点：在集电环和电刷中接入附加电阻或控制装置， 以便改善电动机的起动性能或调速特性。,(三)、气隙： 中小型电机一般为0.22mm， 它与电机性能关系极大。 1)、气隙大

9、磁阻大产生同样大小磁场需要 较大的励磁电流使电机的功率因数减小。 2)、气隙大可减小气隙磁场中的谐波分量， 从而减少附加损耗，改善起动性能。 3)、气隙小装配困难和运转不安全。 应综合考虑。,第二节 三相异步电动机的铭牌数据,额定功率：轴上输出的机械功率。千瓦。 额定电压：定子绕组的线电压，伏。 额定电流：电机在额定电压和功率下， 定子绕组中的线电流，安。 额定频率：50赫。 额定转速：电机在额定电压、 频率和功率下的转速，转/分。 还有绕组的相数与接法， 绝缘等级及允许温升等； 对绕线式转子，还标明转子的额定电势及额定电流。,第三节 三相异步电动机的定子绕组,交流绕组的一些基本知识和基本量

10、三相单层绕组 三相双层绕组 波绕组,第三节 三相异步电动机的定子绕组 异步电机对定子绕组的要求： 必须保证当通以三相交流电流后，其建立的 旋转磁场具有一定的极数，一定的大小； 且波形接近于正弦波； 旋转磁场在绕组中感应的电势是对称的。,定子绕组分类： 按相数：单相，二相，三相； 按槽内层数：单层，双层，单双层混合； 按绕组端接部分的形状：单层有同心式，交叉式和 链式；双层有迭绕组，波绕组。,一、交流绕组的一些基本知识和基本量： (一)、电角度和机械角度：电角度P机械角度。 (二)、线圈：组成交流绕组的单元是线圈， 它由一匝或多匝串联而成，有两个引出线， 一个称为首端，一个称为末端。 (三)、节

11、距：一个线圈的两个边所跨定子圆周上的距离 称为节距Y1。一般用槽数表示。 极距 。,(四)、槽距角：（电角度） 相邻槽之间的电角度：,(五)、每极每相槽数q： 每极下每相所占的槽数：,(六)、槽电势星形图： 假设气隙磁密在圆周上按正弦规律分布， 转子反时针方向旋转定子各槽内导体的 感应电势也将随时间按正弦规律变化。 当把电枢上各槽内导体按正弦规律变化的 电势分别用矢量表示时，这些矢量构成一个 辐射星形图。各槽内导体感应电势在时间相位 上互差电角度。,例如：2P4，Z24的槽电势星形图为：,一般说，当P和Z有最大公约数t时， 则有t个重合的槽电势星形图。,1,13,2,14,3,15,4,16,

12、17,5,18,6,19,7,20,8,21,9,22,10,11,23,12,24,A,B,C,(七)、相带划分： 每个极距内属于每相的槽数所占有的区域称为相带， 用电角度表示，q相带。,二、三相单层绕组： 每一槽内只有一个线圈边，绕组的线圈数 等于总槽数的一半。 以Z12，2P2为例： 1、极距： 2、每极每相槽数：q=2槽；,3、槽电势星形图：,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,A,X,B,Y,C,Z,4、划分相带：q60度； 5、组成线圈组：,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12,B,Y,C,Z,A,X,N,S,三、三相双层绕组： 有迭绕组和波绕组。

13、 以2P4，Z36，双层迭绕组为例： 1、极距为9槽； 2、节距：短距Y18槽； 3、每极每相槽数：q3槽，20度；,4、槽电势星形图：,1,2,3,19,20,21,1,2,3; 10,11,12 19,20,21;28,29,30,7,8,9; 16,17,18 25,26,27; 34,35,36,13,14,15; 4,5,6 31,32,33; 22,23,24,A,X,B,Y,C,Z,10,11,12,28,29,30,5、绕组连接图(A相)：,A,X,N,S,N,S,四、波绕组： 波绕组的相带划分和槽号分配与迭绕组完全相同。 连接规律与直流电机的波绕组相似， 即将同一极性下属于同

14、一相的线圈按照一定次序 串联起来，组成一组；再将另一极性下属于同一相 的线圈按照一定次序串联起来，组成另一组， 最后将这两组线圈按需要串联或并联，构成一相绕组。,第四节 三相异步电动机的 定子磁势及磁场,单相绕组的磁势脉振磁势 三相绕组的磁势旋转磁势 三相异步电动机的定子磁场,第四节 三相异步电动机的 定子磁势及磁场 旋转磁场的大小、波形及一些属性如何？,三相绕组的磁势和磁场,单相绕组的磁势和磁场,一个线圈一线圈组(q个线圈)一相绕组,一、单相绕组的磁势：脉振磁势 (一)、单个线圈的磁势： 1、性质：线圈匝数为 ， 通以电流 ， 以两极电机为例： 在直流机中，线圈产生的磁势在空间分布波形 是矩

15、形波，周期为两个极距，幅值等于磁力线 所包围的全电流的一半。,在异步电机中，线圈产生的磁势在空间分布 也是一个矩形波，周期为2T，幅值为 若为整距线圈，幅值为 。,用方程表示为 由于电流为交流电，因而矩形波幅值随电流变化而变化， 是时间的函数，即：,整距线圈,矩形波的高度随时间按正弦规律变化， 变化的频率与电流交变的频率相同。,结论：单个线圈所产生的磁势在任何瞬时， 其空间分布总是一个矩形波。而空间任意一点的大小 是随电流而变化的，即矩形波的高度是时间的函数。 这种在空间位置不动，波幅的大小和正负 随时间而变化的磁势称为脉振磁势。 当磁场极对数为P时，分布波的周期增加为P倍。,2、磁势的分解：

16、引入短距系数。 几个空间位置不同，幅值变化的矩形波的 叠加很不方便，将矩形波分解成基波和一系列谐波， 然后分别对各次谐波进行分析，综合考虑后可得到 一相绕组的总磁势的大小和性质。 利用付氏级数，取x为横坐标，坐标原点在线圈的 中心线上，单个线圈的磁势分解为：,这里引入了短距系数 。 当考虑到电流按正弦规律变化时，单个线圈所产生的 脉振磁势表达式为：,结论：交流电流通过单个线圈产生的矩形波磁势 包括极对数为1、2、3、等一系列谐波。 整距线圈只有1、3、5奇数次谐波。谐波的幅值与 电流和谐波的短距系数成正比，与谐波的次数成反比， 正负取决于短距系数的正负。,(二)、线圈组的磁势：引入分布系数 。

17、 构成线圈组的每个线圈的磁势的谐波含量和 大小是完全相同的。只是在空间上错开一个角度。 因而个谐波磁势在空间上的位置存在相位差， 对基波是一个槽距角，v次谐波是v倍槽距角。 用空间矢量表示，将所有矢量相加就可得 v次谐波的幅值。,磁势性质： 线圈组磁势也包含所有极对数为整数的谐波， 幅值随时间而脉振。仍是脉振磁势。,(三)、相绕组磁势： 将构成相绕组的各线圈组的v次谐波磁势按其 空间位移和电流方向用矢量法相加，即得到相绕组的 v次谐波磁势。 1、基波磁势： 无论单层或双层绕组，构成相绕组的所有线圈组的 基波磁势在空间上同相位，直接相加得到相绕组 基波磁势幅值：,N为每相绕组串联总匝数。,2、谐

18、波磁势幅值： 只有3、5、7、等奇数次谐波存在， 这样，合成单相绕组的磁势为： 为基波槽距角。,(四)、单相绕组磁势的性质： 1、是脉振磁势。该磁势沿气隙圆周按梯形波分布， 可分解为一系列谐波，每一谐波均是空间位置不变， 波幅按同一频率交变的脉振波。,2、正常接法的绕组，相绕组磁势的基波幅值必在 相绕组的轴线(构成相绕组的线圈组的中心线)上， 而各高次谐波则必有一个波幅落在相绕组轴线上。,3、基波磁势幅值为： v次谐波幅值为： 可见，谐波次数越高，谐波磁势幅值越小。 分布和短距均能削弱谐波。,二、三相绕组的磁势旋转磁势： 在分析了单相绕组磁势的基础上，把A、B、C 三个单相绕组所产生的磁势波逐

19、点相加， 就可得到三相绕组的合成磁势。这种方法麻烦。 分各次谐波逐一分析：,1、基波：当对称三相绕组通以对称三相交流电流时， A、B、C三相绕组各自产生的脉振磁势基波表达式为：,利用三角公式可写成,三相合成磁势为：,令,则：,通过0，120度，240度几个时刻的波幅点， 可分析出旋转磁势波幅旋转的角速度和转速。 从上边的分析知：当某相电流达最大值， 旋转磁势的幅值就转到该相绕组的轴线处。 即基波合成磁势的旋转方向就是电流相序方向。,三相旋转磁势基波的性质： 1、旋转磁势，转速为同步转速， 转向与电流相序相同。 2、幅值F1不变，为各相脉振磁势幅值的1.5倍， 旋转磁场为圆形旋转磁场。 3、某相

20、电流达最大值时，三相基波合成磁势幅值 恰好在这一相绕组的轴线上。,2、谐波磁势： 次数为5、11、17、23等的合成磁势为转向 与基波相反的旋转磁势； 次数为7、13、19、25等的合成磁势为转向 与基波相同的旋转磁势； 次数为3、9、15、21等的合成磁势为零； 谐波波长为基波的1/v，转速为基波的1/v， 极对数为vP。 谐波在电机中引起附加损耗，振动和噪音等。,三、三相异步电动机的定子磁场：,三相对称交流电源,定子电流,气隙主磁场,基波磁场,端部漏磁场,槽内漏磁场,漏磁场,谐波磁场,？,气隙基波磁场和谐波磁场均在定子、 转子绕组内感应电势。 由于谐波磁场的极对数和转速与基波磁场的不同，

21、其在转子绕组内感应电势的频率与主磁通 所感应的电势的频率就不同；因而它与转子电流 作用产生无效的转矩。 但谐波磁场在定子绕组内感应电势的频率为 它影响定子电流，所以归为漏磁场。,第五节 三相异步电动机 定子绕组的电势,导体电势线圈电势线圈组电势相电势,第五节 三相异步电动机 定子绕组的电势 气隙磁场按正弦规律分布时，同步速旋转的 磁场在定子绕组中感应电势。 导体电势线圈电势线圈组电势相电势。,一、先考虑基波： 1、导体电势Ec1： 在正弦分布磁场下，导体电势为一正弦波。 电势用有效值表示。,2、线圈电势Ey1：,4、相电势E： 将一相所串联的线圈组电势相加得一相电势。,3、线圈组电势Eq1：,

22、二、谐波电势： 计算方法与基波类似。V次谐波磁场的极对数为 基波的v倍，极距为基波的1/v倍。定子绕组感应电势 的频率为基波频率的v倍。谐波电势有效值为：,三、总的相电势有效值为：,气隙磁场在转子绕组内也感应电势， 分为主磁通感应电势 和 漏磁通感应电势 ， 其计算的方法与定子内感应电势的计算相同。,第四章 异步电机（二）,第一节 三相异步电动机运行时的电磁过程 第二节 三相异步电动机的等效电路和相量 图 第三节 三相异步电动机的功率和转矩 第四节 三相异步电动机的工作特性及测取方法 第五节 三相异步电动机参数的测定,第四章 三相异步电动机的运行原理,分析电机负载时的电磁过程，总结出基本方程式

23、， 等值电路和相量图。分析工作特性和测取方法。,第一节 三相异步电动机运行时 的电磁过程,负载时的物理情况 基本方程式,一、负载时的物理情况： 1、空载时的电磁关系：,2、负载时转子磁势 ： (与 的关系，对主磁场的影响如何？) 以同步速旋转的旋转磁势。,1)绕线式转子绕组是三相的，电流则为三相的， 磁势就为旋转的； 笼型转子是多相的，电流也是多相的， 合成磁势可用矩形磁势波叠加的方法分析出， 磁势为旋转的，且近似按正弦规律分布。,2) 的旋转方向与 的相同。是电流相序的方向。,3)转速：转子转速为 ,磁场为 ， 磁场以 切割转子绕组，若极对数为 ， 则转子中感应电势频率为： 这样，转子磁势

24、相对于转子本身转速为 可知， 相对于定子的转速为 。 与定子磁势 的转速相同。,3、负载时磁势平衡关系： 与 同为旋转磁势，且转向和转速都相同， 相对静止，可以将其合成。合成磁势 在气隙中 产生旋转磁场。,而空载时，也有一合成旋转磁势 。 与 的关系如何？,异步机正常运行时，电源电压不变，因此，与变压器 一样，从空载到负载过程中，认为定子绕组内的感应 电势变化很小，认为空载和负载时的主磁通不变。 即有： 。,因此，负载时 可分解为两部分：,一部分用以抵消转子磁势 ， 一部分用以产生主磁通 。 它们之间的相互关系？它们与电流的关系如何？,定子、转子磁势是以同步速旋转的矢量， 定子、转子电流是以同

25、步速旋转的相量； 旋转磁势与对应相电流有关系： 当某一相的电流达最大值时，三相基波合成磁势 的幅值正好在这一相绕组的轴线上。 利用相矢图(将相量图与矢量图合并在一起)： 有：,与 同相。,与 同相。,4、电磁关系：,有效值方程,相量方程,二、基本方程式： 1、磁势平衡方程式：,相电流与磁势关系为：,磁势矢量方向与电流相量的方向一致，则有：,磁势平衡方程式,2、电势平衡方程式,于是异步电动机负载时基本方程式可改写为：,第二节 三相异步电动机的 等值电路和相量图,频率归算 绕组归算 T型等值电路、向量图,一、频率归算： 保持整个系统的电磁性能不变，把一种频率的 参数及有关物理量折算成另一种频率的参

26、数 及物理量。即用一个具有定子频率而 等值于转子的电路去代替实际的转子电路。 这必须保证：,1、转子磁势F2不变(同转速，同幅值，同空间相位角)。 2、等值的转子电路的电磁性能(有功功率， 无功功率，铜耗等)必须与实际转子一样。,分析： ，表明用静止的转子代替实际的转子。 1、对 ：转速不受影响； 幅值和空间相位角：只要用 代替 就能 保证幅值和空间相位角不变。,静止转子 电路中电流,实际转子 电流,实际转子 电流相位角,静止转子电流相位角,2、电磁性能：用 代替 后， 相当于在转子电路中串入了一个附加电阻 它会产生损耗，而实际转子电路并不存在这部分损耗， 据能量守恒，这部分功率表示转子获得的

27、 总的机械功率。,二、绕组归算： 定转子间，E1不等于E2，无等电位点， 用一个相数、每相串联总匝数及绕组系数均 与定子一样的绕组电路代替经频率归算后的 静止转子电路，且保证归算前后 转子对定子的电磁效应不变，即转子磁势，转子 总视在功率，转子铜耗及转子漏磁场储能均不变。,1、转子磁势不变：,3、转子铜耗和漏磁场储能不变：,2、转子总视在功率不变：,可得基本方程式为：,三、T型等值电路、相量图为：,用T型等值电路分析异步机几种典型运行情况： 空载运行；额定负载运行；起动运行； 发电运行；电磁制动运行。 异步电动机的相量图： 异步电动机的功率因数永远滞后。 定子电流滞后电源电压。,第三节 三相异

28、步电动机的 功率和转矩,功率转换过程 功率方程式 转矩方程式,转矩机械角速度功率 一、功率转换过程： 定子端输入电功率P1，其中小部分消耗于 定子铜耗，铁耗，余下为通过气隙旋转磁场 利用电磁感应作用传递到转子的电磁功率； 这其中小部分消耗于转子铜耗，铁耗，余下 为转子总的机械功率，再补偿掉机械损耗和 附加损耗后，余下为转子轴上输出净机械功率。 这一过程可用功率图形象表示。,电功率,电磁 功率,机械功率,总机械 功率,二、功率方程式： 在T型等值电路图中利用电流通过各种电阻时 的损耗表示：,转差功率,三、转矩方程式：,电磁转矩概念的理解： 转子本身产生机械功率； 旋转磁场对转子做功两方面理解。,

29、电磁转矩,负载制动转矩,空载制动转矩,四、电磁转矩公式： 可象直流机那样，利用电磁力定律用积分求， 这里据等值电路和相量图来推导：,第四节 三相异步电动机的 工作特性及其测取,工作特性的分析 工作特性的测取,第四节 三相异步电动机的 工作特性及其测取 异步机的工作特性是指在额定电压， 额定频率条件下，电动机的转速n、 定子电流I1、功率因数、电磁转矩M、 效率等与输出功率P2的关系。即：,一、工作特性的分析： 1、转速特性：空载时，转子转速接近于同步转速。 随着负载的增大，转速降低。是一条稍微向下 倾斜的曲线。,0,2、电流特性： 随负载的增大而增大，空载时，有一空载励磁电流Im。 3、功率因

30、数特性： 异步机的总阻抗是电感性的，其功率因数总是滞后的。 4、电磁转矩特性： 近似为一条斜率为1/的直线。 5、效率特性： 可变损耗，不可变损耗；二者相等时，效率达最大值。,二、工作特性的测取： 直接负载法或等值电路计算。,0,第五节 三相异步电动机参数测定,空载试验与励磁参数 短路试验和短路参数,异步电动机有两种参数： 表示空载状态的励磁参数 均是非线性的，与饱和有关。 对短路电流的漏阻抗， 线性的，与饱和无关。,一、空载试验与励磁参数的确定： 1、空载试验： 在额定电压和额定频率下，电机轴上不带负载。 减小定子端电压，测取空载电流，空载输入功率 随端电压变化的曲线，即空载特性。 2、参数

31、测定：用额定电压下的数据计算。,从空载输入功率中分离出铁耗：,0,0,二、短路试验和短路参数的测定： 在电动机堵转情况下进行，短路电流不能过大， 在降压下进行。记录电压，电流，功率， 并测取定子电阻。,一般大中型 异步电动机,一般计算工作特性，用额定电流时参数； 计算最大转矩时，用23倍额定电流时的参数； 起动计算时，采用外施额定电压时的 短路电流的参数。,0,第九章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态,第一节 三相异步电动机机械特性的三种表达式 第二节 三相异步电动机的固有机械特性和人为机械特性 第三节 三相异步电动机的各种运转状态 第四节 根据异步电动机的技术数据计算异步电动机的参数

32、第五节 绕线转子异步电动机调速及制动电阻的计算,第一节 三相异步电动机的 机械特性的三种表达式,物理表达式 参数表达式 实用表达式,机械特性指转速n与转矩M之间的关系。 有物理表达式，参数表达式，实用表达式。 一、物理表达式：,将 曲线与 曲线相乘， 再乘以转矩常数等就可得到 曲线。,0,二、参数表达式： 为反映电机参数与电磁转矩的关系，从电机的等值 电路图及电磁转矩的公式推导参数表达式：,这样可绘制机械特性曲线，曲线形式与 物理表达式绘制的一样。是s的二次曲线。,0,1,0,将上述转矩公式对转差率s求导数， 可得到临界转差率和最大转矩公式。,分析：1、各参数及电源频率不变时， 临界转差与定子

33、相电压无关；而 。,2、 及 不变时，临界转差和最大电磁转矩 反比于 。,3、最大电磁转矩与转子电阻无关，临界转差与 转子电阻成正比。 当转子回路串入电阻使临界转差等于1时， 可求出转子外串的电阻值；,过载倍数： 电机短时过载的极限。,4、起动转矩：当S1时的电磁转矩： 起动转矩倍数： 时，电机才能起动。,三、实用表达式： 一般电机产品目录中，有些参数没有， 用参数表达式不方便，因此将M的参数表达式 除以Mm参数表达式，并代入Sm值，有,这种实用表达式中只有两个未知数，可绘制机械特性。,(当忽略定子电阻时。),总之：物理表达式用于定性分析转矩与磁通， 转子电流间的关系； 参数表达式用于分析电机

34、参数变化 对电机运行性能的影响。 实用表达式用于工程计算。,第二节 三相异步电动机的 固有特性与人为特性,固有特性 人为特性,一、固有特性： 在额定电压和额定频率下，规定的接线方法， 定转子不串电阻时的机械特性 。 1、起动点： 2、额定工作点： 3、同步转速点： 4、最大转矩点： 5、回馈制动最大转矩点：,0,二、人为特性： 由参数表达式知，M与一定转速下的定子电压 ， 电源频率 ，极对数P，电机定转子参数有关。 人为地改变某些参数可以获得人为特性：,1、降低电源电压 ： 最大转矩和起动转矩与电源电压 的平方成正比； 临界转差 和理想空载转速 不变化。 注意：若电源电压因为某种原因降低，负载

35、为额定， 电动机将不能长期运行。,2、转子内串电阻(对称电阻)：绕线式转子用。 理想空载转速和最大转矩不变；起动转矩增大， 直到等于最大转矩后又减小；临界转差随电阻增大 而增大。,3、定子串对称电抗：理想空载转速不变， 最大转矩、起动转矩、临界转差随电抗的 增大而减小。,4、定子串对称电阻：理想空载转速不变， 最大转矩、起动转矩、临界转差随电阻的 增大而减小。曲线与串电抗的相似。,5、转子接入并联阻抗：改善起动性能， 限制起动电流，保证电机平滑加速。起动时， 由电阻决定电流和转矩，起动结束后，电阻被短接。,固有,人为,第三节 三相异步电动机的 各种运转状态,回馈制动 反接制动 能耗制动,电动和

36、制动运转状态。 一、电动运转状态： 机械特性在一、三象限，转矩与转速同向。,二、制动运转状态： 转矩与转速反向。机械和电磁制动两种。 要求：足够大的制动转矩，且制动电流不宜过大。 制动的平滑性好、可靠性高、经济性好、时间短。,(一)、回馈制动： 位能性负载使转速大于理想空载转速，转子感应电势 反向，转子电流有功分量也改变方向，无功分量方向 不变，所以转矩也就改变了方向。 制动运行时，轴上输入机械功率，特性在第二象限。,特点： 1、属于稳定制动； 2、制动时转子回路不串电阻， 以免转速过高(因串电阻越大，稳定转速越高)； 3、当电机由少极对数换成多极对数时也有可能发生 回馈制动； 4、定子接在电

37、网上，从电网吸取无功功率以建立磁场； 5、若为异步发电机，定子三相应接上 成星形或三角形的三组电容器，以供给无功功率。,(二)、反接制动： 1、转速反向(正接反转)： 电动机起动时带重负载，负载作用使电机在反起动转矩 方向上加速，特性在第四象限。,分析： 属于稳定制动。转子回路可串电阻。 轴上输入机械功率，定子吸收电功率传给转子， 这两部分功率均消耗于转子回路总电阻中。,正接反转,2、定子两相反接：(反接正转) 电机本来运行在电动状态，突将定子两相反接， 定子电流相序改变，磁场旋转方向改变， 从而得到理想空载转速与原转速方向相反的 机械特性，工作点也改变，电动机的转矩为负， 电机在负载转矩与反

38、向电磁转矩的共同作用下 很快停车。特性为第二象限的BC段。,反接正转,(三)、能耗制动： 电机在电动状态下运行，突将三相交流电断开， 同时在定子两相间通入直流电流， 在定子内形成固定磁场，转子由于惯性仍旋转， 切割磁场感应电势和电流， 据左手定则，可确定转矩的方向与转速的方向相反， 特性在第二象限。,能耗制动,运转状态小结,第四节 根据异步电动机的技术数据计算异步电动机的参数,额定功率，额定电压，额定电流，额定转速，额定效率，额定功率因数，过载倍数，飞轮矩，额定频率，极对数，定子绕组接线方式等。 若是绕线式转子，还有转子额定电压，额定电流。 若是笼型转子，还有起动转矩倍数，起动电流倍数。,第五

39、节 绕线转子异步电动机调速及制动电阻的计算,调速及制动电阻计算的目的是为了确定一个合适的电阻，当绕线转子异步电动机调速及制动时串入转子回路，以保证电机运行时能得到希望的调速及制动特性。 计算方法根据已知条件，利用机械特性(一般采用使用表达式)，要注意个参量的正负号与运转状态的关系。,第十章 三相异步电动机的起动机起动设备的计算,第一节 三相异步电动机的起动方法 第二节 改善起动性能的三相异步电动机 第三节 三相笼型异步电动机定子对称起动电阻 的计算 第四节 三相笼型电动机起动自藕变压器的计算 第五节 三相绕线转子异步电动机转子对称起动电阻的计算 第六节 三相异步电动机的起动过程,第一节 三相异

40、步电动机的起动方法,当三相异步电动机直接起动时，起动瞬间， 转子转速为0，转子与旋转磁场间的相对转速为最大， 转子上感应电势和电流为最大，据磁势平衡关系， 定子绕组中电流很大，可达定子额定电流的 47倍。,过大定子电流危害：电机绕组过热；产生较大线路压降， 使电网电压波动较大，影响电网上的其它用户。 经常起动时网压降10%；偶尔起动网压降15%。,一、笼型转子异步电动机的起动方法： 1、直接起动： 小容量电机可用，额定功率小于7.5KW。 对额定功率大于7.5KW的电机，满足以下条件时， 也可直接起动。,2、降压起动： 1)定子串电阻或电抗降压起动； 起动电流在电阻或电抗上产生压降， 使电动机

41、定子绕组上的电压降低， 从而限制起动电流。,特点：起动平稳，运行可靠，构造简单。 若用电阻降压起动，还能提高起动阶段的功率因数。 起动过程能量损耗大。 但一般只用在轻载起动场合。 电抗降压用于高电压电动机；电阻降压用于低压电动机。,2)自耦补偿起动； 利用自耦变压器降低加到电动机定子绕组的电压， 从而限制起动电流。,特点：自耦变压器的二次绕组一般有不同的抽头， 能满足不同负载起动要求。 适用于容量较大的低压电动机起动。应用广泛。 但体积大，重量大，价格高，需维护检修。,3)星三角起动； 适用于正常运行时定子绕组是三角形连接的电动机。 起动时将定子绕组接成星形，当转速接近于稳定时 再改接成三角形

42、。,特点： 星形起动时线路中电流只有三角形连接，直接起动 时线路电流(线电流)的1/3 ，起动转矩也相应降低。 适合于空载或轻载起动。 起动电压只能降到 。,4)延边三角形起动。 利用电动机的九个出线头的一种联接法， 达到降压起动的目的。,380伏,380伏,特点： 采用不同的抽头，可得到不同的相电压。 可适合于重载起动。 体积小，重量轻，允许经常起动， 但电机内部接线较复杂。,二、绕线式转子异步电动机起动方法： 1、转子串电阻： 既可限制起动电流，又能增大起动转矩， 减少起动时间。 有较好的起动性能，适合于功率较大的重载起动。,2、转子串频敏变阻器起动： 频敏变阻器的特点是其电阻随转速上升而

43、自动减小。 使电动机能平稳起动。,特点： 结构简单，价格便宜，制造容易，运行可靠， 维护方便，能自动操作等。 能克服串电阻起动中，当功率较大，而起动电流 较大时，转矩变化较大引起机械冲击的缺点。,第二节 改善起动性能的 三相异步电动机,一、深槽转子异步电动机：,槽深与槽宽之比为1012；设沿槽高方向转子导条 由许多根小的股线并联组成； 槽漏磁的分布：底部多，顶部稀少， 这样，槽底比槽口股线的漏电抗大。 起动时，频率高，漏电抗较大，占漏阻抗的主要部分， 导条电流密度分布将自上而下逐步减小， 电流大部分集中在导条的上部，形成集肤效应， 也称挤流效应。,这使得槽底部分作用小，相当于减小了导体的 有效

44、高度和截面，使转子电阻增大， 这就限制了起动电流，增大了起动转矩。 当起动完毕，频率很低，集肤效应消失， 导条内电流均匀分布，导条电阻变为较小的直流电阻。 转子频率越高，槽高越大，集肤效应越强。,电流密度,二、双笼型转子的异步电动机： 转子上两套导条，上笼和下笼。 与下笼相链的漏磁通大，其截面积大，电阻小。 上笼称为起动笼，电阻大。起动时， 电流主要从上笼流过。集肤效应。 这两种改善起动性能的异步电动机 与普通异步电动机比，因转子漏抗较大， 其额定功率因数和最大转矩稍低， 且用铜较多，制造工艺复杂，价格高， 常用于对起动转矩要求高的生产机械中。,例1、一台他励直流电动机数据： 1)电机拖动位能

45、负载，在固有特性上作回馈制动下放， 当 时，求电动机反向下放速度？ 2)、电动机带动位能负载，作反接制动下放， 当 时， ，求 串接在电枢回路的电阻值、电网输入功率、 电极轴上输入功率、电枢回路电阻消耗功率？,3)电动机带位能负载从 作能耗制动， 若将其最大制动电流限制在100安，计算在 电枢回路应串的电阻值？,例2：一直流调速系统采用降低电源电压调速， 电动机额定转速为900转/分，高速机械特性的 理想空载转速为1000转/分；若额定负载下 低速机械特性的转速为100转/分， 相应的理想空载转速为200转/分。 1)求电动机在额定负载运行时的调速范围和静差率？ 2)若生产机械要求低速时的静差

46、率为小于20，则 在额定负载下能达到的调速范围？ 与原来的调速范围相比是增大了？还是减小了？ 为什么？,例3、一台他励直流电动机数据： 电机在额定负载下进行如下调速： 1)、在电枢回路串1.65欧的电阻，求稳定时电机的转速？ 2)、电源电压下降为110伏，电枢无外串电阻， 求稳定时电机转速？ 3)、若将磁通减弱10，电枢回路无外串电阻， 求稳定时电机转速？,例4：一台极数为8的三相异步电动机数据为： 求：1)、产生最大电磁转矩时的临界转差率？ 2)、当转差率为0.02时，电机的电磁转矩？ (用使用表达式求),第十一章 三相异步电动机的调速,第一节 变极调速 第二节 变频调速 第三节 能耗转差调

47、速,第十一章 三相异步电动机的调速 几种调速方法的基本原理，方法与特点。 异步电动机的转速表达式： 可见，要改变n, 可改变极对数p， 供电电源频率f1， 转差率s。,第一节 变极调速 改变定子极对数，可改变同步转速， 从而调节转速。 一、调速原理： 对笼型异步电动机，改变定子绕组连接法， 以改变定子的极对数，而其转子极对数能自动地 跟随定子极对数改变，从而实现调速的目的； 而对绕线式的异步电动机，改变定子绕组的同时 必须改变转子绕组。,从图可知，改变连接法，可使极对数成倍地变化， 同步转速也成倍地变化，这种调速为有级调速。,二、变极调速的方法： 1、由一个星形连接改变成两个并联的星形连接：,

48、U,V,W,U,W,V,2、由一个三角形连接改变成并联的两个星形连接。 绕组连接改变后，应将V、W两相的出线端交换， 以保证调速前后电机的转向不变。,U,V,W,U,W,V,三、变极调速的特点： 容许输出功率或转矩在变化前后的关系。 电动机输出功率： ， 假定在不同极对数下，效率和功率因数保持不变，则有： ，若忽略定子损耗，电磁功率 与 (输入)相等，转矩,1、定子绕组由一个星形连接改变成 两个并联的星形连接时： 近似为恒转矩调速。极对数减小一倍， n0增加一倍，为使调速时的电动机得到充分利用， 在调速前、后，绕组电流均为额定电流， 调速前后的转矩之比为：,2、定子绕组由一个三角形连接改变成

49、并联的两个星形连接时： 极对数减小一倍，n0增加一倍， 调速前后功率之比为： 近似为恒功率调速。 变极调速电动机一般称为多速异步电动机。 改变定子极对数，也可在定子上装两套独立绕组， 各自对应不同的极对数。,第二节 变频调速 改变供电电源频率，可得到很大的调速范围， 有很好的平滑性和足够硬的机械特性。 变频调速时，为了使励磁电流和功率因数 基本保持不变，希望磁通也保持不变。 当N时，励磁电流增加，功率因数降低。 当N时，电动机的容许输出转矩下降， 其功率不能充分利用而造成浪费。,由定子电路的电动势方程可见，忽略定子漏阻抗时， 有： ， 可见，为使f变化时，磁通不变， 则必须使 为定值。 一、恒转矩调速方式： 电机最大转矩： 其中： ， 且当f1较高时， ，而略去r1，,上式可变为： ， 再引入过载倍数， 有： 若频率变为f1，定子相电压、额定转矩等相应地加“”， 则频率变