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异步电机道理讲授

2020-03-17 13:20

  第五章 5.1 异步电机概述 异步电机 5.2 异步电动机的要紧机合与影响道理 5.3 三相异步电动机的磁动势和磁场 5.4 异步电动机的电压方程和等效电途 5.5 异步电动机的功率均衡与转矩均衡 异步电动机的任务特点与呆板特点 异步电动机的参数测定 异步电动机的起动、调速 5.6 5.7 5.8 5.1 异步电机概述 异步电机(也叫感想电机)是一种换取挽回电机。异步电 机运转时,正在气隙中的挽回磁场与转子绕组之间存正在相对运 动 依托电磁感想影响使转子绕组中的感想电流 发生感想电 动,依托电磁感想影响使转子绕组中的感想电流,发生感想电 磁转矩,从而杀青机电能量的转换。因为转子的转速与挽回磁 场的转速之间老是存正在差别 以是称为异步电机 场的转速之间老是存正在差别,以是称为异步电机。 一. 特色 异步电机的转速除与电网频率相合外,还随负载而变。 二. 优谬误 1. 所长:机合简便、创制容易、运转牢靠、效果较高、价 格低廉 坚硬耐用等 格低廉、坚硬耐用等。 2. 谬误: (1)异步电机运转时 务必从电搜求致滞后性无功功率 使 (1)异步电机运转时,务必从电搜求致滞后性无功功率,使 电网功率因数下降,增进了输电线)起动和调速职能较差。 (3)用处: 要紧作电动机行使 如 机床 水泵 家用电器 轧钢设 要紧作电动机行使,如:机床、水泵、家用电器、轧钢设 备等。正在电网的总负荷中,异步电动机用电量约占60%以上。 5.2 异步电动机的要紧机合与影响道理 一. 异步电机的要紧机合 1. 定子: 定子死心 由0 5 定子死心:由0.5mm厚硅钢片叠压而成,组成磁途和部署三 厚硅钢片叠压而成 组成磁途和部署三 相绕组。 定子绕组 电磁线制而成 组成电途 定子绕组:电磁线制而成,组成电途。 机座:铸铁或钢板焊接而成。 2 转子: 2. 转轴:支持转子。 转子死心:由0.5mm硅钢片叠压而成,组成磁途的 片面。 转子死心:由0.5mm硅钢片叠压而成,组成磁途的一片面。 转子绕组:鼠笼型绕组、铸铝或打铜条 绕线式绕组 由电磁线绕制而成 相绕组,正在内部接成 绕线式绕组:由电磁线绕制而成三相绕组,正在内部接成Y 接,其它三个出线端由滑环引出,可外接电阻。 3. 气隙: 磁途的一片面, δ↓→Im↓,异步电动机但易产生扫膛景象。异步电动机 二. 异步电机的影响道理 三相对称电流流入三相对称的定子绕组 正在空间发生挽回 三相对称电流流入三相对称的定子绕组,正在空间发生挽回 磁场,该挽回磁场切割转子导体,正在转子导体中感想电势,并 正在转子回途中发生电流,该转子电流与定子的挽回磁场互相作 用 发生电磁转矩 使转子挽回 用,发生电磁转矩,使转子挽回。 1. 转子的转向与定子磁场的转向无别。 2. 转子的转速略低于定子磁场的转速。 转子的转速略低于定子磁场的转速 3. 转差率的观念 挽回磁场的转速和转子的转速之差称为转差转速△n = n1 – n。 转差率 S? ?n n1 ? n ? n1 n1 Sn1 ? n1 ? n n ? n1 ? Sn1 ? (1 ? S )n1 当0n n1 时,即0S1时,电机为电动运转形态(电能→呆板能)。 当nn1 时,即0S 时,电机为发电运转形态(呆板能→电能)。 当n 0时,即S 0时,电机为电磁制动运转形态(呆板能和电能 时,电机为电磁制动运转形态(呆板能和电能→ 热能) 。 当n=0 时,即S=1时,电机为电动机起动形态。 时, 机为 动机起动形态 n≈n1时,即S≈0时,电机为电动机的空载形态。 三. 额定值 1. 额定功率 Pn : 电动机正在额定情景下运转,由轴端输出的机 械功率,单元为W,kW。 2. 额定电压 Un : 电动机正在额定情景下运转,施加正在定子绕组 电动机正在额定情景下运转 施加正在定子绕组 上的线. 额定频率 fn :50Hz。 4. 额定电流 In :电动机正在额定电压、额定频率下轴端输出额 定功率时,定子绕组的线 额定转速 nn :电动机正在额定电压、额定频率、轴端输出额 5.额定转速 电动机正在额定电压 额定频率 轴端输出额 定功率时,转子的转速,单元为r/min。异步电动机 5.3 三相异步电动机的磁动势和磁场 一. 空载运转时的磁动势和磁场 1.主磁通Φ0 : (1)影响 通报能量的前言影响 (1)影响:通报能量的前言影响; (2)旅途:定子 气隙 转子 气隙 定子。 2.漏磁通Φσ : (1)不起通报能量的前言影响,只起电抗压降的影响; (2)网罗 槽部漏磁通 端部漏磁通和高次谐波 (2)网罗:槽部漏磁通、端部漏磁通和高次谐波。 二. 负载运转时的磁动势和磁场 1 转子电动势的频率: 1. 转子电动势的频率 f 2 ? Sf1 2. 转子绕组的感想电动势: E2 S ? 4.44 f 2 N 2 k w 2 ? ? SE2 3. 转子绕组的电阻和漏抗:纰漏集肤效应,以为 R2稳定; x2 S ? 2?f 2 L2 ? 2?Sf1 L2 ? Sx2 4. 转子绕组的电流: 平常运转时 转子端电压U2 = 0 ,以是 平常运转时,转子端电压 以是 ? ? E S E SE2 2 S 2 ? ? I2 ? ,其有用值 I 2 ? 2 R2 ? jx2 S R2 ? jSx2 R2 ? ( Sx2 ) 2 结论:转子电流I2随S的增进而增进。 cos? 2 ? 5. 转子绕组的功率因数: R2 2 R2 ? ( Sx2 ) 2 结论:转子功率因数随S的增进而减小。 60 f 2 60 ? Sf f1 ? ? Sn S 1 6. 转子磁动势的转速: 6 转子磁动势的转速 n2 ? p p n2 ? n ? Sn S 1 ? n ? n1 相对转子速率: F1 相对定子速率: F2 三. 磁动势均衡方程 1.磁动势大局: F1 ? F2 ? F0 ? ?I ? ?I ? 2.电流大局: I 1 0 1L 5.4 异步电动机的电压方程和等效电途 一、电动势均衡方程 ? ? ?E ? ?I ? ( R ? jx ) U 1 1 1 1 1 ? ?I ? ( R ? jx ) 0?E 2S 2 2 2S ? ? ?I ? ( R ? jx ) ? ? I ?Z E 1 0 m m 0 m 二. 等效电途 1. 折算 (1)折算规定: (1)折算规定 ①维持F2稳定,只消使等效前后转子电流的巨细和相位相称 即可; 即可 ②等效前后转子电途的功率和损耗相称。 (2)折算门径: ? ? ? ? E S E E E 2 S 2 2 2 ? ? I ? ? ? 2 1? S R2 ? jx2 S R2 ? jSx2 R2 ? j R2 jx2 R2 ? j jx2 ? S S 2 I2 m 2 N 2 kw 2 ①电流折算 I ? ①电流折算: I2 ? m1 N 1kw1 ki N 1kw1 ②电动势折算: E ? E2 ? ke E2 N 2 kw 2 2 ③电阻和电抗折算: R2 ? k e ki R2 x2 ? k e k i x2 2 T型等效电途 2. R1 X1? Rm ?? X2 ? R2 ? I 1 ? U 1 ? ? I2 ? ? ? E1 ? E2 ? I m 1? S ? R2 S Xm 3. 近似等效电途 ? I 1 R1 R1 X 1? ?? I 2 R2 X2 ? U 1 X 1? Rm ? I m 1? S R2 S Xm 5.5 异步电动机的功率均衡与转矩均衡 一. 功率均衡 1. 功率流程图 Pem P2 P1 pCu1 pFe pCu 2 pmec pad 图中,输入功率 定子铜损 定子铁损 P1 ? m 1U 1 I 1 cos ? 1 p cu 1 ? m1 I 12 R1 p Fe ? m1 I 02 Rm R2 电磁功率 Pem ? P1 ? pcu1 ? pFe ? m I S 2 1 2 转子铜损 2 2 pcu 2 ? m2 I 2 R2 ? m1 I 2 R2 2 P ? m I 呆板功率 mec 2 2 1? S 2 1 ? S R2 ? m1 I 2 R2 S S 输出功率 P2 ? Pmec ? pmec ? pad ? Pmec ? p0 - P P P2 P1 ? ? ? 1? 效果 ? ? = P1 P1 P1 此中,总损耗 ?P ? p Cu1 ? p Fe ? pCu 2 ? p mec ? p ad 用T型等效电途暗示的功率均衡如下图: p cu1 R1 x1 p cu 2 R 2 x2 Pem Pmec P1 ? U 1 ? I 1 ? I 0 p Fe Rm xm ? I 2 1? S R2 S 功率均衡相合 由各功率之间的相合,可得 pCu 2 R ? Pem R2 2 pCu 2 ? SPem ?S S Pmec Pem 1? S R2 ? S ? 1 ? S ? Pmec ? (1 ? S ) Pem R2 S pCu 2 Pem ? S ? Pmec 1? S ? PCu 2 S 二. 转矩均衡 1 转矩均衡方程 1. 2? n 式 P2 ? Pmec ? p 0 的双方同时除以呆板角速率? ? ,得: P2 Pmec p 0 ? ? ? ? ? 60 即: T2 ? Tem ? T0 Tem还可能暗示为: 或: Tem ? T2 ? T0 此中,T2为输出转矩, Tem为电磁转矩。 T0为空载转矩。 Tem ? Pmec ? ? (1 ? s ) Pem (1 ? s )?1 ? Pem ?1 此中,?1暗示同步角速率。 2. Tem的三种外达式 的 种外达式 (1)物理外达式 Tem ? CT ? I 2 cos? 2 证实三相异步电动机的电磁转矩是由主磁通 ? 与转子电流的有功 分 I2 分量 相 作 cos?2 互相影响。 (2)参数外达式: Tem ? m1 pU 12 ? R2 2 2? 2? f 1 ? ( R1 ? ) ? ( x1 ? x 2 ) ? s ? ? R2 s 证实电磁转矩与电源参数(U、f)、机合参数 机合参数(r、x、m、 p)和运转参数(s)相合。 (3)适用外达式 T em ? S S 2Tm S ? m m S 此中, Tm为最大电磁转矩, Sm为临界转差率。 5.6 1 转速特点 1.转速特点 异步电动机的任务特点与呆板特点 一. 任务特点 n ? f ( P2 ) m1r2 I 2 PCu 2 s? ? Pem m1 E2 I 2 cos? 2 2 由Pcu2=sPem得 n ? f ( P2 )是一条稍向下倾斜的弧线 异步电动机的输出转矩:T2 ? ? ? 2?n 60 T2 ? f ( P2 ) 是一条过原点稍向上翘的弧线.定子功率因数特点 cos ?1 ? f ( P2 ) cos?1 很小;负载时,随 P2↑,cos?1↑。 空载: 4.效果特点 ? ? f ( P2 ) ?? P2 ?P ?1? P1 P 2 ? ?P 空载时,P2 =0,η =0; 负载时,跟着 P2的增进,η也增进,当负载增大到可变损耗 与稳定损耗相称时,η最大;负载不停增大,铜损增进很速,η 反而降落。异步电动机 二. 呆板特点 1. 异步电动机的转矩-转差率弧线 异步电动机的转矩-转差率 异步电动机的转矩 转差率 0 弧线即为异步电动机的呆板特点, s N n N 该特点弧线可能分为褂讪区段和 不褂讪区段两片面。 sm n m s n D C B AB段为不褂讪区段;DB段为 褂讪区段。B点所对应的转矩为 最大转矩 Tmax ,B点所对应的转 差率 S m为临界转差率。A点所对 应的转矩为起动转矩 Tst。 01 A TN Tst Tmax Tem 2 异步电动机降压时的人工呆板特点 2.异步电动机降压时的人工呆板特点 异步电动机降压时的人工 呆板特点的要紧特色是: 主 是 ①最大转矩和起动转矩都 按平方次序下降 ②临界转差率稳定 10 0.64 Tst s 0 n n 1 A TL sm 0.8U N UN Tst 0.64 T max Tmax Tem 3.转子回途串电阻时的呆板特点 s 绕线式异步电动机 转 转子回途串电阻时的机 途串电 时的机 械特点的要紧特色是: ①最大转矩 Tmax 稳定 ②临界转差率正比增大 ③起动转矩增大 0 sm sm1 sm2 n n1 r2 r2+Rs1 r2+Rs r2+Rs3 2 1 0 Tst Tst1 Tst2 Tm Tem 4.定子串接电抗器时的呆板特点 定子串接 抗器时的呆板特点 异步电动机定子串接电抗 0 器时的呆板特点的要紧特色是: s n n1 ①最大转矩随电抗的增大而减 sm’ sm 小 ② 界转 率 随 ②临界转差率也随电抗的增大 而减小 ③起动转矩也随电抗的增大而 减小 1 0 xst Tm’ Tm Tem 5.7 一.空载试验 异步电动机的参数测定 测定 P10、 I10 ? f (U1 ),由空载时的数据打算 激磁电阻 空载电抗 激磁电抗 二.短途试验 短途试验可能测定 P1k、 I1k ? f (U1 ) 由短途时的数据打算 P I1k 1k、 短途阻抗 短途电阻 短途电抗 I 1k P1 k U1 三.遵照空载试验、短途试验和等值电途可能打算定子漏抗 X 1? 。 R1 X 1? ?? X2 Rm ? R2 Xm X 1? ? X 1?? ? X 0 ? X0 ? Xk ?2 ? X 0 ?2 ) ( R2 X0 ? ? ( Rk ? R1 ) 式中 R2 X0 X0 ? Xk 5.8 异步电动机的起动、调速 一.三相异步电动机的起动 1.概述 (1)起动界说: 电动机接到电源上,从静止形态到褂讪运转形态的进程。 从静 (2)起动条件: ①起动电流尽量小,以减小对电网的打击; ②起动转矩尽量大,以缩短起动岁月; ③起动装备简便,牢靠。 (3)起动电流:n=0,S=1 I st ? U1 (r1 ? r2 ) ? ( x1 ? x 2 ) 2 2 ? ? U1 ? Zk 起动电流近似等于5~7倍额定电流。 (4)起动电流大但起动转矩不大的理由: ① 省略; 省略 ?m ② 减小; cos ?2 ③ Tst不大。 2. 鼠笼式异步电动机的起动 (1)直接起动 ①所长:装备简便,操作利便; ②谬误:起动电流大 须足够大的电源; ②谬误:起动电流大,须足够大的电源; ③实用前提:小容量电动机带轻载的情景起动。 (2)降压起动 即使电源容量不敷大,可采用降压起动。即起动时,降 低加正在电动机定子绕组电压,起动时电压小于额定电压,待 电动机转速上升到必定数值后,再使电动机秉承额定电压, 可局限起动电流。 可局限起动电流 ①定子回途串电抗器起动 ②用Y Δ起动 ②用Y-Δ起动 ③自耦积蓄器(自耦变压器)起动 3 .绕线式异步电动机的起动 绕线式异步电动机的起动 转子:平常均接成Y形,平常三相绕组通过滑环短接,若转 子绕组直接短接情景下起动 与鼠笼相似 子绕组直接短接情景下起动,与鼠笼 样,I st 大, 大 Tst 不大。 (1)正在转子回途串起动变阻器起动 (2)正在转子回途串接频敏变阻器起动 4. 深槽和双笼感想电动机 (1)深槽式异步电动机 机合:定子:与普遍鼠笼电动机相似; h ? 10 ~ 12 转子:槽深而窄 转子:槽深而窄, b (2)双鼠笼式异步电动机 机合:定子:与普遍鼠笼电动机相似; 机合 定子 与普遍鼠笼电动机 样; 转子:有两套鼠笼 上层笼:ρ大,黄铜或青铜,截面小,∴ r2 上大→起动笼 基层笼:ρ小 紫铜 截面大 ∴ r2下小→任务笼 基层笼:ρ小,紫铜,截面大,∴ 运转道理: x2 , ①起动时 ①起动时,s=1, 1 f 2 最大,转子漏抗 最大 转子漏抗 x2 大,电流分散取决于 大 电流分散取决于 x2 ∵ x2 Tst r2 cos ? 2 下 上,∴转子电流聚集于上笼(趋肤效应)----起动笼起 上 ∴转子电流聚集于上笼(趋肤效应) 起动笼起 f 2 s ↑; x2 Sn 要紧影响,又∵ 上大→ ↑→ r2 r2 =0.01~0.06很小→ x2 ②平常运转: =0 01~0 06很小→ 很小→ 很小→电流取决于 , cos ? 2 ∵ Tem 下小→电流分散不才笼,此时漏抗 小, ↑ → ↑ 优谬误:①所长:较大的 Tst 和较小 I; st ②谬误:漏抗较大,其功率因数、最大转矩和过载才华较普 通的笼型电动机小。 通的笼型电动机小 二.感想电动机的调速 1 变极调速 1.变极调速 可能采用两套绕组,但为了提升资料的行使率,平常采用 单绕组变极 即通过改造一套绕组的相连方法而取得差别极对 单绕组变极,即通过改造一套绕组的相连方法而取得差别极对 数的磁动势,以杀青变极调速。 变极绕组的相连门径: 变极绕组的相连门径 Δ→YY(2p→p); 顺串Y→反串Y(2p→p); Δ→YY(2p→p)。 声明 变极前后 三相绕组的相序产生改造 为确保电动机的 声明:变极前后,三相绕组的相序产生改造,为确保电动机的 转向稳定,须对换定子两相绕组的出线)概述 异步电动机的转速:当转差率S改观不大时,n近似正比于频 率 f1,可睹改造电源频率就可改造异步电动机的转速。 (2)恒转矩调速 电机变频调速前后额定电磁转矩相称,即恒转矩调速时,有 ? TemN ? TemN (3)恒功率调速 电机变频调速前后它的电磁功率相称,即 ? ?1 ? Pem ? TemN ?1 ? TemN 3.转子回途串电阻调速 串电阻前后维持转子电流稳定,则有: R2 R2 ? R? ? cos ? 2 ? cos ? 2 N SN S 电磁转矩为 Tem ? C M ? m I 2 cos ? 2 电磁转矩为: 维持稳定,即属于恒转矩调速。 再睹!

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