20151012异步电动机详解.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 在忽略定子绕组本身的阻抗压降及漏磁通之后， 可认为感应电动势与外加电压的有效值近似相等， 即U1≈E1， 因此有 （4-4） 上式说明旋转磁场的磁通量与外加电压的有效值成正比， 若外加电压不变， 则每极主磁通的最大值为一定值。 2.转子的感应电动势E2 当电动机起动时， 转速n=0， 转差率s=1。 此时转子不动， 转子绕组相当于变压器的副边， 其感应电动势可用式（4-4）来求得 E20=4.44f20K2N2Φ=4.44f1K2N2Φ (4-5) 式中, K2为转子绕组系数，与转子绕组结构有关，略小于1； f20为起动时转子绕阻的频率， 与定子频率f1相等。 当电机起动并以转速n旋转时， 旋转磁场与转子的转速差(n1-n)=sn1不断减小， 旋转磁场相对转子的旋转速度下降了s倍， 此时的转子感应电频率比转子静止的情况下减慢， 应为 （ 4-6 ） 故转子感应电动势为 E2=4.44f2K2N2Φ=4.44sf1K2N2Φ=sE20 (4-7) 由于转差率小于1， 所以转子感应电动势在起动时E20值最大。 当电动机稳定运行以后， 转差率s很小， 转子频率f2很低， 转子感应电动势E2也就很低。 3. 转子电流I2 转子绕组的阻抗Z2=R2+jX2，其中R2是转子绕组本身的电阻，固定不变；X2和频率f2有关，即 X2=2πf2L2=2πsf1L2=sX20 (4-8) 式中， L2为转子绕组电感值； X20为转子静止时的感抗。 转子电流为 (4-9) 式（4-9）说明转子电流I2与转差率s有关， 转子电流I2随转差率s的增大而增加。 由于转子电路中有感抗存在， 所以电流I2比感应电动势E2要滞后相位角φ2， 转子电路的功率因数为 式(4-10)表明， cosφ2随s的增大而减小。 当转子不动时， 功率因数最低。 (4-10) 4. 定子电流I1 定子电流和转子电流之间的关系与变压器相似， 即 （4-11） 则 式中Ki为异步电动机的电流变换系数， 与定子绕组和转子绕组的结构有关 当电动机起动时， n=0， s=1， 相当于变压器副边短路， 所以电流I1、 I2都很大。 此时定子电流I1为异步电动机的起动电流， 约为额定电流的5~7倍。 当电动机空载运行时， s≈0， 转子电流I2很小， 由于电动机定、 转子间有气隙，电动机的空载定子电流比变压器的空载电流要大得多， 一般约为额定电流的20%～40%。 当电动机加上负载后， 电动机要减速， 转差率s增大， 转子电流I2也增大， 定子电流I1随之增大。 4.2.1 电磁转矩 前面讲过， 电动机的电磁转矩是由转子感应电流和旋转磁场相互作用而产生的， 可以推导证明电磁转矩的大小与转子感应电流的有功分量和旋转磁场的每极磁通成正比， 即 T=CTΦI2 cosφ2 (4-12) 式中， CT为异步电动机的转矩系数， 与电动机结构有关； Φ为旋转磁场的每极磁通， 单位为Wb； 电流的单位为A， 所以电磁转矩的单位为N·m。 旋转磁场的磁通Φ可通过式(4-3)求得 转子电流I2可由式（4-9）和式（4-5）求得 将上两式及式(4-10)代入式（4-12）， 可得 （4-13） 图4-11 三相异步电动机的转矩特性 4.2.2 机械特性 为了更清楚地说明转子转速与电磁转矩之间的关系， 一般用n=f(T)曲线来描述异步电动机的机械特性。 根据式（4-13）和式（4-2）可画出n=f(T)机械特性曲线， 如图4-12所示。 与图4-11比较可以看出，图4-12是在图4-11的基础上把转差率换成了转速， 并把坐标顺时针旋转了90°。 它直接反映了电磁转矩与转速之间的关系。 图中的Tst为电动机的起动转矩， TN为额定转矩， nN为额定转速。 图4-12 三相异步电动机的机械特性 1.稳定区和不稳定区 由图4-12可知， 以临界转差率sm对应的临界转速nm为界， 曲线分为两个不同特征的区域。 上边为稳定区， 下边为不稳