第五章感应电机稳态分析.ppt

第五章 感应电机 本章主要研究定、转子间靠电磁感应作用，在转子内感应电流以实现机电能量转换的感应电机。感应电机一般都用作电动机，在少数场合下，亦有用作发电机的。本章先说明空载和负载时三相感应电动机内的磁动势和磁场，然后导出感应电动机的基本方程和等效电路，最后分析它的运行特性和起动，调速等问题。 　 5.1 感应电机的结构和运行状态 二、感应电机的运行状态 旋转磁场的转速ns与转子转速n之差称为转差．转差Δn与同步转速ns的比值称为转差率，用s表示，即： 转差率是表征感应电机运行状态的一个基本变量。按照转差率的正负和大小，感应电机有电动机、发电机和电磁制动三种运行状态，如图5-5所示 三、额定值 额定功率PN kW ：额定运行时轴端输出的机械功率； 额定电压UN V ：额定运行时定子绕组的线电压； 额定电流IN A ：额定电压下运行，输出功率为额定值 时，定子绕组的线电流； 额定频率fN Hz ：定子的电源频率； 额定转速nN r/min ：额定运行时转子的转速。 5.2 三相感应电动机的磁动势和磁场 空载运行时， 定子磁动势基本上就是产生气隙主磁场的激磁磁动势，定子电流就近似等于激磁电流。计及铁心损耗时，磁场在空间滞后于磁动势以铁心损耗角，如图5-6所示。 2. 主磁通和激磁阻抗 主磁通是通过气隙并同时与定、转子绕组相交链的磁通，它经过的磁路 称为主磁路 包括气隙、定子齿、定子轭、转子齿、转子轭等五部分．如图5-7所示。 气隙中的主磁场以同步转速旋转时，主磁通 将在定子每相绕组中感生电动势 若主磁路的磁化曲线用一条线性化的磁化曲线来代替，则主磁通将与激磁电流成正比；于是可认为 　与 　之间具有下列关系： 3. 定子漏磁通和漏抗 定子漏磁通又可分为槽漏磁、端部漏磁和谐波漏磁等三部分，槽漏磁和端部漏磁如图5-8a和b所示。 定子漏磁通　 将在定子绕组中感应漏磁电动势 。把 作为负漏抗压降来处理，可得 二、负载运行时的转子磁动势和磁动势方程 当电动机带上负载时，转子感应电动势和电流的频率 f2 应为 转子电流产生的旋转磁动势 F2 相对于转子的转速为n2： 转子本身又以转速n在旋转，因此从定子侧观察时，F2在空间的转速应为 定子和转子磁动势之间的速度关系，如图5-9所示。图5-10表示三相绕线型转子的转子磁动势的空间相位。 负载时转子磁动势的基波对气隙磁场的影响，称为转子反应。转子反应有两个作用： 使气隙磁场的大小和空间相位发生变化，从而引 起定子感应电动势和定子电流发生变化。 它与主磁场相互作用，产生所需要的电磁转矩， 以带动轴上的机械负载。 转子反应的两个作用合在一起，体现了通过电磁感应作用，实现机电能量转换的机理。由此可以进一步导出负载时的磁动势方程： 图5-11示出了负载时定、转子磁动势间的关系，以及定子电流与激磁电流和转子电流的关系。 5.3 三相感应电动机的电压方程和等效电路 1. 定子电压方程 2. 转子电压方程 二、等效电路 图5-14表示频率和绕组归算后定、转子的耦合电路图 。 3. T型等效电路和相量图 根据上式即可画出感应电动机的T形等效电路，如图5-15 所示。图5-16表示与基本方程相对应的相量图 。 4. 近似等效电路 由此即可画出Γ形近似等效电路，如图5-17所示。 5.4 感应电动机的功率方程和转矩方程 感应电动机从电源输入的电功率： 消耗于定子绕组的电阻而变成铜耗： 消耗于定子铁心变为铁耗： 从定子通过气隙传送到转子的电磁功率： 功率方程为： 二、转矩方程和电磁转矩 转矩方程 电磁转矩 一、空载试验 1. 试验目的: 确定电动机的激磁参数、铁耗和机械损耗。 2. 铁耗和机械损耗分离 5.5 感应电动机参数的测定 参数计算 激磁电阻 空载电抗 激磁电抗 二、堵转试验 短路特性 2. 参数计算 5.6 感应电动机的转矩—转差率曲线 转矩—转差率特性曲线 如图5－25 所示。 二、最大转矩和起动转矩 1. 最大转矩 2. 起动转矩 3. 讨论 感应电机的最大转矩与电源电压的平方成正比，与定、转子漏抗之和近似成反比； 最大转矩的大小与转子电阻值无关，临界转差率则与转子电阻成正比：转子电阻增大时，临界转差率增大，但最大转矩保持不变，此时Ｔｅ－ｓ曲线的最大值将向左偏移,如图5-26所示； 起动转矩随转子电阻值的增加而增加，直到达到最大转矩为止。 三、机械特性 转矩-转速特性 工程中将感应电动机的转速随电磁转矩的变化曲线成为机械特性。 电动机机械特性与负载机械特性的交点称为电动机的运行点。 两者之间的关系如图5-27所示。 5.7 感应电动机的工作特性 在额定电压和额定频率下，电动机的转速、电磁转矩、定子电流、功率因数、