电机学 课件第5章

1、34138-05A 主编BJ11.TIF第5章5.1三相感应电机的结构和运行状态5.2三相感应电动机的磁动势和磁场5.3三相感应电动机的电压方程和等效电路5.4感应电动机的功率方程和转矩方程5.5笼型转子的极数、相数和参数的归算5.6感应电动机参数的测定5.7感应电动机的转矩-转差率曲线5.8感应电动机的工作特性5.9感应电动机的起动，深槽和双笼电动机5.10感应电动机的调速5.11单相感应电动机5.12感应发电机和感应电动机的制动，直线感应电动机5.1三相感应电机的结构和运行状态1.三相感应电机的结构2.三相感应电机的运行状态3.额定值图5-1定子铁心槽形a)开口槽b)半开口槽c)半闭口槽1

2、.三相感应电机的结构图5-2笼型绕组图5-3小型三相笼型感应电动机图5-4三相绕线型感应电动机示意图图5-5三相绕线型感应电动机的结构2.三相感应电机的运行状态图5-6感应电机的三种运行状态(图中N,S代表气隙旋转磁场，和表示转子感应电动势和转子电流有功分量的方向)解已知额定转速为730r/min，因额定转速略低于同步转速，故知该机的同步转速为750r/min，极数2p=8。于是，额定转差率sN为3.额定值(1)额定功率PN指电动机在额定状态下运行时，轴端输出的机械功率，单位为千瓦(kW)。(2)定子额定电压U1N指电机在额定状态下运行时，定子绕组应加的线电压，单位为伏(V)。(3)定子额定电

3、流I1N指电机在额定电压下运行，输出功率达到额定功率时，流入定子绕组的线电流，单位为安(A)。(4)额定功率因数cosN指电机在额定状态下运行时，定子边的功率因数。(5)额定频率fN指加于定子边的电源频率，我国工频多为50Hz。(6)额定转速nN5.2三相感应电动机的磁动势和磁场1.空载运行时的磁动势和磁场2.负载运行时的磁动势和磁场1.空载运行时的磁动势和磁场图5-7感应电动机的激磁磁动势和气隙主磁场图5-8感应电机中主磁通所经过图5-9主磁路的磁化曲线图5-10定子漏磁通a)槽漏磁b)端部漏磁2.负载运行时的磁动势和磁场(1)转子电流的频率(2)转子磁动势相对于转子的转速(3)由于转子转速

4、n=ns(1-s)=1500(1-0.05)r/min=1425r/min,所以转子磁动势在空间的转速应为(1425+75)r/min=1500r/min，即为同步转速。图5-11定、转子磁动势的转速和转子转速图5-12转子磁动势与气隙主磁场在空间的相对位置a)=0时和的空间矢量图b)=0时和的时间相量图c)0时和的空间矢量图d)0时和的时间相量图图5-13、和的空间矢量图与和的时间相量图图5-14三相感应电动机负载时的磁场分布(2p=6)5.3三相感应电动机的电压方程和等效电路1.电压方程2.等效电路1.电压方程26d.TIF图5-15感应电动机定、转子耦合电路示意图(取A、a一相)2.等效

5、电路图5-16频率归算后感应电动机的定、转子电路图(取A、a一相)图5-17转子顺气隙磁场旋转方向移动角时图5-18频率和绕组归算后定、转子的耦合电路图图5-19感应电动机的T形等效电路图5-20感应电动机的相量图图5-21正常工作时感应电动机的近似等效电路5.4感应电动机的功率方程和转矩方程1.功率方程，电磁功率和转换功率2.转矩方程和电磁转矩3.计算额定点运行数据的MATLAB源程序1.功率方程，电磁功率和转换功率图5-22由T形等效电路导出感应电动机的功率方程2.转矩方程和电磁转矩(1) 定子电流和定子输入功率(2) 转子电流和激磁电流(3) 定、转子损耗(4) 输出功率和效率(5) 额

6、定负载时的转速(6) 电磁转矩和输出转矩2.转矩方程和电磁转矩2.转矩方程和电磁转矩3.计算额定点运行数据的MATLAB源程序5jj1.TIF3.计算额定点运行数据的MATLAB源程序5jj2.TIF3.计算额定点运行数据的MATLAB源程序5jj3.TIF5.5笼型转子的极数、相数和参数的归算1.笼型转子的极数和相数2.笼型转子参数的归算1.笼型转子的极数和相数5z19.TIF图5-24一对极下导条的电动势2.笼型转子参数的归算图5-25笼型转子的电路和电流a) 电路图b) 部分电路c) 导条和端环电流的相量图5.6感应电动机参数的测定1.空载试验2.堵转试验1.空载试验图5-26空载特性,

7、=f()图5-27铁耗和机械损耗的分离2.堵转试验图5-28短路特性,=f()图5-29堵转时感应电动机的等效电路5.7感应电动机的转矩-转差率曲线1.转矩-转差率特性2.最大转矩和起动转矩3.机械特性(转速-转矩特性)4.计算和绘制Te-s曲线的MATLAB程序1.转矩-转差率特性图5-30感应电机的转矩-转差率曲线2.最大转矩和起动转矩(1)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。 (2)最大转矩的大小与转子电阻值无关，临界转差率sm则与转子电阻R2成正比；R2增大时，sm增大，但Tmax保持不变，此时Te-s曲线的最大值将向左偏移，如图5-31所示。图5-3

8、1转子电阻变化时的-s曲线3.机械特性(转速-转矩特性)图5-32感应电动机的机械特性4.计算和绘制Te-s曲线的MATLAB程序jj0503.TIFjj0503a.TIF图5-33例5-3所示电动机的-s曲线5.8感应电动机的工作特性1.工作特性2.感应电动机的主要运行数据1.工作特性图5-34感应电动机的s,n,=f()图5-35感应电动机的,cos,=f()2.感应电动机的主要运行数据5.9感应电动机的起动，深槽和双笼电动机1.笼型感应电动机的起动2.绕线型感应电动机的起动3.深槽和双笼感应电动机1.笼型感应电动机的起动图5-36Y/起动法的接线图图5-37用自耦变压器来降压起动2.绕线

9、型感应电动机的起动3.深槽和双笼感应电动机图5-38深槽感应电动机起动时转子导条中的电流集肤效应a) 转子槽漏磁b) 导条内电流密度j沿导条高度的分布图5-39双笼转子的结构图5-40双笼电动机的转子槽形图5-41双笼电动机的-s曲线图5-42双笼电动机的等效电路(转子具有两套端环时)a) 双笼转子的漏磁通b) 双笼电动机的等效电路5.10感应电动机的调速1.变极调速2.变频调速3.改变转差来调速1.变极调速图5-432p=4时一相绕组的连接a) 每相两组线圈的正向串联b) 两组线圈的展开图图5-442p=2时一相绕组的连接a) 每相两组线圈的反向串联b) 两组线圈的展开图2.变频调速图5-4

10、5变频调速时感应电动机的机械特性a)频率从下调时b)频率从上调时(U=)图5-46变频器的主电路图5-47PWM变频器的主电路图5-48A相输出电压波形及其基波3.改变转差来调速图5-49转子回路中加入电阻来调速图5-50转子带变频器的串级调速系统图5-51双馈电机示意图5.11单相感应电动机1.结构特点2.工作原理和等效电路3.起动方法1.结构特点图5-52单相感应电动机的接线示意图2.工作原理和等效电路图5-53将脉振磁动势分解为两个幅值相同、转向相反的旋转磁动势图5-54单相感应电动机的-s曲线图5-55单相感应电动机的等效电路a) 归算前定、转子的耦合电路b) 频率归算和绕组归算后的等

11、效电路3.起动方法图5-56单相电容起动电动机a) 接线图b) 相量图c) -s曲线图5-57罩极式单相感应电动机a) 结构简图b) 罩极部分的相量图5.12感应发电机和感应电动机的制动，直线感应电动机1.感应发电机2.感应电动机的制动3.直线感应电动机1.感应发电机图5-58理想空载(s=0)时感应电机的等效电路图5-59单机运行时感应发电机的自激a) 定子端点的三相电容组b) 发电机的自激2.感应电动机的制动图5-60反接制动时定子的接线图图5-61能耗制动时的接线图图5-62由旋转电机演变成3.直线感应电动机额定数据，包括额定电流I1N，额定转速nN,额定转矩TN,额定功率因数cos1N

12、和额定效率N；过载能力，即最大转矩倍数Tmax;起动性能，即起动电流倍数Ist和起动转矩倍数Tst。从T形等效电路可见，感应电动机是一个感性电路，故定子功率因数恒为滞后。额定功率因数cos1N的大小，主要取决于激磁电流和定、转子漏抗的大小，Im越大，X1和X2 越大，cos1N就越低。由于感应电机的主磁路中有一个气隙，故Im较大，通常为额定电流的20%40%，所以cos1N通常只有0.80.9。最大转矩Tmax和起动电流Ist主要取决于定子的端电压和定、转子的漏抗，起动转矩Tst除与端电压和定、转子漏抗有关外，还与转子电阻的大小有关。适当地增大转子电阻，可以减小起动电流，增大起动转矩，改善起动性能；但是另一方面则会使铜耗增大，从而使正常工作时电动机的效