电机与拖动基础5

1、电机与拖动基础交流电机三相异步电机三相异步电动机的运行原理单相异步电动机三相异步电动机运行时的电磁过程异步电机的分析原则上与变压器有相似之处1，讨论异步电机内在的电磁规律，推导电压和磁势平衡式2，讨论矢量图和等值电路，利用等值电路分析和计算3，讨论异步电机的各种运行特性和性能一、异步电机转子静止时的分析异步电机正常工作是旋转的。由于旋转和静止时的基本电磁规律相同。静止时的分析方便，故先分析转子静止时的特性异步电机转子静止时也有二种状态，转子绕组开路；转子绕组短路三相异步电动机运行时的电磁过程转子绕组开路 与变压器的空载运行相同。转子绕组开路，转子绕组无电流，也不产生电磁转矩。 定子外加的相电压

2、U1、频率f1的电源，产生定子励磁电流Im。气隙磁场Bm的励磁磁动势F1就是定子上的三相基波合成磁动势F10，即Fm0=F10三相异步电动机运行时的电磁过程2.转子绕组短路 人为使转子不动，与变压器的短路相似。 转子绕组短路，定子有Fm和Bm，也知它们以n0转速旋转。 转子绕组有感应电势，短路将产生对称三相电流，故在转子边建立基波圆形旋转磁场，有磁势F2三相异步电动机运行时的电磁过程2.转子绕组短路 转子磁动势相对于转子的转速为n2=60f2/p2；p2转子磁场的极对数，应与定子磁场的极对数相同，p2=p1=p；f2转子绕组感应电势和电流的频率 当转子静止时，可知n2=n1 ，则f2=pn2/

3、60=pn1/60=f1，可得，此时f2=f1； 结论：转子磁势F2也以同步转速n1旋转，与F1方向相同。与F1在空间相对静止三相异步电动机运行时的电磁过程二、异步电机负载时的分析异步电机空载时，异步电机仅克服很小的阻转矩，nn0认为转子磁场不切割转子绕组，几乎没有感应电势和感应电流，与静止转子开路相似。异步电机带上负载，转子转速会下降，nn0，这时气隙中的旋转磁场与转子之间的有相对运动，转子产生感应电势，将有相应感应电流出现，导致产生转子磁动势F2。F2与静止时的分析关系？三相异步电动机运行时的电磁过程(一）转子磁动势的分析转子速度nnn0，s处于s1。表达机械功率的附加电阻(1-s)r2/

4、s也是一个负值。机械功率为负值，外部输入机械功率。外部能量传到定子定子每相输入功率异步电机吸收机械功率，定子电路也提供电磁功率。这些能量全部都消耗在转子的铜耗上三相异步电动机的等效电路及向量图（四）等效电路的简化对于讨论的T型等效电路，在实际应用中，常常将励磁之路移到输入端，因为励磁电流比例很小。这时的电路可以简化成三相异步电动机的等效电路及向量图二、异步电动机的相量图根据电机的等效电路图，可以画出相应各电磁量的相量图三相异步电动机的等效电路及向量图二、异步电动机的相量图电机的近似等效电路图，也可以画出相应的相量图三相异步电动机的等效电路及向量图三相异步电动机的等效电路及向量图三相异步电动机的

5、等效电路及向量图三相异步电动机的功率和转矩异步电机机电能量转换的关键，在于作为耦合介质的磁场对电系统和机械系统的作用和反作用研究功率方程式和相应的转矩方程式一、功率转换过程异步电动机的功率传递与损耗根据异步电动机的T形等效电路来分析三相异步电动机的功率和转矩二、功率方程式三相异步电动机的功率和转矩根据异步机的T形等效电路来分析。总输入功率 定子铜耗 定子铁耗经过气隙传到转子上去的电磁功率由等效电路可知，传到转子上的电磁功率就是转子消耗的有功功率，或者说是电阻 上的有功率或 Pem进入转子后，在转子电阻上产生转子铜损耗 。功率减掉转子铜损耗，余下部分全部转换为机械功率，称为总机械功率电磁三相异步

6、电动机的功率和转矩 转子铜损是转子电阻所消耗的功率它的表达式有由转子上的电磁功率，可得 上式表明转子铜损耗仅占电磁功率的很小一部分(对应s的那部分)，有时把它称为转差功率。总机械功率可以表示为说明 占 大部分（对应1-s）的部分。上二式，可得：上式表明总机械功率是等效电路中，电阻 上对应的有功功率三相异步电动机的功率和转矩二、功率方程式三相异步电动机的功率和转矩三、转矩方程式电机稳态运行时，机械功率等于相应的转矩和机械角速度的乘积稳态时的转矩方程有关系三相异步电动机的功率和转矩异步电动机的电磁转矩是指转子电流与主磁通相互作用产生电磁力形成的总转矩说明电磁转矩等于异步电动机总机械功率 除以转子的

7、机械角速度说明电磁转矩也等于异步电动机的电磁功率 除以定子旋转磁场的机械角速度（同步角速度）三相异步电动机的功率和转矩四、电磁转矩公式比较直流电机的电磁转矩和交流感应电机的电磁转矩他激直流电机的电磁转矩:1)无稳态、动态之分；2)与Ia之间独立（正交）(消除电枢反应条件下)。 电枢绕组的运动方向与磁密的方向成正交，根据左手原理， N根导体的总电磁转矩： 转矩平衡关系(与直流机的转矩平衡关系相同)三相异步电动机的功率和转矩三相异步电动机的功率和转矩三相异步电动机的功率和转矩三相异步电动机的工作特性及其测取方法异步电机工作特性额定电压和额定频率运行情况下，电机转速n、定子电流I1、功率因数cos1

8、、电磁转矩Tem、效率等于输出功率P2的关系一、工作特性的分析转速特性定子电流特性功率因数特性电磁转矩特性效率特性三相异步电动机的工作特性及其测取方法二、工作特性的求取异步电机工作特性可以利用等效电路求得也可以用直接负载方法求得直接负载法在带负载情况下，测出电机的定子电阻、铁耗和机械损耗反映异步电机电磁过程的等效电路中的参数，在额定电压和额定频率下基本是不变的负载试验时，保持额定电压和额定频率不变，给电机加不同的负载，计算在不同负载下的输入功率P1、定子电流I、转速n、计算这些情况下的功率因数cos1、电磁转矩Tem和效率三相异步电动机参数的测定异步电机有二组参数需要测定空载时的励磁参数堵转参

9、数一、空载试验与励磁参数的确定空载试验试验过程：额定电压和额定频率下，机械轴上不带任何负载的运行一段时间。机械损耗稳定后，调节电源电压，记录电压、电流功率和转速三相异步电动机参数的测定励磁参数与铁损及机械损耗的确定（1）机械损耗与铁损的分离输入电机功率全部用于补偿定子铜损，铁损和机械损耗铁损和机械损耗总和铁损与端电压平方成正比画出图中虚线上部坐标值是机械损耗图中虚线下部坐标值是铁损三相异步电动机参数的测定励磁参数与铁损及机械损耗的确定（2）励磁参数的分离空载时，s0，则有等效电路计算励磁参数为空载时异步电机的等效电路三相异步电动机参数的测定二、堵转试验及堵转参数的确定堵转试验短路试验，电机转子

10、不动。一般在降低电源电压下进行。在不同端电压下，记录端电压、定子电流和功率特点转子不动，s=1，附加电阻R2(1-s)/s=0。对应等效电路三相异步电动机的转矩与转差率的关系此节研究电磁转矩Tem与转差率s的关系电磁转矩异步电机等效电路，可求得：则电磁转矩为三相异步电动机的转矩与转差率的关系根据异步电机函数关系，可知，有极值存在。令 可求出电磁转矩最大值最大转矩值三相异步电动机的转矩与转差率的关系近似关系结论：当电机的参数和电压频率不变时，最大转矩与电源电压平方成正比， 则不变当电源电源和频率不变时， 和 与 ，成反比 与 无关， 则与 成正比线绕电机，可在转子绕组中加入电阻 ，可使电机起动时

11、，有最大转矩单相异步电动机单相异步电动机单相电源供电的异步电动机一、单相电源供电电机的运行单相电机工作原理单相异步电动机一、单相电源供电电机的运行单相电机工作原理图示可知，单相异步电机如同三相电机仅加入一相电源已知单相电流建立的磁动势是一脉振磁动势。表达式磁动势分成二部分，正转磁动势和反转磁动势二个旋转磁动势，分别产生正转，反转磁场正转，反转磁场，在转子绕组产生相应的感应电动势和感应电流在磁场和感应电流作用下，产生使电机旋转的电磁转矩单相异步电动机正转时，电机转差率为反转时，电机转差率为可得到正转和反转的电磁转矩合成转矩为单相异步电动机从Tem-s曲线，单相异步电机有二个特性电动机不转时，n=

12、0，合成转矩Tem+Tem-=0，电机无起动转矩，电机无法起动若电机已在转动，则合成电磁转矩不等于零，电机将被加速到接近同步转速n0。单相异步电动机单相异步电机的转子机构是笼式，结构对称电磁效应看，可以用与定子磁动势平行及垂直二条轴线上的二根导条，来表示此时的实际转子与定子磁动势平行的轴，称为直轴，下标d表示与定子磁动势垂直的轴，称为交轴，下标q表示单相异步电动机电机不转时，定子脉振磁动势仅在q轴上产生感应电动势和电流。但作用在其上的电磁力相互抵消，不能形成电磁转矩电机不转时，d轴上绕组不与定子脉振磁场交链，不产生感应电动势和电流，没有电磁力电机转动后，电机内的电磁情况有了变化脉振磁场按正弦分

13、布每极脉振磁通磁通将在二个轴上产生感应电动势单相异步电动机二种电动势产生的感应电流Id和Iq，将建立相应的磁动势磁动势的表达式为合成磁动势为则有圆形磁场单相异步电动机若FdFq，FdFq，则正转磁动势大于反转磁动势研究结果是，合成磁动势将为正弦分布，幅值变动，非恒速旋转的一种磁动势，其矢量的终端轨迹为一个椭圆合成磁动势的最大值为正转和反转磁动势的幅值之和合成磁动势的最小值为正转和反转磁动势的幅值之差单相异步电动机二、单相电机的主要类型和起动方法解决单相电机起动问题的根本方法，在定子回路再建立一个脉振磁动势，相位和位置不同于原来存在的脉振磁动势根据起动方法和相应结构上的不同，常用单相异步电机有二

14、种类型1. 分相式电动机除主绕组外，另有一个辅助绕组（起动绕组）单相异步电动机二、单相电机的主要类型和起动方法分相式电动机又分成二种，电阻分相和电容分相（1）电阻分相（2）电容分相单相异步电动机2. 罩极式电动机 直线异步电动机一般电机都是旋转运动的，有时需要直线运动的机械设备。直线电机可以直接给出直线运动一、工作原理结构变换将笼式电机沿径向展开，拉直成为直线电机 直线异步电动机当直线电机在初级（定子）绕组通入对称三相电流，与笼式电机同样，建立了三相合成磁动势三相合成磁动势将沿A,B,C相序直线运动，形成直线移动的行波磁场行波磁场的线速度次级产生感应电势、感应电流。将产生与行波磁场相同方向运动运动速度为v，转差率s为 直线异步电动机二、结构形式及其特点1. 结构形式三种结构式：扁平式、管形、园盘形直线异步电动机2. 结构特点旋转电机的铁心是圆环形，不存在始端和终端直线电机的铁心是平直的，二端是开断的将直线电机的固定部分和移动部分做成一样长，则直线电机的移动距离不长。可以将固定部分和移动部分