4异步电机

四异步电机（感应电机）----工业主力电动机,应用最广泛基本结构定子转子1笼式异步机—异步机2绕线式异步机--双馈电机两个功率通道绕线转子三相异步电动机的铭牌数据380V异步机:PN~1.732*.38*IN*.87*.87=0.5ININ(A)~2(PN/kw)例：30kw60ANNNNNIUPcos3异步机优点：结构简单、成本低,运行可靠缺点：吸收较多感性无功，功率因数低；起动、调速性能差。---与直流机相反1定子三相对称绕组及对称电流产生旋转磁场。（n1=60f/p；电流超前绕组滞后绕组。）2定子旋转磁场B切割转子导体--异步产生电势e、电流i--感应e-i方向“一致”3B-i作用产生电磁力F（转矩T）异步转矩—“磁吸导”促使定子磁场与转子同步运动--阻止二者的相对运动（笼式）异步机基本工作原理基本工作原理“异步”-定子磁场与转子有相对运动⊿n=n1-n，工作的必要条件。转差率s定义：--与n反变11nnns电动机额定转差率sN=1-6%(笼式)异步机基本运行状态异步机基本转矩、功率关系定子用Tem推动磁场以n1旋转电磁功率Pem=Tem*n1/9.55转子：（1）部分转化为转子机械功率转子用Tem推动转子及外设以n旋转Pmec=Tem*n/9.55=(1-s)Pemn/n1=Pmec/Pem（2）另一部分为”转差功率”消耗在转子回路Ps=Pem-Pmec=s*Pem笼机=转子损耗prs越大损耗越大笼机额定sn=1-6%例三种状态功率流反转过久转子过热第9章运行分析同步（理想空载）:无机械负载,转子n=n1,无感应电势和电流相当变压器空载运行定子—原边,转子—副边一、磁通的分布主—同时交链定子与转子绕组漏—只交链定子或转子绕组2、相等效电路---同变压器mR由于气隙,Io较大励磁阻抗定子漏阻抗。1U0I1R1XmXE1E1=4.44fN1kw1Φm3、与变压器比较•主磁场性质不同：异步电动机—旋转磁场；变压器—脉振磁场。•变压器空载时：E2≠0，I2=0；异步机空载时：E2=0，I2=0。•异步电动机：分布绕组；变压器：集中绕组。设定子磁场相对转子转速为Δn=n1-n=s*n1转子电路:相数:m2=笼条数(绕线机为3)空间对称极对数:同定子磁场P—转子笼条感应电势空间有P个重复频率:f2=sf1(额定s~4%f2~2Hz)感应电势电流:时间对称,顺Δn方向转向电流滞后转子磁场:圆形旋转方向:同定子磁场Δn方向相对转子转速n2=60f2/p=s*n1=Δn相对定子转速n+n2=(1-s)n1+sn1=n1---始终与定子磁场同速有相位差异步运行分析s≠0转子不动s=1转子感应电流的功率消耗在转子回路--等效变压器短路为研究异步机运行性能，应建立等效电路将转子等效电路连接到定子电路，同变压器因此需对转子电量进行归算异步运行分析转子电量归算1频率归算转子电路相感应电动势:不转时E2=4.44f1N2kw2φm转动时E2S=4.44f2N2kw2φm=sE2相绕组漏阻抗Z2S=R2+jX2S=R2+jsX2X2=2πf1L2相电流I2=(sE2-U2)/(R2+jsX2)鼠笼机U2=0=(E2-U2/s)/(R2/s+jX2)--频率归算:电压、阻抗量均/sI2幅值不变,滞后E2的相位也不变相当不转:s=1,,f2f1但电压量升1/s倍而电流量不变--功率量也升1/s2电流归算定向:仿变压器Φ—I1:右旋;Φ--E1,E2,I2:左旋基波磁势方程0.9(m1/2)(N1kw1,1/p)I1-0.9(m2/2)(N2kw2,1/p)I2=0.9(m1/2)(N1kw1,1/p)I0--空载磁势,同变压器维持E1≈U1,磁场基本不变电流归算I2’=I2/ki,电流比ki=(m1N1kw1,1)/(m2N2kw2,1)--将转子等效为同定子同相数匝数磁势方程电流方程:I1=I0+I2’同变压器3电压归算E1=4.44f1N1kw1φm，E2=4.44f1N2kw2φm归算后E2’=ke*E2=E1ke=E1/E2=(N1kw1)/(N2kw2)4阻抗归算E,I归算后应维持欧姆定律不变Z=E/IZ’=E’/I’=ke*E/(I/ki)=(ke*ki)ZZ2R2X2*(ke*ki)Z2’R2’X2’由归算结果对应等效电路如图--对定子等效转子自身不等效(频率归算):功率升1/s,转差功率Ps变为Ps/s=电磁功率Pem将功率元件其按比例s,1-s分开对应的功率为转差功率,机械功率T形等效电路笼机(U2=0)T形等效电路总机械功率PMEC=m1I2’2(1-s)R’2/s机械功率等效电阻标么值T形等效电路总机械功率PMEC*=I2*2(1-s)R2*/s无相数m1影响(UB=UN，IB=INSN=1.732UNIN≠PN)相量图—同变压器M:zm=0.1+5i;z1=0.05+0.1i;x2=0.1;r2=0.05;s=[-100:0.01:100];s=[s,1,0.0543,0];z2=x2*i+r2./s;z=z1+1./(1./z2+1/zm);U1=1i;I1=U1./z;plot([I1,0,U1]),axis([-0.2,5.2,-2.6,2.6])I0=abs(U1/(zm+z1))--0.20异步机圆图与运行状态例:Z1*=0.05+0.1j,R2*=0.05,X2*=0.1,Zm*=0.1+5j,sN=5.34%线性电路某阻抗z在复平面上变化轨迹为圆时则电路各U,I相量轨迹也为圆。(证：设z外部代维南等效电路为(Uo,zo)则z的电流Iz=Uo/(zo+z)--圆/圆变换即z轨迹为圆则Iz也为圆(注：直线=∞圆，例z的r或x=-∞~+∞--圆变)用电流源Iz等效z支路，因电路线性，--各U,I也为圆证毕）-交流电路广泛存在圆图，可用于表达参变性能)交流电路圆图异步机圆图与运行状态1运行状态:欠速电动超速”发电”反转制动(吸电+发电内耗)2(空载)励磁电流较大--总吸收感性无功-无论何种状态3额定点功率因数近最高4起动(4-7)In功率因数低圆图实际分析计算常用Γ型等效电路其圆图与相量如图U1I0I2I1实验求圆图空载实验堵转实验(降压)第10章异步机工作特性1R1X'2R'2X'21Rss1U1I0I'2ImRmX1cupFep2cupMECPemP1P电动机功率流S1-S定子铜损定子铁损转子铜损电磁功率机械损耗附加损耗输出功率输入功率机械功率11155.9)1()1(nPPsPsPTemememmecem电磁转矩从转子看从定子看与转子转速无关例:固有机械特性与运行状态%前例Γ型电路,U1*=1s=[-0.5:0.0011:1.5];I2=1./(0.05./s+0.05+0.2i);Pem=0.05./s.*abs(I2).^2;n=1-s;Tem=Pem;plot(Tem,n)标么值:n*=1-sTem*=Pem*=(R2*/s)I2*202pPPMEC机附损耗机械功率输出功率T=9.55*P/n02TTTmec空载损耗转矩机械转矩输出转矩转矩平衡例10.1.2Pn=100000;nn=950;n1=1000pmec=1000;pad=0;s=(n1-nn)/n1,Pmec=Pn+pmec+padPem=Pmec/(1-s),pcu2=s*PemTem=9.55*Pem/n1,Tmec=9.55*Pmec/nnTn=9.55*Pn/nn,T0=Tmec-TnS=0.05Pmec=101000,Pem=106320pcu2=5315.8Tem=Tmec=1015.3,Tn=1005.3,T0=10.0526一、物理表达式)/2/(/11pfPPTememem2221cosIEmPem2'2cosICTmTem物理本质：电磁转矩取决于….,与直流机相似用于理论分析,调速算法,..电磁转矩2111TWkNpmC—转矩常数221111cos44.4IfkNmmw2'2cosICTmTem电磁转矩电流I2滞后E2φ2参照Φm：E2I2左旋(I1I0右旋)按Φm参考方向，I2的Φ2如图Φ2时间滞后Φm:φ2+90°实际ΦmΦ2空间旋转Φ2空间滞后Φm:φ2+90°90°I2的转矩分量小.起动更滞后交流异步机转矩特性远差于直流机参数式—机械特性2'212'2122112'22'222112221)()/()/'()/()/'(/'XXsRRsRUmXsRsREmsRImPem电磁转矩相关参数:电源(Ｕ、f);结构(r、x、m、p);和运行状态（s）。机械特性曲线n=f(Tem)。电磁转矩1/ememPT恒U1最大转矩Tm和临界sm，Δnm20%(50Hz)~10XRsk'2mΓ电路,略R1(R2’/s,Xk)按最大功率条件:电阻R2’/s=电抗Xk=X1+X2’最大Pem=m1U12/(2Xk)kmXUmT221112~)(NmTTTK过载能力最大转矩Tm和临界sm，ΔnmkmXUpmT22111kLfUpm212121)8(mwkkKNfUpfnpfLfX11111111144.4/60,/2,2kmwLKpNm221211)4(kkmmLRppfLfRnsn'211'2155.960*)2(代入:得:--与f1,n1无关最大转矩Tm和临界sm，Δnm常用恒频分析常用变频分析异步机电磁转矩根本要素:Φ,ΔnR1对Tm影响：略R1时，电动与发电：Tm相同，机械特性对称R1≠0电动时s0,R1+R’2/s↑I2↓Tm↓发电时s0,|R1+R’2/s|↓I2↑Tm↑电磁转矩注Γ等效电路:起动转矩Tst)()(||)(||)(/2121222111221111222'1XXjRRZRRXUmRZUmRImTkkkst增大R2可增大起动转矩KT=Tst/TN=0.8~1.2起动时s=1。按Γ电路人为机械特性--参数影响Tm∝U2/Xk,sm≈R2’/Xk,Tst∝(U1/Xk)2R2sn0n110Tem原始降压定子串感转子串阻2、转子串阻:Tm○;sm↑,Tst↑3*、定子串感:Tm↓;sm↓Tst↓1、降压:Tm↓,sm○Tst↓;Tm.sm确定:NNNmnPTT/55.9忽略空载转矩，有mNNmmNssssTT//2Nmss)(12电磁转矩实用表达式2'212'21'22111)()/(/XXsRRsRUmTemnnnnTssssTTmmmmmmem//2//2略分母R1R2’/s项sddscscbsa////例sn=1-1460/1500sm=(2.3+sqrt(2.3^2-1))*snTn=9.55*150000/1460Tm=2.3*Tns=[0.001:0.001:1];n=(1-s)*1500;T=2*Tm./(s/sm+sm./s);Tst=2*Tm/(1/sm+sm)plot(T,n)sn=0.0267sm=0.1166Tn=981.2Tm=2256.7Tst=519.1Tn已知电机:1460rpm150KW过载能力2.3由“7”形曲线(1)当ΔnΔnm(ssm)Tem“∝”Δn(s)(2)当ΔnΔnm(ssm)Tem”∝”1/Δn(1/s)电磁转矩实用表达式nnnnTssssTTmmmmmmem//2//2S≤Sn时,Tem-S特性“直线”Tem=空载T0+输出T=K·S由图K=TN/(SN-S0),T0/TN=S0/(SN-S0);S=(SN-S0)T/TN+S0≈SnT/Tn(略空载S0、T0)例：额定30KW1440RPM,SNn=4%,设So=0.5%(To/Tn=1/7)半载T/Tn=0.5时S=(4%-0.5%)0.5+0.5%=2.25%,Δn=1500*S=33