页数:15页文件大小:127.0 KB来源: 电机学ppt课件
本课件按转子静止开路、静止短路、旋转三种状态逐步分析异步电动机的电磁关系,说明磁动势平衡、转子归算与频率折算,建立 T 型等效电路并介绍参数测定试验。
分析三相异步电动机内部电磁关系的方法与分析变压器的方法相似,即:(1)正方向规定;(2)列写电动势平衡方程;(3)磁动势平衡方程;(4)归算;(5)等效电路。
其实转子是旋转的,但为了与变压器进行对比、把异步电机内部的电磁关系与变压器联系起来,先以转子静止时进行分析。
转子绕组开路相当于变压器副边开路即空载运行 I2=0、I1=I0。当定子接到三相对称电源时,定子绕组中有三相对称电流 I0 流过,三相电流产生一旋转的基波磁场 F1,此旋转磁场与定、转子绕组相链的磁通量 Φm 称为主磁通,Φm 在定转子绕组中感应出电动势 E1 和 E2。
E1=−j4.44f1·w1·kw1·Φm,E2=−j4.44f1·w2·kw2·Φm,其中 f1=p·n1/60。除此之外还有漏磁通 Φσ1 感应的电动势 Eσ1=−jI0·x1,x1 为定子漏电抗。
基本方程式
Zm 及 xm 的物理意义与变压器相似,但大小与变压器不同:异步电机主磁通两次过气隙,其磁导小,故 xm异<xm变,所以所需励磁电流 I0 大,I0异=(30~40)%I1N,而变压器 I0变=0.2%IN。异步电机漏磁场比变压器大,故 xσ1异>xσ1变。
相量图:以 Φm 为参考相量;E2 落后于 Φm 90 度,E2 落后 E1 α 电角度;由 I0=−E1/Zm 得 I0 落后于 −E1 一个电角度,又因 xm>>rm,铁耗角近似 90 度;根据 U1=−E1+I0·Z1 作出 U1,根据 U2=E2 作 U2。
等效电路公式:U1=−E1+I0·Z1=I0·Zm+I0·Z1=I0(Zm+Z1)=I0[(rm+jxm)+(r1+jx1)],即简单的串联等效电路(转子堵转)。
转子静止且转子绕组短路情况(转子绕组短路,但用外力卡住):由于转子短路产生 I2→F2,F2 频率也为 f1(因为卡住不转),旋转速度 n2=60f1/p=n1。F1 与 F2 同频率、同转速、同转向、相对静止,磁动势平衡为 F1+F2=Fm。
各磁动势表达式:
磁动势平衡化简为电流平衡的前提是:定、转子相轴重合,且与时间轴重合,也称转子位置归算。当 +A 与 +t 重合时,某相电流最大则三相合成磁动势 F1 就转到该相绕组的轴线上,得 F1 与 I1 重合、Fm 与 I0 重合;同理 +A 与 +t 重合时 F2 与 I2 重合。
由于定转子之间有磁的联系、没有电路上的直接联系,为了把定转子电路直接连接起来构成统一的等效电路,必须像变压器一样把异步电机的转子量归算到定子边,或者说用一个等效的转子来代替实际的转子。新转子的相数为 m1、有效匝数为 w1kw1,这样归算后不改变物理本质,即应满足:①主磁场不变即 Φm 不变;②转子磁动势 F2 不变;③有功、无功损耗不变。
| 归算量 | 关系式 | 换算系数 |
|---|---|---|
| 电动势 E2′ | E2′=ke·E2 | ke=w1kw1/(w2kw2),电压比 |
| 电流 I2′ | I2′=I2/ki | ki=m1w1kw1/(m2w2kw2),电流比 |
| 电阻 r2′ | r2′=ke·ki·r2 | 由铜耗不变推出 |
| 漏抗 x2′ | x2′=ke·ki·x2 | 由无功损耗不变推出 |
例题:一台三相绕线式异步电动机,UN=380V,IN=35A,定转子均为 Y 接,w1=320、kw1=0.945,w2=170、kw2=0.93,求:(1)电压比 ke、电流比 ki;(2)转子绕组开路、定子加额定电压时的 E2;(3)转子绕组短路堵转、定子接电源且定子电流为额定电流时的转子每相电流 I2(忽略 Im)。
| 计算项 | 计算式 | 结果 |
|---|---|---|
| 电压比 ke | w1·kw1/(w2·kw2)=320×0.945/(170×0.93) | 1.913 |
| 电流比 ki | m1·w1·kw1/(m2·w2·kw2),三相且 m1=m2=3 | 1.913 |
| 转子开路电动势 E2 | U1/√3/ke=(380/√3)/1.913,U1≈E1 | 约 115V |
| 堵转转子电流 I2 | ki·I2′=1.913×35,忽略 Im 时 I2′=I1 | 67A |
当转子转起来后 n<n1,转子中有 I2 产生 F2,I1→F1 相对定子的转速为 n1,那么 F2 相对于定子的转速是否还等于 n1?
结论:不论转子静止还是旋转,F1 与 F2 在空间上相对静止、相对定子的转速均为 n1,所以 F1+F2=Fm。一般不允许转子堵转且绕组短路:因 x1*+x2* 很小(约 0.16~0.24),当定子绕组加额定电压时定转子电流很大,I1≈(4~7)I1N,时间过长会烧坏绕组,因此堵转时必须降低电压进行。
转子旋转时定转子磁动势仍保持相对静止,说明转子旋转时电机内部电磁过程仍和转子静止时一样,所不同的是转子电流的频率改变了。Fm→Bδ→Φm 感应电动势:
方程式:U1=−E1+I1·Z1;E2s=I2s·(R2+jx2s)。根据方程式可画出其等效电路。
要找到一个统一的等效电路,须进行折算,把转子折算到定子:除了要进行相数、匝数的折算和转子位置的折算,还要进行频率的折算。转子频率的折算就是找到一个等效静止转子,折算条件是:从定子侧看,转子对定子的影响不变,让定子感觉不到,转子是通过磁动势来影响的,故 F2 折算前后大小相等、相位相同。
旋转时转子电流 I2s=E2s/(R2+jx2s)(频率 f2);静止时转子电流 I2=E2/(R2+jx2)(频率 f1)。由于 I2s=E2s/(R2+jx2s)=s·E2/(R2+j·s·x2)=E2/(R2/s+j·x2),要让两式大小相等相位相同,只需把转子电阻由 R2 换成 R2/s=R2+(1−s)R2/s。
其中 R2 为转子本身电阻,(1−s)R2/s 为附加电阻。I2²·R2 为转子本身损耗,I2²·R2·(1−s)/s 表征了异步电动机的机械功率、随转子转速变化而变化。因此,用转子电路串了附加电阻 R2(1−s)/s 的静止转子代替实际转动的转子,从定子方面看是无从区分的。
方程式
其中 I2′=I2/ki,E2′=ke·E2,ke=w1kw1/(w2kw2),ki=m1w1kw1/(m2w2kw2)。
由于异步电机的 Im 较大,所以不能像变压器那样忽略,须引入校正系数化简。T 型等效电路还可找到简化等效电路。
结论
要求定转子的极数必须相等才能产生平均电磁转矩,否则电机无法工作。绕线式转子的极数可以设计和绕制成与定子极数相等;但笼型转子的绕组是导条加端环构成的闭合回路。
思考题及习题
下载地址:{{downurl}}
{{{a}}}
{{#b}}{{{b}}}
{{/b}} {{/title}} {{#nolog}}登陆注册
{{/nolog}} {{#djsx}}点我刷新
{{/djsx}} {{#gocz}} {{/gocz}} {{#ffqr}} {{/ffqr}}