;第5章 感应电机;第5章 感应电机;感应电机一般做为电动机使用，是将交流电能转换为机械能的一种旋转装置。其作用是作为原动机拖动生产机械。 感应电机的优点: 结构简单、容易制造、价格低廉、运行可靠、坚固耐用、运行效率较高和具有适用的工作特征。 感应电机的缺点: 功率因数较差。运行时，必须从电网里吸收落后性的无功功率，它的功率因数总是小于１，需对功率因数进行补偿。 不能实现较广范围的平滑调速（变频器）;异步电动机;1.感应电机的结构—认识感应电机;1.感应电机的结构—定子;1.感应电机的结构—定子;1.感应电机的结构—定子;圆底槽;根据线圈绕制的形状与嵌装布线方式不同，可分为集中式和分布式两类。集中式绕组的绕制和嵌装比较简单，但效率较低，运行性能也差。 目前的交流电动机定子绝大部分都是应用分布式绕组。 ;局部放大;1.感应电机的结构—笼型转子绕组;;笼型绕组是一个自行封闭的短路绕组。 绕线型绕组属于三相交流绕组，三个首端通过集电环和电刷引出到外部电路，用于接电阻等器件，并最终在电机外部短接。;电生磁;2.感应电机的运行状态—工作原理;旋转磁场的转速ns与转子转速n之差称为转速差；转速差Δn与同步转速ns的比值称为转差率，用s表示。 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;2.感应电机的运行状态—运行状态;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。;3.额定值;求四极电机转速分别等于0, 1452,1500,1548r/min时的转差率. 同步转速ns=1500r/min ;;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。 转子转速→ns ，转子电流I2≈0； ;感应电机中主磁通所经过的磁路;端部漏磁;空载时，气隙中的主磁场以同步转速旋转，主磁通将在定子???相绕组中感生电动势，其有效值为： 假设磁路为线性，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E1与磁化电流Im之间具有下列关系： ;定子漏磁通F1s 在定子绕组中产生的感应电动势为定子漏感电动势E1s，由于漏磁通走的磁路主要是气隙，故它基本不受磁饱和影响，只与定子电流I0成正比，与变压器分析相似，将其看成定子电流I0在定子漏电抗x1S上的压降，则有： 所以，空载时，定子一相电路的电压方程为 ;;2.空载运行电压方程和等效电路;异步电动机的电磁关系与变压器相似，其差别如下：; 感应电机的负载运行: 当电动机带上负载时，电机的转速将从空载转速 nS,下降到转速n,定子磁场切割转子绕组,转子绕组上将产生三相感应电动势和电流。 转子电动势和电流相序:若定子旋转磁场为正向旋转（即从 A →B → C 相），则转子感应电动势和电流的相序是正相序。 转子磁动势的转向:转子绕组流过三相或多相对称电流时产生圆形旋转磁动势F2 。 ;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、转子磁动势保持相对静止是产生恒定电磁转矩的必要条件） 定、转子磁动势之间的速度关系为： ;;三相绕线型转子的转子磁动势的空间相位关系如图 负载运行磁动势平衡方程： 负载时，定子基波旋转磁动势F1幅值为 ;负载时，在转子三相对称感应电动势作用下，又会在转子三相绕组中产生对称的转子电流I2，从而产生合成的转子基波旋转磁动势F2，其幅值为： 式中，I2为转子绕组每相电流有效值，N2为转子一相绕组串联匝数，kw2为转子的基波绕组系数。 气隙中合成磁动势为： ;;;定子;1.定子侧电压方程;2.转子侧电压方程;根据定转子电压方程关系，得出感应电动机定、转子耦合电路图：;根据定转子电压方程关系，得出感应电动机定、转子耦合电路图：;用静止的转子代替旋转的转子使定、转子电路的频率相等 归算原则：归算前后磁动势的大小和相位不变。 如果要保持磁动势的大小和相位不变，必须保证归算前后转子电流的大小和相位不变。 归算前、后转子电流分别为： ;归算前后转子电流的大小和相位 ;归算后转子电阻R2变为： 的物理意义：等效总的机械功率的等效 电阻。 转子转动后定、转子的电路图以及经过频率归算以后的定、转子的电路图为： ;;用一个相数为m1、匝数为N1kw1的绕组，代替原来的转子绕组（转子绕组原来的相数为m2，匝数为N2kw2）。 绕组归算原则：保持归算前后电动机磁动势平衡关系不变，即F2的大小以及与F1之间的空间位置不变。 归算前、后转子电动势变化： ;折算前、后转子电流变化： ;归算前、后转子阻抗的变化： 频率和绕组归算后异步电动机的等效电路如图： ;;频率和绕组折算后的基本方程为： ;;异步电动机相量图 ; 3.等效电路— 型近似等效电路;3.等效电路—总结分析;功率分析;定子侧：;转子侧：; 从气隙传递到转子的电磁功率分为两部分，一小部分变为转子铜损耗，绝大部分转变为总机械功率。转差率越大，转子铜损耗就越多，电机效率越低。因此正常运行时电机的转差率均很小。 异步电机功率图如下图所示：;1.功率方程、电磁功率和转换功率;2.转矩方程和电磁转矩;例题分析--例5-3简化; 已知一台三相50HZ绕线式异步电动机，额定电压U1N=380V，额定功率PN=100KW，额定转速nN=950r/min，在额定转速下运行时，机械摩擦损耗pm=1KW，忽略附加损耗，当电动机额定运行时，求： （1）额定转速差（2）电磁功率Pe（3）转子铜耗pcu2;;电机的相数： 交流电???定、转子相数可以相等，也可以不相等； 绕线式转子相数在设计时已经确定； 对于两极电机，笼型转子绕组一根导条即为一相，每根导条中流过电流的相位不同。 电机的极数： 交流电机定、转子极数必须相等，否则电机无法工作； 绕线式定、转子极数在设计时已经确定； 笼型转子极数会和定子极数自动匹配相等。;笼型转子;;特点：所有导条在两头被端环短路，整个结构对称。 Q2：转子导条数或槽数。 极对数：自动与定子磁场的极对数相匹配，p2＝p1＝p。 相数：m2＝Q2 /p。 匝数：N2＝1/2。 绕组：kp2＝1，kd2＝1，kw2＝1。;1.空载试验: 确定电动机的激磁参数、铁耗和机械损耗。;空载特性的测量 轴上不带负载,f=fN,n≈ns 调节电压：(1.1-1.3)UN →0.3UN 记录：U10，I10，P10;1.空载实验--铁耗和机械损耗分离;激磁电阻 空载阻抗 空载电抗 ;堵转实验特性的测量 过程中保持电机不转(s=1) 调节电压从0开始缓慢上升，观察定子电流，等于额定电流时，读取电压，电流，功率。 确定电动机的漏阻抗; 短路特性;2.堵转实验—数据处理方法;5.7 感应电动机的转矩-转差率特性;1.机械特性表达式—参数表达式;2.转矩-转差率特性（曲线）;最大电磁转矩;起动转矩 S=1，代入电磁转矩表达式得：;电动机在额定电压和额定频率下，按规定的接线，定、转子电路不外接阻抗时的机械特性。 ;;;转子电阻对Te-s曲线.计算和绘制Te-s曲线的MATALAB程序;8.以最大转矩为基值时，Te-s曲线.以最大转矩为基值时，Te-s曲线的表达式;近似公式的应用;5.8 谐波磁场对三相感应电动机转矩-转差率的影响;1.异步寄生转矩;2.同步寄生转矩;小结;3.削弱寄生转矩的方法;5.9 感应电机的工作特性;;4、效率特性h=?(P2) 5、定子功率因数特性cosj1=?(P2) 异步电动机空载运行时，由于空载电流中主要是无功电流分量，此时功率因数很低，cosj1=cosj0≈0.2左右；随着负载P2增大→定子电流I1有功电流分量增大→功率因数提高，直至P2=PN，功率因数达最高cosj1=cosj1max。 特性曲线如下图所示：;;起动： 电动机接通电源后由静止状态 加速到稳定运行状态的过程。 对电动机的起动性能要求 起动电流小,起动转矩大。 异步电动机直接起动特点 起动电流大（S=1）(用近似等效电路，若忽略激磁电流Im) ;异步电动机直接起动特点 起动转矩不大 原因：;1.笼型异步电动机起动;2、降压起动 降低电源电压，以减小起动电流，但同时起动转矩也减小。 适用范围:起动转矩要求不高的场合。 常用降压方法:星三角变换;自耦变压器法。;（1）Y-△ 降压起动 ;1.笼型异步电动机起动—降压起动;2.绕线.绕线.绕线.11 三相感应电动机的调速;1.变极调速;1.变极调速;1.变极调速;2.变频调速;2.变频调速;2.变频调速;变频器的基本构成、原理;2.变频调速—机械特性;3.变转差率调速;3.变转差率调速;3.变转差率调速—转子串电阻;;5.12三相感应电动机在定子电压不对称时的运行;5.12三相感应电动机在定子电压不对称时的运行;5.12三相感应电动机在定子电压不对称时的运行;5.13 单相感应电动机;2.工作原理和等效电路;2.工作原理和等效电路;5.14三相感应电动机转子电路不对称时的运行;1.转子端点电压不对称，感应电动机正序和负序等效电路;2.转子外接电压不对称时，三相感应电动机的电压方程;3.电磁转矩;故障条件（Y接绕线 另两相电流互为回路，端电压为0 使用对称分量法进行分析 ;5.16三相感应发电机和感应电动机的制动，直线三相感应发电机和感应电动机的制动，直线.直线感应电动机结构特点与基本工作原理;同学们再见！

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