《電機技術》講稿

(10-11-1學期)

（異步電動機工作狀態分析1）10/1/1水職院電機教研室異步電動機工作狀態分析報告第1頁第十三章對異步電動機運行進行分析分析進行需要相關工具利用工具找出電動機基本特征利用基本特征得出電機運行特點運行特點就反應出了電機性能10/1/2水職院電機教研室異步電動機工作狀態分析報告第2頁第一、二節異步電機電磁關系及等值電路異步電動機在運行過程中，所包括到運行參數包含：電源電壓（輸入電壓）U、輸入電流I、輸出機械功率P2、旋轉速度n、溫度°t高低等，這些運行運行參數間有一定關系，這種關系反應了異步電動機運行時特點和規律，若找出這個關系和規律，就能把握電機運行特點，從而對電機運行狀態進行分析，以利于正確使用電機，并利用這些關系判斷電機運行狀態，以確保電機運行安全、正常。在分析、討論這兩節內容過程中，書上給出了詳細分析、推導過程。在此我們略掉繁瑣理論推導過程，直接給出書上推出結論及實用分析工具，著重介紹結論應用。10/1/3水職院電機教研室異步電動機工作狀態分析報告第3頁這兩節最主要是推出在對異步電動機進行分析時所使用等效電路。－－見圖13-3所表示。此電路稱為異步電動機“T”形等效電路。等效含義？－－要能利用此電路對異步電動機進行分析，必須要明確等效電路中各參數含義。10/1/4水職院電機教研室異步電動機工作狀態分析報告第4頁x′2－－轉子回路繞組漏電抗折算值；在等效電路中：（腳標1表示定子，2表示轉子）U1－－電源電壓（此處為相電壓）；I1－－輸入電流（此處為相電流）；I0－－電動機空載電流（此處為相電流）；I′2－－轉子回路折算后電流；r1－－定子回路一相繞組電阻；x1－－定子回路一相繞組漏電抗；r′2－－轉子回路繞組電阻折算值；－－電動機總機械功率等效電阻。10/1/5水職院電機教研室異步電動機工作狀態分析報告第5頁幾點說明：1、轉子回路參數折算：第一，轉子回路與定子回路沒有直接電聯絡，等效電路是將定、轉子電路等效成一個整體，這時轉子回路參數值就與實際值不一樣了，這與變壓器一樣，需經過折算使等效電路中轉子回路效果與實際情況一樣；第二，轉子回路頻率與定子回路頻率是不一樣，f2=sf1，當定、轉子等效成一個整體后，定、轉子對應回路頻率是一樣，還需要頻率折算。所以，在等效電路中，轉子回路全部參數都需要進行折算（包含繞組折算和頻率折算），至于怎樣折算可暫不深究它，要知道結論。10/1/6水職院電機教研室異步電動機工作狀態分析報告第6頁2、總機械功率等效電阻[(1-s)/s]r′2是一非常主要參數，經過等效電路只能進行電氣量計算，而電動機是將電能轉換成機械能裝置，其中機械能在等效電路中用電能計算方法可進行計算，見下式：公式中轉差率s表明，這是一個與轉動相關參數，顯然機械功率是與轉動相關。3、折算前后參數性質不變，在電機制造中，廠家盡可能確保阻抗參數r1、r2、x1、x2(r′2、x′2)盡可能小。4、因為氣隙存在，異步電動機空載電流百分數較變壓器大，I0%=20~30%IN，但在很多情況下仍視rm、xm回路開路，即認定I0=0。10/1/7水職院電機教研室異步電動機工作狀態分析報告第7頁第三節三相異步電動機電磁轉矩三相異步電動機是一能量轉換裝置，在其將電能轉換成機械能過程中，在穩定運行狀態下，它一定遵從能量守恒、運行參數平衡。一、功率傳遞過程與功率平衡關系見異步電動機功率傳遞圖：P1PemPmec

P2pCu1pFe1pCu2pmec+pad10/1/8水職院電機教研室異步電動機工作狀態分析報告第8頁（一）定子側對應功率傳遞圖，定子部分功率及相互關系：1、輸入電功率P1，含義－－２、定子銅損耗pCu1，含義－－３、定子鐵損耗pFe，含義－－４、電磁功率Pem，含義－－有：10/1/9水職院電機教研室異步電動機工作狀態分析報告第9頁（二）轉子側對應功率傳遞圖，轉子部分功率及相互關系：1、轉子銅損耗pCu2，含義－－２、總機械功率Pmec，含義－－３、機械摩擦損耗pmec，含義－－４、附加損耗pad，含義－－５、輸出功率P2（機械功率），含義－－10/1/10水職院電機教研室異步電動機工作狀態分析報告第10頁有：二、轉矩平衡方程式前面推出了異步電動機工作時，功率平衡關系，利用功率平衡關系可推出轉矩平衡關系式：依據有得10/1/11水職院電機教研室異步電動機工作狀態分析報告第11頁式即異步電動機轉矩平衡方程式。式中各參數含義及意義－－轉矩平衡方程式在異步電動機運行分析中主要性－－當時，電機轉速恒定；當時，電機轉速升高；當時，電機轉速降低；這是分析異步電動機運行狀態一個非常有用、非常主要工具，要求要掌握利用此工具對電動機運行進行分析！10/1/12水職院電機教研室異步電動機工作狀態分析報告第12頁三、電磁轉矩兩種計算式電動機是在電磁轉矩推進下運轉，電磁轉矩大小、性質將確定電動機運行情況。所以，要準確分析電動機運行情況，必須首先知道電磁轉矩與哪些原因相關？是什么關系？（一）電磁轉矩物理表示式經推導，有：上式各參數含義－－怎樣利用上式對電磁力矩進行分析？－－10/1/13水職院電機教研室異步電動機工作狀態分析報告第13頁（二）電磁轉矩參數表示式經推導，電磁轉矩也可用下式進行計算：怎樣利用上式進行分析？（1）設電動機接入一電壓U1、頻率f1穩定電源，除轉差率s外，其它參數都是定數，則電磁轉矩T大小只與轉差率相關（即與轉動狀態相關）；（2）電源電壓U1或頻率f1改變會引發電磁轉矩T改變。式中各參數含義－－10/1/14水職院電機教研室異步電動機工作狀態分析報告第14頁從表示式（13-49）不能直觀看出電磁轉矩與轉差率關系，為直觀起見用坐標曲線描述這個關系，這么就直觀了，見下列圖：這個坐標曲線稱為T－s[T＝f(s)]曲線。10/1/15水職院電機教研室異步電動機工作狀態分析報告第15頁將T＝f(s)曲線坐標改變為右圖示，得到坐標曲線稱為異步電動機機械特征曲線，即n=f(T)坐標曲線。為分析方便，也經常用異步電動機機械特征曲線來分析，所以也要熟悉機械特征曲線形狀及特點。10/1/16水職院電機教研室異步電動機工作狀態分析報告第16頁四、電磁轉矩特征（一）電磁轉矩特征定義電磁轉矩T與轉差率s關系－－電磁轉矩特征。對應坐標曲線－－電磁轉矩特征曲線。對照坐標特征曲線，電磁轉矩特征曲線特點：以sm為界，左邊：隨s增大，T增大；右邊：隨s增大，T減小。sm－－臨界轉差率。Tmax－－與臨界轉差率對應電磁轉矩。把握以下幾個電磁轉矩及特點，也就把握了電磁轉矩特征。10/1/17水職院電機教研室異步電動機工作狀態分析報告第17頁10/1/18水職院電機教研室異步電動機工作狀態分析報告第18頁二、轉子繞組中電氣參數及電動勢方程式1、轉子繞組感應電動勢：轉子靜止時（電動機起動瞬間），n=0，s=1，轉子回路頻率f2=sf1=f1，這時轉子電動勢為：轉子靜止時感應電勢轉子轉動時感應電勢且當轉速n=0(s=1)時，f2最高，E2最大，即伴隨轉速n升高（轉差率s減?。?，E2會減小。10/1/19水職院電機教研室異步電動機工作狀態分析報告第19頁2、轉子繞組漏電抗：式中：x2s為轉子旋轉時轉子每相繞組漏電抗；x2σ為轉子不轉時轉子每相繞組漏電抗。當轉速n=0(s=1)時，f2最高，x2s最大，即伴隨轉速n升高（轉差率s減小），x2s會減小。轉子繞組每相總阻抗為：當轉速n=0(s=1)時，f2最高，z2s最大，即伴隨轉速n升高（轉差率s減小），z2s會減小。轉子電流I2s也要產生漏磁通Φ2s，對應產生漏抗壓降，對應轉子回路有一轉子繞組漏電抗：10/1/20水職院電機教研室異步電動機工作狀態分析報告第20頁3、轉子回路電流：依據基爾霍夫電壓定律，轉子回路電動勢平衡方程式為：轉子繞組每相電流為：4、轉子繞組回路功率因數為：可見，轉子回路中各參數都與轉差率相關！10/1/21水職院電機教研室異步電動機工作狀態分析報告第21頁這也很好了解，因為異步電動機旋轉速度會隨負載改變及其它參數改變而對應改變。轉子繞組回路各參數隨轉差率改變而對應改變規律見下列圖示：就各曲線意義及改變規律進行分析－－10/1/22水職院電機教研室異步電動機工作狀態分析報告第22頁異步電動機磁動勢平衡方程式異步電動機內部磁場情況：三相定子繞組施加三相對稱交流電壓在異步電動機內部形成三相旋轉磁場旋轉磁場切割轉子繞組形成感應電流I２轉子電流I２產生磁場（也是旋轉磁場）轉子磁場與主磁場相互作用形成電磁力矩電磁力矩推進電動機轉動。電能機械能因為電動機能量轉換過程與主磁場和轉子磁場相互作用相關，所以有必要搞清楚這兩個磁場相互關系，而二者間相互關系是經過磁動勢平衡關系反應出來。10/1/23水職院電機教研室異步電動機工作狀態分析報告第23頁一、定子磁場與轉子磁場相對位置關系定子磁場相對于定子以n1速度旋轉。轉子繞組感應電流所產生轉子磁場相對于轉子以n2速度旋轉。并有：轉子磁場相對于定子轉速為：（前面分析已知，轉子旋轉磁場轉動方向n2與定子磁場轉動方向n1相同。)上式說明：轉子旋轉磁場與定子旋轉磁場旋轉速度相同，而且旋轉方向也是一致，即轉子旋轉磁場與定子旋轉磁場是相對靜止。10/1/24水職院電機教研室異步電動機工作狀態分析報告第24頁二、磁動勢平衡方程式異步電動機在運行過程中，電動機內部有兩個磁場，即定子磁場和轉子磁場，這兩個磁場相對靜止，在電動機內部合成一個磁場－－氣隙磁場，這個氣隙磁場切割定子繞組產生感應電動勢E1δ。這個感應電動勢大小約等于機端電壓U1，因為機端電壓即電網電