电动机的电磁特性和机械特性分析.ppt

大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,回顾内容： 三相异步电动机的工作原理概述,,,第6章 电 动 机,对称定子三相绕组 通入对称三相电流,旋转磁场 （磁场能量）,磁感线切割 转子绕组,转子绕组中 产生 e 和 i,转子绕组在磁场中 受到电磁力的作用,转子旋转起来,三相 交流 电能,,,电磁 转矩,,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,,,6.2 三相异步电动机的工作过程 （定子电路和转子电路分析）,,,,一、每相的等效电路,R1 jX1,jX2s R2,f1,f2,定子每相电路 转子每相电路 ※ R1、X1 —— 定子每相绕组的电阻和漏磁感抗 ※ R2、X2s —— 转子每相绕组的电阻和漏磁感抗 （下标“s”表示其值与转差率即转速有关）,定子相当于变压 器的一次绕组,转子相当于变压 器的二次绕组,,转子 电路 通常 是短 路的,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,6.2 三相异步电动机的工作过程 （定子电路和转子电路分析）,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,定子绕组中通入的是三项正弦交流电，所以通过每相绕组的磁通Φ也是按正弦规律变化的，即Φ = Φ msin ωt，有主磁通和漏磁通。

1. 定子绕组中的电动势,旋转磁场以n1的转速在空间旋转，定子绕组以n1的速度切割磁力线，因此，主磁通Φ在定子每相绕组中产生的感应电动势为： 其有效值为：E1,定子电流除产生旋转磁通（主磁通）外，还产生漏磁通 这个磁通只围绕定子绕组和周围空气，而不通过转子绕组，因此定子每相绕组中还要产生漏磁电动势：,定子每相绕组的等效电路如下：,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,,,,,,R1 jX1,jX2s R2,f1,f2,定子每相电路 转子每相电路 ※ R1、X1 —— 定子每相绕组的电阻和漏磁感抗 ※ R2、X2s —— 转子每相绕组的电阻和漏磁感抗 （下标“s”表示其值与转差率即转速有关）,定子绕组相当于变压 器的一次绕组,转子绕组相当于变压 器的二次绕组,,转子 电路 通常 是短 路的,定子、转子每相绕组的等效电路如下：,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,忽略 R1 和 X1 ，则,有效值为：U1 =E1 = 4.44 f1 N1,绕组的材质为铜线，上面会产生一定的压降,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,,,U1=E1 = 4.44 f1 N1,※ N1 —— 定子每相绕组的等效匝数； ※  —— 定子每相绕组交链磁通的最大值， 即旋转磁场每极的磁通； ※ f1 —— e1 的频率，即定子电路的频率。

—— 与交流电源同频率 和 U1建立了联系，当f1、 N1为固定值时，  由 电源电压U1决定大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,2、定子电流和定子功率因数,当电动机空载时，轴上受到的摩擦阻力极小，转速n接近于同步转速n1，可以认为旋转磁场不切割转子绕组，因此e2≈0和i2≈0此时，旋转磁场仅由定子电流i10建立，空载时的主磁通Φ0与之相对应当电动机带上负载时nn1，转子电流i2不再为零，旋转磁场由i1和i2共同建立 为简化分析，习惯常认为定子电流i1由两部分组成，一部分为励磁分量i10，其作用是产生气隙主磁通Φ0 ；另一部分是负载分量，其作用是抵消（或称为平衡）转子电流所产生的磁效应 从此角度出发，能方便地理解当i2增加时，i1便相应增加这种能量的传递和转换作用大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,转子电路分析 主要研究转子电流i2和转子功率因数cos2 ，以便后来分析电磁转矩T,在旋转磁场的作用下，转子绕组也要切割磁力线，从而产生感应电动势e2，而转子绕组是通过短路环闭合的，从而有感应电流i2，而这电流同旋转磁通作用产生电磁转矩T定子每相绕组的等效电路如下：,定子电流的产生过程：,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,,,,,,R1 jX1,jX2s R2,f1,f2,定子每相电路 转子每相电路 ※ R1、X1 —— 定子每相绕组的电阻和漏磁感抗。

※ R2、X2s —— 转子每相绕组的电阻和漏磁感抗 （下标“s”表示其值与转差率即转速有关）,定子相当于变压 器的一次绕组,转子相当于变压 器的二次绕组,,转子 电路 通常 是短 路的,定子、转子每相绕组的等效电路如下：,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,,,转子电路产生感应电动势e2,三项异步电动机,1.感应电动势e2 ，和变压器分析方法相同 e2是转子相对于旋转磁场运动而产生的，所以f2是和转速、转差率有关的量 下面具体研究一下f2,9.3 三相异步电动机的电路分析,,变压器,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,2、转子感应电动势（电流）的频率f2,把它换算成每一秒钟转多少转,已知，当P=1时，i 变化一周期→旋转磁场转一圈当P=2时，i 变化一周期→旋转磁场转半圈可得，当磁极对数为P时，旋转磁场转一圈→ i 变化P个周期又因为正弦交流电每秒内变化的次数称为频率f,则f2的表达式如下：,f1是电源电压的频率，是固定不变的，所以f2和s有关.,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,在电动机启动瞬间， n=0，s=1，此时f2与f1相同， f2数值最大。

当异步电动机正常运行时， s=1%～9%， 则f2=0.5～4.5Hz （f1=50Hz）※ 正常运行时 f2 很低设此时转子的感应电动势用e20来表示，则其有效值为： E20 = 4.44 f1 N2 即起动瞬间转子的感应电动势最大此时转子的感应电动势用e2s来表示，则其有效值为： E2s = 4.44 f2 N2  = 4.44 s f1 N2  则 E2s = sE20,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,,,3. 转子的漏磁感抗 ，等效电路如下所示：,电动机起动瞬间n=0（S=1）转子的感抗用X20 来表示： X20 = 2 f1L2 —— 转子起动瞬间的漏电抗最大X2s = ω2L2 = 2 f2L2 = 2s f1L2,,漏磁感抗是由漏磁通产生的，漏磁通沿着空气闭合，是非磁性材料，可以用一个线性电感L2来表示电动机正常运行后， X2s = s X20,L2,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,,,4. 转子电路的电流,,可见，i2是S的函数，用下面的曲线图来表示：,用有效值来表示：,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,理想空载时，n≈n1，s=0， e2=0, i2=0, 所以从坐标 原点开始。

当s较小时， ＜ ， 近似可以省略， I2随S的增加近似成正比增加 当s较大时， ＞ ， 近似可以省略， I2近似与S无关，是一个比较大的常数现分析i2与S的关系： 横坐标为s，纵坐标为i2,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,,,5. 转子电路功率因数,,由于转子电路存在感抗，因此i2与e2之存在一个相位差ψ2,结论：cos Ψ 2随着s的增加而减小，启动瞬间的 最小大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,6.2 三相异步电动机的功率,,,第9章 电 动 机,,一、 三相异步电动机的功率 1. 功率流程图（功率的变换过程）,2. 输入功率 P1 P1 = 3 U1I1cos1,P1,Pe,P2,Pm,输入电功率,输出机械功率,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,,,3. 定子损耗,9.4 三相异步电动机的功率和转矩,,包括定子三相绕组的铜损耗 PCu1 和 定子铁心 的损耗 PFe1 4. 电磁功率 Pe Pe = P1－PCu1－PFe1 即从定子传送到转子上的功率 5. 转子损耗 包括转子绕组的铜损耗 PCu1 和 转子铁心的 损耗 PFe2 。

由于转子转速很接近于同步转速，因此， 转子铁损耗 PFe2 可忽略不计大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,,,6. 总机械功率 Pm,9.4 三相异步电动机的功率和转矩,,Pm = Pe－PCu2－PFe2 = Pe－PCu2 = P1－PCu1－PFe1－PCu2 7. 空载损耗 P0 P0 = Pme＋Pad 8. 输出功率P2 P2 = Pm－P0 = P1－PCu1－PFe1－PCu2－P0 9. 电动机的效率 （约 80% ~ 90%）,机械损耗,附加损耗,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,1. 异步电动机的电磁转矩产生,6、3 异步电动机的电磁转矩和机械特性,异步电动机的电磁转矩等于转子中各载流导体在旋转磁场作用下，受到电磁力所形成的转矩之总和磁场越强，转子电流越大，转矩也就越大由此可得电磁转矩的物理式为,此公式没有反映出T和U的关系，以及T和S的关系大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,电磁转矩T正比电源电压U12 的平方，反映了电动机的电磁转矩在负载不变情况下，其大小取决于电源电压的高低。

但这并不意味电动机的工作电压越高，电动机实际输出的电磁转矩就越大电动机拖动机械负载运行时，输出机械转矩的大小，实际上决定于来自于电动机轴上负载阻转矩的大小 换言之，当电磁转矩T等于负载阻转矩TL时，电动机就会在某一速度下稳定运行； 若TTL，电动机就会加速运行； 若TTL，电动机则要减速运行直至停转大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,Tc是电动机转轴上的总的阻转矩；,T0是空载转矩，通常是摩擦转矩、 空气阻力转矩等形成的；,T2是机械负载转矩；,通常T0这个值很小，可以忽略不计，近似认为Tc≈T2,2. 转矩平衡关系,利用异步电动机的转矩特性曲线 来研究一下电动机的自适应负载能力 电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整，这种能力称为自适应负载能力大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,现在假定转轴上所加的负载转矩是一个恒定的负载转矩，用T2来表示，如图所示，它与转矩特性曲线有两个交点，c点和d点，这两点表面上看来都满足转矩平衡的关系，T=T2，但是电动机在 c点和d点都能够稳定运行吗？这两点的运行状态有什么不同呢?下面就做具体分析大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,C点情况分析说明,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,首先看c点的运行情况：在c点T=T2，恒速运行。

假设某些因素使T2突然增大了，这种情况是经常发生的，比如金属切削机床在加工工件的时候，由于持刀量的增加，或者加工材料的不均匀，又或者起重机起吊重物的时候，也可能造成负载转矩突然增加，从图上来看，它从T2增加为T2′，在这一瞬间，T＜ T2′，n就会下降，s会增大，根据转矩特性曲线，在这一段（ob段）内， s增大，T相应会增大，这样就可以达到T= T2′，重新满足转矩平衡的条件这样电动机就在一个新的、比较低的转速下运行，那就对应着图中的c′点 同理，可以分析T2突然减小的情况， T ＞ T2′，n就会上升，s会减小，在ob段， s减小，T相应会减小，这样就可以达到T= T2′，重新满足转矩平衡的条件这样电动机就在一个新的、比较高的转速下运行，那就对应着图中的c′′点C点情况分析说明,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,d点情况分析说明,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,d点的运行情况：在d点T=T2，恒速运行 假设某些因素使T2突然增大了，从图上来看，。