《电机学》第四篇 异步电机 第13、14三相异步电动机 原理/结构/特性 第15章 单相异步电动机

第13章 异步电机的基本理论

 

结构

定子：

转子：鼠笼式（导条、短路环 构成闭合回路）、绕线式（外接电阻 闭合回路）

         绕线式可外串电阻，提高启动、调速性格。

 

工作原理

• 异步电机的三种运行状态：

感应电动机：定子：通三相电流产生圆形旋转磁场，磁场旋转以转速n1切割鼠笼式转子的导条，

                     转子：感应电势E=BLv，感生电流，从而产生电磁力F=BLi，转速n

1. 定子绕组吸收电能，转子输出机械能         

2. 转子转速n < 定子旋转磁场n1

3. 转差率 S = （n1-n）/n1  < 1     s=0.015~0.06

 

发电机：定子：仍然通三相电流产生圆形旋转磁场

              转子：转速n 要高于 同步转速n1 

1. 原动机拖动转子转动， 

2. 转子转速n > 定子旋转磁场n1

3. s < 0

 

制动：的

 

3. s > 1

 

• 异步电动机的电势平衡方程式：

每相绕组外加电压：U1 = -E1 +I1（R1 + jX1o）       （E1 = 4.44·f1·N1·φ1·kw1）

转子感应电势频率：f2 = s·f1

转子旋转感应电势：E2s = s·E2  （E2 = 4.44·f1·N2·φ1·kw2）

转子旋转漏电抗：X2os = s X2o  （X2o = 2·π·f1·L2o） 

转子绕组的电流：

端电压=0 ，相当于变压器短路状态

E2s = I2 Z2os 

I2 = sE2 / （R2 +jsX2o）

有效值 I2 = sE2 / √（R2）平方+ （sX2o）平方

 

 

等效电路

1.折算公式

频率折算 （旋转转子->堵转的转子）：串联 R2 （1-s） / s的电阻

转子绕组折算到定子绕组：

电流变比ki

电势变比ke

阻抗变比kz  = ki·ke

       X2o'

       R2'/s

 

2.电势平衡、电流平衡基本方程式

3.等效电路

4.相量图

5.等效电路近似化简图

 

功率平衡和转矩平衡

定子铜耗pCu1

定子铁耗pFe

 

电磁功率PM    （转子铜耗 pCu2 = sPM ，所以PΩ = （1-s）PM）

机械功率PΩ      

 

机械损耗pm、附加损耗p△

输出功率P2

效率n = P2/P1

 

电磁转矩与机械特性

4个电磁转矩表达式：

T= PM/Ω1

T = PΩ/Ω

参数表达式：T = CmφI2'cosφ2

机械特性表达式：T =                        3U1平方R2'/s

                                    Ω1  （R1+R2'/s）平方 + （X1o +X2o'）平方

 

机械特性曲线 T = f（s）

最大转矩Tm：

临界转差率sm：

启动转矩Tst：

启动电流Ist：

转矩实用公式：

 

异步电动机5条工作特性曲线：

5条曲线

转差率s = f（P2）

转矩特性T = f（P2）

定子电流I1 = f（P2）

效率特性 n = f（P2）

功率因素 cosφ1 = f（P2）

 

异步电动机参数测定

定子铜耗R1已知

空载实验：测定铁耗（Rm Xm）、机械损耗

堵转（短路）实验：测定铜耗（定子X1o、转子R2'、X2o'）

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第14章 三相异步电动机的启动、调速

异步电动机启动方法：

目的：降低启动电流，减小对电网的冲击

1.直接启动 ：启动电流大 ，启动转矩仍不大

2.降压启动——有极启动

a.自耦变压器降压启动 : Ist 电流=1/K      I电网= 1/k2     启动转矩Tst = 1/k2

b.星形-三角形启动(Y-△) ：Ist = 1/根号3  I电网 = 1/3   Tst = 1/3

c.定子绕组串电阻启动：Ist = 1/k   I电网 = 1/k    Tst = 1/k2

3.软启动——无极启动

 

异步电动机调速：

鼠笼式异步电动机：

1.变极调速：三角形-双星形（△-YY、 Y-YY）

2.变频调速 ： 降频 U1/f1 不变，U1、f1同时下降，恒磁通调速，恒转矩

                       升频  U1不变，f1下降，弱磁调速，恒功率

  调速范围大，无极调速

3.降压调速：改变定子电压，调速范围比变频小，适合风机、水泵等负载

绕线式：

转子回路串电阻调速

可控硅串级调速

 

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第15章  单相异步电动机

 

场合：电动工具、家用电器、医疗器械

相对于三相缺点：体积大、性能稍差、小容量

 

结构：离心开关，启动起来后，弹簧切断开关

            主绕组（工作绕组）

           副绕组（启动绕组）

原理：两相：椭圆形旋转磁场

类型：

单相电阻启动：提高启动转矩

单相电容启动：提高启动转矩，提高效率

单相电容运转：提高运行性能

单相电容启动兼运转（双值电容）：同时提高启动转矩 和 运行性能

单相罩极式：小功率、玩具等