感应电动机的转矩-转差率曲线

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1、第五章第五章 感应电机感应电机5.1 感应电机感应电机的结构和运行状的结构和运行状态态5.2 三相感应三相感应电动机的磁动电动机的磁动势和磁场势和磁场5.3 三相感三相感应电动机的电应电动机的电压方程和等效压方程和等效电路电路5.4 感应电感应电动机的功率方动机的功率方程和转矩方程程和转矩方程5.5 感应感应电动机参电动机参数的测定数的测定5.8 感应电动机的工作特性感应电动机的工作特性5.6 感应动机感应动机 的转矩的转矩转差率曲线转差率曲线l 本章主要研究本章主要研究定、转子间靠电磁感应作用，在转子内感应电流以实现机电能量转换的感应电机。感应电机一般都用作电动机，在少数场合下，亦有用作发电

2、机的。本章先说明空载和负载时三相感应电动机内的磁动势和磁场，然后导出感应电动机的基本方程和等效电路，最后分析它的运行特性和起动，调速等问题。 一、感应电机的结构一、感应电机的结构感应电机感应电机定子绕组定子绕组定子铁心定子铁心 转子转子机座机座 笼笼 型型 结构结构转子铁心转子铁心转轴转轴转子绕组转子绕组绕线型绕线型 结构结构定子定子5.15.1 感应电机的结构和运行状态感应电机的结构和运行状态二、感应电机的运行状态二、感应电机的运行状态l 旋转磁场的转速旋转磁场的转速ns与转子转速与转子转速n之差称为转差转之差称为转差转差差n与同步转速与同步转速ns的比值称为转差率，用的比值称为转差率，用s

3、表示，表示，即：即： l 转差率是表征感应电机运行状态的一个基本变量。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，电机和电磁制动三种运行状态，如图如图5-5所示所示 例题例题ssnnsnu额定功率额定功率PN (kW) ：额定运行时轴端输出的机械功率；：额定运行时轴端输出的机械功率；u额定电压额定电压UN (V) ：额定运行时定子绕组的线电压；：额定运行时定子绕组的线电压；u额定电流额定电流IN (A)：额定电压下运行，输出功率为额定值：额定电压下运行，输出功率为额定值 时，定子

4、绕组的线电流；时，定子绕组的线电流；u额定频率额定频率fN (Hz) ：定子的电源频率；：定子的电源频率；u额定转速额定转速nN (r/min) ：额定运行时转子的转速。：额定运行时转子的转速。三、额定值三、额定值返回返回 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。计及铁心损耗时，磁场在空间滞后于磁动势以铁心损耗角，如图如图5-65-6所示所示。5.2 三相感应电动机的磁动势和磁场三相感应电动机的磁动势和磁场一、空载运行时的磁动势和磁场一、空载运行时的磁动势和磁场 1.空载运行时的磁动势空载运行时的磁动势 2. 主磁通和激磁阻抗主磁通和激磁阻抗l

5、 主磁通是通过气隙并同时与定、转子绕组相交链的磁通，它经过的磁路(称为主磁路)包括气隙、定子齿、定子轭、转子齿、转子轭等五部分如图5-7所示。l 气隙中的主磁场以同步转速旋转时，主磁通 将在定子每相绕组中感生电动势 1E111mw1j4.44Ef Nk ml 若主磁路的磁化曲线用一条线性化的磁化曲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；线来代替，则主磁通将与激磁电流成正比；于是可认为于是可认为 与与 之间具有下列关系：之间具有下列关系：11mmmmjEI ZIRX ()1EmI3. 定子漏磁通和漏抗定子漏磁通和漏抗l 定子漏磁通又可分为槽漏磁、端部漏磁和谐波

6、定子漏磁通又可分为槽漏磁、端部漏磁和谐波漏磁等三部分，槽漏磁和端部漏磁漏磁等三部分，槽漏磁和端部漏磁如图如图5-8a和和b所示。所示。l 定子漏磁通定子漏磁通 将在定子绕组中感应漏磁电动将在定子绕组中感应漏磁电动势势 。把。把 作为负漏抗压降来处理，可得作为负漏抗压降来处理，可得 1112111111j22EI XXf Lf N 1 E11 E二、负载运行时的转子磁动势和磁动势方程二、负载运行时的转子磁动势和磁动势方程l 当电动机带上负载时，转子感应电动势和电流当电动机带上负载时，转子感应电动势和电流的频率的频率 f2 应为应为 l 转子电流产生的旋转磁动势转子电流产生的旋转磁动势 F2 相对

7、于转子的相对于转子的转速为转速为n2： sss21s6060p(nn)pn nnfsfn1. 转子磁动势转子磁动势212s6060 fsfnsnnpp 转子本身又以转速转子本身又以转速n在旋转，因此从定子侧观察在旋转，因此从定子侧观察时，时，F2在空间的转速应为在空间的转速应为 定子和转子磁动势之间的速度关系，定子和转子磁动势之间的速度关系，如图如图5-9所示。所示。图图5-10表示三相绕线型转子的转子磁动势的空间相表示三相绕线型转子的转子磁动势的空间相位。位。例题例题ss()nnnnnn 负载时转子磁动势的基波对气隙磁场的影响，称为转子反应。转子反应有两个作用：l 使气隙磁场的大小和空间相位

8、发生变化，从而引 起定子感应电动势和定子电流发生变化。 l 它与主磁场相互作用，产生所需要的电磁转矩， 以带动轴上的机械负载。2. 转子反应转子反应 转子反应的两个作用合在一起，体现了通过电磁感应作用，实现机电能量转换的机理。由此可以进一步导出负载时的磁动势方程： 图图5-11示出了负载时定、转子磁动势间的关系，以及定子电流与激磁电流和转子电流的关系。12mFFF12mIII22iIIk11w1i22w2m N kkm N k3.3.负载时的磁动势方程负载时的磁动势方程 1m1LIII1L2FF 返回返回1. 定子电压方程定子电压方程 111jtjtjt11111111111mm(j)(j)

9、U eI eRXE eUI RXEEI Z5.3 三相感应电动机的电压方程和等效电路一、电压方程2. 2. 转子电压方程转子电压方程 2s12w2m4.44Esf N k212w2m4.44Ef N k2s2EsEjj2s2s22j22 t tE eI e(RsX)2s2212222Xf Lsf LsX2s2s22jEI (RsX )1I11111(j)EEI X 定子定子22FmmF1F2s2s2s2s(j)EEI X 2sI1E1sE转子转子图图5-12表示电压方程相应的定、转子的耦合电路图表示电压方程相应的定、转子的耦合电路图定子绕定子绕组内组内转子绕转子绕组内组内二、等效电路二、等效电

10、路 11jj2222j t tRE eI e(X)s2222jREI (X)s1. 频率归算频率归算222R1sRRss图图5-13表示频率归算后，感应电动机定、转子的等表示频率归算后，感应电动机定、转子的等效电路图；图中定子和转子的频率均为效电路图；图中定子和转子的频率均为f1，转子电，转子电路中出现了一个表征机械负载的等效电阻。路中出现了一个表征机械负载的等效电阻。图图5-14表示频率和绕组归算后定、转子的耦合电路图表示频率和绕组归算后定、转子的耦合电路图 。 1 w122w22120.90.92N kIN kImm2pp22w21w122222e211w1i2w2m N kN kIII

11、EEk Em N kkN k*222122 m E Im E I222 221 22m I RmI R222221 221122m I Xm I X2. 绕组归算绕组归算 根据上式即可画出感应电动机的根据上式即可画出感应电动机的T形等效电路，形等效电路，如图如图5-15 所示。所示。图图5-16表示与基本方程相对应的相量图表示与基本方程相对应的相量图 。11111212212mm12mjUIRXEREIXEEI ZIII ()(j)s经过归算，感应电动机的电压方程和磁动势方程经过归算，感应电动机的电压方程和磁动势方程成为成为3. T型等效电路和相量图型等效电路和相量图4. 4. 近似等效电路近