第五章三相交流电动机教案资料.ppt

Page,*,Click to edit Master title style,电机与拖动基础,第五章 三相交流电动机,第五章三相交流电动机,本章教学基本要求,1.,了解三相交流电动机主要结构，注意三相交流电动机的定子结构；,2.,熟悉三相交流电动机基本工作原理，理解感应电动势和电磁转矩这两个机电能量转换要素的物理意义，掌握求解他们的计算方法；,3.,掌握三相交流电动机的运行原理，电动势、转矩平衡方程式，以及三相交流电动机的工作特性；,4.,了解同步电动机的主要结构和工作原理。,重点,重点：三相交流电动机的基本平衡方程式和工作特性。,5.1,交流电机电枢绕组,（,1,）线圈,定子绕组是由线圈按一定的规律嵌入定子槽中，并按一定的方式联接起来的。,（,2,）极距,极距是指沿定子铁心内圆每个磁极所占的范围，如用长度表示。,5.1,交流电机电枢绕组,（,3,）电角度,一台电机转子铁心的端面是个圆，从几何的角度来说可以分为，这样划分的角度为机械角度，即电机铁心圆周为机械角度。,（,4,）线圈节距,一个线圈的两根有效边之间所跨的槽数之间的距离为节距。线圈的节距一般总是等于或稍小于极距，如果节距与极距相等，称为整距线圈，如果节距小于极距，则称为短距线圈。,5.1,交流电机电枢绕组,（,5,）单层及双层绕组,根据定子绕组在槽中的分布情况，可分为单层及双层绕组。容量较大的异步电动机都采用双层绕组。双层绕组在每个槽内的导线分为上下两层，上层和下层线圈之间需要用层间绝缘隔开。对于小容量异步电动机常采用单层绕组，这时每槽中只有一层导线。本节介绍几种单层绕组，根据每极每相槽数的大小，单层绕组分成链式、交叉式和同心式三种。,5.1,交流电机电枢绕组,【,例,5-1】,绘制，并联支路数的三相单层链式绕组展开图,图5-1,Z=24,2P=4,槽电动势星形图,图5-2 单层链式,A,相绕组展开图,5.1,交流电机电枢绕组,【,例,5-2】,绘制,Z=36,，,2p=4,，,a=1,的单层交叉式绕组展开图。,图5-3,Z=36,2P=4,槽电动势星形图,图5-4 单层交叉式,A,相绕组展开图,5.1,交流电机电枢绕组,【,例,5-3】,绘制,Z=24,，,2p=2,，,a=1,的三相单层同心式绕组展开图,图5-6 单层同心式,A,相绕组展开图,图5-5,Z=36,2P=2,槽电动势星形图,5.2,旋转磁动势,5.2.1,单相脉振磁场,1,整距线圈的磁动势,如图是一台两极电机的示意图。定子及转子铁心是同心的圆柱体，所以定、转子间的气隙是均匀的。当线圈通入电流时，便产生一个两极磁场。按照右手螺旋定则，磁场方向如图中箭头所示。,图5-7 整距单线圈产生的矩形磁动势,5.2,旋转磁动势,在一个整距集中的线圈中通过余弦变化的交流电时，他所产生的矩形波磁动势的幅值将随着时间作余弦变化。当,wt=0,，电流达到最大值时，矩形波的高度也达到最大值,F,cm,；当,wt=90,度，电流为零时，矩形的高度也为零。当电流为负值时，磁,动,势也随着改变方向；矩形磁动势波随时间变化的关系如图所示。由图可以看出：任何瞬间，磁动势在空间的分布为一矩形波；在空间的任何一点，磁动势的大小随时间按余弦规律脉振。我们称这种在空间位置固定，而大小随时间变化的磁动势为,脉振磁动势,。,5.2,旋转磁动势,图5-8 矩形波磁动势随时间变化,5.2,旋转磁动势,2,矩形波磁动势的谐波分析法,从上面的分析可知，一个整距线圈产生的是矩形波磁动势。如果直接利用矩形波磁动势去分析一台电机产生的总磁动势，会遇到很多的不方便。为了简化分析，一般是采用谐波分析法。所谓谐波分析法就是把一个周期变化的非正弦曲线分解成一些列不同周期的正弦曲线。,图5-9 矩形波磁动势的分解,5.2,旋转磁动势,在异步电动机中，谐波磁动势对电动机性能有不良影响，例如，会使电动机耗损增大，启动困难。所以总是设法把谐波磁动势削弱到很小，电机定子采用分布绕组及短距绕组等方法均可削弱谐波磁动势，使磁动势的波形非常接近于正弦波。,5.2,旋转磁动势,图5-10 基波脉振磁动势,5.2,旋转磁动势,3,整距线圈组的磁动势,交流电机每相绕组都是由若干个线圈组串联或并联组成的，而每个线圈组是由每极下属于同一相的,q,个等匝、等距线圈串联而成的。因此求出每个线圈组的磁动势就不难得到每相绕组的磁动势。由于每个线圈组的各线圈磁动势的谐波含量和大小都相同，所不同的是各线圈在空间错开了一个,a,角度，所以各线圈磁动势之间在空间上也相隔,a,度。现在把各矩形波都分解成基波和一系列谐波，则各基波之间在空间的位移角度也是,a,度。把个线圈的的基波磁动势逐点相加，便可求得它们的合成基波磁动势。如下图所示。,5.2,旋转磁动势,图5-11 基波磁动势空间相量图,5.2,旋转磁动势,4,双层短距线圈组的磁动势,除了分布绕组外，在双层绕组中，还可以采用短距线圈来改善磁动势波形。图表示的是一台三相,2,极,18,槽电动机的,A,相绕组的线圈分布。由于每极每相槽数,q=3,，所以每个线圈组由,3,个线圈串联组成，第一个线圈组由线圈,1,，,2,，,3,组成。现采用短距绕组，极距,=9,槽，,y=(8/9),槽。,5.2,旋转磁动势,图5-12 单相双层短距绕组磁动势空间相量图,5.2,旋转磁动势,5.2.2,三相绕组的合成旋转磁场,三相绕组是由三个单元绕组所构成。把,A,，,B,，,C,三个单相绕组产生的磁动势波逐点相加就可以得到三相绕组的合成磁动势。,上节所述单相绕组流过单相交流电，产生一个基波脉振磁动势，下面将证明三相对称绕组流过三相对称电流，将产生一个圆形旋转磁动势。,5.2,旋转磁动势,1,、三相绕组中的单相磁动势,三相绕组是由,3,个单相绕组所组成，这三个单相绕组分别产生脉振磁动势，要了解他们的合成磁动势，首先必先分析这,3,个单相脉振磁动势的性质。,（,1,）三相对称电流的幅值相等，而相位相差,120,度。,（,2,）,3,个单相绕组的轴线在空间依次相隔,120,度，所以他们各自产生的基波磁动势在空间的分布也依次相隔,120,度。,5.2,旋转磁动势,2,、合成磁动势的推导,用数学的分析方法可以得出三相基波合成磁动势的表达式。根据教材,128,页公式（,5-18,）可以画出任意时刻的三相合成磁动势的分布波形及位置。,图5-13 三相合成磁动势的分布波形及位置,5.2,旋转磁动势,3,、三相基波合成磁动势的结论,三相对称绕组通过三相对称电流产生的三相基波合成磁动势是一圆形旋转磁动势，当时间变化时，他的波形不变，他是单相脉振磁动势振幅的,3/2,倍。,图5-14 旋转合成磁动势,5.2,旋转磁动势,5.2.3,两相绕组产生的旋转磁动势,交流电机的电枢绕组有时为两组绕组，当两相绕组通入两相电流时，也会产生磁动势。下面就以两相绕组的两种不同状况来分析其所产生的磁动势情况。,5.2,旋转磁动势,1,、圆形磁动势,空间相距（,/2,）电角度的两相对称绕组，当通入两相对称电流，即时间相差（,/2,）电角度、幅值相同的正弦交流电流时，产生的合成基波磁动势为圆形旋转磁动势。该旋转磁动势的幅值等于原每相绕组产生的基波脉振磁动势的最大幅值。,2,、椭圆形磁动势,如果两相绕组是对称的，而通入的电流不对称，同样可以可以分析出两相绕组产生的合成基波总磁动势也是椭圆形磁动势。,5.3交流绕组的感应电动势,5.3.1,整距线圈感应电动势,整距线圈的两根导体在空间相隔一个极距，也就是相隔,电角度。当一根导体处在,N,极最大磁密处时，另一根导体刚好处在,S,极的最大磁密处，如图所示。所以这两根导体的电动势总是大小相等而方向相反。,图5-16 整距线圈感应电动势,5.3交流绕组的感应电动势,5.3.2,整距分布线圈感应电动势,在实际电机中，为了充分利用电机定子内圆空间，定子上不止放置一个线圈，而是放置许多线圈，并均匀分布在定子内表面的槽中。图表示在电机的定子槽里放有三个均匀分布的整距线圈，记作,1-1,、,2-2,、,3-3,，这三个线圈的匝数彼此相等，依头、尾端的顺序联接而串联起来，叫分布线圈组。,图5-17 分布线圈组空间位置及连接图,5.3交流绕组的感应电动势,设相邻线圈的槽距角为,。对每个整距线圈来说，他们的基波电动势有效值相同，但是三个整距线圈由于空间分布不同，他们切割同一磁力线时，就必然有先有后。因此，三个分布线圈的基波感应电动势在时间相位上彼此不同。因为三个整距线圈空间上依次相距空间电角度,，所以他们的基波感应电动势之间依次相差,时间电角度。图,5-18(a),是三个整距线圈基波电动势相量，图,5-18(b),表示出三个整距线圈基波电动势相量和这三个分布的整距线圈组成的线圈组基波电动势相量之间的关系。,5.3交流绕组的感应电动势,图5-18 分布线圈组感应电动势相量图,5.3交流绕组的感应电动势,5.3.3,短距线圈感应电动势,短距线圈每一匝的两根导线在空间的距离比整距线圈缩短了,电角度，即相距,（,-,）,电角度，如图,5-19,所示。因此，两根导线中感应电动势在时间相位上也相差,（,-,）,电角度，在图,5-19,中，根据相量图，可求得短距线圈的每匝电动势。,图5-19 短距线圈相量图,5.3交流绕组的感应电动势,5.3.4,一相绕组感应电动势,如果根据每槽内有几个线圈边来划分绕组类型，那么电动机的定子绕组可以分成单层绕组和双层绕组两种。定子每个槽内只有一个线圈边的绕组称为单层绕组，这种绕组适用于功率较小的电动机。定子每个槽内上、下两层都有线圈边的绕组称为双层绕组。,5.3交流绕组的感应电动势,在双层绕组中，每一极面下就有一个极相组，因而对于,2p,个磁极的电机就有,2p,个极相组。在联接时可以串联，也可以并联，以组成一定数目的支路数，而每相绕组的电动势数值决定于一条支路的电动势大小。设,代表每相的并联支路数，那么每相电动势的基波有效值为：,5.3交流绕组的感应电动势,5.3.5,绕组的谐波感应电动势,前面讨论感应电动势时，是假设气隙中只有正弦分布的基波磁动势。但是，在实际电机气隙中除了基波磁动势外，还存在谐波磁动势，如图,5-20,所示。,图5-20 谐波磁通密度,5.4三相异步电动机,5.4.1,基本结构和铭牌数据,1.,三相异步电动机的基本结构,三相异步电动机主要由定子和转子两部分组成：静止部分称为定子；转动部分称为转子。三相笼异步电动机的主要部件如图,5-21,所示。,图5-21 鼠笼式异步电动机的构造,5.4三相异步电动机,1,）定子,定子由定子铁心、定子绕组和机座三部分组成。,定子铁心是异步电动机磁路的一部分。他是用厚的硅钢片冲制、叠压而成的，紧紧地装在机座的内部。在定子铁心的内圆上开有均匀的槽，用以放置定子绕组。,定子绕组是电动机的电路部分。定子绕组是由许多线圈按规律联接而成的。小型三相异步电动机定子绕组通常用高强度漆包线绕制而成。,5.4三相异步电动机,2,）转子,转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成。,转子铁心是异步电动机磁路的一部分。他是用厚的硅钢片冲制、叠压而成的，转子铁心与定子铁心之间有一个很小的气隙。转子铁心的外圆上冲有均匀分布的槽，用来放置转子绕组。,5.4三相异步电动机,2.,三相异步电动机的工作原理,当定子三相对称绕组加上对称的三相交流电压后，定子三相绕组中便有对称的三相电流流过，它们共同形成定子旋转磁场。假定定子旋转磁场以,n,转速沿逆时针方向旋转，则磁力线将切割转子导体而感应出电动势。在该电动势作用下，转子导体内便有电流通过，电流的有功分量与电动势同相位。转子导体内电流的有功分量与旋转磁场相互作用，使转子导体受到电磁力的作用。在该电磁力作用下，电动机转子就转动起来，其转向与旋转磁场的方向相同。这时，如果在电机轴上加载机械负载，电动机便拖动负载运转，输出机械功率。,5.4三相异步电动机,3.,三相异步电动机的铭牌数据,每台异步电动机的机座上都有一块铭牌，上面标有该电动机的主要数据。为了能正确使用电动机，必然要了解铭牌。下面以,Y90S-4B,型电动机的铭牌为例说明。,5.4三相异步电动机,1,）型号,电机型号是电机类型、规格等等代号。例如,Y90S-4B,三相异步电动机,机座中心高,磁极数,机座长度,代号,S,短机座,M,中机座,L,长机座,5.4三相异步电动机,2,）额定功率,额定功率是电动机在额定运行情况下，其轴上输出的机械功率。又称额定容量。,3,）额定电压,额定电压是指电动机在额定运行时定子绕组的线电压，他同定子绕组的接法相对应。,4,）额定电流,额定电流是电动机在额定运行时定子绕组的线电流。,5.4三相异步电动机,5,）额定转速,在额定电压下，输出额定功率时的转速称为额定转速,6,）绝缘等级,绝缘等级是按电动机绕组所用的绝缘材料在使用时允许的极限温度来划分的。,7,）工作方式,工作方式是对电动机按铭牌上等额定功率持续运行时间的限制，分为“连续”、“短时”和“断续”等。,5.4三相异步电动机,8,）功率因数,技术手册中会给出功率因数参数，是指电动机在额定运行状态下，定子电路的功率因数。异步电动机空载运行时定子电路的功率因数很低，只有,0.20.3,，随着负载的增加，功率因数也增加，在额定负载时一般为,0.70.9,，因此要避免空载运行。,9,）效率,效率是指电动机在额定状态下运行时输出的功率对定子输入功率的比值。,5.4三相异步电动机,5.4.2,转子静止时的异步电动机,分析异步电动机运行原理，着重在异步电动机内部基本的电磁关系，目的是展示其内在矛盾。在研究电磁关系的同时，还应注意解决定量计算问题，异步电动机通常所用的计算方法与变压器类似，即将其化成等效电路，以解电路的方式来解决具体计算问题。因为异步电机的主要工作方式是作为电动机，故在分析时以电动机运行作为主要对象。采用的较为简单的分析方法，即等效静转子法。,5.4三相异步电动机,1,转子绕组开路,假定电机定子接到相电压为,1,、频率为,f,1,的三相交流电源，转子电路电流为零。设此时转子电路开路。这一假设的目的是为了先排除转子电流对定子的影响，突出定子电路自身的内在规律。,转子开路的三相异步电动机相当于副边空载的三相变压器，定子绕组对应于原边绕组，转子绕组对应于副边绕组，所不同的是异步电动机的磁路中多了气隙磁路。,图5-23 异步电动机电磁模型,5.4三相异步电动机,1,）电磁关系,定子电路在,1,作用下引进一电流，因转子无输出，此电流的主要作用是在电动机内建立磁场，可称作励磁电流,0,。由,0,建立的磁力线可分作两部分，绝大部分磁力线穿过气隙、交链到转子电路然后回到定子边自行闭合，这是主磁通,m0,，也称为互感磁通。,图5-24主磁通与漏磁通示意图,5.4三相异步电动机,主磁通是一个恒幅、恒速，在空间作正弦分布的基波旋转磁场。另一小部分磁力线则仅与定子绕组本身交链，称为漏磁通,s1,。,漏磁通在电机中远比变压器中复杂。漏磁通包括：槽漏磁通、端部漏磁通和谐波漏磁通。谐波漏磁通是由定子三相合成磁动势中的高次谐波磁动势产生的，严格说，他是通过气隙与转子绕组相链绕的磁通，与槽漏磁通和端部漏磁通是有差别的，为了表明这种差别，谐波漏磁通又称差别漏磁通，将谐波磁通归为漏磁通中是为了计算上的方便。,转子开路时的电磁关系如教材,140,页图,5,25,所示,5.4三相异步电动机,2,）电压方程式,定子一相电路的电压方程式为：,转子电路因转子绕组开路，电压方程式为：,5.4三相异步电动机,3,）等效电路,根据式,（,5-52,）,和,（,5-53,）,可以画出转子开路时异步电动机的等效电路如图,5-26,所示，由图可见，这个电路和变压器空载状态完全一致，所以异步电机在转子方电流为零的工作状态，可称为理想的空载运行状态。,图5-26 转子开路时异步电动机的等效电路,5.4三相异步电动机,4,）相量图,由上面的论述中可知电流,0,并不是纯粹建立电机磁场所需的电流，当磁场旋转时，铁心的每一处都处在随时间变化的磁场作用下，铁心中必然出现涡流效应和磁滞损耗，涡流和磁滞损耗合称为铁损耗，它消耗了一部分有功功率使铁心发热。在图,5-27,的异步电动机转子转速为零时的相量图上，清楚地表示了这些电流间的相位关系。,图5-27 转子绕组开路时的相量图,5.4三相异步电动机,2,转子绕组短路且转子堵转,设异步电动机的转子绕组闭路，如笼型绕组。在定子绕组接电源的情况下，卡住转子使之转速,n=0,。这是为了暂不计机械功率的变化，而突出定、转子两个电路间的相互联系、相互影响的内在规律。在转子短路并在,n=0,条件下，转子电动势,2,和,1,具有相同的频率,1,。在,2,作用下转子出现频率为,1,的电流,2,，由,2,产生的磁效应主要用作于电机的公共磁路，因为转子和定子一样是静止，双方电流频率又一样，相序排列也相同，结果是双方的磁动势在气隙空间同速同向的旋转，处于相对静止状态。这表明电流,2,的出现首先影响了气隙磁场，然后再影响到定子方电流,1,，使之改变。,5.4三相异步电动机,1,）磁动势平衡方程式,图,5-28,所示为异步电动机定子绕组接电源，转子绕组短路且转子堵转的接线。转子短路时，在转子绕组产生的感应电动势会在转子三相绕组中产生对称的转子电流，从而产生合成转子基波旋转磁动势,F,2,，其幅值为：,定子基波旋转磁动势幅值为：,图5-28 异步电动机转子短路,且堵转时的接线图,5.4三相异步电动机,2,）电磁关系,假定各物理量的规定正方向如图,5-29,所示，则转子短路且堵转时的电磁关系为图,5-29,所示：,图5-29 电磁关系示意图,5.4三相异步电动机,3,）电动势平衡方程式,异步电动机转子堵转时定、转子绕组的电路图。如图,5-30,，从图中可以看出，电动机与变压器的电磁状况极为相似，参考对变压器的分析方法，可以写出异步电动机转子堵转时电动势或电压方程式如下：,图5-30 异步电动机转子静止并短路时的定、转子电路图,5.4三相异步电动机,4,）转子参数的折算,和分析变压器方法相似，为要把定子电压平衡式、转子电压平衡式和磁动势平衡式组合成一等效电路，需要把转子方面的各物理量归算到定子方面。在进行折算时，需要相应的电压变比、电流变比和阻抗变比。,5.4三相异步电动机,（,1,）转子电动势的折算,根据折算前后转子功率保持不变为条件，即应满足,折算前转子电动势为：,折算后转子电动势为：,5.4三相异步电动机,（,2,）转子电流的折算,根据折算前后转子磁动势应保持不变为条件，即应满足,由此可求得折算后的转子电流,5.4三相异步电动机,（,3,）转子阻抗的折算,根据折算前后转子上的铜耗保持不变为条件，即应满足,由此可求得折算后的转子电阻,折算后的转子漏抗,5.4三相异步电动机,（,4,）等效电路,折算的好处是很明显的，折算后可以根据式,（,5-74,）,构建一等效电路，它与副边短路时的变压器等效电路完全相同，如图,5-31,所示。由于对称关系，电路仅考虑了一相，故各种计算量均取每相值。,图5-31 转子堵转、转子绕组短路时的等效电路,5.4三相异步电动机,1.,转差率,通常把同步转速,n,1,和电动机转子转速,n,二者之间的差与同步转速的比值称为转差率（也叫做转差或滑差），用,s,表示。,s,是一个没有单位的数，它的大小也能反映电动机转子的转速。正常运行的异步电动机，转子转速,n,接近于同步转速,n,1,，转差率,s,很小，一般,s=0.010.05,。,5.4三相异步电动机,2.,转子电动势,当异步电动机转子以转速,n,恒速运转时，转子回路的电压方程式为,转子旋转时转子绕组中感应电动势为,5.4三相异步电动机,3.,定、转子磁动势及磁动势关系,下面对转子旋转时，定、转子绕组电流产生的空间合成磁动势进行分析。,（,1,）定子旋转磁动势,F,1,当异步电动机旋转起来后，定子绕组里流过的电流为,I,1,，产生旋转磁动势,F,1,，其特点在前面已经分析过了。这里仍假设,F,1,相对于定子绕组以同步转速,n,1,逆时针方向旋转。,5.4三相异步电动机,（,2,）转子旋转磁动势,F,2,幅值,当异步电动机以转速,n,旋转时，由转子电流,I,2s,产生的三相合成旋转磁动势的幅值为,5.4三相异步电动机,转向,在前面分析转子绕组短路、转速,n=0,的情况知道，气隙旋转磁密,B,逆时针旋转时，在转子绕组里感应电动势，产生电流相序为,A,2,B,2,C,2,现在情况是，转子已经旋转起来，有一定的转速,n,，由于是电动状态，转子的旋转方向与气隙旋转密度,B,同方向，仅仅是转子的转速,n,小于气隙旋转磁密,B,的转速,n,1,。这时，如果站在转子上看气隙旋转磁密，它相对于转子的转速为,（,n,1,-n,）,，转向为逆时针方向。这样，由气隙旋转磁密,B,在转子每相绕组感应电动势,产生电流的相序仍为,A,2,B,2,C,2,。,5.4三相异步电动机,转速,转子电流,I,2s,的频率为,2,，显然有转子电流,I,2s,产生的三相合成旋转磁动势,F,2,，它相对于转子绕组的转速用,n,2,表示，为,瞬间位置,当转子绕组哪相电流达到正最大值时，,F,2,正好位于该相绕组的轴线上。,5.4三相异步电动机,（,3,）合成磁动势,清楚了定、转子三相合成旋转磁动势,F,1,、,F,2,的特点后，现在希望站在定子绕组的角度上看定、转子旋转磁动势,F,1,与,F,2,。,幅值,关于定、转子磁动势,F,1,、,F,2,的幅值，不因站在定子上看而有什么变化，仍为前面分析的结果。,转向,F,1,、,F,2,二者的转向相对于定子都为逆时针方向旋转。,5.4三相异步电动机,转速,定子旋转磁动势,F,1,相对于定子绕组的转速为,n,1,。,转子旋转磁动势,F,2,相对于转子绕组的逆时针转速为,n,2,。由于转子本身相对定子绕组有一逆时针转速,n,，为此站在定子绕组上看转子旋转磁动势,F,2,的转速为,n,2,+n,。,5.4三相异步电动机,4.,转子绕组频率的折算,图,5-32,两个电路，其中图,5-32,（,a,）,是异步电动机实际运行时，转子一相的电路，图,5-32,（,b,）,则是等效电路。所谓等效，就是两个电路的电流有效值大小彼此相等而已。,图,5-32,（,a,）,电路变成了图,5-32,（）,电路形式，就产生了转子旋转磁动,F,2,幅值大小来说，完全是一样的。这就是转子电路的频率折算，即把转子旋转时实际频率为,2,的电路，变成了转子不转，频率为,1,的电路。,5.4三相异步电动机,图5-32 转子频率折算,5.4三相异步电动机,.,基本方程式、等效电路和时间空间相量图,1),基本方程式,与异步电动机转子绕组短路并把转子堵住不转相比较，在基本方程式中，只有转子绕组回路的电压方程式有所差别，其他几个方程式都一样。,5.4三相异步电动机,根据以上五个方程式，可以画出如图,5-33,的等效电路。,图5-33 三相异步电动机的,T,型等效电路,5.4三相异步电动机,根据上述五个基本方程式画出的异步电动机时间空间相量图。画相量图的目的是为了研究各量之间的相对关系，为此，时间参考轴、空间坐标轴都没有必要再标出来了，如图,5-34,所示。,图5-34 三相异步电动机负载运行时的时空相量图,5.4三相异步电动机,三相异步电动机电磁关系示意于图,5-35,中,图5-35 三相异步电动机电磁关系示意图,5.4三相异步电动机,5.4.4,异步电动机工作特性及参数测定,1,、三相异步电机的工作特性,在额定电压，额定频率条件下运行的异步电动机，其转速,n,，定子电流,I,1,，功率因数,cos,1,，电磁转矩,T,em,电机效率,这些特征量与输出功率,P,的函数关系称为工作特性。并分别定名为,转速特性,定子电流特性,功率因数特性,转矩特性,效率特性,5.4三相异步电动机,图5-36 异步电动机的工作特性,5.4三相异步电动机,2,、三相异步电动机的参数测定,(1),空载实验,实验时，电机空载，定子绕组接到额定频率的三相对称电源，用调压器改变定子电压，首先调至,U,1,=U,N,，让电机运行一段时间，使,p,m,达到稳定值。然后使定子电压从,(1.11.3)U,N,开始逐渐下降，直到电机的转速发生明显变化为止。,图5-37 异步电动机的空载特性,5.4三相异步电动机,(2),短路试验,短路试验又称堵转试验，笼型转子本身已短路，绕线型转子绕组应人为短路。将电动机转子卡住,用三相调压器向定子绕组供电，为防止过流，定子电压,U,1,一般从,0.4U,1N,开始，然后逐渐降低。,图5-39 异步电动机的短路特性,5.5同步电动机,同步电机是交流旋转电机中的一种，因其转速恒等于同步转速而得名。同步电机主要用作发电机，也可用作电动机和调相机。,5.5.1,同步电动机,1.,工作原理,同步发电机和其他类型旋转电机一样，由定子和转子两大部分组成，一般分为凸极式同步电机和隐极式同步电机两种类型。凸极式定子铁心内圆均匀分布着定子槽，槽内嵌放着按一定规律排列的三相对称交流绕组。这种同步电机的定子又称为电枢。转子铁心上装有制成一定形状的成对磁极，磁极上绕有励磁绕组，通以直流电流时，将会在电机的气隙中形成极性相间的分布磁场，称为励磁磁场。,5.5同步电动机,图5-40 凸极式同步电动机模型,5.5同步电动机,同步电动机是属于交流电机，定子绕组与异步电动机相同。同步电动机的定子三相绕组接通三相交流电源，流过三相对称电流，产生一个在空间以同步转速,n,1,旋转的旋转磁动势,F,a,，称为电枢磁动势。同步电动机的励磁绕组通入直流励磁电流，产生一个与电枢旋转磁场极对数 相同的直流励磁磁场。两磁场相互作用，使转子被电枢旋转磁场以同步转速拖着一起旋转。,5.5同步电动机,图5-41 同步电动机启动时平均转距为零的示意图,5.5同步电动机,3.,同步电机的分类,同步电机可以按运行方式、结构型式和原动机的类别进行分类。,旋转磁极式同步电机按磁极的形状，又可分为隐极式和凸极式两种类型，如图,5-42,所示。隐极式气隙是均匀的，转子做成圆柱型。凸极式气隙是不均匀的，极弧底下气隙较小，极间部分气隙较大。,图5-42 旋转磁极式同步电机,5.5同步电动机,5.5.2,同步电动机的电压方程式和相量图,1,、同步电动机的电枢反应,为分析方便，不考虑电机饱和的影响，并只考虑电枢磁动势和励磁磁动势的基波。通常把转子一个,N,极和一个,S,极的中心线称为直轴，又称为,d,轴，与直轴相距,90,度空间电角度的轴称为交轴，又称为,q,轴。,d,轴和,q,轴均随转子一同旋转，而励磁磁动势,F,f,总是作用在直轴方向，如图,5-43,所示。,5.5同步电动机,图5-43 凸极同步电动机的直轴和交轴,5.5同步电动机,凸极同步电动机，气隙不均匀，同一电枢磁动势作用在不同位置，电枢反应就不一样。设,F,a,的位置如图,5-44,所示，可见,F,a,所遇的磁阻即不均匀也不对称，且当,F,a,的位置变化时其不均匀不对称的程度亦随之变化，要求其产生的电枢磁密分布和电枢反应磁通的大小很困难。解决这一困难的方法是将电枢磁动势分解为两个分量，即直轴电枢磁动势,F,ad,和交轴电枢磁动势,F,aq,，如图,5-44,所示。,5.5同步电动机,图5-44,F,a,分解为,F,ad,和,F,aq,5.5同步电动机,2,、隐极式同步电动机的电动势方程式和相量图,隐极式电动机转子与旋转磁场同步旋转，所以转子绕组中不会产生电动势。求其电动势平衡电动势方程式。,根据此式可以画出隐极同步电动机的相量图为图,5-46,所示,图5-46 隐极式同步电动机相量图,5.5同步电动机,3,、凸极式同步电动机的电动势方程式和相量图,凸极同步电动机的电动势平衡方程式为：,5.5同步电动机,根据上式可以得到凸极同步电动机的相量图如图,图5-47 凸极式同步电动机的相量图,5.5同步电动机,5.5.3,同步电动机的运行特性,1,功率平衡关系,同步电动机输入的电功率,P,1,，除去一小部分定子铜损耗,p,cu,，其余部分通过气隙传给转子，称为电磁功率。,电磁功率,P,em,扣除机械损耗,p,m,、铁损耗,p,Fe,，及附加损耗,p,ad,剩下的就是轴上输出的机械功率，即,5.5同步电动机,2,转矩平衡关系,将上式两边同时除以,1,，得,T,2,为输出转矩，,T,为电磁转矩，,T,0,为空载转矩,5.5同步电动机,5.5.4,同步电动机的启动和启动步骤,在同步电动机的定子三相绕组中通入频率为,50Hz,的三相对称电流时，气隙中所产生的旋转磁场以同步转速,n,1,=(60f,1,)/p,旋转，旋转磁场与静止的转子磁极之间有很大的转差，旋转磁场与转子磁极之间的吸引和排斥频繁交替，使平均转矩为零，不可能产生稳定的磁拉力使转子以同步转速,n,1,旋转，同步电动机的启动必须采用其他方法。常用的同步电动机启动方法为辅助电动机启动法、异步启动法、变频启动法。,5.5 实例（应用）,略,此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢,