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88. 第四章第七节:感应电动机(二)
2021-09-17 | 阅:  转:  |  分享 
  
(4)异步电动机的转速n。三相异步电动机的转速n取决于电网的频率f1、定子绕组的极对P转差率s,n=60f1(1-s)/p。

三相异步电动机电磁关系

1)转子频率f2.气隙磁场相对转子的转速为n1-n=sn1,则f2=sf1

2)转子基波磁动势的F2转速。F2相对转子的转速为n2=60f2/p=sn1相对定子的转速为n2+n=n1

3)定、转子基波磁动势F1转F2在空间保持相对静止,共同产生气隙磁场。基波磁动势F0=F1+F2,

表明了定子相电流I1随转子相对电流I2s的增大而增大。基波磁动势F0产生转速为n1的基波气隙磁通密度Bδ,对应的主磁通大小即每极磁通量为Φm。产生F0的定子每相励磁电流为I0.异步电动机从空载到额定负载正常运行时,定子电压为额定电压,主磁通Φm基本不变,励磁电阻Rm和励磁电抗Xm可视常数。

定子施加额定电压,转子堵转时,由于定、转子漏阻抗标幺值较小,定转子电流很大,为额定电流的5到7倍。

三相异步电机当定子电压、频率一定时,随着机械负载的增大,转子电流增大,使得定子电流增大主磁通略有减小,当转子堵转时,定转子电流都很大,定子电动势和主磁通都降低到正常运行时的一般左右。

4)感应的电动势。

感应的电动势为:

当转子以转差率s旋转时,转子导体中感应的电动势和电流的频率为f2=sf1,,角速度为ω2=sω1,则转子绕组在转差率为s所感应的电动势为:



(6)三相异步电动机的功率与转矩关系。

1)输人功率P1。三相异步电动机以转速n稳态运行时,从交流电源输人的有功功率,即输入有功功率为:式中,U1、I1分别为定子相电压、相电流;仍为定子功率因数。

2)定子铜耗Pcu1。定子绕组电流I1在定子电阻上产生的损耗,即定子铜耗为:Pcu1=3I21R1

3)铁耗抑pFe。正常运行时转子转速接近于同步转速,转子铁耗很小忽略不计,则电动机的铁耗中只有定子铁耗pFe:pFe=3I20Rm

4)电磁功率pem。转子回路等效电阻上消耗的功率:



5)转子铜耗仇pcu2。转子回路电阻R2(转子绕组电阻和串接的附加电阻)上消耗的电功率为定子铜耗pcu2,也称为转差功率,为:



6)机械功率Pm。转子电流与气隙磁场相互作用产生电磁转矩、拖动转子以转速n旋转所需的功率。等于电磁功率减去转子铜耗,即等效电阻以上消耗的功率,



7)输出功率P2。电机转轴上输出给机械负载的机械功率,即电动机的输出功率为:

P2=Pem-pmec-pad

式中pmec——机械损耗,转子克服摩擦和风阻等阻力转矩所消耗的功率;

pad——附加损耗,大型异步电动机,pad≈0.5%PN小型异步电动机pad=(1%--3%)PN。

8)转矩平衡关系。异步电动机以转速稳态n运行时,转子机械角速度为。异步电动机的转矩平衡方程为:T=T2+T0

式中T—电动机电磁转矩,;

T2——电动机输出转矩,;

T0——空载转矩,效率特性

效率特性η=f(P2)



效率随负载的变化主要取决于各种损耗和负载。异步电动机效率的损耗主要包括铁心铁耗,机械损耗,以及定、转子绕组的铜耗。从空载到额定负载,电动机的主磁通基本不变,因此铁耗基本不变。在电机正常运行时,异步电动机的转速变化很小,机械损耗也基本不变。铁心铁耗和机械损耗统称为不变损耗。定、转子绕组的铜耗与电流的二次方成正比,因而称为可变损耗。而异步电动机空载时,P2=0,η=0。随着负载的增加,输出功率迅速增加,而损耗变化不大,效率也迅速增加。与变压器相似,当不变损耗等于可变损耗时,异步电动机的效率达到最大。之后,当输出功率继续增大时,由于定、转子绕组的铜耗迅速增加,效率反而略微降低。对于中小型异步电动机,约在(1/41/3)时,效率达到最大。

4.7.4. 三相异步电动机的机械特性

(1) 电磁转矩的物理表达式:



(2) 电磁转矩的参数表达式:



(3) 最大转矩表达式:忽略定子电阻风时,电动机的最大转矩为:



最大转矩对应的转差率称为临界转差率sm,即,式中,“+”号用于

电动状态,“-”号用于发电状态。

过载能力km是最大转矩Tm与额定转矩TN之比,称为过载倍数,也称为过载能力,。

结论

堵转转矩Ts最大转矩Tm都与定子相电压U1的二次方成正比,与频率f1成反比。

漏电抗增大,Ts、Tm减小。

3)当转子电阻越大时临界转差率越大,最大转矩与转子电阻无关。

4)适当增加转子电阻,可使Ts增大但是转子电阻过大时,Ts反而减小

4.7.5. 起动特性

(1) 起动。当异步电动机投入电网时,电动机从静止状态开始旋转,然后升速到达稳定运行的转速,这个过程称为起动过程,简称起动。这时,s=l,n=0。

(2) 异步电动机起动的基本要求。有足够大的起动转矩,起动电流限制在允许范围内。此外,起动时间要满足生产机械要求,起动设备要简单、经济、可靠。

(3) 异步电动机的起动性能。起动电流倍数KI;起动转矩倍数KT;起动时间,希望起动时间短;起动过程中的损耗,经常起动的电动机,起动损耗大使电机温升增高,危害电机绕组的绝缘;起动设备简单、可靠、成本低、便于维护。



起动电流:





由于定子、转子漏阻抗很小,起动电流很大,远远超过额定电流。转子侧的功率因数数值很大,cosφ2内很小,起动转矩减小。

2)起动电流倍数



3)起动转矩了



增大转子电阻,可以增大起动转矩。

起动转矩倍数



Tst——起动转矩。

要满足起动要求,一般情况下Kt>=1.1。

对于笼型异步电动机,其起动电流倍数和起动转矩倍数的国家标准要求为Ki==4~7,KT=1~2

在选择电动机的起动方法时,必须校核起动电流和起动转矩是否同时满足起动要求。

起动方法。

1)三相笼型异步电动机。三相笼型异步电动机的起动方法有全压起动和降压起动两种。全压起动优点是设备的操作简单,缺点是堵转电流较大,而堵转转矩并不大Ist=(4~7)IN。7.5kW以下的小功率笼型异步电动机采用全压起动。降压起动适用于对起动转矩要求不高的场合,如空载或轻载起动。常用的降压起动方法有:

(电抗器起动:将三相电抗器串接在定子回路中,实际加在定子一相绕组上的电压小电源相电压,起动后,切除电抗器,转为正常运行。堵转时的定子电流减小为全压起动时的K倍(K<1),电磁转矩减小为全压起动的K2倍。

(星-三角(丫-Δ)起动:起动时,将定子三相绕组联结成星形接到额定电压的电源上;起动后,改成三角形联结作正常运行。星形联结的相电压降是三角形联结的1/。星-三角起动,堵转时的电网线电流和电磁转矩都降为全压起动时的1/3。















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