电动机的电磁特性和机械特性分析解析课件.ppt
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- 电动机 电磁 特性 机械 分析 解析 课件
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1、大连理工大学电气工程系LFChun 制作第第6 6章章 电电 动动 机机 机械负载机械负载 旋转起来旋转起来对称定子三相绕组对称定子三相绕组 通入对称三相电流通入对称三相电流 旋转磁场旋转磁场 (磁场能量)(磁场能量) 磁感线切割磁感线切割 转子绕组转子绕组 转子绕组中转子绕组中 产生产生 e 和和 i 转子绕组在磁场中转子绕组在磁场中 受到电磁力的作用受到电磁力的作用 转子旋转起来转子旋转起来 三相三相 交流交流 电能电能电磁电磁转矩转矩感感应应大连理工大学电气工程系LFChun 制作一、每相的等效电路一、每相的等效电路U1I1R1 jX1E1 E2sjX2s R2I2sf1f2 定子每相电
2、路定子每相电路 转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。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。转子每相绕组的电阻和漏磁感抗。 (下标(下标“s”表示其值与转差率即转速有关)表示其值与转差率即转速有关) 定子定子相当于变压相当于变压 器的器的一次绕组一次绕组转子转子相当于变压相当于变压 器的器的二次绕组二次绕组转子转子电路电路通常通常是短是短路的路的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 制作定子绕组中通入的是三项正弦交流电,所以通过每相绕组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
3、通的磁通也是按正弦规律变化的,即也是按正弦规律变化的,即 = msin t,有,有主磁主磁通和漏磁通。通和漏磁通。1. 定子绕组中的电动势定子绕组中的电动势旋转磁场以旋转磁场以n1的转速在空间旋转,定子绕组以的转速在空间旋转,定子绕组以n1的速度切割的速度切割磁力线,因此,主磁通磁力线,因此,主磁通在定子每相绕组中产生的感应电动在定子每相绕组中产生的感应电动势为:势为: 其有效值为: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,因这个磁通只围绕定子绕组和周围空气,而不通过
4、转子绕组,因此定子每相绕组中还要产生漏磁电动势:此定子每相绕组中还要产生漏磁电动势:定子定子每相每相绕组绕组的等效电路如下:的等效电路如下:大连理工大学电气工程系LFChun 制作U1I1R1 jX1E1 E2sjX2s R2I2sf1f2 定子每相电路定子每相电路 转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。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。转子每相绕组的电阻和漏磁感抗。 (下标(下标“s”表示其值与转差率即转速有关)表示其值与转差率即转速有关) 定子绕组定子绕组相当于变压相当于变压 器的器的一次绕组一次绕组转子绕组转子绕组相
5、当于变压相当于变压 器的器的二次绕组二次绕组转子转子电路电路通常通常是短是短路的路的定子、转子定子、转子每相每相绕组绕组的等效电路如下:的等效电路如下:大连理工大学电气工程系LFChun 制作忽略忽略 R1 和和 X1 ,则,则U1E1 有效值为有效值为:U1 =E1 = 4.44 f1 N1 绕组的材质为铜线,上面会产生一定的压降绕组的材质为铜线,上面会产生一定的压降 沿非磁性材料沿非磁性材料-空气闭合的,空气闭合的,与与i之间是线性关系,可以用之间是线性关系,可以用线性电感元件线性电感元件L代表,则漏磁代表,则漏磁感抗感抗X1=L,大连理工大学电气工程系LFChun 制作U1=E1 = 4
6、.44 f1 N1 N1 定子每相绕组的等效匝数;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,定子每相绕组交链磁通的最大值, 即旋转磁场每极的磁通;即旋转磁场每极的磁通; f1 e1 的频率,即定子电路的频率。的频率,即定子电路的频率。 f1 =pn160 与交流电源同频率。与交流电源同频率。 和和 U1建立了联系,当建立了联系,当f1、 N1为固定值为固定值时,时, 由由 电源电压电源电压U1决定。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、定子电流和定子功率因数 当电动机空载时当电动机空载时,轴上受到的摩擦阻力极小,转速,轴上受到的摩擦阻力极小,转
7、速n接近于同步转接近于同步转速速n1,可以认为旋转磁场不切割转子绕组,因此,可以认为旋转磁场不切割转子绕组,因此e20和和i20。此时,。此时,旋转磁场仅由定子电流旋转磁场仅由定子电流i10建立,空载时的主磁通建立,空载时的主磁通0与之相对应。与之相对应。 当电动机带上负载时当电动机带上负载时nTL,电动机就会加速运行;,电动机就会加速运行;若若TTL,电动机则要减速运行直至停转。,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;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、是空载转矩,通常是摩擦转矩、空气阻力转矩等形成的;空气
8、阻力转矩等形成的;T2是机械负载转矩;是机械负载转矩;通常通常T0这个值很小,可以忽略不计,近似认为这个值很小,可以忽略不计,近似认为TcT22. 转矩平衡关系转矩平衡关系 利用利用异步电动机的转矩特性曲线异步电动机的转矩特性曲线 来研究来研究一下电动机的自适一下电动机的自适应负载能力。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,这种能力称为力称为自适应负载能力自适应负载能力。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,
9、来表示,如图所示,它与转矩特性曲线有两个交点,如图所示,它与转矩特性曲线有两个交点,c点和点和d点,这两点表面上看来都满足转矩平衡的关系,点,这两点表面上看来都满足转矩平衡的关系,T=T2,但,但是电动机在是电动机在 c点和点和d点都能够稳定运行吗?这两点的运行状态点都能够稳定运行吗?这两点的运行状态有什么不同呢有什么不同呢?下面就做具体分析。下面就做具体分析。大连理工大学电气工程系LFChun 制作C点情况分析说明点情况分析说明 大连理工大学电气工程系LFChun 制作 首先看首先看c点的运行情况:点的运行情况:在在c点点T=T2,恒速运行,恒速运行。 假设某些因素使假设某些因素使T2突然增
10、大了突然增大了,这种情况是经常发生的,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,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,也可能造成可能造成负载转矩突然增加负载转矩突然增加,从图上来看,它从,从图上来看,它从T2增加为增加为T2,在这一瞬间,在这一瞬间,T T2,n就会下降,就会下降,s会增大,会增大,根据转矩特性根据转矩特性曲线,在这一段(曲线,在这一段(ob段)内,段)内, s增大,增大,T相应会增大,相应会增大,这样就这样就可以达到可以达到T=
11、T2,重新满足转矩平衡的条件。这样电动机就,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,那就对应着图中的在一个新的、比较低的转速下运行,那就对应着图中的c点。点。 同理,可以分析同理,可以分析T2突然减小突然减小的情况,的情况, T T2,n就会上升,就会上升,s会减小,在会减小,在ob段,段, s减小,减小,T相应会减小,这样就可以达到相应会减小,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,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,那就对应着图中的的、比较高的转速下运行,那就对应着图中的c点。点。C点情况分析说明点
12、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:点的运行情况:在在d点点T=T2,恒速运行,恒速运行。 假设某些因素使假设某些因素使T2突然增大了,突然增大了,从图上来看,它从从图上来看,它从T2增加增加为为T2,在这一瞬间,在这一瞬间,T T2,n就会下降,就会下降,s会增大,会增大,根据转根据转矩特性曲线,在矩特性曲线,在ba段内,段内, s增大,增大,T相应会减小,相应会减小, T进一步小进一步小于负载转矩,于负载转矩,n进一步下降,进一步下降,s进一步
13、增加,进一步增加, T再进一步减小,再进一步减小, T再进一步小于负载转矩,再进一步小于负载转矩,n再进一步下降,再进一步下降,s再进一再进一步增加,步增加,最后电动机就停转了。最后电动机就停转了。 同理,同理,可以分析可以分析T2突然减小的情况突然减小的情况, T T2,n就会上升,就会上升,s会减小,在会减小,在ba段,段, s减小,减小,T相应会增加,相应会增加, T进一步大于负载进一步大于负载转矩,转矩,最后最后n会上升到会上升到b点,进入稳定运行区。点,进入稳定运行区。d点情况分析说明点情况分析说明 小结:小结:B点是电动机稳定运行的临界点;点是电动机稳定运行的临界点;ba段不是电动
14、机的稳定运行区。段不是电动机的稳定运行区。大连理工大学电气工程系LFChun 制作异步电动机电磁转矩特性异步电动机电磁转矩特性电磁转矩有三个重要值,分别电磁转矩有三个重要值,分别为:为:额定转矩额定转矩TN最大转矩最大转矩TM起动转矩起动转矩TstTmsm1T0s最大电磁转矩最大电磁转矩对应最大电对应最大电磁转矩的临磁转矩的临界转差率。界转差率。(1)额定转矩额定转矩TN(单位(单位N m) 电动机在额定电压下以电动机在额定电压下以额定转速额定转速nN运运m)(Nr/min)()KW(9550602NNNNNnPnPT功率单位若为功率单位若为W时,时,9550改为改为9.55行,输出行,输出额
15、定机械功率额定机械功率 PN时时,电机转轴上对应输出的机械,电机转轴上对应输出的机械转矩为额定电磁转矩转矩为额定电磁转矩TN。计算可根据计算可根据M铭牌上的数值铭牌上的数值 大连理工大学电气工程系LFChun 制作 最大转矩反映了电动机最大转矩反映了电动机带最大负带最大负载的性能载的性能.TMT0s最大电磁转矩最大电磁转矩起动电磁转矩起动电磁转矩(2)最大转矩最大转矩TMTst下图为不同下图为不同U1下的转矩特性曲线下的转矩特性曲线大连理工大学电气工程系LFChun 制作 在在M M运行过程中,如果电源电压运行过程中,如果电源电压U1U1下降比较多,会出现下降比较多,会出现最大转矩最大转矩T
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