第五章感应电机的稳态分析第五章感应电机的稳态分析本章主要研究定.docVIP

第五章 感应电机的稳态分析第五章 感应电机的稳态分析 　　 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接的感应电机。感应电机一般都用作电动机，在少数场合下，亦有用作发电机的。三相感应电动机在工业中应用极广。单相感应电动机则多用于家用电器。感应电机的结构简单．制造方便，价格便宜，运行可靠。其主要缺点是，不能经济地在较宽的范围内实现平滑调速．此外功率因数恒为滞后。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，接着分析它的运行特性和起动，调速问题。 　　 5．1 感应电机的结构和运行状态 一、感应电机的结构 感应电机的定子由定子铁心、定子绕组和机座三部分组成。定子铁心是主磁路的一部分。为了减少激磁电流和旋转磁场在铁心中产生的涡流和磁滞损耗，铁心由厚0.5mm、的硅钢片叠成。容量较大的电动机，硅钢片两面涂以绝缘漆作为片间绝缘。小型定子铁心用硅钢片叠装、压紧成为一个整体后固定在机座内；中型和大型定子铁心由扇形冲片拼成.在定子铁心内圆，均匀地冲有许多形状相同的槽，用以嵌放定子绕组。小型感应电机通常采用半闭口槽和由高强度漆包线绕成的单层(散下式)绕组，线圈与铁心之间垫有槽绝缘。半闭口槽可以减少主磁路的磁阻，使激磁电流减少，但嵌线较不方便。中型感应电机通常采用半开口槽。大型高压感应电机都用开口槽．以便于嵌线。为了得到较好的电磁性能，中、大型感应电机都采用双层短距绕组。 转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成。转子铁心也是主磁路的一部分，一般由厚0.5mm的硅钢片叠成，铁心固定在转轴或转子支架上。整个转子的外表呈圆柱形。转子绕组分为笼型和绕线型两类。 　　笼型转子 笼型绕组是一个自行闭合的绕组，它由插人每个转子槽中的导条和两端的环形端环构成，如果去掉铁心，整个绕组形如一个“圆笼”，因此称为笼型绕组(图5—1)。为节约用铜和提高生产率，小型笼型电机一般都用铸铝转子；对中、大型电机．由于铸铝质量不易保证，故采用铜条插入转子槽内、再在两端焊上端环的结构。 　　笼型感应电机结构简单、制造方便，是一种经济、耐用的电机。所以应用极广。图5—2表示一台小型笼型感应电动机的结构图。 　　绕线型转子 绕线型转子的槽内嵌有用绝缘导线组成的三相绕组，绕组的三个出线端接到设置在转轴上的三个集电环上，再通过电刷引出．如图5-3所示。这种转子的特点是，可以在转子绕组中接人外加电阻，以改善电动机的起动和调速性能。 　　与笼型转子相比较，绕线型转子结构稍复杂，价格稍贵，因此只在要求起动电流小、起动 转矩大，或需要调遣的场合下使用。图5—4表示一台绕线型感应电动机的结构。 　　为减少激磁电流、提高电机的功率因数，感应电动机的气隙选得较小，中、小型电机一般为0.2—2mm。 　　二、感应电机的运行状态 　　感应电机是利用电磁感应原理，通过定子的三相电流产生旋转磁场，并与转子绕组中的感应电流相互作用产生电磁转矩，以进行能量转换。正常情况下，感应电机的转子转速总是略低或略高于旋转磁场的转速(同步转速)，因此感应电机又称为“异步电机”。旋转磁场的转速ns与转子转速n之差称为转差．转差Δn与同步转速ns的比值称为转差率，用s表示，即： 　　 (5—1) 转差率是表征感应电机运行状态的一个基本变量。 当感应电机的负载发生变化时，转子的转速和转差率将随之而变化，使转子 导体中的电动势、电流和电磁转矩发生相应的变化，以适应负载的需要。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，如图 5-5所示。 当转子转速低于旋转磁场的转速时(nsn0)，转差率0sl。设定子 三相电流所产生的气隙旋转磁场为逆时针转向，按右手定则．即可确定转子导体 “切割”气隙磁场后感应电动势的方向，如图5—5a所示。由于转子绕组是短路的，转子导体中便有电流流过。转子感应电流与气隙磁场相互作用，将产生电磁力和电磁转矩；按左手定则，电磁转矩的方向与转子转向相同，即电磁转矩为驱动性质的转矩(图5—5a)。此时电机从电网输入功率，通过电磁感应，由转子输出机械功率，电机处于电动机状态。 若电机用原动机驱动，使转子转速高于旋转磁场转速(n ns)，则转差率s0。此时转子导体中的感应电动势以及电流的有功分量将与电动机状态时相反，因此电磁转矩的方向将与旋转磁场和转子转向两者相反，如图5—5b所示，即电磁转矩为制动性质的转矩。为使转子持续地以高于旋转磁场的转速旋转．原动机的驱动转矩