感应电机最新课件

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1、第5章 感应电机感应电机又称异步电机主要作为电动机运行，分为三相感应电机和单相感应电机，我们主要掌握三相感应电机。5.1 感应电机的结构和运行状态5.2 三相感应电动机的磁势和磁场5.3 三相感应电动机的电压方程和等效电路 5.4 感应电动机的功率和转矩方程5.5 感应电动机参数的测定5.6 感应电动机的转矩转差率曲线5.7 感应电动机的工作特性5.8 感应电动机的起动，深槽和双笼电动机5.9 感应电动机的调速5.10 感应电动机5.1 感应电机的结构和运行状态1.感应电机的结构感应电机分为定子和转子部分。感应电机外形图感应电机结构图定子定子statorstator：固定部分转子转子rotor

2、rotor：旋转部分气隙气隙air gapair gap：很小，0.2-2mm对电机性能影响很大异步电动机的结构异步电动机的结构5.1 感应电机的结构和运行状态5.1 感应电机的结构和运行状态1）定子铁心：由厚度为0.5mm的低硅钢片叠装而成，构成磁路，嵌放定子绕组。为了嵌放定子绕组，在定子冲片中均匀地冲制若干个形状相同的槽。5.1 感应电机的结构和运行状态槽形有三种，半闭口槽适用于小型异步电机，其绕组是用圆导线绕成的。半开口槽适用于低压中型异步电机，其绕组是成型线圈。开口槽适用于高压大中型异步电机，其绕组是用绝缘带包扎并浸漆处理过的成型线圈。 5.1 感应电机的结构和运行状态绕组：由铜线绕制

3、成三相对称绕组，构成电路部分。其作用是感应电动势、流过电流、实现机电能量转换。机座：固定和支撑定子铁心。因此要求有足够的机械强度。5.1 感应电机的结构和运行状态2）转子铁心：由厚度为0.5mm的低硅钢片叠装而成，构成磁路。 转轴：支撑转子铁心和输出输入机械转矩。 绕组：构成闭合电路部分。分为：笼形绕组和绕线式绕组。 (1)笼型绕组。在转子铁心均匀分布的每个槽内各放置一根导体，在铁心两端放置两个端环，分别把所有的导体伸出槽外部分与端环联接起来。如果去掉铁心，则剩下来的绕组的形状就像一个松鼠笼子。这种笼型绕组可以用铜条焊接而成，也可以用铝浇铸而成。5.1 感应电机的结构和运行状态去掉铁心的笼型绕

4、组笼型转子5.1 感应电机的结构和运行状态（2）绕线式绕组：与定子绕组相似的对称三相绕组。一般接成星形。将三个出线端分别接到转轴上三个滑环上，再通过电刷引出电流。绕线式转子的特点是可以通过滑环电刷在转子回路中接入附加电阻，以改善电动机的起动性能、调节其转速。5.1 感应电机的结构和运行状态绕线转子接线示意图5.1 感应电机的结构和运行状态2.感应电机的运行状态感应电机分为电动机、发电机和电磁制动三种运行状态，如图。5.1 感应电机的结构和运行状态电动机运行状态上图a)定子绕组上加三相交流电源电压，便有三相对称电流流过，在气隙产生旋转磁场。基波磁场以同步转速 逆时针转动，图中瞬间，上部分N极，下

5、部分S极。则转子绕组顺时针切割磁场感应电势，从而在自行闭合回路的转子绕组中产生和电势基本上同方向的电流。 转子导体的电流和气隙磁场相互作用，产生和同步转速同方向的电磁转矩，使转子以转速 转动，转子转向和同步转速同方向。这样，感应电机定子从电源上输入的电功率转化为转子的输出功率。160fnpn由于铁耗、机械损耗等原因，电动机的转速 小于但接近同步转速 ，存在转差，故感应电机又称异步电机。n1n5.1 感应电机的结构和运行状态用转差率来反映转差的大小，转差率 ；11nnsn电动机： 10nn10s发电机运行状态 图b)原动机按同步转速的方向拖动感应电机的转子转动，且使电机的转速高于同步转速， ；转

6、子绕组逆时针切割磁场，产生和电动机状态方向相反的感应电势及电流，从而产生和转速相反的电磁转矩。此时感应电机转轴从原动机输入机械功率，克服电磁转矩，由感应电机的定子向电网输出电功率。 发电机：1nn1nn0s 5.1 感应电机的结构和运行状态电磁制动状态图c)用外力使转子逆着旋转磁场转动 ，此时转子导体切割磁场的方向和电动机状态时的相同，从而转子的感应电势及电流和电动机状态时的同方向。电磁转矩和电机的转速反方向，为电磁制动转矩。这样，感应电机转子从原动机输入机械功率，定子也从电网吸收电功率（因转子导体电流方向和电动机状态时的相同），输入的机械功率和电功率都变成电机的内部损耗。 电磁制动： 0n0

7、n1s 5.1 感应电机的结构和运行状态3.额定值额定功率 ：是转轴上输出的机械功率，单位为W或kW。 额定电压 ：施加在定子绕组上的线电压，单位为V。 额定电流 ：电动机在额定电压、额定频率下轴端输出额定功率时，定子绕组的线电流，单位为A。 额定频率 ：我国电网频率50Hz。 额定转速 ：电动机在额定电压、额定频率、轴端输出额定功率时，转子的转速，单位为r/min。额定效率 。额定功率因数 。三相异步电动机额定值之间的关系：NPNUNINfNnNcosNNNNNNcos3IUP 5.2 三相感应电动机的磁势和磁场 感应电动机工作时，首先定子绕组接电源，产生旋转磁场通过气隙传递到转子绕组，使转

8、子绕组产生磁势，从而实现能量转换。变压器工作时，也是一次绕组电流产生磁场通过铁心传递到二次绕组，使二次绕组产生磁势，实现能量传递。即感应电动机的电磁过程和变压器的电磁过程一样。感应电动机的定子绕组对应变压器的一次绕组，转子绕组对应变压器的二次绕组。变压器的分析方法完全适用于感应电动机。磁场按空载和负载两种情况分析。5.2 三相感应电动机的磁势和磁场1.空载运行时的磁势和磁场 异步电动机定子绕组接三相电源，有三相电流流过，主要产生基波旋转磁势，同步转速 ；160 fnp 空载时， ， 认为 ，定子电流 就是空载电流即激磁电流 ，定子基波磁势基本上就是激磁磁势。 1nn20sI100mIII1mF

9、F 电机磁场存在主磁通和定子漏磁通，如图；主磁通 ：基波磁势产生的同时交链定、转子绕组的磁通。在定、转子绕组感应电势：m11114.44()mwmmmmmEjf N kIZIRjX 5.2 三相感应电动机的磁势和磁场22224.44smwEjf N k 漏磁通 ：主磁通之外的磁通，分为槽漏磁端部漏磁谐波漏磁；如图。1其中谐波漏磁是由定子绕组的空载电流产生的高次谐波磁势产生的磁通。漏磁通在定子绕组感应漏抗电势：101Ej I X 5.2 三相感应电动机的磁势和磁场2.负载运行时的磁势及磁场 感应电动机带负载运行时，转速为 ，定子电流从空载时的 变为 增大。由于 和 同方向，这时转子绕组相对定子旋

10、转磁场的速度为 切割磁场，如图，转子绕组感应电势和电流的频率nmI1I11nnnsnn1n2160p nfsf（解释： ， 定子感应电势的频率 ， 为定子相对磁场的转速。），转子电流产生的旋转磁势 相对转子相对转子的转速：1160 fnp1160pnf 1n2F21216060fsfnsnpp5.2 三相感应电动机的磁势和磁场 定子电流相序确定的旋转磁场切割转子绕组，使转子电势及电流的相序和定子电流的相序相同。故转子旋转磁势 的转向和 相同， 相对定子的转速为2F1n2F221nnnn即感应电机不论运行什么状态，转子磁势即感应电机不论运行什么状态，转子磁势 和定子磁势和定子磁势 在空间上转速、

11、转向都相同，相对静止。气隙中的合成磁在空间上转速、转向都相同，相对静止。气隙中的合成磁势（激磁）势（激磁） 和和 同转速、同转向。同转速、同转向。2F1F1n12mFFF1 11110.92wN I kmFp222220.92wN I kmFp1110.92mwmN I kmFp且 、 和 在空间上的相位差就2F1FmF2I1ImI等于 、 和 在时间上的相位差。 即2112miIIIIIk电流变比111222wiwm N kkm N k5.3 三相感应电动机的电压方程和等效电路1.电压方程定子电压方程：和变压器类似，电动机定子每相电压方程：11111111()UEIRjXEI Z 100()

12、mmmEI ZIRjX 11RX、分别为定子每相的电阻和漏抗；转子电压方程：222220()sssUEIRjX转子的电势及电流的频率为 ，下标用s表示；21fsf22212222sXf Lsf LsX20U是由于转子绕组为短接。5.3 三相感应电动机的电压方程和等效电路电动机的电磁关系：将电压方程转为用定、转子耦合电路表示，如图：5.3 三相感应电动机的电压方程和等效电路2.等效电路由于定、转子频率不同，无法将定、转子电路统一在同一个电路中。为此，将转子频率 变换为定子频率 -频率归算；再进行绕组归算得到等效电路。2f1f频率归算：由转子电压方程2222()sssEIRjX222212224.

13、444.44swmwmEf N ksf N ksE22sXsX2222sssEIRjX且得：转子物理量下标只用2表示的，表示转子的频率等于定子的频率的物理量。转子每相电阻为直流电阻值，不计频率转子是通过 对定子作用的，只要转子磁势不变，定子的物理量也不会变化，转子磁势大小与电流有关，与频率无关。2F211fsff10sn 用静止转子代替转动转子。影响。5.3 三相感应电动机的电压方程和等效电路频率归算时，转子磁势不变，则转子电流大小也不变：222222222222()sssEEIIRRXXs即频率归算后，转子电流不变，转子电阻由 ；22221RsRRRss21sRs为对应转子机械功率的等效电阻

14、。频率归算后，转子电压方程：2222()REIjXs耦合电路:5.3 三相感应电动机的电压方程和等效电路绕组归算：将转子绕组归算到定子绕组，即用一个与定子绕组的相数、匝数及绕组因数完全相同的等效转子绕组代替频率归算后的转子绕组。21mm21NN21wwkk归算后的值：22iIIk111222wiwm N kkm N k221eEk EE1122wewN kkN k22eik k RRss22e iXk k X-电流变比；-电势变比；T型等效电路和相量图归算后方程：11111()UEIRjX 2222()REIjXs21mmEEIZ 12mIII5.3 三相感应电动机的电压方程和等效电路由方程得

15、耦合电路及T型等效电路。5.3 三相感应电动机的电压方程和等效电路相量图近似等效电路1111mmZXccZX 校正系数：5.4 感应电动机的功率方程和转矩方程1.功率方程感应电动机工作时，定子先从电网得到输入的电功率 （电压、电流为每相的值），一部分消耗在定子铜耗上 消耗在电机的铁耗上：111 11cosPmU I211 11Cupm I R2112FemmFeFepm I Rpp正常运行时 转子 很小。 0.020.06s 2113fsfHz 20Fep1FeFepp认为；其余功率沿气隙传递到转子成为电磁功率 221 2122211cosemCuFeRPm Im E IPpps5.4 感应电

16、动机的功率方程和转矩方程电磁功率一部分消耗在转子铜耗 上，其 221 22Cupm I R余转为转子的总机械功率 。 21 2221emCusPm IRPps可见 ，也称转差功率。 221 22Cuempm I RsP(1)emPs P；总机械功率一部分消耗在机械损耗 和杂散损耗 ，其余转为转轴上的输出功率 ：mecpadpp或2mecadPPpp2P1212CuFeCumecadPPppppp；2.转矩方程2mecadPPpp2mecadppPP-电动机输出转矩或负载转矩；22PT 0mecadppT20TTT-空载转矩5.4 感应电动机的功率方程和转矩方程电磁转矩1(1)emems PPP

17、T1、分别是转子角速度和同步角速度。1222cosemPm E I211114.44wmEEf N k1112260nfp 22iIIk22cosTmTCI电磁转矩与气隙主磁通和转子电流的有功分量成正比。5.5 感应电动机参数的测定感应电动机的参数通过空载试验和堵转（短路）试验测取。1.空载试验试验目的：空载试验测定激磁电阻 、激磁电抗 以及铁耗 和机械损耗 。mRmXFepmecP试验方法：试验时，电动机转轴上不带任何负载，空载运行。用调压器改变定子绕组的电压，使端电压从(1.11.2)NU逐步下降到 左右，每次记录电动机对应的端电压 、空载电流 和空载功率 得空载曲线如图。试验后用电桥测取

18、0.3NU1U0I0P1R。5.5 感应电动机参数的测定数据处理：空载时，20P 1nn20I 20Cup02121CuFeCumecadCuFemecadPPppppppppp令001CuFemecadPPpppp 空载时 和电FeadFeppp压的平方成正比，与转速无关；机械损耗 和转速有关，与电压无关。空载时，转速基mecp本为常数，故机械损耗为常数。则 为直线，如图。01Pf U得到铁耗 和机械损耗 。FepmecP203FempRI激磁电阻:12210120()()NmmUXXXRRI，等效电路得5.5 感应电动机参数的测定2.堵转（短路）试验堵转试验是试验时将转子堵住不动，0n 1

19、s 210sRs转子回路电阻 ，又称短路试验。试验目的：测定定、转子漏电抗及转子电阻。试验方法：试验时，转子被堵住不动，用调压器改变电压大小，使短路电压从大往小调节，分别记录对应的短路电压 、电流 和短路功率 。kUkIkP数据处理： 且感应电机存在气隙，激磁电流 较大 ，其等效电路不能像变压器短路时将励磁支路开路处理。感应电机 认为 处理，等效电路见下图。1s 0ImmXR0mR 5.5 感应电动机参数的测定23kkkPRI22()kkkkUXRI 等效电路得：kkkZRjX221122()()mmjXRjXRjXRj XX考虑到感应电动机12XX 220120200()kXXXXXRXX0

20、210()kkXRRRXX得：5.6 感应电动机的转矩转差率曲线转矩转差率特性：电源电压为额定电压，电磁转矩与转差率之间的关系 ，或转矩转差率曲线。 Tf s1.转矩转差率特性 221 2112emPRpTm Ifs11mXccX 12222112()()UIRRcXcXs221122211122()() Rm pUsTRfRcXcXs得转矩转差率曲线5.6 感应电动机的转矩转差率曲线01s0s 1s 电动机状态发电机状态电磁制动状态2.最大转矩和起动转矩最大转矩0dTds令得产生最大转矩时的转差率 -临界转差率ms222112()mcRsRXcX maxT5.6 感应电动机的转矩转差率曲线2

21、11max22111124() m pUTf cRRXcX 其中正号对应于电动机状态，负号对应于发电机状态。感应电机的最大转矩与电压的平方成正比，与定、转子漏抗之和近似成反比。最大转矩大小与转子电阻无关，临界转差率与转子电阻成正比。因此对绕线型感应电动机，可改变转子电阻的大小，使在不同的转速下，转矩最大，如图。过载能力max1.62.5TNTkTNT-额定（输出）转矩5.6 感应电动机的转矩转差率曲线起动转矩 ：感应电动机接电源开始起动时（ ）的电磁转矩。stT0n 0n 1s 211222112122()() stm pU RTTfRcRXcX3.机械特性（转速转矩特性）1(1)nns将转矩

22、转差率曲线中的转差率用转速转换的机械特性，如图。5.7 感应电动机的工作特性感应电动机的工作特性：额定电压，额定频率下，电动机的转速 、电磁转矩 、定子电流 、定子功率因数 效率 与输出功率 的关系。通过试验测得。一台10kW的三相感应电动机的工作特性曲线如图。nT1I1cos2P5.7 感应电动机的工作特性1.转速特性2nf P 221 221222cosCuempm I RsPm E I22PIsn1(1)nns1(1)nns2.定子电流特性12IfP转速特性是一条随负载增加微微下降的曲线。12221()mIIIPII 定子电流特性是一条不过原点的上翘曲线。3.功率因数特性12cosf P

23、空载时，定子电流基本上是激磁电流，功率因数很小。负载增加时，定子电流的有功分量增大，功率因数逐步提高。负载一定时，若继续增大负载，转差率增大很多，导致转子的功率因数 下降，从而定子的功率5.7 感应电动机的工作特性22 2222cos()RRsX4.转矩特性2Tf P2200602PTTTTn0T-空载阻转矩，基本上为常数；转矩特性是一条略微上翘的曲线。5.效率特性2f P21PP空载时，输出功率为零，效率为零；负载增加，输出功率增大，效率增加。当负载增大一定时，效率减小。因数也下降。5.8 感应电动机的起动，深槽和双笼电动机感应电动机的起动：电动机投入电网时，从静止状态到稳定运行的过程。 起

24、动瞬时s=1，异步电动机对电网呈现短路阻抗，等效阻抗小，故起动电流大，可达到额定电流的47倍；起动转矩 22cosTmTCI 起动时，转子的功率因数很低，因此转子电流的有功分量并不大，同时起动时的主磁通较正常工作时小，故起动转矩不大，为额定转矩的12倍。 按笼型感应电动机和绕线型感应电动机的起动分别介绍。1.笼型感应电动机的起动笼型感应电动机的起动方法：直接起动；降压起动。5.8 感应电动机的起动，深槽和双笼电动机直接起动：就是利用开关或接触器把电动机的定子绕组直接投入到额定电压的电网上的起动。 直接起动时，起动电流大，直接起动适用于小容量电动机带轻载的情况。直接起动的应用主要受电网容量的限制

25、，对于经常起动的电动机，起动时引起的母线电压降不大于10%，对于偶尔起动的电动机，此压降不大于15%，都可直接起动。降压起动：起动时，通过起动设备使定子绕组的端电压低于额定电压，起动结束后，定子绕组的端电压为额定电压的起动。 降压起动的目的是减小起动电流，当然起动转矩也随之减小。降压起动用在对起动转矩要求不高的轻载起动场合。5.8 感应电动机的起动，深槽和双笼电动机降压起动方法：主要有1）星-三角起动；2）自藕变压器起动。1）星-三角（Y-起动器)起动：适用该起动的感应电动机，正常运行时定子绕组为三角形接法。起动时转换开关K2投向星形侧，3NU定子绕组每相电压为 ；起动将结束时，开关K2投向三

26、星形侧，电动机正常运行。直接起动时直接起动时，定子绕组为三角型接法，每相电压 ，起动NNUU33NNsteqeqUUIZZ电流（线电流）5.8 感应电动机的起动，深槽和双笼电动机eqZ-定子端看进去的每相等效阻抗；起动转矩stT降压起动（定子星形接法）时，每相电压3NUU起动电流：133NstYstYsteqeqUUIIIZZ起动转矩2TU213()3NstYstNUTTU5.8 感应电动机的起动，深槽和双笼电动机2）自藕变压器起动起动时，开关K2投向起动侧，则自藕变压器原边高压侧接额定电压电源，副边低压侧接电动机，如图。变压器变比12aNkN，由于自藕变压器有：211sNaUNUNk副边电压

27、 也为电动机的端电压。sU起动结束后，开关K2投向运行侧。5.8 感应电动机的起动，深槽和双笼电动机直接起动时，电动机端电压为 ，起动电流 ，NUstNIU2stNTU起动转矩 ；自藕变压器降压起动时自藕变压器降压起动时，电动机端电压为 ，起动电流 、起动转矩 ，则有：sU2stIsT2()ssstNTUTU2stsstNIUIU，21sstaTTk，21ststaIIk此时电网供给的起动电流 ，也是变压器的一次电流，1stI有：1221ststININ121ststaIIk。可见，通过改变自藕变压器副边的抽头，来改变变比，达到改变起动转矩及起动电流的作用，以满足不同负载的需求。5.8 感应电

28、动机的起动，深槽和双笼电动机2.绕线型感应电动机的起动 对于大中型电动机带重载起动的工况，可采用绕线式异步电动机转子串电阻起动。由于大型电动机容量大，起动电流对电网的冲击较大；又因带重载，负载要求电机提供较大的起动转矩。而绕线式异步电动机只要转子回路串接的电阻合适，转子阻抗增大，起动电流减小。转子功率因数和转子电流的有功分量增大，起动转矩增大。因而电机容量大、重载这两个要求可同时满足。5.8 感应电动机的起动，深槽和双笼电动机3.深槽和双笼感应电动机 深槽和双笼感应电动机属于笼型电动机中的一种。起动时利用集肤效应使转子电阻自动增大，来改善起动性能。运行时，转子电阻回归1）深槽感应电动机这类电机

29、转子槽形窄而深，槽深与槽宽之比达到1012，转子导体电流产生的槽漏磁分布如图。转子单元导体交链的漏磁通及对应的漏电抗正常值，来保证其具有较高的效率。从槽底到槽口逐渐减小。刚起动时，转子 较高，单元导体的漏抗远远大于单元导体的电阻，转子导体电流按漏抗的大小成反比分配，见上图。大部分电流主要集中在导体的上部，该现象称电流的集肤效应。其效果相当于导体的有效面积减小，转子的有效电阻增大，从而改善起动性能。5.8 感应电动机的起动，深槽和双笼电动机211fsff随着转速上升，转子频率随之减小，集肤效应逐渐减弱。起动结束后，集肤效应基本上消失，转子电阻又自动变小回到正常值。5.8 感应电动机的起动，深槽和

30、双笼电动机2）双笼感应电动机双笼感应电动机转子有两套笼型绕组，称为上笼和下笼如图。起动时，由于集肤效应，转子电流从电阻大的上笼流过，上笼称起动笼。运行时电流从电阻小的运行笼下笼流过。T-s曲线由上笼和下笼T-s曲线叠加。5.9 感应电动机的调速 感应电动机具有结构简单、价格便宜、运行可靠、维护方便等优点，但在调速性能上比不上直流电动机。同时，直到现在还没有研制出调速性能好、价格便宜、能完全取代直流电动机的异步电动机的调速系统。但人们已研制出各种各样的异步电动机的调速方式，并广泛应用于各个领域。根据异步电动机的转速公式 n=(1-s)n1=(1-s)60f1p 感应电动机的调速方式有三种：(1)

31、 变极调速。(2) 变频调速。(3) 改变转差率s调速。5.9 感应电动机的调速1.变极调速：改变电机定子绕组极对数调速。 这种转速变化按对应的极对数变化，称有级调速，不能平滑改变转速。 改变极对数的方法在定子槽嵌放两套极对数不同的独立绕组，运行时，只运行其中一套，称双绕组变极；通过改变一套绕组的联结方式，得到不同的极对数，称单绕组变极，单绕组变极电机转子一般为笼型转子。主要介绍单绕组变极。变极原理定子每相绕组均分两半，如A相：a1x1,a2x2,按图a联结为四极，图b并联联结变为两极，如下图。显然从四极变到两极，或两极变到四极，每相绕组有一半如a2x2 电流改变了5.9 感应电动机的调速方向

32、，但相属不变（仍为A相），该变极方法，称电流反向变极法，简称反向法。反向法绕组的接法Y/YY；/YY5.9 感应电动机的调速2.变频调速：改变电源的频率调速。 感应电动机的转速n=(60f1p)(1-s)，转差率变化不大时，n近似正比于频率f1，可见改变电源频率就能平滑地改变感应电动机的转速，称无级调速。变频调速时，希望主磁通m保持不变。由于111114.44wmUEf N k；变频时主磁通不变，则 为常数。11Uf感应电动机最大转矩：22111max1121()4()m pUUTkf c XcXf通常112()RXcX最大转矩可简化为：211max22111124() m pUTf c RR

33、XcX又12112()2()XcXf LcL5.9 感应电动机的调速2max11()NTTTUkTkkf电动机的额定转矩：，设变频后对应的物理量为11NTfUTk、，则变频前后额定转矩之比为：221111() () ()NTNTTUfkTUfk1）恒转矩调速恒转矩调速，即电机变频前后额定转矩相等，NNTT则221111() () ()1TTUfkUfk；主磁通不变，即 为常数，有11UfTTkk，电机过载能力也不变。感应电动机变频调速特别适合恒转矩负载调速。5.9 感应电动机的调速2）恒功率调速电动机带有恒功率负载时，变频前后，它的输出功率相等，从而电磁功率也相等。有11emPTT 11122

34、60nfp 11fTTf又221111() () ()NTNTTUfkTUfk22111111() () ()NTNTTUfkfTTUfkTf21111() ()()1TTUfkUfk若主磁通不变，有1111UUff代入上式得：11TTkfkf即电动机的过载能力随频率作正比变化。若过载能力不变，TTkk代入上上式得：1111UUff则主磁通发生变化。5.9 感应电动机的调速 工程上，感应电动机的额定频率称为基频。变频调速时，频率从基频往下调，通常采用恒转矩调速；频率从基频往上调，电动机绕组定子电压不允许过高，只能保持额定电压不变，主磁通随电源频率增大而减小，电动机的机械特性近似看成恒功率变频调

35、速方式。3.改变转差率调速改变定子端电压调速：改变端电压时，转差率改变，从而转速改变。机械特性见下图，这种调速方法适用于风机类负载。绕线型电动机转子回路串电阻调速：转子串电阻时，转速改变。机械特性见下图，这种调速方法适用于恒转矩负载调速。串级调速：绕线型转子回路外串的电阻用一个由整流器和逆变器组成的装置取代，控制逆变器的逆变角，达到调速目的。5.9 感应电动机的调速5.10 单相感应电动机 单相感应电动机运行时，工作绕组的电流和起动绕组的电流不对称，单相电动机属于不对称运行，分析时采用对称分量法分析。1.对称分量法 前面介绍的三相系统都是一组对称系统，三相中的电压或电流若一相已知，则其他两相可

36、根据对称关系求出。如已知 ，则 、 ， 称复数算子。2BAUa UCAUaU AU120jae 对称分量法的原理是把一组不对称的三相电压或电流分解为正序、负序和零序三组对称电压或电流之和，后者称为原电压或电流的对称分量，下标用+、-和0表示。三相对称的正序分量、负序分量和零序分量分别作用在负载上，将求出的正序、负序和零序结果叠加为不对称运行的结果。5.10 单相感应电动机之对称分量法以电流为例，说明如下：5.10 单相感应电动机之对称分量法2201()31()31()3ABCABCABCIIa Ia IIIa Ia IIIII显然，三相对称系统就是正序分量系统。5.10 单相感应电动机之对称分

37、量法例:三相感应电动机在不对称电压下运行的分析若感应电动机定子绕组接成星形，但无中线，则无零序电流。若定子绕组接成三角形，零序电压不存在，即：01()03ABBCCAUUUU则零序电流也为零。因此只分析正序和负序分量。正序电压分量系统作用在电动机上时，正序等效电路如图；同理负序等效电路如图。其中正序系统就是三相对称系统，故 ；负序系统的相序和正序的相反，从而旋转磁场的转向也相反，ss11nn 11112nnnnssnn5.10 单相感应电动机之对称分量法221 213emRPm Ims，22221 21 22emRRPm Im Iss22222213()22ememPPRRpTTTIIfss1

38、12260nfp 5.10 单相感应电动机2. 单相感应电动机 单相感应电动机是由单相电源供电的电动机，广泛地应用在家用电器及医疗器械上。与同容量的三相电动机相比，单相电动机体积大，性能差，故只做成小容量电动机。 单相感应电动机定子上有两相绕组：主绕组m或工作绕组；辅助绕组a或起动绕组，在空间上相距900电角。 由于定子主绕组及辅助绕组电流 相位不同，实质上是两相运行，故称两相绕组。辅助绕组a通常串联电容器与主绕组m并联接到单相电源。转子为笼型转子，接线如图。aI m I、5.10 单相感应电动机1）单相感应电动机的工作原理及等效电路分析起动绕组开路，只有工作绕组接电源的单相电动机情况。 由于

39、单相电动机运行为不对称运行，分析时采用对称分量法。但注意注意：三相不对称系统分解为正序、负序和零序三三相不对称系统分解为正序、负序和零序三组对称系统；单相电动机只为两相不对称系统，故只能分组对称系统；单相电动机只为两相不对称系统，故只能分解为正序和负序两组对称系统。解为正序和负序两组对称系统。起动绕组开路， ，只有主绕组电流 ；若起动绕组有电流，则起动绕组的电流相位超前主绕组的电流相位，故单相电动机的旋转磁场的转向由起动绕组的相轴指向主绕组的相轴。对称分量法分解的正序系统 相差900电角。正序分量及负序分量：0aImIaIj I m5.10 单相感应电动机aaII 12mmmIIIamIj I

40、amIj I 其中：得：对应的相量图：正序分量及负序分量分别在电动机气隙中产生正序和负序旋转磁场。对应的转差率ss2ss、；5.10 单相感应电动机等效电路考虑到12mmmIIImmmUUUU正序的等效电路和负序的等效电路可以串联得等效电路。电磁功率：emememPPP22221 22122emRRPm IIssm 两相；22221 22222emRRPm IIss5.10 单相感应电动机电磁转矩22222211222222122222()2ememPPRRppTTTIIfsfsRRpIIfss得T-s曲线。单相电机仅一个绕组工作时起动转矩等于零，不能自行起动。转动后TO，单相电机可以在一个绕

41、组情况下运行，其过载能力和效率低。5.10 单相感应电动机2）单相电动机的起动方法 单相感应电动机只有一个工作绕组工作时，无起动转矩，不能自起动。为解决该问题，在电动机定子与工作绕组相距900电角的位置安装一个起动绕组，且使起动绕组中电流在时间相位上不同于工作绕组中的电流。起动时，产生旋转磁场，从而产生起动转矩。根据起动绕组的工作情况，单相电动机分为：单相电容运转电动机如图，起动绕组串联一个电容器再和主绕组并联一直接电源工作。该电机运行性能好，起动转矩小。5.10 单相感应电动机单相电容起动感应电动机起动绕组串联离心开关K及电容器再接到电源上。起动时，离心开关K闭合，电机起动。转速达到同步转速

42、的70%80%时，开关K断开，将起动绕组切除。运行时电动机只有主绕组工作。该电机起动性能好，运行性能差。单相双值电容感应电动机 起动回路有起动电容CS和运行电容CR并联。起动时辅助回路电容大，满足了起动性能的要求；运行时，辅助回路电容小，满足了运行性能的要求。5.10 单相感应电动机罩极电动机 罩极电动机定子铁心一般做成凸极式，每个极上装有工作绕组，在极靴的一边开有一个小槽，槽内嵌有短路铜环，把部分磁极罩起来，此铜环也称罩极线圈，如图。罩极电动机结构图罩极电动机磁通相量图工作绕组接电源时，产生脉振磁通：一部分是不通过短路环极面的磁通 ；另一部分是通过短路环极面的磁通 和 同相位。1212kE32k kkI5.10 单相感应电动机磁通 在短路环中感生电势 和电流 ， 在被罩部分产生同相位的磁通 ，这样，通过短路环极面的磁通：kI2，对应的相量如图。罩极电动机磁通相量图由于短路环的作用，同一个磁极下的两部分磁通 、 在时间上有相位差，产生旋转磁场，产生起动转矩。罩极电动机用在风扇电机中，其转向由没被罩部分（超前磁通部分）转向被罩的部分（滞后磁通部分）。31