第五章 感应电机的稳态分析
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第一章 磁路1-1 磁路的磁阻如何计算?磁阻的单位是什么?答:磁路的磁阻与磁路的几何形状(长度、面积)和材料的导磁性能有关,计算公式为AlR m μ=,单位:Wb A1-2 铁心中的磁滞损耗和涡流损耗是怎样产生的,它们各与哪些因素有关?答:磁滞损耗:铁磁材料置于交变磁场中,被反复交变磁化,磁畴间相互摩擦引起的损耗。
经验公式V fB C p nm h h =。
与铁磁材料的磁滞损耗系数、磁场交变的频率、铁心的体积及磁化强度有关;涡流损耗:交变的磁场产生交变的电场,在铁心中形成环流(涡流),通过电阻产生的损耗。
经验公式G B f C p m Fe h 23.1≈。
与材料的铁心损耗系数、频率、磁通及铁心重量有关。
1-3 图示铁心线圈,已知线圈的匝数N=1000,铁心厚度为0.025m (铁心由0.35mm 的DR320硅钢片叠成), 叠片系数(即截面中铁的面积与总面积之比)为0.93,不计漏磁,试计算:(1) 中间心柱的磁通为4105.7-⨯Wb ,不计铁心的磁位降时所需的直流励磁电流; (2) 考虑铁心磁位降时,产生同样的磁通量时所需的励磁电流。
解: 磁路左右对称∴可以从中间轴线分开,只考虑右半磁路的情况:铁心、气隙截面2422109.293.01025.1025.0m m A A --⨯=⨯⨯⨯==δ(考虑边缘效应时,通长在气隙截面边长上加一个气隙的长度;气隙截面可以不乘系数)气隙长度m l 41052-⨯==δδ铁心长度()m cm l 21045.122025.025.15225.125.7-⨯=⨯--+⨯⎪⎭⎫⎝⎛-= 铁心、气隙中的磁感应强度T T A B B 29.1109.22105.7244=⨯⨯⨯=Φ==--δ (1) 不计铁心中的磁位降: 气隙磁场强度m A m A B H 67100.110429.1⨯=⨯==-πμδδ 磁势A A l H F F I 500105100.146=⨯⋅⨯=⋅==-δδδ电流A NF I I5.0==(2) 考虑铁心中的磁位降:铁心中T B 29.1= 查表可知:m A H 700=铁心磁位降A A l H F Fe 15.871045.127002=⨯⨯=⋅=-A A A F F F Fe I 15.58715.87500=+=+=δ A NF I I59.0≈=1-4 图示铁心线圈,线圈A 为100匝,通入电流1.5A ,线圈B 为50匝,通入电流1A ,铁心截面积均匀,求PQ 两点间的磁位降。
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换的感应电机。
感应电机一般都用作电动机,在农村及风力发电等场合,亦作为发电机用。
感应电机有三相和单相的,其中三相感应电动机在工业中应用最广。
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,以及必须从电网吸取滞后的无功电流以建立磁场,使电网的功率因数变坏。
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,接着分析它的转矩—转差率特性、工作特性和起动、调速问题,最后介绍单相感应电动机、感应发电机和直线感应电动机。
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;中型和大型的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:笼型绕组为自行闭合的对称多相绕组,它由插入每个转子槽中的导条和两端的环形端环构成,一根导条代表一相。
第一章磁路电机学1-1磁路的磁阻如何计算?磁阻的单位是什么?答:磁路的磁阻与磁路的几何形状(长度、面积)和材料的导磁性能有关,计算公式为,单位:1-2铁心中的磁滞损耗和涡流损耗是怎样产生的,它们各与哪些因素有关?答:磁滞损耗:铁磁材料置于交变磁场中,被反复交变磁化,磁畴间相互摩擦引起的损耗。
经验公式。
与铁磁材料的磁滞损耗系数、磁场交变的频率、铁心的体积及磁化强度有关;涡流损耗:交变的磁场产生交变的电场,在铁心中形成环流(涡流),通过电阻产生的损耗。
经验公式。
与材料的铁心损耗系数、频率、磁通及铁心重量有关。
1-3图示铁心线圈,已知线圈的匝数N=1000,铁心厚度为(铁心由的DR320硅钢片叠成),叠片系数(即截面中铁的面积与总面积之比)为,不计漏磁,试计算:(1) 中间心柱的磁通为Wb,不计铁心的磁位降时所需的直流励磁电流;(2) 考虑铁心磁位降时,产生同样的磁通量时所需的励磁电流。
解:磁路左右对称可以从中间轴线分开,只考虑右半磁路的情况:铁心、气隙截面(考虑边缘效应时,通长在气隙截面边长上加一个气隙的长度;气隙截面可以不乘系数)气隙长度铁心长度铁心、气隙中的磁感应强度(1)不计铁心中的磁位降:气隙磁场强度磁势电流(2)考虑铁心中的磁位降:铁心中查表可知:铁心磁位降1-4图示铁心线圈,线圈A为100匝,通入电流,线圈B为50匝,通入电流1A,铁心截面积均匀,求PQ两点间的磁位降。
解:由题意可知,材料的磁阻与长度成正比,设PQ段的磁阻为,则左边支路的磁阻为:1-5图示铸钢铁心,尺寸为左边线圈通入电流产生磁动势1500A。
试求下列三种情况下右边线圈应加的磁动势值:(1) 气隙磁通为Wb时;(2) 气隙磁通为零时;(3) 右边心柱中的磁通为零时。
解:(1)查磁化曲线得气隙中的磁场强度中间磁路的磁势左边磁路的磁势查磁化曲线得查磁化曲线得右边线圈应加磁动势(2)查磁化曲线得查磁化曲线得右边线圈应加磁动势(3) 由题意得由(1)、(2)可知取则查磁化曲线得气隙中的磁场强度中间磁路的磁势查磁化曲线得已知,假设合理右边线圈应加磁动势第二章变压器2-1 什么叫变压器的主磁通,什么叫漏磁通?空载和负载时,主磁通的大小取决于哪些因素?答:变压器工作过程中,与原、副边同时交链的磁通叫主磁通,只与原边或副边绕组交链的磁通叫漏磁通。
第五章 感应电机的稳态分析前言:①定义:异步电机(也叫感应电机)是一种交流旋转电机,它的转速除与电网频率有关外,还随负载而变。
②应用:主要作电动机使用,如:机床;水泵;家用电器; ③它的功率因数永远是滞后的。
5.1异步电动机的结构和运行状态一、感应电机的结构1. 定子: 定子铁心:0.5mm 厚硅钢片叠压而成,磁路的一部分定子绕组:电磁线制而成,电路一部分机 座 :铸铁或钢板焊接而成2. 转子: 转轴:支撑转子转子铁心:0.5mm 硅钢片叠压而成,磁路一部分 转子绕组: 笼型绕组 铸铝铜条绕线式绕组: 电线绕制而成,Y 接,滑环引出,外接电阻3. 气隙(gap):磁路的一部分, δ↓→I m ↓→N ϕcos ↑但易发生扫膛现象δ↑→I m ↑→N ϕcos ↓二、感应电机的运行状态 (见P133图5-5) 1. 转差率定义:11n nn s -=式中n 1—旋转磁场的转速(同步转速) n —转子的转速当0<n<n 1时,即0<s<1时,电机为电动运行状态(电能→机械能) 当 n>n 1时,即 0>s 时,电机为发电运行状态(机械能→电能)当 n<0时,即 s >1 时,电机为电磁制动运行状态(机械能和电能→热能)2. 分析:(i 1a 的方向必与i 2a 的方向相反)(1)电机运行状态:n<n 1 ,e 1与e 2同方向 ,i 2a 与e 2同方向 ,i 2a →Te 与n 同方向(驱动性质),i 1a 与i 2a 反向→i 1a 与e 1反方向,因i 1a 由u 1产生,即i 1a 与u 1同方向,所以从电网吸收电能.(2)发电运行状态若原动机使n>n 1 →s 为负→e 2和i 2a 反向(与电机比) →T e 反向(T e 与n 反方向)(制动性质),又因i 2a 反向→i 1a 反向→i 1a 与e 1同方向(注e 1未变) →i 1a e 1为正→输出电能(3)电磁制动运行状态若T 1驱动转子以反方向旋转,则切割方向同电动运行状态→e 1,e 2,i 1a ,i 2a ,T e 同电机运行状态,因T e 与n 1同方向,但与n 反方向(制动性质),所以T1必须输入机械功率.又因e 1与i 1a 反向→i 1a e 1为负→从电网吸收电功率. 三、感应电动机的型号和额定值 1.型号例如:Y 112S-6极数6极 短机座规格代号:中心高112mm 产品代号:异步电动机 2.额定值①额定功率P N : 电动机在额定情况下运行,由轴端输出的机械功率,单位为W或kW 。
第五章感应电机的稳态分析5-3三相感应电机的转速变化时,转子所生磁动势在空间的转速是否改变?为什么?答:不变。
设气隙磁场旋转速度为1n ,转子的转速为n ,转差率为11n n n s −=,则转子感应电动势和电流的频率为12sf f =,由此电流产生的磁动势相对于转子的速度为1126060sn Pf s P f n ===∆,则相对于定子的转速为1n n n =+∆,与转子转速无关。
m R 略载时的定,转子电流;(3)额定负载时转子的频率和每相电动势值。
:(1)额定转差率0373.0150014441500=−=−=s N s N n n n s (2)T 形等效电路图如右设v U U N o o 039.219031∠=∠=•,则AA j j j j x x j s R jx s R jx jx R U I m m o o20.2411.20410373.04.0)10373.04.0(4014.0039.219)()('2'2'2'21111−∠=++++∠=+++++=••σσσo 40'••j jx mΩ,解:等效电路如题5-13,设V U U oo 0380011∠=∠=•则)(())(('2'2'221111σσσx x j s R R jx s R jx R jx R U I m m m m +++++++=••AA j j j j o o35.2657.18)03.375()0200.0416.02.6()03.30200.0416.0)(752.6(74.1715.00380−∠=+++++++∠=所以定子电流A I 57.181=定子功率因数896.0)35.26cos(cos 1=−=o ϕA j j jx sR jx R jx s R I I m m m 72.4)03.375()0200.0416.02.6()03.30200.0416.0(57.18))(('2'2'2'21=++++×=+++⋅=σσA94.16W5-25试述极对数比为2:1的双速感应电动机的变极原理。