感应电机稳态研究

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1、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、

2、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

3、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0.5mm31/31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。如果去掉铁心，整个绕组外形就像一个“圆笼”，因此称为笼型

4、绕组。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，这种转子的导条和端环是一次铸出。对中、大型感应电机，由于铸铝质量不易保证，都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。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装设在转轴上的三个集电环，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入外加电阻，以改善电动机的启动性能或作调节转速用。有的绕线型电机还装有一种短路提刷装置，当电动机起动完毕后，移动手柄，电刷即被提起，同时三个

5、集电环彼此短接，以减少电刷与集电环的磨损和不必要的摩擦损耗，从而提高了运行的可靠性。31/31感应电动机的气隙较小，中小型电机一般为0.2~2mm。从性能上看，气隙越小，产生同样大小的主磁通时所需要的激磁电流越小；由于激磁电流基本上是无功电流，所以减少激磁电流能够提高电机的功率因数。但是气隙过小，会使装配困难，运行亦不可靠，因此气隙的最小值通常由制造以及运行可靠性等因素来决定。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。转差率：在正常情况下，感应电机的转子转速

6、总是略低于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”，旋转磁场的转速与转子转速之差称为转差，转差与同步转速的比值称为转差率，用表示，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，转子的转差率随之变化，使转子导体的电动势、电流和电磁转矩发生相应的变化，以适应负载的要求。因此，感应电机的转速随负载的变动而变化。三种运行状态：按照转差率的正负和大小，感应电机可分为电动机、发电机和电磁制动三种运行状态，如图5-5所示：31/31当转子转速低于旋转磁场的转速时（），转差率。设定子三相电流所产生的气隙旋转磁

7、场为逆时针方向，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。左手定则：已知电流方向和磁感线方向，判断通电导体在磁场中受力方向，如电动机。伸开左手,让磁感线穿入手心(手心对准N极，手背对准S极)，四指指向电流方向，那么大拇指的方向就是导体受力方向。31/31右手定

8、则：确定导体切割磁感线运动时在导体中产生的感应电流方