1、第第12章章 单相异步电动机单相异步电动机异步电机的其它运行方式异步电机的其它运行方式在不对称电压下的运行一、不对称运行一、不对称运行的分析方法的分析方法l不对称：不对称：各相电流各相电流(或电压，电势或电压，电势)大小不同，或大小不同，或相位不依次差相位不依次差120l应用对称分量法，把不对称三相电压分解为正序分量、负序分量和零序分量l分别计算各序系统电流和转矩，然后叠加 l在对称的三相系统，三相中的电压Ua、Ub、Uc对称，只有一个独立变量。Ub=2 Ua,Uc=Ual复数算子复数算子ej120e-j240，且2ej240e-j120；3ej360ej01。=cos120+j sin120
2、1、对称系统、对称系统2 2对称分量法对称分量法l分解为三个独立的对称系分解为三个独立的对称系统，统，即正序系统、负序系即正序系统、负序系统统和和零序系统零序系统例：例：Ua、Ub、Uc为不对称三相电压为不对称三相电压l下标“+”、“-”、“0”分别表示正序、负序和零序cbaacbaacbaaUUUUUUUUUUUU310231231对称分量法对称分量法Ua+、Ub+、Uc+组成正序系统组成正序系统满足约束条件Ub+=2 Ua+,Uc+=Ua+l正序系统：正序系统：每相大小相等，相序为每相大小相等，相序为a a、b b、c c，彼此相位差彼此相位差120120。Ua-、Ub-、Uc-组成负序系
3、统组成负序系统l满足约束条件Ub-=Ua-,Uc-=2Ua-l负序系统：是每相大小相等，相序为负序系统：是每相大小相等，相序为a a、c c、b b，彼此相位差，彼此相位差120120。Ua0、Ub0、Uc0组成零序系统组成零序系统l满足约束条件Ub0=Ua0,Uc0=Ua0l零序系统：每相大小相等且同相位零序系统：每相大小相等且同相位。l共同性质共同性质：三相大小相等，彼此之间相位差相等三相大小相等，彼此之间相位差相等（1）由不对称系统分解得到的正序、负序和零序系统都是对称系统都是对称系统。对称系统容易求解。当求得各个对称分量后，再把各相的三个分量叠加叠加便得到不对称运行情形。（2）不同相序
4、电流流经电机和变压器具有不同不同相序电流流经电机和变压器具有不同物理性质，具有不同阻抗参数物理性质，具有不同阻抗参数。（3）对称分量法根据叠加原理，只适用于线性参数的电路中。3、正序等效电路、正序等效电路正序电压，产生正序电流，建立正向旋转磁场，产生正向转矩，拖动转子同方向旋转。正序转差率正序转差率 snnns112211|jxsrjxrjxrZmm4、负序等效电路、负序等效电路负序电压，产生负序电流，建立负向旋转磁场，产生反向转矩，与转子旋转方向相反。负序转差率负序转差率 snnns21122112|jxsrjxrjxrZmm5、零序电压与零序电流、零序电压与零序电流l异步电机一般不接中线，
5、可不考虑零序电流。不对称运行分析ZUIZUI111112111211IIIIIIIIICBA21121112211211122xcxjsrcrUIxcxjsrcrUIsrIPsrIPmm23,3222222srIsrIpTTTsrIpTsrIpT2323,3222222122212221负序对运行的影响 l较小的负序电压会产生较大的负序电流较小的负序电压会产生较大的负序电流 NstNkNkUUIUUZUZUI1111例如：U1-0.05UN，I1-(5-7)0.05IN(0.250.35)IN。它与正序电流叠加，可能使某相电流大大超过额定电流。合成转矩小于正序转矩，导致起动性能和过载能力下降合
6、成转矩小于正序转矩，导致起动性能和过载能力下降 例例 11-1正常运行时电磁转矩T=343N.m定子电流I1=84.7A电源一相断线（两相运行）负载不变时，转速有下降，s增大定子电流 I=166A 急剧增大急剧增大单相异步电动机单相异步电动机单相异步电动机单相异步电动机 定子两相绕组定子两相绕组：m 主绕组，工作绕组 a 辅助绕组，起动绕组转子为鼠笼式绕组转子为鼠笼式绕组 1、单相异步电动机特点、单相异步电动机特点l辅助绕组a串联一移相元件移相元件(通常是电容器)，然后与主绕组m并联接到单相电源l结构上，实质上是两相电机实质上是两相电机 Im、Ia不同相位，实质上是两相运行 2、分析方法、分析
7、方法对称分量法双旋转磁场理论交轴磁场理论 3、对称分量法分析工作原理、对称分量法分析工作原理l辅助绕组开路时辅助绕组开路时 Ia0 对称分量法分解成对称分量 设转子的旋转方向为自a相转向m相 0aaammmIIIIIImamaI jII jImmmIII213、对称分量法分析工作原理、对称分量法分析工作原理l辅助绕组开路时辅助绕组开路时 电压分量 电流分量 ZIZIUUUmmmmZZUIImm4、辅助绕组开路时的转矩、辅助绕组开路时的转矩2222222jxsrjxrjxrIIjxsrjxrjxrIImmmmmmmmmmsrIPsrIPmm22,2222222srIsrIpTTTsrIpTsrI
8、pT2222,22222221222122214、辅助绕组开路时的转矩、辅助绕组开路时的转矩1 1起动转矩等于零起动转矩等于零当sl时，T+T-，T0，单相电机仅一个绕组工作不能自行起动。2 2转动后单相电机可以在一个绕组情转动后单相电机可以在一个绕组情况下运行况下运行转子转动时，则Z+Z-，T+T-，TO，由于有负序转矩存在，所以其过载能力和效率均有所降低。3 3理想空载状态也达不到同步转速理想空载状态也达不到同步转速 因有负序转矩存在，即使转轴上不带任何负载，转子电流也不可能为零，单相电机达不到同步转速。5、两相通电时的磁势、两相通电时的磁势l两相绕组的磁势l合成磁势90cos2190co
9、s21)cos()90cos(cos21cos21coscostxFtxFtxFftxFtxFtxFfmmmmaaaamafffmmNmmaaNaaIpkNFIpkNF119.09.0若Fa=Fm，=90则圆形旋转磁场圆形旋转磁场txFfffmacos6、单相异步电动机的起动、单相异步电动机的起动l电容电动机电容电动机电容运行电容起动双值电容电容运转电动机 l额定负载时有接近圆形旋转磁场，性能性能较好l起动时椭圆度差，起动转矩小l空载有负序磁势，空载电流大，损耗大电容起动电动机 l合理选择电容器和主辅绕组匝数，使起动时气隙磁场接近圆形旋转磁场。可以有较高的起动较高的起动转矩转矩。l电动机起动后
10、，在离心力作用下断开常闭触点，自动切断辅助电路单相运行单相运行 双值电容电动机双值电容电动机l在辅助绕组回路中串接两个并联的电容器l运行电容CR固定接入辅助绕组电路l起动电容Cs在起动时接入，起动后靠离心开关Q断开l电机有较好的起动和运行性能6、单相异步电动机的起动、单相异步电动机的起动l电阻起动单相电动机电阻起动单相电动机只要两个回路的阻抗不同，Im、Ia便不同相位，从而建立旋转磁场，产生电磁转矩 结构简单，起动转矩结构简单，起动转矩低低7、罩极电动机 l罩极绕组 短路环 l穿过短路环与不穿过短路环的两部分磁场有时间相位差两个磁场在空间和时间上不同相 l合成磁场是椭圆形合成磁场是椭圆形旋转磁
11、场，旋转方向从未罩极部分转向罩极部分 12123kEkIk异步发电机异步发电机异步发电机异步发电机l发电机运行发电机运行：原动机拖动转子旋转，且转速大于旋转磁场的同步速011nnns转差率异步发电机相量图异步发电机相量图输入有功功率小于0，表明输出有功功率 1111cosImUP 异步发电机运行方式异步发电机运行方式l与电网并联与电网并联电压和频率完全取决于电网的电压和频率，与转速无电压和频率完全取决于电网的电压和频率，与转速无关关 激磁电流（无功性质）由电网提供 原动机输入机械功率增大，则转速增大，输出有功增大异步发电机运行方式异步发电机运行方式l单机运行单机运行 激磁电流由并联在端点上的电
12、容器供给 电容器通常为三角形连接 电压和频率大小与电容值、电机转速及负载情电压和频率大小与电容值、电机转速及负载情况有关况有关spnpnf1606011负载增加，转差率|s|增大，要维持f1不变，必须相应提高转速n；负载感性电流增大，必须加大电容量，才能维持电压不变 异步发电机单机电压建起过程异步发电机单机电压建起过程1空载特性2电容器特性1 原始剩磁Ur在电容器上产生电容电流，对电机励磁2 励磁增大后，电压上升，励磁电流再增大正反馈3 达到交点A，为稳定运行工作点A异步电机的制动运行异步电机的制动运行异步电动机制动异步电动机制动l制动在原有旋转方向上产生一个反方向的转矩（如加速停转、减速运行
13、、恒速等）l异步电动机有四种制动方法：能耗制动回馈制动反接制动正接反转制动。1、能耗制动l原理：电动机的定子绕组从电源切断后，将其中任意两端接上直流电源从而在空气隙中建立一静止的磁场。旋转着的转子切割磁场感应电势，由于转子绕组是一闭合电路，便产生电流和电磁转矩。该电磁转该电磁转矩的作用方向与转子旋转方向相反，矩的作用方向与转子旋转方向相反，起到制动作用起到制动作用。l转子机械动能变为铜耗而迅速耗掉，达到迅速停车的目的，称为能耗制动。l能耗制动在高速时效果较好。2、回馈制动（发电机制动）l例如，当电车下坡时，重力的作用将使车速增大。一旦转速nn1，电机就由原来的电动机状态变为发电机状态运行，这时
14、电机的有功电流和电磁转矩方向都将倒转，从而制止了转速进一步增加，起到了制动作用。由于电流方向倒转，电功率回送到电网，故称为回馈制动。l情况：起重设备在负载降落时，如高速，则发电制动，以限制下降速度。3、反接制动（正转反接）l工作原理：利用换接开关改变定子电流的相序，使旋转磁场的旋转方向倒转，换接后的旋转磁场转向与转子的转向相反（s=2），电机便处于制动状态，使转子的转速迅速下降。情况：震动和冲击较大，不宜用于精度要求高的场合。用于可逆转的传动系统。4、正接反转制动l正接反转制动：指电动机的定子接线仍保持电动机运行时的接法不变，如转子在外力推动下强迫了反向旋转，这时电磁转矩是一制动转矩。l主要用
15、于以线绕转子异步电动机为动力的起重机械中。当需下放重物时，可再增大转子附加电阻，使平衡点落于负转速区。例如图中d点，转子将在反方向旋转。重物下降所产生的转矩是原动转矩，电磁转矩是制动转矩，电机处于制动状态改变附加电阻大小可控制电机的转速改变附加电阻大小可控制电机的转速l当起重机械提升重物时，当电机处于平衡状态时，将以某一转速a点稳速运行。改变转子附加电阻可控制提升速度，如b点所示。l如需重物悬空后不动，则应增加转于附加电阻以改变机械特性，使电磁转矩与负载转矩相交于c点，这时n0。l当需下放重物时，可再增大转子附加电阻，使平衡点落于负转速区。例如图中d点，转子将在反方向旋转。重物下降所产生的转矩是原动转矩，电磁转矩是制动转矩，电机处于制动状态。概念概念l11-5 比较单相异步电动机与三相电机的T-s曲线（起动转矩、最大转矩及临界转差率、制动时转矩）l11-6 改变单相电容电动机旋转方向的方法l11-8 异步发电机单机运行时，不同负载情况下，如何保持电压的大小及频率作业作业l11-4l11-6
