异步牵引电动机.

工作原理基本结构电磁关系——建立物理模型基本方程——建立数学模型运行特性——应用知识电机学研究各种电机的一般顺序：12第3章异步牵引电动机3.1异步牵引电动机的基本结构1.定子定子主要包括定子铁心、定子绕组以及机座和端盖。笼型感应电机3定子铁心4定子绕组562.转子由转子铁心、转子绕组和转轴等部件组成。笼型感应电机7笼型转子8转子铁心9转子绕组笼型转子1011绕线型转子12133.气隙1415异步牵引电动机的结构特点：1.气隙较大。2.定子绕组绝缘结构采用耐电晕聚酰亚胺薄膜加云母带。绝缘等级为200级。3.采用绝缘轴承。4.转子导条采用专用铜合金。5.结构部件轻量化。3.1.2感应电机的运行状态ssnnns称为转差率转差率是表征感应电机运行状态的基本变量。三种运行状态：nnns称为转差。163.1.3额定值(感应电动机)还包括额定功率因数、额定效率等。对于三相感应电动机NNNNNIUPcos317额定值是电机制造厂在设计电机时对电机的一些电量和机械量所规定的数据。电机运行时若各量均符合额定值，称电机运行于额定工况。(1)额定功率PN(2)额定电压UN(3)额定电流IN(4)额定频率fN(5)额定转速nN感应电机运行在电动机状态时，转子以转速0nns旋转，而定子磁场的转速为同步转速ns。此时，定子磁场相对于转子的转速为sssnnnn转子电动势和电流的频率为2160sPsnfsf称为转子频率或转差频率转子电流建立的转子磁场相对于转子的转速为2126060sfsfnsnnPP转子磁场相对于定子的转速为ssnnnnnnnn)(2183.2感应电动机内部的电磁关系由于定子电流建立的定子磁场和转子电流建立的转子磁场相对于定子的转速均为同步转速，定子、转子磁场始终保持相对静止。定、转子磁场保持相对静止是产生恒定电磁转矩的必要条件。19mwkNfE1111444.mwskNfE2222444.ssssILfjXIjEILfjXIjE2222221111112222211122LfXLfXs和为定、转子的漏电感；和为定、转子漏电抗。1L2L1XsX2旋转时的定子、转子电路为定子方的频率为f1转子方的频率为f2=sf1由此可列出定子、转子一相的电压方程)(sssjXRIE2222)(11111jXRIEU3.3三相感应电动机的等效电路为了便于对感应电机进行分析计算，需要推出感应电机的等效电路。1频率归算频率归算的目的是要解决定子、转子频率不同的问题。频率归算的物理意义是：在转子方对定子方影响不变的原则下，用静止的、转子电阻为R2/s的等效转子代替旋转的、电阻为R2的实际转子。21(f1)(f2=sf1)频率归算后的电路图频率归算前的电路图22(f1)(f1)(f1)(f2=sf1)将频率归算之后的转子电阻写成2221RssRsR综上所述，进行频率归算有两方面的意义，一是使定、转子电路的频率相等；二是推出了代表机械功率的等效电阻。232绕组归算绕组归算是要解决定、转子绕组匝数、相数和绕组因数不同的问题。绕组归算的物理意义是：在转子对定子影响不变的原则下，用匝数、相数和绕组因数与定子绕组的匝数、相数和绕组因数相同的等效转子绕组代替实际转子绕组。24(f1)(f1)25(f1)(f1)(f1)(f1)(f1)(f2=sf1)将前面的分析归纳起来，得到感应电机的基本方程21121222211111EEZIEIIIXjsRIEjXRIEUmmm)()/()(等效电路26(f1)(f1)2728RESISTANCESà20°Cà150°CR1=0.0696OhmR1=0.1051Ohmà20°Cà150°CR2=0.0661OhmR2=0.0919OhmLEAKAGEINDUCTANCESL1=1.7938mHL2=1.1959mH293.4感应电动机的功率方程和转矩方程下面按照功率的传递过程，利用等效电路对各种功率和损耗进行分析，并建立功率和转矩方程。1功率方程感应电动机从电源输入的电功率为11111cosIUmP定子绕组电阻产生的定子铜耗和铁心中产生的铁耗分别为12111cupmIR21FemmpmIR感应电动机正常运行时，旋转磁场相对于转子的转速很低，因此转子铁耗很小。30输入功率中减去定子铜耗和铁耗后，其余部分通过旋转磁场传递到转子上，这部分利用电磁感应作用传递到转子方的功率称为电磁功率。FecueppPP11sRImIEmPe22212221cos从传递到转子的电磁功率中减去转子铜耗，得到总机械功率22212RImpcu222121RssImpPPcueecusPp2ePsP)(1从总机械功率中扣除机械损耗和杂散损耗，得到感应电动机输出的机械功率。ppPP2312转矩方程02TTTePTeppT022PT3电磁转矩ss)(1seseePsPsPT)()(11可以通过将总机械功率除以机械角速度，也可以通过将电磁功率除以同步角速度来计算电磁转矩。22cosICTmTeTC称为转矩常数电磁转矩与主磁通量和转子电流的有功分量成正比。32第4章异步牵引电动机的运行特性4.1感应电动机的工作特性感应电动机的工作特性是指：在额定电压和额定频率下，感应电动机的转速、电磁转矩、定子电流、功率因数、效率与输出功率的关系。)(cos211PfITne、、、、1.转速特性当输出功率时，；02PsnnNUU1Nff1即，当，时，2P增加时，负载转矩增加，转速下降，转子电流增加，电磁转矩增加，以克服负载转矩；NPP2%5~%1NssNnn%)99~%95(当时，，因此，。2.定子电流特性根据，当输出功率时，；)(21IIIm02PmII12P增加时，转子电流增加，定子电流随之增大。3.功率因数特性当输出功率时，，此时定子功率因数很低，约为0.2。02PmII1当刚开始增加时，s较小，转子功率因数较大，定子电流中的有功分量增加，定子功率因数增大。2P当增加到一定程度时，随着s增大，转子功率因数减小，导致定子功率因数又开始下降，通常在达到额定负载之前，定子功率因数出现最大值。2P4.电磁转矩特性602202020nPTPTTTTe当输出功率时，。02P0TTe当增加时，转速略有下降，因此特性为略微上翘的曲线。2P5.效率特性pPPPP22124.2三相感应电动机的机械特性将激磁支路开路机械特性指的是：在电源电压、电源频率和电机参数不变的情况下，电动机的转速与电磁转矩之间的关系，即)(eTfn35考虑到Im很小，T形等效电路sRImPTssee222112222112()UIRRXXspfnss12602)(212121221122XXsRRfsRpUmTe362.固有机械特性指电动机在规定接线方式下，外加额定频率的额定电压，定子、转子回路不串接任何电路元件时，电动机转速(或转差率)与电磁转矩之间的关系，即n=f(Te)或s=f(Te)。)(212121221122XXsRRfsRpUmTe3738(1)固有机械特性分析1)电动机状态2)发电机状态3)电磁制动状态3.固有机械特性上的特殊点1)同步转速点A(理想空载点)2)额定运行点B3)最大转矩点C0dsdTe由212221212XXRXXRsRm)(得)(212121221122XXsRRfsRpUmTeSm称为临界转差率。39）（2112112212112111422XXfpmXXRfpmTURU])([max212mRsXX(1)当电源频率和电机参数不变时，感应电机的最大电磁转矩与电源电压的平方成正比，而临界转差率与电压无关；(2)当电源电压和频率一定时，最大转矩近似地与定、转子漏抗之和成反比；(3)最大转矩的大小与转子电阻无关，临界转差率与转子回路电阻成正比；(4)当电压和参数一定时，最大电磁转矩随频率增加而减小。1625max/(.~.)NmTT称为过载能力404)起动点D)(212212221112XXRRRUfpmTst当电源频率和电机参数不变时，起动转矩与电压平方成正比。5.发电机状态——再生制动。机组转速高于同步转速。6.机械特性的变化（1）降低电源电压212mRsXX）（2112114XXfpmTUmax)(212212221112XXRRRUfpmTst43降低电源电压时，临界转差率不变，最大转矩和起动转矩随电压平方减小。(2)转子回路串入对称电阻212XXRsm）（2112114XXfpmTUmax44转子电阻增大时，最大转矩不变，临界转差率增大，起动转矩先增大，临界转差率大于1时，转子电阻再增大，起动转矩减小。)(212212221112XXRRRUfpmTst1.升压升频——起动阶段电机运行时，希望每极磁通保持不变。mwkNfEU11111444.)(11111jXRIEUCfE11CfU1116011sfnnssp()()4.2异步牵引电动机的变频调速恒压频比CfU11)(212121221122XXsRRfsRpUmTe])([max221211211122XXRfpmTRU12121fXXRsm221211121114)(XXRfUpmRfcnsnsmm2.恒压升频mwkNfEU11111444.恒压升频时，磁通减小。])([max221211211122XXRfpmTRU211f4.3异步牵引电动机牵引特性分析电机定子频率与车速关系曲线020406080100120140160180050100150200250Vc(km/h)f1(Hz)48起动区恒功区电机线电压与车速关系曲线020040060080010001200050100150200250Vc(km/h)U1(V)电机功率与车速关系曲线050100150200250300350050100150200250Vc(km/h)P2(W)IIIIIIIIIIIII：升压升频起动阶段（恒磁通恒转矩）II：升压升频恒功阶段（恒磁通恒功）III：恒压升频恒功阶段（磁通减小）电机转矩与车速关系曲线02004006008001000120014001600050100150200250Vc(km/h)T2(N.m)50IIIIII电机电流与车速关系曲线050100150200250050100150200250Vc(km/h)I1(a)IIIIII电机转差频率与车速关系曲线00.511.522.533.544.5050100150200250Vc(km/h)f2(Hz)IIIIII电机过载能力与定子频率关系曲线00.20.40.60.811.21.41.61.82020406080100120140160180f1Tm53IIIIII电机功率因数与车速关系曲线00.20.40.60.81050100150200250Vc(km/h)cosIIIIII55565758596061转子旋转时：电磁功率=转子铜耗+转子产生的机械功率转子静止时：电磁功率=转子铜耗+附加电阻上消耗的功率62