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1、2006年3月20日星期一,武汉大学电气工程学院应黎明,5.15 三相异步电动机不对称运行及单相异步电动机,前面分析了三相供电电源以及三相异步电动机均为对称的运行情况，但是，电机在运行中有时会遇到供电电源三相不对称，或电源对称而定子或转子绕组断线造成电机本身不对对称的情况。本节将研究供电电源不对称以及转子单相断线时对异步电动机运行性能的影响及其分析方法。此外，再讨论单相异步电动机。,2006年3月20日星期一,武汉大学电气工程学院应黎明,5.15.1三相异步电动机在不对称电压下的运行,分析三相异步电动机在不对称电压下运行的基本方法是对称分量法，即将不对称电压分解为正序、负序和零序三组三相对称系
2、统，然后把电机在各分量单独作用下所得效果叠加起来，得到电机在不对称电压下的实际运行情况。,若异步电机的定子绕组采用无中性线连接，则零序电流在定子三相绕组中无法流通；当定子绕组接成接法，零序电流在线电流中也无法流通。因此通常情况下只需分析正序和负序两个分量，而不用考虑零序分量。,2006年3月20日星期一,武汉大学电气工程学院应黎明,将定子端的不对称电压分解为正序和负序两个分量，取分量中大的电压作为正序电压，小的作为负序电压。,正序电压,建立正序的旋转磁场，转速为同步转速n1,产生正序的电磁转矩Tem+,产生正序的电磁功率Pem+,负序电压,建立负序的旋转磁场，转速为同步转速n1,产生负序的电磁
3、转矩Tem,产生负序的电磁功率Pem,2006年3月20日星期一,武汉大学电气工程学院应黎明,转子对正序磁场的转差率的转差率s+为：,负序系统与正序系统的转差率,转子对负序磁场的转差率的转差率s为：,2006年3月20日星期一,武汉大学电气工程学院应黎明,异步电动机在不对称电压运行时正序和负序等放电路,若考虎到集肤效应正、负序每相转子电阻和漏电抗是不相等的。设和为已考虑到集肤效应的负序系统转子电阻和漏电抗的折算值，与正序相比较有：,正序等放电路,2006年3月20日星期一,武汉大学电气工程学院应黎明,负序等放电路,忽略正、负序每相转子电阻和漏电抗的差异,忽略激磁阻抗，负序的等效阻抗为：,200
4、6年3月20日星期一,武汉大学电气工程学院应黎明,定子正序和负序电流为,电动机在实际运行时，由于s很小，因而s=2-s2，,式中Zk为异步电动机的短路阻抗,2006年3月20日星期一,武汉大学电气工程学院应黎明,可见不对称运行时，异步电动机定子的负序电流只受到短路阻抗的限制，只要有一个很小的负序电压，在异步机中就会产生一个很大的负序电流。,电机运行时，正序的旋转磁场与转子转向一致，产生的正序电磁转矩肘Tem+为驱功性质。负序的旋转磁场与正序旋转磁场转向相反，因而也与转子转向相反，于是负序电磁转矩Tem-为制动性质。,S小,2006年3月20日星期一,武汉大学电气工程学院应黎明,由于负序电磁转矩
5、存在使电磁转矩减小。但这不是主要的问题， 更为严重的是负序电流。由于限制负序电流的阻抗相当于是短路阻抗，其值很小，有一个很小的负序电压，在异步机中就会产生一个很大的负序电流，引起电机过热。由于负序磁场的存在，致使电动机最大电磁转矩转短减小，过载能力降低，定、转子铜耗增加，效率降低，温升提高，因此异步电动机不允许在长期严重不对称电压下运行。,2006年3月20日星期一,武汉大学电气工程学院应黎明,5.15.2 单相异步电动机,单相异步电动机只需要单相电源供电，使用方便，在家用电器、医疗器械中得到广泛应用。其定子为单相绕组，转子一般为鼠笼多相绕组。比同容量的三相异步电动机性能差，故目前多做成功率在
6、750w以下的小容量电机。,2006年3月20日星期一,武汉大学电气工程学院应黎明,一、工作原理,当定子工作绕组接到单相电源上时，就会产生脉振磁动势F1，此脉振磁动势可以分解成转速相等，转向相反，幅值各为Fl一半的两个旋转磁动势F1和F1-，建立起正转磁场+和反转磁场-，这两个磁场切割转子导体，产生感应电动势和感应电流，从而形成正反向电磁转矩Tem+、Tem-，叠加后即为推动转子转动的合成转矩Tem。,2006年3月20日星期一,武汉大学电气工程学院应黎明,当转子静止时，转子对+和-的转差率都等于1，所以转子对+和-的反应相同，由于在大小上有F1=F1-，所以有+=-，从而有Tem+和Tem-
7、大小相等、方向相反，合成转矩互相抵消为零，即单相异步电动机无起动转矩。,2006年3月20日星期一,武汉大学电气工程学院应黎明,当0s+1时，对正转磁场说，电机处在电动机运行状态，电磁转矩Tem+为驱动性质转矩。,由于Tem+Tem-，故电机合成转矩Tem为正，且为驱动性质转矩。但因Tem-存在，合成转矩Tem Tem+。,这时1s-2，即对反转磁场说，电机处在制动运行状态，电磁转矩Tem-为制动性质。,转子正转，有正向电磁转矩,2006年3月20日星期一,武汉大学电气工程学院应黎明,当1s+2时，对正转磁场说，电机处在制动运行状态，电磁转矩Tem+为制动性质转矩。,由于TemTem+，故电机
8、合成转矩Tem为负，且为驱动性质转矩。但因Tem+存在，合成转矩Tem Tem-。,这时0s-1，即对反转磁场说，电机处在反向电动运行状态，电磁转矩Tem-为驱动性质。,转子反转，有反向电磁转矩,2006年3月20日星期一,武汉大学电气工程学院应黎明,由于单相异步电动机中存在正、反转两个磁场，在反向电磁转矩的作用下，合成转矩比同容量的三相异步电动机小，过载能力、功率因数和效率也都比同容量的三相异步电动机低。,2006年3月20日星期一,武汉大学电气工程学院应黎明,二、单相异步电动机的起动方法,单相异步电动机不能自起动，但若能有一个起动转矩，则可使电机按起动转矩方向转动。不能产生起动转矩的根本原
9、因，在于单相绕组只产生脉振磁场，为了产生起动转矩，气隙磁动势必须是旋转磁动势，设法使电动机起动时产生一个旋转磁场，是解决单相异步电动机起动的出发点，常用的办法是在定子上另装一个空间轴线与主绕组有一定角度差的起动绕组。按起动方法不同，有不同的类型。,2006年3月20日星期一,武汉大学电气工程学院应黎明,1.分相起动电动机,工作绕组和起动绕组在空间相差90，起动绕组串一电容用以分相，串一离心式开关，起动完毕后降起动绕组切除。,2006年3月20日星期一,武汉大学电气工程学院应黎明,如果电容C配置适当，可使1+290 ；如果A、B绕组有效匝数NAKNA和NBKNB又设计适当，则可能使IANAKNA
10、=IBNBKNB。因此A、B二相绕组电流产生的合成磁势是一个圆形旋转磁动势，并产生气隙旋转磁场，从而在该磁场的作用下，产生起动转矩使电机起动。待电机转速升高到(7580)n1时，离心开关自动切断起动绕组，仅靠主绕组接在电源上正常工作。这种电动机称为电容起动电动机。如果起动绕组容许长期接在电源上工作，电容C在运行中仍起着分相作用，这种电机就称为电容电动机了。事实上电容电动机是两相电动机，设计合适可使气隙旋转滋场接近圆形，从而改善了电机性能，如功率因数、效率、过载能力都比单相异步电动机高，从而有广泛应用。,2006年3月20日星期一,武汉大学电气工程学院应黎明,电容分相起动的电动机转向问题：,电动
11、机转子的转向取决于绕组的排列和绕组中电流的相位。转向从电流超前的绕组轴线转向电流滞后的绕组轴线。图示中若起动绕组的电流超前于工作绕组中的电流，,则转向为逆时针方向。,如何改变电动机的转向？,就是要改变电流的相序，将电压相位反一反，行不行？,不行，此时工作绕组和起动绕组的电流都反相，但超前滞后关系没变。,2006年3月20日星期一,武汉大学电气工程学院应黎明,方法：将起动绕组或工作绕组的两接线对换,将起动绕组的两接线对换,工作绕组的电流超前起动绕组的电流,将工作绕组的两接线对换,工作绕组的电流超前起动绕组的电流,2006年3月20日星期一,武汉大学电气工程学院应黎明,2.罩极电动机,罩极电动机定
12、子铁心通常做成凸极式，其上绕着主绕组并与单相电源相接，在极靴表面的一端开有一槽，并用一铜环将其套起来，称为罩极。,2006年3月20日星期一,武汉大学电气工程学院应黎明,滞后 相当于产生一椭圆形旋转磁场，转向:超前的转向滞后的,工作原理,主绕组A通人单相交流电后，产生脉振磁场。,磁通的一部分 穿过短路环,在环中感应电势 和电流,在罩极部分产生与 同相的磁通,与 合成穿过环的磁通,极表面未罩极部分磁通为,电机转子从未罩部分向罩极部分转动,2006年3月20日星期一,武汉大学电气工程学院应黎明,罩极电动机起动转矩较小，但结构简单、制造方便，多用于小型电扇、电唱机和录音机中。容量一般在3040W以下。这种电动机由于罩极结构已确定，不能靠改变主绕组接线的方式来改变转向。,
