异步电动机电压平衡文档格式.docx
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为了能尽可能深切浅出的说明问题,也为了能尽可能使咱们对电动机电压平衡进程有个较为统一的熟悉,这里仍是先从直流电动机提及。
如图一,(这里以并励电动机为例,忽略掉电刷接触电压。
)直流电动机的电压平衡方程为:
U=CeΦn+IaRa
上式中,U为电源电压,Ce为电动机结构常数,Φ为电机主磁通,n为电动机转速,Ia为直流电动机电枢电流,Ra为电枢电阻。
(图一)
直流电动机的转动原理很简单,这里不做讨论。
方程U=CeΦn+IaRa表达给咱们的内容很清楚:
电源电压U分成了两部份用掉了,一部份为CeΦn,它对应的是电动机转动,另一部份是IaRa,它对应的是电枢电阻。
也就是说,电源电压分成了两部份,一部份用于产生转动,另一部用于克服Ra而产生必要的电枢电流Ia所需要的电压。
固然,一般情形下CeΦn要比IaRa大得多。
电机学上咱们把CeΦn称为电动机的反电动势,常常常利用Ea来表示即:
Ea=CeΦn。
方程U=CeΦn+IaRa表达给咱们的内容,本质上与图二所示的装置在理论上是相通的。
(图二)
图二所示装置是:
E为直流电源,mn为一直导体,导体的有效长度为L,能够在两根无穷长的平行导电轨上进行有摩擦滑动,其速度为V,B为匀强磁场,R为导体mn的电阻,I为通电电流。
显然,导体mn通电后,会产生向右的电磁力F,且F=BIL。
在力F的作用下,导体克服摩擦,最后以速度V向右作匀速运动,现在,整个装置达到平衡。
在此平衡状态下,很明显其电压平衡方程为:
E=BLV+IR。
应该说,此装置就是把电动机最为简单化的一个低级模型。
很明显,导体mn就相当于电动机的运动部份——转子(直流电机就是电枢),两根无穷长的平行导电轨及磁场就相当于电动机的固定部份——定子。
固然,若是咱们把电动机看成是一个电动装置的话,图二所示也能够看成是一个电动装置。
很明显,其电压平衡方程E=BLV+IR与直流电动机的电压平衡方程U=CeΦn+IaRa在理论上完全相通。
电源提供的电压为E即电动势,在这里也是分成了两部份。
一部份是BLV,也就是导体mn运动时产生感应反电势,这部份就相当于直流电动机电压平衡方程中的反电动势CeΦn,这部份电压对应的是转子的运动。
另一部是IR,是电源克服电阻R产生电流所需的电压,这部份与直流电动机电压平衡方程中的IaRa完全等效。
也就是方程U=CeΦn+IaRa
与方程E=BLV+IR本质上超级类似。
两方程给咱们表达的内容都是在电动装置中,电源提供的电压分成了两部份利用,一部份用于克服反电动势而产生运动,另一部份用于克服电阻而产生必要的电流,即:
一部份对应的是运动,另一部份对应的是电阻与电流。
而运动是整个装置所希望的,所以,运动部份对应的电压常常是主要部份、是大部份。
而对应电阻与电流的部份常常是小部份。
图一与图二两装置的运动平衡也是相同的。
比如,若是两装置的负载都进行加重(如加大运动的磨擦等),则两方程中对应运动的部份BLV与CeΦn就都一样的会因运动受到制约而有所减小。
两方程中电源电压E与U为必然值,那么,因为BLV与CeΦn的减小,就会致使IR与IaRa部份的上升,最后也就会引发I及Ia值的上升。
又因为图一中直流电动机M=CMΦIa即电动机的转动力矩与电流Ia成正比(CM为电机转矩结构常数),而图二中F=BIL,运动力F与电流I成正比,进而会引发两装置中运动力或运动力矩的上升。
如此,两装置就会从头取得力学平衡而继续维持运动。
若是两装置的负载都进行减轻,以上进程则正相反。
若是两图中的负载加重到极大,使其运动部份都卡住,运动速度为零,则两方程中对应运动的部份BLV与CeΦn就都为零。
现在,U=IaRa
,E=IR,显然现在两装置中的电流都达到最大。
现在,电源提供的电压全数用于克服电阻产生电流。
这种状态极因电流过大,而极易造成装置的过热而烧坏,所以,这种状态是超级态,一般情形下不允许常时刻出现,只是在做理论分析时才用到。
对图一与图二两装置的电压平衡进程有了深切的了解后,咱们就有了分析交流异步电动机电压平衡进程的强有力基础。
交流异步电动机大多都是对称的三相电动机,为了便于讨论分析,由于三相对称,咱们通常都是把它的电路等效成单相状态进行分析。
交流异步机其等效电路图见图三:
(图三)
图中左侧部份为定子电路,由R1X1e1组成,右边部份为转子电路,由e2X2R2组成,ΦM为电动机主磁通。
R1为定子绕组的电阻,X1为定子绕组的漏磁抗,e1为定子绕组的感应电动势。
R2为转子绕组的电阻,X2为转子绕组的漏磁抗,e2为转子绕组的感应电动势。
U1为电源电压,i1、i2别离指定子边与转子边电路电流。
由图中左侧部份电路容易明白,定子边电压平衡方程为:
U1=i1R1+ji1X1+e1。
其中,j是虚数单位,U1,i1,e1,都是相量。
(相量的字母上方应加点来表识,这里因编辑器功能受限加不上。
)
电机绕组与电磁线圈的电磁关系是等效的,咱们明白:
若是一个电磁线圈的匝数为N1,加载交流电的电压为U1,频率为f1,忽略线圈的漏磁及电阻,容易证明,有公式U1≈e1=4.44f1N1ΦM成立,其中e1为线圈的感应电动势,ΦM为线圈中的主磁通。
所以,咱们把电机定子绕组与电磁线圈等效类推,再考虑到定子线圈的散布系数K1,则可取得
e1=1fΦM,若是忽略定子线圈的漏磁及电阻,一样有公式U1≈e1=1fΦM存在。
由相量方程U1=i1R1+ji1X1+e1再到其中的U1≈e1=1fΦM的数量方程,这就是如图三所示的左侧部份关于异步电动机的定子电路中的电压平衡。
特别要注意的是,若是忽略定子绕组线圈的漏磁及电阻,这种电压的平衡大体上不受转子边情形的影响。
下面,咱们再来讨论异步电动机转子边的电压平衡,其等效电路见图三的右边部份。
转子边的电压平衡进程,这是本文所讨论问题的关键所在。
为便于分析,咱们先从电动机转子被卡住的状态入手。
异步电动机转子被卡住时,其定、转子绕组的电磁耦合关系能够等效为一个双绕组的变压器,定子绕组等效为变压器的原边,转子绕组等效为变压器的副边。
显然现在其定子边的e1=1fΦM,而转子边电路中的感应电动势
e02=2fΦM。
式中,e02为特指转子卡住时的感应电动势,K2为转子绕组的散布系数,N2为转子绕组匝数,f1为电源频率,转子卡住时,转子电路的频率f2=f1。
若用K表示转子卡住时定、转子之间的等效变压比,显然K=e1/e02=K1N1/K2N2。
现在,定子与转子间的电势方程能够写成e1=Ke02。
接下来,咱们再讨论转子转动起来的情形。
转子转动起来后,第一是转子电路的频率为f2和电源频率f1再也不相等。
现在,电动机的转差率若设为S,由电机学的大体知识及转差率S的概念咱们能够导出现在转子电路的频率f2=Sf1。
第二,是转子边感应电动势e2=2fΦM。
而转子卡住时e02=2fΦM。
因为f2=Sf1,所以,e2=S2fΦM=Se02。
即:
转子转动起来后的其感应电动势e2=Se02
。
转子转动起来后,其感应电动势e2=Se02
,注意,这是本文所要讨论的重点。
因为,额定状态下,转差率S的值一般在2%-8%
之间,只是转子卡住时S的值才达到1,所以,由式e2=Se02
可知,转子以S为转差率转动起来后,转子边的感应电动势e2比卡住时要小得多,即:
e2<e02。
而咱们又明白无论转子转动与否,定子边的e1
在数量上都维持大体不变。
如此说来,原来的电势方程e1=Ke02在转子转动起来后将再也不成立。
e1≠Ke2(实际上是e1小于Ke2)。
转子卡住时,e1=Ke02电势平衡,而转子转动起来后,e1≠Ke2说明电势再也不平衡。
这显然不合常理。
咱们明白,本质上异步电动机应该与图一、图二相类似,无论转子转动与否,其电势的平衡都应该始终存在,这才符合物理学的大体规律。
很明显,问题出在了e2这边,转子转动起来后,e2大幅度减小,e2比原来的e02少了一大块,而定子边的
e1又大体不变,所以e1≠Ke2,这就是问题所在。
咱们必需要找到这少掉了的一块。
为了弄清问题,咱们再回过头看看图一与图二的电压平衡进程。
运动部份被卡死时,CeΦn=0,BLV=0,所以,它们的电压平衡方程别离为U=IaRa
与E=IR,现在,两装置中,电源提供的电压全数用来克服电阻产生电流。
这一点其本质上与交流异步机完全类似。
异步机转子被卡住时,电源电压U1的绝大部份在定子边转换成e1,而e1又通过变压效应(e1=Ke02)经过主磁通ΦM耦合到转子边变成了e02
,e02
则全数用于克服转子边绕组的漏抗与电阻而产生电流i2。
其对应的相量方程为:
e02=i02R2+ji02X02,也可写成是e02=i02Z02(中各物理量加脚标“02”是特指对应于电动机转子被卡住的状态,Z02表示转子边阻抗)。
与图一、图二的情形完全似,不同的只是异步电动机比图一、图二多了一个耦合的步骤,也就是电势由定子边到转子边的变压耦合。
以上状态下,三个电压方程U=IaRa
、E=IR、e02=i02Z02极为相似。
再看看图一与图二装置在运动部份运动起来后的电压平衡,一个平衡方程是U=CeΦn+IaRa
,另一个平衡方程是E=BLV+IR。
两方程所表达的内容很清楚:
电动装置运动起来后,电源所提供的电压分成了两部份利用,一部份用于克服反电动势而产生运动,另一部份用于克服电阻而产生必要的电流,即:
方程右边的第一部份对应的是运动,另一部份对应的是电阻与电流。
由以上类推来看,异步电动机转动起来后,因为e1大体不变,e2可能并无减小,其值仍是原来的e02
,只不过是分成了两部份利用,一部份是Se02(也就是此刻的e2),另一部份就应该是(1-S)e02
此刻咱们已明白,转子运动起来后,用于产生电流i2的部份是Se02,其相量方程为Se02=i2R2+ji2X2即e2=i2Z2。
那么,相应的另一个部份(1-S)e02
,那个部份(1-S)e02
就应该是用于了产生转子的转动。
那个部份若是也用一个数学公式进行表示的话,与直流电动机相类似,能够将其表示成(1-S)e02=CΦMn(式中:
C为异步电动机结构常数,n为异步电动机转速),这就是说,那个部份就相当于直流电动机电压平衡方程中的反电动势部份。
此刻,咱们已明白,与图一、图二相类似,e02也只是分成了两个部份利用,大部份(1-S)e02用于产生转子的转动,小部份Se02用于产生电流i2。
所以,其电压平衡方程也能够类似地写成是:
e02=CΦMn+Se02。
此刻,补上了(1-S)e02这一块,原来卡住转子时,定子边与转子边的电势平衡方程e1=Ke02在转子转动后也仍然存在,只不过是其写法应该是e1=K(1-S)e02+KSe02或写成是e1=K(1-S)e02+Ke2。
到此,图一、图二与图三,它们的电压平衡方程就可以够统一路来了,它们别离是:
U=CeΦn+IaRa
E=BLV+IR
e02=CΦMn+Se02
其中方程e02=CΦMn+Se02若是转换对应等效到定子边就可写成是:
U1=SU1+(1-S)U1。
方程中的SU1部份仍然能够写成是CΦMn形式。
它们的一路的地方就是:
当电动机、电动装置运动起来后,它们都是将电源提供的电压分成了两个部份利用,大部份用于产生运动,在电压平衡方程中对应的是反电动势,小部份用于克服电路的阻抗而产生电流,在电压平衡方程中对应的是电流与阻抗。
所不同的是,异步电动机多了一步从定子边到转子边的耦合进程。
电机的同步状态,其特点就是转子(动子)中的电流为零。
所以,同步状态时,上面的三个方程,则别离为:
U=CeΦn+0
E=BLV+0
e02=CΦMn+0
最后再说明一点,本文着重讨论的是电动机电压的平衡,对于异步电动机的电流平衡,本文不做赘述。
以上所述,如有不妥的地方,欢迎大家批评指正。
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- 异步电动机 电压 平衡