交流异步电机电压稳态方程
交流异步电机电压稳态方程
（实用版）
目录
1.交流异步电机的概述
2.交流异步电机的电压稳态方程
3.交流异步电机电压稳态方程的解析
4.交流异步电机电压稳态方程的应用
正文
一、交流异步电机的概述
交流异步电机，又称为感应电机，是一种常见的交流电机。其工作原理是利用旋转磁场与定子绕组产生相对运动，从而感应出电动势，并产生电流，实现转矩。交流异步电机具有结构简单、运行可靠、维护方便等优点，在工业生产中得到了广泛的应用。
二、交流异步电机的电压稳态方程
交流异步电机的电压稳态方程是根据电机的物理特性和基本原理推导出来的。主要包括以下两个方程：
1.转子感应电动势方程
E_s = 4.44fN_s
其中，E_s 表示转子感应电动势，f 表示频率，N_s 表示转子同步转速。
2.定子电路电压方程
U_d = E_s - sN_s
其中，U_d 表示定子电路电压，s 表示滑差，即转子同步转速与实际转速之差。
三、交流异步电机电压稳态方程的解析
1.转子感应电动势方程反映了电机转子在旋转过程中产生的感应电动势与频率、转子同步转速之间的关系。
2.定子电路电压方程则描述了在交流异步电机运行过程中，定子电路的电压与转子感应电动势、滑差之间的关系。
四、交流异步电机电压稳态方程的应用
交流异步电机电压稳态方程在实际应用中具有重要意义，主要体现在以下几个方面：
1.分析电机的启动性能
通过电压稳态方程，可以计算出电机在启动过程中的转矩、电流等参数，从而分析电机的启动性能。
2.计算电机的额定工作电压
根据电压稳态方程，可以计算出电机在额定工作状态下的电压，从而为电机的设计和选型提供依据。
3.控制电机的转速
通过改变电机的电源频率，可以改变电机的转速。在实际应用中，交流异步电机的转速调节常常采用变频器来实现。
总之，交流异步电机电压稳态方程对于分析电机的运行特性、设计电机控制系统等方面具有重要意义。
三相异步电动机等效电路及解析
7.2 三相异步电动机的空载运行 三相异步电动机的定子与转子之间是通过电磁感应联系的。定子相当于变压器的一次绕组，转子相当于二次绕组，可仿照分析变压器的方式进行分析。 7.2.1 空载运行的电磁关系 当三相异步电动机的定子绕组接到对称三相电源时，定子绕组中就通过对称三相交流电流，三相交流电流将在气隙内形成按正弦规律分布，并以同步转速n 1弦转的磁动势F 1。由旋转磁动势建立气隙主磁场。这个旋转磁场切割定、转子绕组，分别在定、转子绕组内感应出对称定子电动势，转子绕组电动势和转子绕组电流。空载时，轴上没有任何机械负载，异步电动机所产生的电磁转矩仅克服了摩擦、风阻的阻转矩，所以是很小的。电机所受阻转矩很小，则其转速接近同步转速，n ≈n 1，转子与旋转磁场的相对转速就接近零，即n 1-n ≈0。在这样的情况下可以认为旋转磁场不切割转子绕组，则E 2s ≈0（“s ”下标表示转子电动势的频率与定子电动势的频率不同），I 2s ≈0。由此可见，异步电动机空载运行时定子上的合成磁动势F 1即是空载磁动势F 10，则建立气隙磁场B m 的励磁磁动势F m 0就是F 10，即F m 0=F 10，产生的磁通为Φm 0。 励磁磁动势产生的磁通绝大部分同时与定转子绕组交链,这部分称为主磁通，用φm 表示,主磁通参与能量转换，在电动机中产生有用的电磁转矩。主磁通的磁路由定转子铁心和气隙组成，它受饱和的影响，为非线性磁路。此外有一小部分磁通仅与定子绕组相交链，称为定子漏磁通φ1σ。漏磁通不参与能量转换并且主要通过空气闭合，受磁路饱和的影响较小，在一定条件下漏磁通的磁路可以看做是线性磁路。 为了方便分析定子、转子的各个物理量，其下标为“1”者是定子方，“2”者为转子方。 异步电动机在正常工作时的一些电磁关系在转子不转时就存在，利用转子不动时分析有助于理解其电磁过程。 一、转子不转时(转子绕组开路)异步电动机内的电磁过程 转子绕组开路时，转子电流为零，定子电势和转子电势的大小、频率1E ∙、2E ∙ 和1f ； 1)转子绕组开路，定子绕组接三相交流电源， 定子绕组中产生三相对称正 弦电流（空载电流），形成幅值固定的气隙旋转磁场，旋转速度为 1160f n p =； 2)由于转子不动，旋转磁场在定子绕组、转子绕组中感生频率均为1f 的正弦电动势； 1 1111222224.444.44{N N E j f k N E j f k N =-Φ=-Φ (7.2) 式中k N1、 N 1 ——定子 每相有效串联匝数。
(技术文档2)异步电机目前几种主要控制方法的对比分析
异步电机几种主要控制方法的对比分析 近些年来，随着电力电子、计算机控制以及矢量控制等技术的不断发展，交流调速获得了巨大的技术支持，交流调速系统已经取代了直流调速系统。交流异步电机调速控制系统大致可分为两大类，一类是标量控制系统，主要是变频调速系统，包括恒压频比控制（V/F 控制）和转差频率控制。另一类是矢量控制系统，包括转子磁场定向矢量控制（VC ）、转差频率矢量控制、直接转矩控制（DTC ）和无速度传感器矢量控制。 1 标量控制 1.1 恒压频比控制( V/F) 交流异步电机调速时，总是希望保持每极磁通量m Φ为额定值不变，这样铁芯才能工作在最经济状态。电源频率和电机极对数决定异步电动机的同步转速，即在改变电源频率时，可以改变电机的同步转速，这时只有控制电源电压与变化的频率的比值为恒定( V/F 恒定) ，才能确保电动机的磁通m Φ基本恒定。电动机定子的感应电动势： m N 111K 44.4Φ=N f E g （1） 式中Eg —气隙磁通在定子每相绕组中感应电动势有效值; 1f —电源频率; 1N —定子每相绕组串联匝数; 1N K —基波绕组系数; m Φ—每极气隙磁通量。 由式(1)可知，在控制电动机频率时，保持1/f E g 1恒定，就可以维持磁通恒定。有三种不同方式的电压—频率协调控制。 (1) 恒压频比=11/f U 控制,1U 为定子端电压，这种方式最容易实现，能够满足一般调速要求，其缺点是低速带载能力差，需要对定子压降进行补偿。 (2) 恒1/f E g 控制，g E 是气隙磁通在定子每相绕组中感应电动势，它以对恒压频比实行电压补偿为目标，稳态调速性能优于恒压频比11/f U 控制。这种控制方式的缺点是机械特性非线性，产生转矩的能力不强。 (3) 恒1/f E r 控制，r E 是气隙磁通在转子每相绕组中感应电动势，这种控制方式可以得到和直流励电动机一样的机械特性，从而使高性能调速得以实现。但是它的控制系统比较复杂。
异步电动机稳态等效电路
异步电动机稳态等效电路 异步电动机是一种常见的电动机类型，它以其结构简单、使用方便和运行稳定等优点被广泛应用于工业生产中。为了更好地理解和分析异步电动机的工作原理和性能特点，人们常常使用稳态等效电路进行建模分析。本文将围绕异步电动机稳态等效电路展开阐述，以帮助读者更好地理解和应用这一概念。 我们来了解一下什么是稳态等效电路。稳态等效电路是一种电路模型，它通过将异步电动机的电气特性转化为等效电路的形式，简化了对异步电动机的分析和设计。稳态等效电路能够准确描述异步电动机在稳态运行时的电气特性，包括电压、电流、功率和转速等参数。 在稳态等效电路中，异步电动机的定子和转子分别用等效电路元件代替。定子部分一般使用电阻、电抗和电动势等元件表示，转子部分则用电阻和电抗表示。此外，稳态等效电路还包括了电源和负载等元件，以完整地描述整个电动机系统。 在稳态等效电路中，电源为电动机提供电能，负载则是电动机输出功率的载体。电源和负载之间通过等效电路元件连接，形成了闭合的电路。当电源加上负载时，电动机开始工作，电能转化为机械能，驱动负载进行工作。 稳态等效电路的分析可以帮助我们了解异步电动机的工作状态和性
能指标。通过分析等效电路中的电流和电压等参数，我们可以计算出电动机的功率、效率和转速等重要指标。这些指标可以帮助我们评估异步电动机的工作效果，指导电动机的设计和选型。 除了分析和计算，稳态等效电路还可以用于电动机的仿真和优化。通过在等效电路中改变电源和负载等参数，我们可以模拟出不同工况下电动机的工作状态，进一步优化电动机的性能和效率。这对于电动机的设计和调试非常有帮助。 需要注意的是，稳态等效电路是在稳态运行条件下建立的，不考虑电动机的启动和停止过程。在实际应用中，由于电动机启动时的电流冲击和停止时的反电动势等因素，稳态等效电路的模型可能会有一定的误差。因此，在实际应用中还需要考虑这些因素，并进行相应的修正和调整。 异步电动机稳态等效电路是一种重要的电动机分析工具，它能够帮助我们更好地理解和分析电动机的工作原理和性能特点。通过建立稳态等效电路模型，我们可以计算和优化电动机的工作参数，指导电动机的设计和应用。在实际应用中，我们需要综合考虑电动机的各种因素，并进行相应的修正和调整，以获得更精确和可靠的分析结果。希望本文能够对读者理解和应用异步电动机稳态等效电路提供一定的帮助。
交流异步电机电压稳态方程
交流异步电机电压稳态方程 （实用版） 目录 1.交流异步电机的概述 2.交流异步电机的电压稳态方程 3.交流异步电机电压稳态方程的解析 4.交流异步电机电压稳态方程的应用 正文 一、交流异步电机的概述 交流异步电机，又称为感应电机，是一种常见的交流电机。其工作原理是利用旋转磁场与定子绕组产生相对运动，从而感应出电动势，并产生电流，实现转矩。交流异步电机具有结构简单、运行可靠、维护方便等优点，在工业生产中得到了广泛的应用。 二、交流异步电机的电压稳态方程 交流异步电机的电压稳态方程是根据电机的物理特性和基本原理推导出来的。主要包括以下两个方程： 1.转子感应电动势方程 E_s = 4.44fN_s 其中，E_s 表示转子感应电动势，f 表示频率，N_s 表示转子同步转速。 2.定子电路电压方程 U_d = E_s - sN_s 其中，U_d 表示定子电路电压，s 表示滑差，即转子同步转速与实际转速之差。
三、交流异步电机电压稳态方程的解析 1.转子感应电动势方程反映了电机转子在旋转过程中产生的感应电动势与频率、转子同步转速之间的关系。 2.定子电路电压方程则描述了在交流异步电机运行过程中，定子电路的电压与转子感应电动势、滑差之间的关系。 四、交流异步电机电压稳态方程的应用 交流异步电机电压稳态方程在实际应用中具有重要意义，主要体现在以下几个方面： 1.分析电机的启动性能 通过电压稳态方程，可以计算出电机在启动过程中的转矩、电流等参数，从而分析电机的启动性能。 2.计算电机的额定工作电压 根据电压稳态方程，可以计算出电机在额定工作状态下的电压，从而为电机的设计和选型提供依据。 3.控制电机的转速 通过改变电机的电源频率，可以改变电机的转速。在实际应用中，交流异步电机的转速调节常常采用变频器来实现。 总之，交流异步电机电压稳态方程对于分析电机的运行特性、设计电机控制系统等方面具有重要意义。
第五章 感应电机的稳态分析
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、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0.5mm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
交流异步电机原理与结构(钟幼康)
交流异步电机原理及结构 北车集团永济电机厂钟幼康 第一节：交流电机概术 交流异步电机是交流旋转电机的一种，另一种为交流同步电机。 按电机转子结构形式的不同，交流异步电机分为鼠笼式、绕线式和整流子式。交流同步电机分为凸极式和隐极式。 交流异步电机既可作为电动机使用也可作为发电机和电磁制动器使用。与同步电机不同，交流异步电机的定子磁场旋转速度与转子旋转的速度不同。 当电动机运行时，电机转子旋转速度小于定子旋转磁场的速度，即术语转差率为正； 当发电机运行时则相反，转子旋转速度大于定子磁场旋转速度，即转差率为负； 当制动机运行时，转子旋转方向与定子磁场旋转方向相反，即转差率大于1。 当异步电机定子旋转磁场的速度与转子旋转速度相等时，即转差率为0时，由于转子感应不出电势将不产生力矩，也就不产生功率。 正因为这种电机在有功率产生时定子旋转磁场速度与转子旋转速度始终不一，故称其为异步电机。 第二节：交流电机的基本原理 一、同步电机的基本工作原理 以发电机为例来说明。交流电机和直流电机相同，也由定子和转子两部分组成，定、转子之间由气隙。如图所示］ 定子上有A、B、C三相绕组（绝大多数交流电 机为三相，故我们的讲座均以定子为三相且相间在空 间上彼此相差120°电角度来说）,每相绕组的匝数认 为相同。转子磁极上装有通入直流电的励磁绕组，通 电的励磁绕组产生磁通（根据电流流向不同，产生N 极、S极）。在电机中，磁通从转子N极流出，经过 气隙、定子铁芯、气隙，进入转子S极而构成闭合回 路。当用原动机拖动发电机的转子恒速旋转时，根据 电磁感应原理，旋转的磁力线将切割定子绕组中的导 体，从而在定子导体中就会感应出交变电势（交变是 因为磁力线是由N最大→0→S最大→0→N最大交 变），故感应的电势也就随着磁力线的强弱而出现高 低变化。设磁极磁场的气隙磁密沿圆周按正弦规律分
6.5 异步电动机的动态数学模型和坐标变换
6.5 异步电动机的动态数学模型和坐标变换 本节提要 异步电动机动态数学模型的性质 三相异步电动机的多变量非线性数学模型 坐标变换和变换矩阵 三相异步电动机在两相坐标系上的数学模型 三相异步电动机在两相坐标系上的状态方程 一、异步电动机动态数学模型的性质 2. 交流电机数学模型的性质 （1）异步电机变压变频调速时需要进行电压（或电流）和频率的协调控制，有电压（电流）和频率两种独立的输入变量。在输出变量中，除转速外，磁通也得算一个独立的输出变量。因为电机只有一个三相输入电源，磁通的建立和转速的变化是同时进行的，为了获得良好的动态性能，也希望对磁通施加某种控制，使它在动态过程中尽量保持恒定，才能产生较大的动态转矩。 多变量、强耦合的模型结构 由于这些原因，异步电机是一个多变量（多输入多输出）系统，而电压（电流）、频率、磁通、转速之间又互相都有影响，所以是强耦合的多变量系统，可以先用图来定性地表示。
图6-43 异步电机的多变量、强耦合模型结构 模型的非线性 （2）在异步电机中，电流乘磁通产生转矩，转速乘磁通得到感应电动势，由于它们都是同时变化的，在数学模型中就含有两个变量的乘积项。这样一来，即使不考虑磁饱和等因素，数学模型也是非线性的。 模型的高阶性 （3）三相异步电机定子有三个绕组，转子也可等效为三个绕组，每个绕组产生磁通时都有自己的电磁惯性，再算上运动系统的机电惯性，和转速与转角的积分关系，即使不考虑变频装置的滞后因素，也是一个八阶系统。 总起来说，异步电机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。 二、三相异步电动机的多变量非线性数学模型 假设条件： （1）忽略空间谐波，设三相绕组对称，在空间互差120°电角度，所产生的磁动势沿气隙周围按正弦规律分布； （2）忽略磁路饱和，各绕组的自感和互感都是恒定的； （3）忽略铁心损耗； （4）不考虑频率变化和温度变化对绕组电阻的影响。
6.2-异步电动机电压-频率协调控制时的机械特性
异步电动机电压－频率协调控制时的机械特性 本节提要 恒压恒频正弦波供电时异步电动机的机械特性 基频以下电压-频率协调控制时的机械特性 基频以上恒压变频时的机械特性 一、恒压恒频正弦波供电时异步电动机的机械特性 第5章式（5-3）已给出异步电机在恒压恒频正弦波供电时的机械特性方程式 Te= f (s)。当定子电压 Us 和电源角频率 w1 恒定时，可以改写成如下形式： （6-4）机械特性 当 s 为以上两段的中间数值时，机械特性从直线段逐渐过渡到双曲线段，如图所示。 二、基频以下电压-频率协调控制时的机械特性 由式（6-4）机械特性方程式可以看出，对于同一组转矩 Te 和转速 n（或转差率s）的要求，电压 Us 和频率 w1 可以有多种配合。 在 Us 和 w1 的不同配合下机械特性也是不一样的，因此可以有不同方式的电压－频率协调控制。 1. 恒压频比控制（ Us /w1 ） 在第6-1节中已经指出，为了近似地保持气隙磁通不变，以便充分利用电机铁心，发挥电机产生转矩的能力，在基频以下须采用恒压频比控制。这时，同步转速自然要随频率变化。 （6-7） 机械特性曲线
2. 恒 Eg /w1 控制 下图再次绘出异步电机的稳态等效电路，图中几处感应电动势的意义如下： Eg —气隙（或互感）磁通在定子每相绕组中的感应电动势； Es —定子全磁通在定子每相绕组中的感应电动势； Er —转子全磁通在转子绕组中的感应电动势（折合到定子边）。 特性分析如果在电压－频率协调控制中，恰当地提高电压 Us 的数值，使它在克服定子阻抗压降以后，能维持 Eg /w1 为恒值（基频以下），则由式（6-1）可知，无论频率高低，每极磁通 m 均为常值。 性能比较（续）
电机与拖动基础
1．直流电动机主要由定子、转子、电刷装置、端盖、轴承、通风冷却系统等部件组成。 定子由机座、主磁极、换向极、电刷装置等组成。转子（又称电枢）由电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴和风扇等组成。 2．直流电机的绕组有五种形式：单叠绕组、单波绕组、复叠绕组、复波绕组和蛙绕组（叠绕和波绕混合绕组）。 3 极距、绕组的节距（第一节距、第二节距、合成节距）的概念和关系。 4 单叠绕组把每个主磁极下的元件串联成一条支路，因此其主要特点是绕组的并联支路对数a 等于极对数n p 。 5 电枢反应：直流电机在主极建立了主磁场，当电枢绕组中通过电流时，产生电枢磁动势，也在气隙中建立起电枢磁场。这时电机的气隙中形成由主极磁场和电枢磁场共同作用的合成磁场。这种由电枢磁场引起主磁场畸变的现象称为电枢反应。☆ 6 直流电机的励磁方式： ☆ ☆7直流电机的电枢电压方程和电动势： Φn C E e a =a a a I R E U a +=
直流电机电磁转矩 8 直流电动机功率方程 9直流电机工作特性 ☆ 10 直流电动机励磁回路连接可靠，绝不能断开 ☆ 一旦励磁电流 I f = 0，则电机主磁通将迅速下降至剩磁磁通，若此时电动机负载较轻，电动机的转速将迅速上升，造成“飞车”；若电动机的负载为重载，则电动机的电磁转矩将小于负载转矩，使电机转速减小，但电枢电流将飞速增大，超过电动机允许的最大电流值，引起电枢绕组因大电流过热而烧毁。 11 自励发电方式能否建立空载电压是有三个条件 ☆☆ （1）电机必须有剩磁，如果没有须事先进行充磁； a T e ΦI C T =p P P p p p p P p p P P P ∑∆+=+∆+∆+∆+∆=+∆+∆=+=22add m Fe Cu em Cua Cuf a f 1
交流异步电机原理
交流异步电机原理 异步电机是一种常见的交流电机，也被称为感应电动机或简称为异步 电动机。它是一种靠感应转动的电动机，与同步电机相比，它具有结构简单、成本低、维护方便等优点，广泛应用于各个领域，特别是工业领域。 下面将详细介绍异步电机的工作原理。 异步电机的工作原理基于法拉第电磁感应定律和楞次定律。当与电源 交流电连接时，异步电机的定子（又称为绕组）中会产生旋转磁场，这个 旋转磁场是由定子中的三相交流电流产生的。异步电机的转子（又称为感 应体）则处于这个旋转磁场中。 异步电机的定子绕组由三相线圈组成，即A、B、C三个绕组。当电源 施加在这三个绕组上，三相电流形成一个旋转磁场。具体来说，当A相绕 组得到正弦交流电时，B相绕组得到比A相延迟120度的正弦交流电，C 相绕组得到比A相延迟240度的正弦交流电。这样一来，通过三个绕组在 定子上形成的磁场就会旋转，从而使得整个定子磁场旋转。 异步电机的转子与定子的磁场之间会产生电磁感应，根据法拉第电磁 感应定律，这个感应电动势会导致转子中的电流。当转子导体中的电流与 定子磁场之间产生的合力作用时，就会产生转矩，从而使得转子开始旋转。由于转子中产生的感应电流与定子磁场之间的变化相位差90度，根据楞 次定律，这个感应电流会产生一个磁场，它的作用方向与定子中的旋转磁 场相反。这两个磁场之间的相互作用导致了转矩的产生。 由于转子中的电流是通过感应产生的，所以异步电机的转速略低于理 论值，这个差异称为滑差。滑差是电机的一个重要参数，它反映了转速与 理论值之间的差异。异步电机的滑差通常不超过5%。
异步电机的工作原理还涉及到励磁和启动两个过程。励磁通常是通过 定子上的励磁线圈来实现的，励磁磁场产生后，转子可以受到作用力开始 运动。至于启动过程，通常会通过外部的帮助设备，例如启动电容器或启 动电机等来实现。 总的来说，异步电机的工作原理是通过感应定律和楞次定律来实现的。定子绕组中的三相电流产生一个旋转磁场，与转子中的感应电流相互作用，从而产生转矩使转子旋转。虽然异步电机的转速略低于理论值，但它的结 构简单、成本低、使用方便等优点使得它成为了工业领域中最常用的电动 机之一
交流异步电动机变频调速的原理
变频调速三相异步电动机的设计 1.前言 三相异步电动机在工农业生产中具有广泛的应用，据统计，在电网的总负载中三相异步电动机占总动力负载的85%，由此可见，三相异步电动机在工农业中的重要性。三相异步电动机所以能得到这样广泛的应用，是由于它结构简单、制造容易、运行可靠、维护方便，而且效率高、重量轻、价格低。但是，由于其从电网吸取滞后的电流，从而使电网功率因数变坏、无功电流增大、线路损耗增大，更重要的是调速性能差，从而使其应用受到一定限制。 在生产中应用异步电动机由于工艺要求，需要电动机调速的场合，人们往往从二个方面着手解决。一方面是不用异步电动机而使用调速性能好的直流电动机。另一方面是应用新技术，使异步电动机的运行能够按照生产工艺要求进行调速。异步电动机的调速方法有多种，如改变电源电压的调压调速、改变电源频率的调频调速、改变极数的变极调速。随着电力电子技术的飞速发展,变频调速三相异步电动机以其可靠稳定的运行和良好的性能价格比，已在逐步替代其它各种调速电动机，广泛应用于造纸、轧钢、纺织等许多领域。 2.变频调速的原理 由电机学理论可知，异步电动机定子绕组通一三相电流，在气隙中会产生一个以同步转速转动的旋转磁场。 转速方程如下所示(1)：
(1) 式(1)中：n——电动机的实际转速 f1——电动机定子绕组的供电频率 p——旋转磁场的极对数 S——转差率，表示定子旋转磁场的同步转速n1与n的关系：n=n1(1-S) 从（1）式中可见，改变异步电动机的供电频率f1，就可改变电动机的转速n1和n，达到调速目的。但f1的升高或降低影响到异步电动机的其它参数，如定子绕组中的输入电压U1，输入电流I1和磁通Φ。 三相异步电动机每相电压U1有以下关系式2： U1≈E1=4.44f1N1K1Φ (2) 式(2)中： U1——定子相电压 E1——定子相电动势 N1——定子相绕组总匝数 K1——基波绕组系数 Φ——每极气隙磁通三相异步电动机在设计时，都给定了额定电压U1N，额定电流I1N及相应的额定频率f1N，磁通Φ的数值都定为接近磁路饱和的数值。从（1）中可见，降低f1，可使电动机减速，但在降低f1时，从（2）式可见，若保持U1不变，Φ必须
交流调速作业一 异步电动机全速度范围转矩-转速特性曲线
异步电动机全速度范围转矩-转速 特性曲线绘制 xxxxxxxxxxxxx 摘要：通过异步电动机的参数，在Matlab 中构建异步电动机的稳态模型。在全速度范围内分段进行恒磁通和恒电压恒功率控制，绘制出控制下的转矩—转速特性曲线。 关键词：异步电动机；转矩—转速；恒磁通；恒电压恒功率 1. 异步电动机的模型构建与控制方法 1.1. 异步电动机的稳态模型 图1.1 异步电机的稳态等效电路 三相异步电动机的电磁关系与变压器类似。定子相当于变压器一次，转子相当于变压器二次。 Us —定子相电压；fs —定子频率； fsl —转差频率； Is 、Ir 、Im —分别为定子电流、折算到定子侧的转子电流和励磁电流； Eg —气隙磁通感应电动势； Er —折算到定子侧的转子感应电动势； s —转差率，s=fsl/fs 。 1.2. 异步电动机的转矩公式 通过对运行状态的分析可以得到转矩的公式为： m 为相数，p n 为极对数，s U 为定子电压，S f 为同步频率，s 为转差率， S R 为定子电阻，r R 为转子电阻，ls X 为定子漏感，lr X 为转子漏抗。 ])()[(/222 2lr ls r s r s s p e X X s R R s R U f mn T +++ = π
1.3. 异步电动机的控制方法 1.3.1. 恒磁通控制方法 恒磁通运行条件为: 可以近似与加入低压补偿的恒电压/频率控制等效。此时的转矩—转速特性曲线如下： 图1.2 恒磁通转矩—转速特性曲线 1.3. 2. 恒电压恒功率控制方法 恒电压恒功率条件为: 此时的转矩—转速特性曲线如下： 图1.3 恒电压恒功率转矩—转速特性曲线 2. 异步电动机的仿真与分析 2.1. 仿真要求 利用MATLAB 绘出异步电动机的全速度范围转矩-转速特性曲线，其中： ● 40Hz 、60Hz 、80Hz 采用恒磁通控制； ● 100Hz 、120Hz 、140Hz 、160Hz 采用恒电压控制； ● 电机的额定输入条件为380V/100Hz 。 . const C f E m E s g =Φ=.. const f f const U s sl s ==
交流异步电动机变频调速原理
交流异步电动机变频调速原理 根据电机学原理，交流异步电动机的转速可表示为： )1(**60s p f n -= （2-1-1） 式中： n 一 电动机转速/分钟，单位：r/min ； p 一 电动机磁极对数； f 一 电源频率，单位：Hz ； s 一 转差率，10<
交流异步电动机的定子绕组的感应电动势是定于绕组切割旋转磁场磁力线的结果， 其 有效值计算如下： E = K * f * Φ （2-1-3） 式中：Ｋ 一 与电动机结构有关的常数； ｆ 一 电源频率； Φ 一 磁通量 。 由式（2-1-2）知，加在电机绕组端的电源电压Ｕ，一部分产生感应电动势Ｅ，另一部 分消耗在电阻 r （ 定子绕组电阻与转子绕组电阻折算到定子侧的电阻之和 ）上 。其中定 子绕组的相电流 I 由两部分构成： 21I I I += （2-1-4） 电机的定子电流有一小部分1I 用于建立磁场的主磁通，其余大部分2I 用于产生拖动负 载的电磁力。 由式 （2-1-1）知，调整电源频率f 时，可以调节速度n 。 当电源频率f 下降时，由式 （2-1-3） 知，感应电动势随之比例减小；在相电压U 保持不变的情况下，由式（2-1-2）知，定子绕 组的相电流I 相应增大。在很多情况下，电机的负载是基本恒定的，因此用于产生电磁力的 电流2I 是基本不变的，于是1I 将增大；1I 的增大将直接导致主磁通的增大。由式 （2-1-3）， 主磁通的增大，将引起感应电动势Ｅ比例增大；由式（2-1-2），感应电动势Ｅ的增大将使定 子电流I 减小。不难理解，通过这样的负反馈，电机将最终稳定在一个新的工作点。 这样的控制方法看起来似乎没有问题。但实际情况是主磁通容量上限与电机的铁芯有关。 电机的铁芯受制于重量、体积、成本等因素的考虑，不可能做的很大。对于电机设计来说， 设计目标之一就是：当电机处于额定工作状态下时，主磁通接近容量上限。上述的变频调速 方法工作在额定频率以下时，将会导致铁心磁饱和，引起电流波形畸变，有效力矩下降；严 重时，将导致电机发热过快，振动和噪音加大；工作在额定频率以上时，铁心处于弱磁状态， 电磁力矩不足，电机的机械特性变软（转差率s 变大），带载能力下降。 结论：通过只调节电源频率来调节速度的方法不可取。 既然不可取的原因是因为铁心磁饱和。那么在调节电源频率的同时，通过某种处理使电 机的磁通量保持恒定。 由式（2-1-3）知： Φ ∝ E/f (2-1-5)
电机学公式
一、直流电机 发电机：P N ＝U N I N (输出电功率) 电动机：P N ＝U N I N ηN (输出机械功率) 反电势： 60E a E E C n pN C a Φ== 电磁转矩： em a 2T a T T C I pN C a Φπ== 直流电动机（DM ）电势平衡方程：a a E a a U E I R C Φn I R =+=+ DM 的输入电功率P 1 ： 12 ()()a f a f a a a f a a a f em Cua Cuf P UI U I I UI UI E I R I UI EI I R UI P p p ==+=+=++=++=++ 12em Cua Cuf em Fe mec ad P P p p P P p p p =++=+++ DM 的转矩方程：20d d em T T T J t Ω --= DM 的效率：2111 2100%100%(1)100%P P p p P P P p η-∑∑= ⨯=⨯=-⨯+∑ 他励DM 的转速调整率： 0N N 100%n n n n -∆= ⨯ DM 的机械特性：em 2T j a j a a ) (T Φ C C R R ΦC U Φ C R R I U n E E E +-= +-= .并联DM 的理想空载转速n 0： 二、变压器
1111 2222 01212 1022'''''''''m L U E I Z U E I Z I I I E E E I Z U I Z ⎧=-+⎪=-⎪⎪=+⎪⎨=⎪⎪-=⎪⎪ =⎩反电势：E 1=4.44fN 1Φm 、E 2= 4.44fN 2Φm 磁势平衡方程：112210N I N I N I += 折算前的变压器方程组（数学模型）： 折算后的变压器方程组： 电压变化率简化计算公式：ΔU =β(R k *cos φ2-X k *sin φ2)×100% 效率： % 100)cos 1(k N 202N k N 20⨯+++-=p p S p p βϕββη 30ao AO E E ︒ 滞后于的相角 联接组号＝ 三、交流绕组 1. 反电势频率、转子转速、极对数的关系： f = n /60 / p 2. 槽距机械角度：αm = 360°/Z 3. 槽距机械角度：αe = p* 360°/Z 4. 每极每相槽数：q = z/m/2p 5. 导体电动势：E c1 = 2.22 f Φ 6. 短距系数：k y1 = sin(π/2*y 1/τ) 7. 线圈电动势：E y1 = 2N c *E c1* k y1 = 4.44 N c f Φ k y1 8. 分布系数：2 sin 2sin 1 11ααq q k q = 9. 线圈组电动势：E q1 = q*E y1 * k q1 = 4.44q*N c *f*Φ*k y1*k q1 10. 绕组系数：k N1 = k y1*k q1 11. 相绕组电动势：11144.4ΦfNk E N =φ (N 为每相串联匝数) 12. 每相串联匝数：c c () 2() pqN a N pqN a ⎧⎪⎪=⎨ ⎪⎪⎩单层绕组双层绕组 1111 2222 122101022m L U E I Z U E I Z E k E I I I k E I Z U I Z ⎧=-+⎪ =-⎪⎪⎪=⎪⎨⎪+=⎪⎪-=⎪⎪ =⎩
电力拖动自动控制系统-运动控制系统(_阮毅_陈伯时)课后参考答案第五六七章(仅供参考)
第五 章 思考题 5-1 对于恒转矩负载，为什么调压调速的调速范围不大？电动机机械特性越软，调速范围越大吗？ 答：对于恒转矩负载，普通笼型异步电动机降压调速时的稳定工作范围为0 5-3 异步电动机变频调速时，基频以下和基频以上分别属于恒功率还是恒转矩调速方式？为什么？所谓恒功率或恒转矩调速方式，是否指输出功率或转矩恒定？若不是，那么恒功率或恒转矩调速究竟是指什么？ 答：在基频以下，由于磁通恒定，允许输出转矩也恒定，属于“恒转矩调速”方式；在基频以上，转速升高时磁通减小，允许输出转矩也随之降低，输出功率基本不变，属于“近似的恒功率调速”方式。 5-4基频以下调速可以是恒压频比控制、恒定子磁通、恒气隙磁通和恒转子磁通的控制方式，从机械特性和系统实现两个方面分析与比较四种控制方法的优缺点。答： 恒压频比控制：恒压频比控制最容易实现，它的变频机械特性基本上是平行下移，硬度也较好，能够满足一般的调速要求，低速时需适当提高定子电压，以近似补偿定子阻抗压降。在对于相同的电磁转矩，角频率越大，速降落越大，机械特性越软，与直流电动机弱磁调速相似。在基频以下运行时，采用恒压频比的控制方法具有控制简便的优点，但负载变化时定子压降不同，将导致磁通改变，因此需采用定子电压补偿控制。根据定子电流的大小改变定子电压，以保持磁通恒定。恒定子磁通：虽然改善了低速性能，但机械特性还是非线性的，仍受到临界转矩的限制。频率变化时，恒定子磁通控制的临界转矩恒定不变。恒定子磁通控制的临界转差率大于恒压频比控制方式。恒定子磁通控制的临界转矩也大于恒压频比控制方式。控制方式均需要定子电压补偿，控制要复杂一些。 恒气隙磁通：虽然改善了低速性能，但机械特性还是非线性的，仍受到临界转矩 的限制。保持气隙磁通恒定： 1常值 g E ω =，除了补偿定子电阻压降外，还应补偿定子漏抗压降。与恒定子磁通控制方式相比较，恒气隙磁通控制方式的临界转差 1第二章 折算后二次绕组电流、电压、电动势 2 2'I I k = 22'U kU = 22'E kE = 折算后二次绕组 0X = 222'X k X = 2'L L Z k Z = 低压空载试验 励磁阻抗模1 00U Z I = 励磁电阻 0020 P R I = 励磁电抗0X = 高压短路试验 cu S P P = 75S Z = 21 s s P R I = s X = 铜线绕组75234.575234.5s s R R θθ+= + 铝线绕组7522875 228s s R R θθ +=+ 75S Z = 电压调整率1221(cos sin ) *100%N R s s N I V R X U ϕϕ=+ 效率2 2 20N N S s s P P βληβλβ=++ 产生最大效率的条件：20S p P β=即Fe Cu P P = 产生最大效率时的负载系数max β= 理想运行条件 （1）两台变压器的功率比 11:::I II LI LII SI SII S S I I Z Z == (2) ::I II NI NII S S S S = ::LI LII NI NII I I I I = (3)总负载和总负载功率 L LI LII I I I == I II S S S =+ 第三章 同步转速：1 060f n p = 转差率：00n n s n -= 电磁转矩的大小：22cos T m T C I ϕ=Φ 槽距角：.360 p z α= 极距：2z p τ= 每极每相槽数：2z q pm = 额定功率因素：N λ= 定子电路的电动势平衡方程式 11111()U E R jX I E Z I • • • • • =-++=-+ 每相绕组中的感应电动势E1在数值上为 11114.44w m E k N f =Φ 忽略R1和X1，1 111 4.44m w U k N f Φ= 22s N E s E = 21N f s f = 绕组折算：折算后的转子相电流'2 2i I I k = 111222 w i w m k N k m k N = 折算后的转子电动势为 '22e E k E = 11 22 w i w k N k k N = 折算后的阻抗为 ' 22z Z k Z = ' 22z R k R = ' 22z X k X = 2111 2 222 w z w m k N k m k N = 三相异步电动机的输出功率 11111cos P mU I ϕ= 电磁功率 ''2''2''2 2121221221e R s P m I m R I m R I s s -==+ 输出功率 2m me ad P P P P =-- 机械功率：()1m e P s P =- ()1m e P s P =- 空载损耗： 2m me ad P P P P =-- 电动机的效率 2 1 P P η= 第八章 交流电机电力拖动的运行状态 电力拖动是指以电能为能源，以各种电机为驱动装置的运动系统。而以交流电动机为原动机的电力拖动系统称为交流电力拖动系统。交流电动机有异步电动机和同步电动机，由于异步电动机结构简单、价格便宜，而且其性能良好、运行可靠，因此交流电力拖动系统中的电动机主要是三相异步电动机。所以本书的交流电力拖动以三相异步电动机电力拖动的内容为主。 三相异步电动机电力拖动主要内容是电动机的各种运行状态、起动及调速。本章讨论三相异步电动机起动的各种运行状态。 在三相异步电动机电力拖动系统中，电动机的转速、电磁转矩、负载转矩等物理量的正方向，都按电动机惯例规定，这与直流电机电力拖动系统是一致的。 电力拖动系统种类很多，大到各种大型船舶、机车车辆的拖动，小到各种微小型伺服系统，都是以电机为驱动装置的。本章主要介绍三相异步电动机的机械特性和运行状态，为三相异步电动机的电力拖动系统的起动及调速打基础。 8.1 三相异步电动机的机械特性 三相异步电动机的机械特性是指在定子电压、频率和参数固定的条件下，电磁转矩em T 与转速n (或转差率s )之间的函数关系()em T f n =或()em T f s =。通常把()em T f s =称为 T s -曲线。 8.1.1 机械特性的表达式及运行 三相异步电动机的T s -曲线不是线性的，因此比直流电机复杂。根据对分析问题的不同要求，三相异步电动机的机械特性有三种形式。 一、机械特性物理表达式 在第七章已导出了机械特性物理表达式为 ' 22cos em T m T C I ϕ=Φ 虽然电磁转矩的物理表达式概念清晰，但式中 的'' 2 I = 和 ' 2cos ϕ=随电机转差率s 变化。这样em T 式中的三个量em T 、' 2I 、2cos ϕ均 随s 变化，使em T 值不易确定。因此，机械特性的物理表达式在电机拖动系统中应用较少。 二、机械特性的参数表达式 从式（7—48）可知，电磁转矩可用下式计算电机拖动公式(非常重要)
交流电机特性