5.15三相異步電動機不對稱運行

及單相異步電動機前面分析了三相供電電源以及三相異步電動機均為對稱的運行情況，但是，電機在運行中有時會遇到供電電源三相不對稱，或電源對稱而定子或轉(zhuǎn)子繞組斷線造成電機本身不對對稱的情況。本節(jié)將研究供電電源不對稱以及轉(zhuǎn)子單相斷線時對異步電動機運行性能的影響及其分析方法。此外，再討論單相異步電動機。2006年3月20日星期一武漢大學電氣工程學院應黎明5.15三相異步電動機不對稱運行

及單相異步電動機前面15.15.1三相異步電動機在不對稱電壓下的運行分析三相異步電動機在不對稱電壓下運行的基本方法是對稱分量法，即將不對稱電壓分解為正序、負序和零序三組三相對稱系統(tǒng)，然后把電機在各分量單獨作用下所得效果疊加起來，得到電機在不對稱電壓下的實際運行情況。若異步電機的定子繞組采用Υ無中性線連接，則零序電流在定子三相繞組中無法流通；當定子繞組接成Δ接法，零序電流在線電流中也無法流通。因此通常情況下只需分析正序和負序兩個分量，而不用考慮零序分量。2006年3月20日星期一武漢大學電氣工程學院應黎明5.15.1三相異步電動機在不對稱電壓下的運行分析三相異2將定子端的不對稱電壓分解為正序和負序兩個分量，取分量中大的電壓作為正序電壓，小的作為負序電壓。正序電壓正序電流和建立正序的旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速n1

產(chǎn)生正序的電磁轉(zhuǎn)矩Tem+產(chǎn)生正序的電磁功率Pem+負序電壓負序電流和建立負序的旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速n1

產(chǎn)生負序的電磁轉(zhuǎn)矩Tem－產(chǎn)生負序的電磁功率Pem－2006年3月20日星期一武漢大學電氣工程學院應黎明將定子端的不對稱電壓分解為正序和負序兩個分量，取分量中大3轉(zhuǎn)子對正序磁場的轉(zhuǎn)差率的轉(zhuǎn)差率s+為：負序系統(tǒng)與正序系統(tǒng)的轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)子對負序磁場的轉(zhuǎn)差率的轉(zhuǎn)差率s－為：2006年3月20日星期一武漢大學電氣工程學院應黎明轉(zhuǎn)子對正序磁場的轉(zhuǎn)差率的轉(zhuǎn)差率s+為：負序系統(tǒng)與正序系統(tǒng)的轉(zhuǎn)4異步電動機在不對稱電壓運行時正序和負序等放電路若考虎到集膚效應正、負序每相轉(zhuǎn)子電阻和漏電抗是不相等的。設和為已考慮到集膚效應的負序系統(tǒng)轉(zhuǎn)子電阻和漏電抗的折算值，與正序相比較有：正序等放電路2006年3月20日星期一武漢大學電氣工程學院應黎明異步電動機在不對稱電壓運行時正序和負序等放電路若考虎到5負序等放電路忽略正、負序每相轉(zhuǎn)子電阻和漏電抗的差異忽略激磁阻抗，負序的等效阻抗為：2006年3月20日星期一武漢大學電氣工程學院應黎明負序等放電路忽略正、負序每相轉(zhuǎn)子電阻和漏電抗的差異忽略激磁阻6定子正序和負序電流為電動機在實際運行時，由于s很小，因而s－=2-s≈2，式中Zk為異步電動機的短路阻抗2006年3月20日星期一武漢大學電氣工程學院應黎明定子正序和負序電流為電動機在實際運行時，由于s很小，因而s7可見不對稱運行時，異步電動機定子的負序電流只受到短路阻抗的限制，只要有一個很小的負序電壓，在異步機中就會產(chǎn)生一個很大的負序電流。電機運行時，正序的旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向一致，產(chǎn)生的正序電磁轉(zhuǎn)矩肘Tem+為驅(qū)功性質(zhì)。負序的旋轉(zhuǎn)磁場與正序旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)向相反，因而也與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反，于是負序電磁轉(zhuǎn)矩Tem-為制動性質(zhì)。S小小2006年3月20日星期一武漢大學電氣工程學院應黎明可見不對稱運行時，異步電動機定子的負序電流只受到短路阻抗8由于負序電磁轉(zhuǎn)矩存在．使電磁轉(zhuǎn)矩減小。但這不是主要的問題，更為嚴重的是負序電流。由于限制負序電流的阻抗相當于是短路阻抗，其值很小，有一個很小的負序電壓，在異步機中就會產(chǎn)生一個很大的負序電流，引起電機過熱。由于負序磁場的存在，致使電動機最大電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)短減小，過載能力降低，定、轉(zhuǎn)子銅耗增加，效率降低，溫升提高，因此異步電動機不允許在長期嚴重不對稱電壓下運行。2006年3月20日星期一武漢大學電氣工程學院應黎明由于負序電磁轉(zhuǎn)矩存在．使電磁轉(zhuǎn)矩減小。但這不是主要的問題95.15.2單相異步電動機單相異步電動機只需要單相電源供電，使用方便，在家用電器、醫(yī)療器械中得到廣泛應用。其定子為單相繞組，轉(zhuǎn)子一般為鼠籠多相繞組。比同容量的三相異步電動機性能差，故目前多做成功率在750w以下的小容量電機。2006年3月20日星期一武漢大學電氣工程學院應黎明5.15.2單相異步電動機單相異步電動機只需要單相電10一、工作原理當定子工作繞組接到單相電源上時，就會產(chǎn)生脈振磁動勢F1，此脈振磁動勢可以分解成轉(zhuǎn)速相等，轉(zhuǎn)向相反，幅值各為Fl一半的兩個旋轉(zhuǎn)磁動勢F1＋和F1-，建立起正轉(zhuǎn)磁場Φ+和反轉(zhuǎn)磁場Φ-，這兩個磁場切割轉(zhuǎn)子導體，產(chǎn)生感應電動勢和感應電流，從而形成正反向電磁轉(zhuǎn)矩Tem+、Tem-，疊加后即為推動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的合成轉(zhuǎn)矩Tem。2006年3月20日星期一武漢大學電氣工程學院應黎明一、工作原理當定子工作繞組接到單相電源上時，就會產(chǎn)生脈振11當轉(zhuǎn)子靜止時，轉(zhuǎn)子對Φ+和Φ-的轉(zhuǎn)差率都等于1，所以轉(zhuǎn)子對Φ+和Φ-的反應相同，由于在大小上有F1＋=F1-，所以有Φ+=Φ-，從而有Tem+和Tem-大小相等、方向相反，合成轉(zhuǎn)矩互相抵消為零，即單相異步電動機無起動轉(zhuǎn)矩。2006年3月20日星期一武漢大學電氣工程學院應黎明當轉(zhuǎn)子靜止時，轉(zhuǎn)子對Φ+和Φ-的轉(zhuǎn)差率都等于1，所以轉(zhuǎn)子12當0<s+<1時，對正轉(zhuǎn)磁場說，電機處在電動機運行狀態(tài)，電磁轉(zhuǎn)矩Tem+為驅(qū)動性質(zhì)轉(zhuǎn)矩。由于Tem+>Tem-，故電機合成轉(zhuǎn)矩Tem為正，且為驅(qū)動性質(zhì)轉(zhuǎn)矩。但因Tem-存在，合成轉(zhuǎn)矩Tem<Tem+。這時1<s-<2，即對反轉(zhuǎn)磁場說，電機處在制動運行狀態(tài)，電磁轉(zhuǎn)矩Tem-為制動性質(zhì)。轉(zhuǎn)子正轉(zhuǎn)，有正向電磁轉(zhuǎn)矩2006年3月20日星期一武漢大學電氣工程學院應黎明當0<s+<1時，對正轉(zhuǎn)磁場說，電機處在電動機運行狀態(tài)，13當1<s+<2時，對正轉(zhuǎn)磁場說，電機處在制動運行狀態(tài)，電磁轉(zhuǎn)矩Tem+為制動性質(zhì)轉(zhuǎn)矩。由于Tem－>Tem+，故電機合成轉(zhuǎn)矩Tem為負，且為驅(qū)動性質(zhì)轉(zhuǎn)矩。但因Tem+存在，合成轉(zhuǎn)矩Tem<Tem-。這時0<s-<1，即對反轉(zhuǎn)磁場說，電機處在反向電動運行狀態(tài)，電磁轉(zhuǎn)矩Tem-為驅(qū)動性質(zhì)。轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)，有反向電磁轉(zhuǎn)矩2006年3月20日星期一武漢大學電氣工程學院應黎明當1<s+<2時，對正轉(zhuǎn)磁場說，電機處在制動運行狀態(tài)，電14由于單相異步電動機中存在正、反轉(zhuǎn)兩個磁場，在反向電磁轉(zhuǎn)矩的作用下，合成轉(zhuǎn)矩比同容量的三相異步電動機小，過載能力、功率因數(shù)和效率也都比同容量的三相異步電動機低。2006年3月20日星期一武漢大學電氣工程學院應黎明由于單相異步電動機中存在正、反轉(zhuǎn)兩個磁場，在反向電磁轉(zhuǎn)矩15二、單相異步電動機的起動方法單相異步電動機不能自起動，但若能有一個起動轉(zhuǎn)矩，則可使電機按起動轉(zhuǎn)矩方向轉(zhuǎn)動。不能產(chǎn)生起動轉(zhuǎn)矩的根本原因，在于單相繞組只產(chǎn)生脈振磁場，為了產(chǎn)生起動轉(zhuǎn)矩，氣隙磁動勢必須是旋轉(zhuǎn)磁動勢，設法使電動機起動時產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，是解決單相異步電動機起動的出發(fā)點，常用的辦法是在定子上另裝一個空間軸線與主繞組有一定角度差的起動繞組。按起動方法不同，有不同的類型。2006年3月20日星期一武漢大學電氣工程學院應黎明二、單相異步電動機的起動方法單相異步電動機不能自起動，但161.分相起動電動機工作繞組和起動繞組在空間相差90?，起動繞組串一電容用以分相，串一離心式開關，起動完畢后降起動繞組切除。2006年3月20日星期一武漢大學電氣工程學院應黎明1.分相起動電動機工作繞組和起動繞組在空間相差90?，起動繞17如果電容C配置適當，可使φ1+φ2＝90?

；如果A、B繞組有效匝數(shù)NAKNA和NBKNB又設計適當，則可能使IANAKNA=IBNBKNB。因此A、B二相繞組電流產(chǎn)生的合成磁勢是一個圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢，并產(chǎn)生氣隙旋轉(zhuǎn)磁場，從而在該磁場的作用下，產(chǎn)生起動轉(zhuǎn)矩使電機起動。待電機轉(zhuǎn)速升高到(75％～80％)n1時，離心開關自動切斷起動繞組，僅靠主繞組接在電源上正常工作。這種電動機稱為電容起動電動機。如果起動繞組容許長期接在電源上工作，電容C在運行中仍起著分相作用，這種電機就稱為電容電動機了。事實上電容電動機是兩相電動機，設計合適可使氣隙旋轉(zhuǎn)滋場接近圓形，從而改善了電機性能，如功率因數(shù)、效率、過載能力都比單相異步電動機高，從而有廣泛應用。2006年3月20日星期一武漢大學電氣工程學院應黎明如果電容C配置適當，可使φ1+φ2＝90?；如果A、18電容分相起動的電動機轉(zhuǎn)向問題：電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向取決于繞組的排列和繞組中電流的相位。轉(zhuǎn)向從電流超前的繞組軸線轉(zhuǎn)向電流滯后的繞組軸線。圖示中若起動繞組的電流超前于工作繞組中的電流，則轉(zhuǎn)向為逆時針方向。如何改變電動機的轉(zhuǎn)向？就是要改變電流的相序，將電壓相位反一反，行不行？不行，此時工作繞組和起動繞組的電流都反相，但超前滯后關系沒變。2006年3月20日星期一武漢大學電氣工程學院應黎明電容分相起動的電動機轉(zhuǎn)向問題：電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向取決于繞組19方法：將起動繞組或工作繞組的兩接線對換將起動繞組的兩接線對換工作繞組的電流超前起動繞組的電流將工作繞組的兩接線對換工作繞組的電流超前起動繞組的電流2006年3月20日星期一武漢大學電氣工程學院應黎明方法：將起動繞組或工作繞組的兩接線對換將起動繞組的兩接線對換202.罩極電動機罩極電動機定子鐵心通常做成凸極式，其上繞著主繞組并與單相電源相接，在極靴表面的一端開有一槽，并用一銅環(huán)將其套起來，稱為罩極。2006年3月20日星期一武漢大學電氣工程學院應黎明2.罩極電動機罩極電動機定子鐵心通常做成凸極式，其上繞著21滯后相當于產(chǎn)生一橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)向:超前的轉(zhuǎn)向滯后的工作原理主繞組A通人單相交流電后，產(chǎn)生脈振磁場。磁通的一部分

穿過短路環(huán)在環(huán)中感應電勢和電流在罩極部分產(chǎn)生與同相的磁通與合成穿過環(huán)的磁通極表面未罩極部分磁通為