转差率与电动机的运行状态
2016-12-03 技术知识
当异步电机的负载发生变化时,影响电机转子的速度n、转差和转差率也将随之变化,即旋转磁场切割转子的速度发生了变化,使得转子导体中的电势、电流和电磁转矩发生了相应的变化。根据异步电机转速的变化按转差率的正负、大小,异步电机可分为电动机、发电机、电磁制动三种运行状态,如图6-8所示。在图6-8中,用一对旋转磁极来等效旋转磁场,旋转磁场的转速为n1,2个小圆圈表示一匝短路线圈两个边的有效导体断面,断面中的叉和点分别代表电流的方向,箭头表示运动和作用的方向。
下面将分三个不同的转速范围来进行讨论。
(1)电动机状态当0<n<n1,即0<s<1时,如图6-8(a)所示,从相对运动的角度看,可以认为是磁场不转,而转子以与n1相反的方向运动,切割旋转磁场,在转子绕组的导体中将产生感应电动势和感应电流。该电流与气隙中磁场相互作用而产生一个与旋转磁场同方向的电磁力矩,在该电磁力矩的作用下,克服负载力矩,拖动转子旋转,方向与放置磁场方向相同,从电机轴上输出机械功率。这一过程称为电机拖动,又称电机处于电动状态。
如果转子的转速被拖动到与旋转磁场同步旋转,即n=n1,它们之间无相对运动和切割作用,因而导体中无感应电动势,也没有感生电流。电磁转矩为零,转子没有拖动力矩作用,转速就会下降。因此,电机在电动机状态下,转子的转速n不可能达到同步转速n1,但可以做到很接近。在空载条件下,甚至可以做到n≈n1。
(2)发电机状态用原动机拖动异步电机,使其转子的转速高于旋转磁场的转速n1,即n>n1,此时s<0,为负数,如图6-8(b)所示。转子绕组(导体)切割旋转磁场的方向与电动机状态时相反,从而导体上感应电动势、电流的方向与电动机状态时的方向相反,电磁转矩的方向与转子转向相反,电磁转矩为制动性质。此时,异步电机从原动机由转轴输入机械功率,通过电磁感应由定子向电网输出电功率(电流方向为⊙,与电动机状态时的方向相反),电机处于发电机状态。
(3)电磁制动状态由于机械负载或其他外因,转子逆着旋转磁场的方向旋转,即n<0、s>1,如图6-8(c)所示。此时转子导体中的感应电动势、电流与在电动机状态下的相同。但由于转子转向与旋转磁场方向相反,电磁转矩表现为制动转矩,此时电机运行于电磁制动状态,即由转轴从原动机输入机械功率的同时又从电网吸收电功率(因电流与电动机状态同方向),两者都变成了电机内部的损耗。综上所述,转速或转差率与电机运行状态之间的关系可用图6-9表示。
下面将分三个不同的转速范围来进行讨论。
(1)电动机状态当0<n<n1,即0<s<1时,如图6-8(a)所示,从相对运动的角度看,可以认为是磁场不转,而转子以与n1相反的方向运动,切割旋转磁场,在转子绕组的导体中将产生感应电动势和感应电流。该电流与气隙中磁场相互作用而产生一个与旋转磁场同方向的电磁力矩,在该电磁力矩的作用下,克服负载力矩,拖动转子旋转,方向与放置磁场方向相同,从电机轴上输出机械功率。这一过程称为电机拖动,又称电机处于电动状态。
如果转子的转速被拖动到与旋转磁场同步旋转,即n=n1,它们之间无相对运动和切割作用,因而导体中无感应电动势,也没有感生电流。电磁转矩为零,转子没有拖动力矩作用,转速就会下降。因此,电机在电动机状态下,转子的转速n不可能达到同步转速n1,但可以做到很接近。在空载条件下,甚至可以做到n≈n1。
(2)发电机状态用原动机拖动异步电机,使其转子的转速高于旋转磁场的转速n1,即n>n1,此时s<0,为负数,如图6-8(b)所示。转子绕组(导体)切割旋转磁场的方向与电动机状态时相反,从而导体上感应电动势、电流的方向与电动机状态时的方向相反,电磁转矩的方向与转子转向相反,电磁转矩为制动性质。此时,异步电机从原动机由转轴输入机械功率,通过电磁感应由定子向电网输出电功率(电流方向为⊙,与电动机状态时的方向相反),电机处于发电机状态。
(3)电磁制动状态由于机械负载或其他外因,转子逆着旋转磁场的方向旋转,即n<0、s>1,如图6-8(c)所示。此时转子导体中的感应电动势、电流与在电动机状态下的相同。但由于转子转向与旋转磁场方向相反,电磁转矩表现为制动转矩,此时电机运行于电磁制动状态,即由转轴从原动机输入机械功率的同时又从电网吸收电功率(因电流与电动机状态同方向),两者都变成了电机内部的损耗。综上所述,转速或转差率与电机运行状态之间的关系可用图6-9表示。
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