理论教育 磁/电转换:使用等效电路简化磁耦合

磁/电转换:使用等效电路简化磁耦合

时间:2023-06-24 理论教育 版权反馈
【摘要】:就是把定、转子之间的磁的耦合等效地变换成电路上的联系。在转子侧,E′2是静止“转子”的假想绕组切割旋转磁场的磁力线而产生的每相电动势。图1-21 由电的连接代替磁的耦合图1-22 一相等效电路图中,rm,xm构成的支路称为励磁支路。在这种情况下的定子电流将仅仅用来建立磁场,故称为励磁电流,用I0表示。定子绕组的漏磁电抗。因铁损主要和主磁通有关,故归入励磁支路中。

磁/电转换:使用等效电路简化磁耦合

就是把定、转子之间的磁的耦合等效地变换成电路上的联系。

变换的方法和步骤是:

(1)首先用一个结构(相数、匝数、节距等)和定子绕组完全一样的假想绕组等效地代替短路绕组。等效的含义是,代替前后,各个环节消耗或传递的功率不变。

对假想绕组中的所有参数都附加“′”来表示,称为折算值(如E′2I′2r′2x′2等),如图1-19所示。

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图1-19 短路绕组变换成假想绕组

a)静止短路绕组 b)静止假想绕组

满足等效条件的假想绕组各参数的计算方法(称为折算)如下:

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式中 kr1kr2———定、转子绕组的绕组系数;

N1N2———定、转子绕组的匝数;

ke———电动势变换系数;

ki———电流变换系数;

k———电动机的变比,k=keki

用假想绕组代替短路绕组后得到的异步电动机的全电路如图1-20所示。图中:

r1———每相定子绕组的电阻

x1———每相定子绕组的漏磁电抗;

I1———定子侧的相电流

E1———每相定子绕组的反电动势。

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图1-20 假想异步电动机的全电路

在定子侧,电动势E1是定子绕组切割旋转磁场的磁力线而产生的。在一定转速下,其大小反映了旋转磁场的强弱程度。它所吸取的电功率3E1I1本质上就是通过电磁感应传递到转子上的“电磁功率”PM

在转子侧,E2是静止“转子”的假想绕组切割旋转磁场的磁力线而产生的每相电动势。它标志着转子侧获得了能量,而电功率3E2I2就是转子侧通过电磁感应所得功率的大小。

(2)将定、转子电路直接相接。从以上叙述中,有两点值得注意:

1)如果忽略传递能量过程中的损耗,则有

E1I1E2I2

其含义是,由定子侧通过磁场传递的功率,已经全部被转子侧得到。

2)由于转子假想绕组的结构与定子绕组相同,两者又都切割着同一个旋转磁场,故

E1=E′2

从电路上看,定子侧的A、B、C三点间的电压与转子侧A′、B′、C′三点间的电压是一样的。

于是,如果将定子侧的A、B、C三点与转子侧的A′、B′、C′三点对应地联接起来(见图1-21),那么从能量传递的角度来看,图1-20和图1-21所示的电路是完全等效的。这样,就实现了用电路的联系来代替磁场的耦合了。

(3)因为异步电动机在运行时,三相电路总是平衡的,所以,通常只需画出一相的电路就可以了,如图1-22所示。

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图1-21 由电的连接代替磁的耦合(www.daowen.com)

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图1-22 一相等效电路

图中,rmxm构成的支路称为励磁支路。对于励磁支路,可通过电动机在理想空载时的状态来说明。

所谓理想空载,就是绝对空载,也就是转子侧没有任何功率输出。在等效电路中的反映是nM=n0,Δn=0,s=0,RL=∞,I2=0,PL=0。

在这种情况下的定子电流将仅仅用来建立磁场,故称为励磁电流,用I0表示。

如忽略各项损耗不计,则这时的定子电路为一纯电感电路,如图1-23a所示。

电工基础知识可知,在纯电感电路中,电源电压U1是和自感电动势E1(通常称为反电动势)相平衡的,即

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图1-23 理想空载时的等效电路

a)忽略各项损耗 b)计入各项损耗

E1在数值上等于电流I0和感抗xm的乘积,即

E1=I0xm

所以,励磁支路在异步电动机中是用来建立主磁通的,在电路中以E1=I0xm的形式来表现。

在以上的分析中,被忽略的因素有:

(1)定子绕组的电阻r1,它将引起定子侧的铜损:pCu1=3I20r1pCu1是三相绕组的总铜损)。

(2)定子绕组的漏磁电抗。漏磁通是指少量的没有和转子绕组耦合的、未能起到传递能量作用的磁通,由它引起的感抗x1,仅仅是增加了定子绕组的无功损耗3I2

0x1。

以上两项都和定子电流I1的大小有关,故不归到励磁支路中去。

(3)磁路中的铁损(磁滞损耗和涡流损耗),用等效电阻rm来表示。因铁损主要和主磁通有关,故归入励磁支路中。

将上述因素计入后,就可得到图1-23b,再把转子部分接上,就是图1-22所示的作为分析异步电动机工况的主要工具的等效电路。

通过等效电路,容易得出异步电动机在运行过程中的关系式。

(1)定子侧的电动势平衡方程

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式(1-33)表明,和电源电压相平衡的,除电动势E1外,还有阻抗压降978-7-111-35988-3-Chapter02-40.jpg。在频率为50Hz的情况下,后者所占比例很小,故U1E1有效值近似相等,即

U1E1

(2)电流方程(由磁动势的平衡方程导出)

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式(1-34)表明,定子电流由两部分组成:小部分用于建立主磁通ΦMI0);大部分则提供给转子侧,使转子得到能量而拖动负载。

(3)转子的电动势方程

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式中978-7-111-35988-3-Chapter02-43.jpg———机械负载等效电阻RL′两端的电压。乘积U2I2′等于机械负载功率PL978-7-111-35988-3-Chapter02-44.jpg是转子侧的阻抗压降,所占比例很小。

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