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变压器和异步电动机的电磁原理异同的分析

变压器和异步电动机的电磁原理异同的分析

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 变压器和异步电动机在功能、外型特征和运行方式上很不相同,但它们在原理分析上有很大的相似性,探讨它们在电磁原理分析上的异同,有利于进一步透彻深入地掌握变压器和异步电动机的电磁原理,简化分析过程,丰富电机理论分析手段。

  交流电机的分析计算过程主要是依据方程式、等值电路和向量图来进行,在下面的分析中,主要对一般电力变压器和异步电动机的基本公式、方程式以及等值电路和向量图进行剖析,文中电压、电势、电流和阻抗均是指一相的量,各量大小比较关系均是指实际值相对于额定值的比值,异步电动机以绕线式为例,定子绕组相当于变压器的原方,转子绕组相当于变压器的付方。

  1电势计算公式变压器原、付方电势计算公式为:异步电动机定、转子绕组电势计算公式为两者感应电势的大小均与频率、匝数和磁通成正比,形式上相似,不同点为:变压器原、付方感应电势同频率,原、付方电势计算公式仅匝数不同。异步电动机正常运行时,定、转子绕组感应电势不同频率,定、转子绕组匝数以及短距和分布糸数一般也不相同。

  变压器的和2是原、付方一相绕组的总匝数,异步电动机的1和2是定、转子一相绕组一条支路的串联匝数。

  变压器的主磁通!m为脉振磁通,被约束在铁芯中,其大小和方向随时间以电源频率按正弦规律变化,为铁芯柱中总磁通。异步电动机的主磁通!m为空间位置不断移动的旋转磁通,其转速取决于电源频率和定子绕组的磁极对数,为每极磁通量。

  变压器一相绕组的全部线圈绕在同一铁芯柱上,为集中布置绕组,每一匝线圈交链相同的主磁通,各匝电势同相位,一相电势是一相绕组所有匝电势的代数和。在异步电动机中,为了改善电势和磁势波形,沿铁芯圆周合理布置线圈,往往采用了短距和分布绕组,短距线匝两个有效边感应电势相位不是相差180.,而是小于180.,在一个线匝中是向量相加,另外,分布绕组的各个线圈电势不同相位,各个相邻的线圈电势在相位上相差一个槽距电角",极相组电势是'个线圈电势的向量和,所以在电势计算公乘以短距和分布糸数,即相对于全距和集中绕组电势打了折扣,略有减小。

  2原方定子%电势平衡方程式变压器原方和异步电动机定子电势平衡方程式形式上均为即原方(定子)外加电压被感应电势及电阻和漏抗压降所平衡,由于)1*1和)1,1均比-1和(1小得多,公式近似可写成即外加电压和感应电势近似相等,铁芯中主磁通大小主要取决于外加电压,不同点为:变压器的电阻很小,异步电动机导线通常细些,线圈匝数多些,电阻稍大些;另外,异步电动机磁路中有气隙存在,绕组为分布布置,且置于铁芯槽中,漏磁通要多些,漏电抗要稍大些,忽略i%i产生的误差比变压器大。

  变压器相对于电网可认为是负载,如果变压器负载阻抗不变,当外加电压下降时,1会减小;另外,下降导致主磁通减少,感应电势减小,忽略某些次要的非线性因素,方程和与大致相同的比例减小。对于异步电动机,如果负载转距不变,电压下降时,主磁通减少,由于电磁转距'与!2成正比,下降导致转距特性曲线下降,则转差率(上升,转速)下降,转子电流频率/2上升,转子回路功率因数cs!(减小,计算电磁转距公式:为维持转距不变,转子电流上升,定子电流也同时上升,定子漏阻抗压降随下降反而上升,由于!下降,"m减小,加之i%i上升,则1下降,且下降比例比略大。

  异步电动机电流1随下降而上升并不是无止境的,而是有一定范围,如转子不转时,随下降,1也会下降。

  上述讨论不涉及电压变化对电机运行的不利影响。

  3付方"转子电势平衡方程式变压器付方电势平衡方程式为:22'2―2=22%2异步电动机转子电势平衡方程式为两者在形式上相似,不同点为:(1)变压器正常运行时,付方输出端接有负载阻抗,输出电压和电流,即输出电功率,付方感应电势2被输出电压!2和漏阻抗压降2 %2的向量和所平衡。异步电动机正常运行时,转子绕组是短接的,轴上输出机械功率,转子绕组感应电势仅被漏阻抗压降所平衡。

  在正常工作范围内,变压器付方电势主要决定于原、付方电势的变比关系,与负载的大小和性质关系不大,即使从空载到满载,只要外加电压不变,2变化很小。异步电动机的2除与定、转子绕组的电势比有关外,还与转速有关,或者说与机械负载有关,通常,异步电动机制成后,定、转子绕组的电势比就固定了,定子外加电压一般基本不变,2实际上主要取决于轴上的机械负载,随负载变动2的变化幅度较大。

  变压器的负载阻抗%z通常比漏阻抗大得多,在负载阻抗上的压降(输出电压)也比漏阻抗压降大得多,2%2相对于2和!2很小,几乎可忽略,所以有如下近似关系。

  异步电动机正常运行时,转子转速)很接近于旋转磁场的同步转速)1,转差率(很小,转子电势2=(20也很小,通常2比转子静止时的感应电势2变化而变化,2和2%2总是保持平衡,没有输出电压。

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