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MC-C3 · 感应等效电路

感应电机等效电路与 R2/s

把转动的转子变成一个静止电路的关键在于转差率。看转子电阻变为 R2/s 后这一项包含了什么,亲自观察改变转差率时损耗与输出如何分配。

R2/s 这一项含有什么

把转子折算到定子侧,转子电阻就变为 R2/s,整根条形就是这个电阻,它消耗越过气隙而来的全部气隙功率 Pag。移动转差率滑块,条形分成红色和金色两段;哪一段是以热量形式浪费掉的真正铜损,哪一段是从轴上输出的机械功率,就是本课要回答的问题。在下方可以先选出承载机械输出的那一项。

转差 ss = 0.50
用滑块连续改变转差。红色为转子铜损,金色为机械输出。
气隙功率的分割
Pag : Pcu2 : Pmech = 1 : 0.50 : 0.50
仅 R2 只是真正的转子铜损,即以热量形式浪费的损耗。机械输出另外表现为一个与转差率相关的虚拟电阻。
R2/s 中含机械输出的项是?
不吻合

把旋转转子化为静止电路

转子导体看到的磁通频率是转差频率 sf。因此转子感应电动势为 sE2,转子电抗为 sX2,两者都带着转差率。转子电流为 I2 = sE2 / (R2 + jsX2),分子分母同除以 s,得到 I2 = E2 / (R2/s + jX2)。这样频率消失了,转子看起来像是静止的,代价是电阻从 R2 变成了 R2/s。转速信息转移到了电阻这一项中。

观察Rrotor = R2s
折算后,转子电阻变为 R2/s。

把 R2/s 拆为损耗与输出

把 R2/s 写作 R2 + (R2/s - R2),后项整理为 R2(1-s)/s。前项 R2 是实际转子绕组中作为热消失的真正铜损。后项 R2(1-s)/s 在图上像电阻一样消耗功率,但那功率实为送往转子轴的机械输出。静止电路中的一个虚拟电阻,代替旋转机器所做的功。

选择R2s = R2 + ?
从 R2/s 减去真正损耗 R2,剩下输出项。

功率流为 1 : s : (1-s)

定子送过气隙的气隙功率 Pag 全部消耗在 R2/s 上。R2 所占的部分是转子铜损 Pcu2 = sPag,R2(1-s)/s 所占的部分是机械功率 Pmech = (1-s)Pag。因此 Pag : Pcu2 : Pmech = 1 : s : (1-s),转子中的效率为 (1-s)。转差率越大铜损越大,所以启动瞬间 s = 1 时气隙功率全部变成热、输出为 0,正常运行时转差率小,效率才高。从 Pmech 中再减去摩擦损耗和风阻损耗,才是实际的轴输出;绕线转子串入电阻、增大转差率的调速方法,会把增加的转差所对应的气隙功率在该电阻上以热量形式浪费掉。

填空Pcu2 = s ?
转子铜损等于转差率乘以气隙功率。
自己来Pmech = (1-s) ?
机械功率等于 (1-s) 乘以气隙功率。

回到第一屏

把 R2/s 条形分成两段的是转差率。约去转子看到的转差频率,转动的转子看起来就像一个静止电路,代价是电阻膨胀为 R2/s,转速信息就装在这一项里。在 R2/s = R2 + R2(1-s)/s 中,前一项是以热量形式浪费的真正铜损,后一项是代替从轴上输出的机械功率的虚拟电阻。气隙功率按 1 : s : (1-s) 分为铜损和输出,所以转差率就是损耗的尺度:启动时(s=1)全部变成热,只有转差率小,效率才高。这一个电路将成为下一课绘制转矩-转速曲线的工具。

感应机等效电路:折算转子使转差频率约去,转子电阻变为 R2/s,归并为一个静止电路。即 R2/s = R2 + R2(1-s)/s,前项是真正的转子铜损,后项是代表机械输出的虚拟电阻。以功率计 Pag : Pcu2 : Pmech = 1 : s : (1-s),转子效率为 (1-s)。
握住这个电路后

等效电路是把转矩化为转差函数的机器。把机械输出移为转矩,得 T ∝ sE2²R2 / (R2² + (sX2)²):转差小时转矩与转差成正比,转差大时成反比,其间某处转矩最大。下一单元从此式读出转矩-转速曲线、最大转矩与起动转矩(MC-C4)。