电机与变压器任务4-三相异步电动机的特性分析课件.ppt
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1、项目三项目三 交流电动机交流电动机机械工业出版社机械工业出版社 全国技工院校全国技工院校“十二五十二五”系列规划教材系列规划教材任务任务 4 三相异步电动机的特性分析三相异步电动机的特性分析一、三相异步电动机的工作特性一、三相异步电动机的工作特性 异步电动机的工作特性是指在额定电压和额定频率运行的情况下,异步电动机的工作特性是指在额定电压和额定频率运行的情况下,电动机的转速电动机的转速n n、定子电流、定子电流I Is s 、功率因数、功率因数 、电磁转矩、电磁转矩T Te e、效率、效率等与输出功率等与输出功率P P2 2的关系的关系 。1cos1.1.转速特性转速特性 异步电动机在额定电压
2、和额定频率下,输出功率变化时转速变化的异步电动机在额定电压和额定频率下,输出功率变化时转速变化的n=f(P2)曲线称为转速特性。曲线称为转速特性。电动机的转差率、转子铜耗和电磁功率的关系式为电动机的转差率、转子铜耗和电磁功率的关系式为2rr2r2r2emCur111cos1IEmRImPpnnnnns项目三项目三 交流电动机交流电动机机械工业出版社机械工业出版社 全国技工院校全国技工院校“十二五十二五”系列规划教材系列规划教材 当电动机空载时,输出功率当电动机空载时,输出功率P P2 200,在这种情况下,在这种情况下I Ir r 0 0,由上列关系,由上列关系展示出转差率展示出转差率s s差
3、不多与差不多与I Ir r 成正比,所以成正比,所以s s 00,转速接近同步转速。负载,转速接近同步转速。负载增大时,会使转速略有下降,转子电动势增大,所以转子电流增大时,会使转速略有下降,转子电动势增大,所以转子电流I Ir r 增大,以增大,以产生更大一些的电磁转矩和负载转矩相平衡。因此,随着输出功率产生更大一些的电磁转矩和负载转矩相平衡。因此,随着输出功率P P2 2的增大,的增大,转差率转差率s s 也增大,则转速稍有下降。为了保证电动机有较高的效率,在一般也增大,则转速稍有下降。为了保证电动机有较高的效率,在一般异步电动机中,转子的铜耗是很小的,额定负载时转差率为异步电动机中,转子
4、的铜耗是很小的,额定负载时转差率为1.51.55%5%,且电,且电机容量越大,机容量越大,s s 越小,相应的转速越小,相应的转速n n=(1-=(1-s s)n n1 1就越高。就越高。所以异步电动机的转速特性为一条稍向下倾斜的曲线(如图所以异步电动机的转速特性为一条稍向下倾斜的曲线(如图3-113-11中曲线中曲线1 1所示)与并励直流电动机的转速特性极为相似。所示)与并励直流电动机的转速特性极为相似。项目三项目三 交流电动机交流电动机机械工业出版社机械工业出版社 全国技工院校全国技工院校“十二五十二五”系列规划教材系列规划教材 2.2.定子电流特性定子电流特性 异步电动机在额定电压和额定
5、频率下,输出功率变化时,定子电流的变异步电动机在额定电压和额定频率下,输出功率变化时,定子电流的变化曲线化曲线 称为定子电流特性。称为定子电流特性。异步电动机的定子电流方程式(即磁动势平衡方程式)为异步电动机的定子电流方程式(即磁动势平衡方程式)为 上面已经说明,空载时,转子电流上面已经说明,空载时,转子电流 ,此时定子电流几乎全部为励,此时定子电流几乎全部为励磁电流磁电流 。随着负载的增大,转子转速下降,转子电流增大,定子电流及磁。随着负载的增大,转子转速下降,转子电流增大,定子电流及磁动势也随之增大,抵消转子电流产生的磁动势,以保持磁动势的平衡。定子动势也随之增大,抵消转子电流产生的磁动势
6、,以保持磁动势的平衡。定子电流几乎随电流几乎随 P2 P2 按正比例增加。按正比例增加。异步电动机的工作特性如图异步电动机的工作特性如图3-113-11中曲线中曲线2 2所示。所示。)(2sPfI)(rfsIII0r IfI项目三项目三 交流电动机交流电动机机械工业出版社机械工业出版社 全国技工院校全国技工院校“十二五十二五”系列规划教材系列规划教材 3.3.功率因数特性功率因数特性 异步电动机在额定电压和额定频率下,输出功率变化时,定子功率因数异步电动机在额定电压和额定频率下,输出功率变化时,定子功率因数的变化曲线称为功率因数特性。的变化曲线称为功率因数特性。由异步电动机等效电路求得的总阻抗
7、是电感性的。所以对电源来说,异步由异步电动机等效电路求得的总阻抗是电感性的。所以对电源来说,异步电动机相当于一个感性阻抗,其功率因数总是滞后的,它必须从电网吸收感性电动机相当于一个感性阻抗,其功率因数总是滞后的,它必须从电网吸收感性无功功率。空载时,定子电流基本上是励磁电流,主要用于无功励磁,所以功无功功率。空载时,定子电流基本上是励磁电流,主要用于无功励磁,所以功率因数很低,约为率因数很低,约为0.10.10.20.2。当负载增加时,转子电流的有功分量增加,定子。当负载增加时,转子电流的有功分量增加,定子电流的有功分量也随之增加,即可使功率因数提高。在接近额定负载时,功率电流的有功分量也随之
8、增加,即可使功率因数提高。在接近额定负载时,功率因数达到最大。由于在空载到额定负载范围内,电动机的转差率因数达到最大。由于在空载到额定负载范围内,电动机的转差率s s很小,而且很小,而且变化很小,所以转子功率因数角几乎不变,但负载超过额定值时,变化很小,所以转子功率因数角几乎不变,但负载超过额定值时,s s 值就会变值就会变得较大,因此得较大,因此 变大,转子电流中的无功分量增加,因而使电动机定子变大,转子电流中的无功分量增加,因而使电动机定子功率因数又重新下降。功率因数又重新下降。功率因数特性如图功率因数特性如图7-167-16中曲线中曲线3 3所示。所示。项目三项目三 交流电动机交流电动机
9、机械工业出版社机械工业出版社 全国技工院校全国技工院校“十二五十二五”系列规划教材系列规划教材 4.4.电磁转矩特性电磁转矩特性 异步电动机在额定电压和额定频率下,输出功率变化时,电磁转矩的变化异步电动机在额定电压和额定频率下,输出功率变化时,电磁转矩的变化 曲线称为电磁转矩特性。曲线称为电磁转矩特性。稳态运行时,异步电动机的转矩平衡方程式为稳态运行时,异步电动机的转矩平衡方程式为02eTTT 因为输出功率因为输出功率 ,所以,所以 22TP 20ePTT 异步电动机的负载不超过额定值时,转速异步电动机的负载不超过额定值时,转速n n和角速度和角速度 变化很小。而空载变化很小。而空载转矩转矩T
10、 T0 0 又可认为基本上不变。又可认为基本上不变。电磁转矩特性近似为一条斜率为电磁转矩特性近似为一条斜率为 1/1/的直线(见图的直线(见图3-113-11的曲线的曲线4 4)。)。项目三项目三 交流电动机交流电动机机械工业出版社机械工业出版社 全国技工院校全国技工院校“十二五十二五”系列规划教材系列规划教材 5.5.效率特性效率特性 异步电动机在额定电压和额定频率下,输出功率变化时,效率的变化曲线异步电动机在额定电压和额定频率下,输出功率变化时,效率的变化曲线 称为效率特性。称为效率特性。根据效率的定义,异步电动机的效率为根据效率的定义,异步电动机的效率为 异步电动机中的损耗也可分为异步电
11、动机中的损耗也可分为不变损耗不变损耗和和可变损耗可变损耗两部分。如图两部分。如图3-113-11中曲中曲线线5 5所示,当输出功率所示,当输出功率P P2 2 增加时,可变损耗增加较慢,所以效率上升很快。增加时,可变损耗增加较慢,所以效率上升很快。和和直流电动机的效率特性一样,当可变损耗等于不变损耗时异步电动机的效率达直流电动机的效率特性一样,当可变损耗等于不变损耗时异步电动机的效率达到最大值。到最大值。随着负载继续增加,可变损耗增加很快,效率就要降低。随着负载继续增加,可变损耗增加很快,效率就要降低。addmCurFeCus2211pppppPPPp项目三项目三 交流电动机交流电动机机械工业
12、出版社机械工业出版社 全国技工院校全国技工院校“十二五十二五”系列规划教材系列规划教材项目三项目三 交流电动机交流电动机机械工业出版社机械工业出版社 全国技工院校全国技工院校“十二五十二五”系列规划教材系列规划教材 当异步电动机以转速当异步电动机以转速n n稳定运行时,从电源输入的功率为稳定运行时,从电源输入的功率为 1ss1cos3IUP 定子铜损耗为定子铜损耗为 s2sCu3RIps二、三相异步电动机的功率及功率平衡二、三相异步电动机的功率及功率平衡 正常运行情况下的异步电动机,由于转子转速接近于同步转速,所正常运行情况下的异步电动机,由于转子转速接近于同步转速,所以气隙旋转磁场与转子铁心
13、的相对转速很小。再加上转子铁心和定子铁以气隙旋转磁场与转子铁心的相对转速很小。再加上转子铁心和定子铁心同样是用心同样是用0.5mm0.5mm厚的硅钢片叠压成,转子铁损耗很小,可以忽略不计,厚的硅钢片叠压成,转子铁损耗很小,可以忽略不计,因此异步电动机的铁损耗可近似认为只有定子铁损耗,即因此异步电动机的铁损耗可近似认为只有定子铁损耗,即 f2fFesFe3RIpp项目三项目三 交流电动机交流电动机机械工业出版社机械工业出版社 全国技工院校全国技工院校“十二五十二五”系列规划教材系列规划教材 转子绕组中的铜损耗为转子绕组中的铜损耗为 emr2rCur3sPRIp 电动机在运行时,会产生轴承以及风阻
14、等摩擦阻转矩,这也要损耗一部电动机在运行时,会产生轴承以及风阻等摩擦阻转矩,这也要损耗一部分功率,把这部分功率叫做机械损耗,用分功率,把这部分功率叫做机械损耗,用p pm m 表示。表示。在异步电动机中,除了上述各部分损耗外,由于定、转子开了槽和定、在异步电动机中,除了上述各部分损耗外,由于定、转子开了槽和定、转子磁动势中含有谐波磁动势,还要产生一些附加损耗,用转子磁动势中含有谐波磁动势,还要产生一些附加损耗,用p paddadd表示。表示。p paddadd一般不易计算,往往根据经验估算,在大型异步电动机中,约为输出一般不易计算,往往根据经验估算,在大型异步电动机中,约为输出额定功率的额定功
15、率的0.5%0.5%;而在小型异步电动机中,满载时,可达输出额定功率的;而在小型异步电动机中,满载时,可达输出额定功率的(1313)%或更大些。或更大些。转子的机械功率转子的机械功率P Pm m减去机械损耗减去机械损耗p pm m和附加损耗和附加损耗p paddadd,才是转轴上真,才是转轴上真正输出的功率,用正输出的功率,用P P2 2表示,表示,addmm2ppPP项目三项目三 交流电动机交流电动机机械工业出版社机械工业出版社 全国技工院校全国技工院校“十二五十二五”系列规划教材系列规划教材addmCurFeCus12pppppPP因此,可得电源输入电功率因此,可得电源输入电功率P P1
16、1与转轴上输出功率与转轴上输出功率P P2 2的关系为的关系为 综上分析,异步电动运行时,其功率传递过程可用如图所示功率流程图来表示。综上分析,异步电动运行时,其功率传递过程可用如图所示功率流程图来表示。项目三项目三 交流电动机交流电动机机械工业出版社机械工业出版社 全国技工院校全国技工院校“十二五十二五”系列规划教材系列规划教材 从以上功率关系定量分析中看出,异步电动机运行时电磁功率、转子回从以上功率关系定量分析中看出,异步电动机运行时电磁功率、转子回路铜损耗和机械功率三者之间的定量关系是路铜损耗和机械功率三者之间的定量关系是 )1(:1:mCuremssPpP 这个式子说明,若电磁功率这个
17、式子说明,若电磁功率PemPem一定,转差率一定,转差率s s 越小,转子回路铜损耗就越小,转子回路铜损耗就越小,机械功率就越大。电机运行时,若越小,机械功率就越大。电机运行时,若 s s 大,效率一定不高。大,效率一定不高。项目三项目三 交流电动机交流电动机机械工业出版社机械工业出版社 全国技工院校全国技工院校“十二五十二五”系列规划教材系列规划教材若考虑电源电压及电机的一些参数与电磁转矩的关系,则:若考虑电源电压及电机的一些参数与电磁转矩的关系,则:221221202()CsrUTf rsX 由上式可知,转矩还与定子每相电压的平方成正比,所以当电源电压有由上式可知,转矩还与定子每相电压的平
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