异步电动机的功率转矩与运行性能要点课件.ppt

1、教学要求：教学要求：1 1、掌握异步电动机的功率流程和转矩平衡、掌握异步电动机的功率流程和转矩平衡2 2、掌握异步电动机的机械特性、掌握异步电动机的机械特性 3 3、熟悉异步电动机的运行性能、熟悉异步电动机的运行性能 一、功率关系一、功率关系1PmecP1Cup2CupFep异步电异步电动机在动机在负载时，负载时，从电源从电源输入的输入的电功率电功率消耗于定子绕组的消耗于定子绕组的电阻而变成铜耗电阻而变成铜耗消耗于定消耗于定子铁心变子铁心变为铁耗为铁耗借助于气隙旋借助于气隙旋转磁场的作用，转磁场的作用，从定子通过气从定子通过气隙传送到转子，隙传送到转子，这部分功率称这部分功率称为电磁功率为电磁

2、功率在转子电在转子电阻上消耗阻上消耗的铜耗的铜耗正常运行时，转差率很小，转正常运行时，转差率很小，转于中磁通的变化频率很低，通于中磁通的变化频率很低，通常仅常仅13Hz，所以转子铁耗，所以转子铁耗一般可略去不计。因此，从传一般可略去不计。因此，从传送到转子的电磁功率中扣除转送到转子的电磁功率中扣除转子铜耗后，可得转换为机械能子铜耗后，可得转换为机械能的总机械功率的总机械功率2Pmecpp再扣除转子的机械损耗再扣除转子的机械损耗pmec和杂散损耗和杂散损耗p，可得转子轴，可得转子轴上输出的机械功率上输出的机械功率P21PmecP1Cup2CupFep2Pmecpp再扣除转子的机械损耗再扣除转子的

3、机械损耗pmec和杂散损耗和杂散损耗p，可得转子轴，可得转子轴上输出的机械功率上输出的机械功率P2MP功率方程式转差功率11 113cosPU I21113cupI R203FempI R 221123MCuFeRPPppIs2222223cos3cosMPE IE I22223cuMpI RsP2(1)mMCuMPPps P2()mmaPPpp2:1:(1)MCumPpPss可见，转速n越低，s越大，转子铜耗越大 功率等于相应的转矩与机械角速度的乘积。功率等于相应的转矩与机械角速度的乘积。附加损耗转矩电动机输出的机械转矩机械损耗转矩电磁转矩空载转矩二、转矩关系二、转矩关系PT2mmaPPpp

4、220maTTTTTT 电磁转矩既等于总机械功率除以转子的机械角速度，电磁转矩既等于总机械功率除以转子的机械角速度，也等于电磁功率除以旋转磁场的同步角速度。也等于电磁功率除以旋转磁场的同步角速度。11(1)mMMMnPs PPPn1mMPPT电磁转矩公式转矩因数2222dpTpm N kC 21222222221112222222(4.44)coscos226060()coscos2dpmMdpmTmmf N kIPm E ITnnpm N kICI一、机械特性的参数表达式一、机械特性的参数表达式2122211212212221121232()()6032()()U RsTnRRsXXpU R

5、sfRRsXX二、固有机械特性二、固有机械特性1、固有机械特性曲线、固有机械特性曲线22112211211112331122 2()2()mpUpUTf XXfRRXX 222212112()mRRsXXRXX 过载能力过载能力-过载倍数过载倍数mmNTkT普通电机km=1.62.2，在有特殊要求时也可特殊制造成km=2.22.8。sTstk(0,1)ns212221121232()()spU RTfRRXXsstNTkT2、稳定运行问题、稳定运行问题l当当TTL时，加速转矩时，加速转矩TJ为正值，电动机为正值，电动机加速。加速。l当当TTL，TJ为负值，电动机减速。为负值，电动机减速。l当当

6、TTL时，时，TJ=0，转速才能维持不变，转速才能维持不变，电动机处于平衡状态。电动机处于平衡状态。转矩与运行的关系转矩与运行的关系LdTTJdtl电机在运行时会受到外界因素的扰动(或由于电路的原因使T发生变化，或由于机械的原因使TL发生变化)，破坏了稳态平衡，使转速发生变化。l稳定若扰动因素消除后，电动机的转速仍然能恢复到原有的状态。l不稳定若扰动因素消除后，电动机的转速不能恢复到原有的状态。s sk随着转速的增加，电磁转矩减少，能保持稳定运行随着转速的增加，电磁转矩随之增大，不能保持稳定运行临界转差率sk稳定运行条件稳定运行条件dsdTdsdTL1、降低定子端电压的人为机械特性snsm10

7、TLUN0TstTmTn0A0.8UN0.64Tst0.64Tm三、人为机械特性三、人为机械特性2、转子电路内串联对称电阻时的机械特性 转子串入电阻时最大转矩不变；临界转差率成正比增大。212mRsXX2121mRRsXX串的电阻合适时：R2+Rs3Tst2sm2R2+Rs2Tst1sm1R2+Rs11 0TstTm Ts n0n1smR2四、机械特性的实用公式四、机械特性的实用公式 实际应用时，三相异步电机的参数不易得到，这样我们用前面的机械特性参数表达式就很不方便。所以,在实际工程中，若利用异步电机产品目录中给出的数据，找出异步电动机的机械特性公式，即便是粗糙些，但也很有用，这就是实用公式

8、。22211122212122()()mRRRXXTTsRRsXX222112()mRsRXX12122(1)2mmmmmRTsRTsRssssR2mmmTTssss已知电机的额定功率、额定转速、过载能力将将Tm和和sm代入即可得到机械特性方程式。代入即可得到机械特性方程式。9550NNNPTnmmNTk T11NNnnsn2mNNmmNTTssss2(1)mNmmsskk一、性能指标一、性能指标效率效率功率因数功率因数堵转转矩堵转转矩堵转电流堵转电流过载能力过载能力二、工作特性的分析二、工作特性的分析1 1、转速特性、转速特性 异步电动机在额定电压和额定频率下，输出功率变化时转异步电动机在额

9、定电压和额定频率下，输出功率变化时转速变化的曲线速变化的曲线 称为转速特性。称为转速特性。2()nf P 三相异步电动机空载时，转子的转速三相异步电动机空载时，转子的转速 接近于同步转接近于同步转速速 。随着负载的增加，转速。随着负载的增加，转速 要略微降低，这时转子电动要略微降低，这时转子电动势势 增大，转子电流增大，转子电流 增大，以产生大的电磁转矩来平衡负增大，以产生大的电磁转矩来平衡负载转矩。因此，随着载转矩。因此，随着 的增加，转子转速的增加，转子转速 下降，转差率下降，转差率 增大。增大。n1nn2sE2I2Pns2 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频率下

10、，输出功率变化时定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子电流的变化曲线 ，称为定子电流特性。，称为定子电流特性。12()If P 空载时，转子电流基本上为零，此时的定子电流就是励磁空载时，转子电流基本上为零，此时的定子电流就是励磁电流电流 ；随着负载的增加，转速降低，转子电流增大，定子；随着负载的增加，转速降低，转子电流增大，定子电流也随之增大，抵消转子电流产生的磁动势，以保持磁动电流也随之增大，抵消转子电流产生的磁动势，以保持磁动势的平衡。定子电流几乎随势的平衡。定子电流几乎随 按正比例增加。按正比例增加。0I2P3 3、功率因数特性、功率因数特性 三相异步电动

11、机运行时必须从电网中吸收滞后的无功功三相异步电动机运行时必须从电网中吸收滞后的无功功率来建立磁场，所以它的功率因数永远小于率来建立磁场，所以它的功率因数永远小于1 1。空载时。空载时,定子定子侧的功率因数很低，不超过侧的功率因数很低，不超过0.20.2；接近额定负载时，定子电流；接近额定负载时，定子电流中的有功电流增加，使功率因数提高，接近负载时，功率因中的有功电流增加，使功率因数提高，接近负载时，功率因数接近于数接近于1 1。但是如果进一步增大负载，由于转差率的增大，。但是如果进一步增大负载，由于转差率的增大，使功率因数角增大，则功率因数减小。使功率因数角增大，则功率因数减小。异步电动机在额

12、定电压和额定频率下，输出功率变化时，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定子功率因数的变化曲线 ，称为功率因数特性。，称为功率因数特性。12cos()f P4 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，异步电动机在额定电压和额定频率下，输出功率变化时，电磁转矩变化曲线电磁转矩变化曲线 ，称为电磁转矩特性。，称为电磁转矩特性。2()Tf P 稳定运行时异步电动机的转矩方程为稳定运行时异步电动机的转矩方程为 ，因为，因为输出功率输出功率 ，所以，所以 。当电动机空载时，电磁转矩当电动机空载时，电磁转矩 。随着负载增加，。随

13、着负载增加，增大，由于机械角速度增大，由于机械角速度变化不大，电磁转矩变化不大，电磁转矩 随随 的变化的变化近似地为一条直线。近似地为一条直线。02TTT22PT02TTP0TT2PT2P5 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，异步电动机在额定电压和额定频率下，输出功率变化时，效率的变化曲线效率的变化曲线 ，称为效率特性。，称为效率特性。2()f P22122121CuFeCumapPPPPpPppppp 空载时，空载时，。随着输出功率的增加，效率也。随着输出功率的增加，效率也在增加。在正常运行范围内因主磁通变化很小，所以铁损耗在增加。在正常运行范围内因主

14、磁通变化很小，所以铁损耗变化不大，机械损耗变化也很小，合起来叫不变损耗。定、变化不大，机械损耗变化也很小，合起来叫不变损耗。定、转子铜损耗与电流平方成正比，变化很大，叫可变损耗。当转子铜损耗与电流平方成正比，变化很大，叫可变损耗。当不变损耗等于可变损耗时，电动机的效率达最大。对中、小不变损耗等于可变损耗时，电动机的效率达最大。对中、小型异步电动机，大约型异步电动机，大约 时，效率最高。如果负载继时，效率最高。如果负载继续增大，效率反而要降低。一般来说，电动机的容量越大，续增大，效率反而要降低。一般来说，电动机的容量越大，效率越高。效率越高。20P 020.75NPP5.5 三相异步电动机参数的

15、测定二、堵转试验及堵转时参数的确定1111(),()ssIf Upf U 堵转试验，也称短路试验，就是使异步电动机转子堵住不转，则T型等效电路中的附加电阻 。0n 1s 210srs O1sp11,ssIp1U1sI 为了使堵转试验时电动机的堵转电流不致过大，可降低电源电压进行，一般从 开始，然后逐步降低电压。为了避免定子绕组过热，试验应尽快进行。记录端电压、定子堵转电流和功率，并测量定子绕组的电阻。根据记录，绘制电动机的堵转特性 。110.4NUUO1sp11,ssIp1U1sI第四节第四节 三相异步电动机参数的测定三相异步电动机参数的测定一、堵转试验一、堵转试验 堵转试验，也称短路试验，就

16、是使异步电动机转子堵住不堵转试验，也称短路试验，就是使异步电动机转子堵住不转，转，则，则T T型等效电路中的附加电阻型等效电路中的附加电阻 。0n 1s 210sRs 为了使堵转试验时电动机的堵转电流不致过大，可降低电为了使堵转试验时电动机的堵转电流不致过大，可降低电源电压进行，一般从源电压进行，一般从 开始，然后逐步降低电压。为开始，然后逐步降低电压。为了避免定子绕组过热，试验应尽快进行。记录端电压、定子堵了避免定子绕组过热，试验应尽快进行。记录端电压、定子堵转电流和功率，并测量定子绕组的电阻。根据记录，绘制电动转电流和功率，并测量定子绕组的电阻。根据记录，绘制电动机的堵转特性机的堵转特性

17、。110.4NUU1111(),()ssIf Upf U1r1x2x2rmr1sI 1Umx 电机堵转时，电机堵转时，则，则T T型等效电路中的附加电型等效电路中的附加电阻阻 ，等效电路如图所示：，等效电路如图所示：0n 1s 210sRs 由于由于 ，可以认为励，可以认为励磁支路开路，则磁支路开路，则 ，铁耗可忽略不计。此时输铁耗可忽略不计。此时输出功率和机械损耗为零，出功率和机械损耗为零，全部输入功率都变成定子全部输入功率都变成定子铜耗与转子铜耗。铜耗与转子铜耗。mI02mZZ2211 111 22spm I Rm I R0I0211sIII 2211 1121 1()sssspm IRR

18、m IR11ssUZI121 1ssspRm I22sssXZR二、空载试验二、空载试验)(110UfP)(110UfI 1010,PI1UO（1 1）机械损耗和铁耗的分离）机械损耗和铁耗的分离 由于异步电动机处于空载状态，转子电流很小，转子里的由于异步电动机处于空载状态，转子电流很小，转子里的铜损耗可忽略不计。所以这个时候的空载功率全部消耗在定子铜损耗可忽略不计。所以这个时候的空载功率全部消耗在定子铜耗、铁耗、机械损耗中，即：铜耗、铁耗、机械损耗中，即：从空载功率中扣除定子铜耗以后，即得铁耗与机械损耗之和：从空载功率中扣除定子铜耗以后，即得铁耗与机械损耗之和：2101 11Fempm I R

19、pp2101 11Fempm I Rpp在上面的损耗中，铁耗是随着定子的端电压变化的，与磁密的在上面的损耗中，铁耗是随着定子的端电压变化的，与磁密的平方成正比，近似地看成为与电动机的端电压成正比。而机械平方成正比，近似地看成为与电动机的端电压成正比。而机械损耗与电压无关，只要转速不变，可认为是常数。这样就可以损耗与电压无关，只要转速不变，可认为是常数。这样就可以作出作出 对对 的关系曲线。的关系曲线。Fempp21U如图所示如图所示,把图中曲线延长与纵坐标轴交于点把图中曲线延长与纵坐标轴交于点 ，过，过 做一做一水平虚线，把曲线的纵坐标分成两部分。由于机械损耗与转水平虚线，把曲线的纵坐标分成两

20、部分。由于机械损耗与转速有关，电动机空载时，转速接近于同步转速，对应的机械速有关，电动机空载时，转速接近于同步转速，对应的机械损耗是个不变的数值。即可由虚线与横坐标轴之间的部分来损耗是个不变的数值。即可由虚线与横坐标轴之间的部分来表示这个损耗，其余部分当然就是铁损耗了。表示这个损耗，其余部分当然就是铁损耗了。21010 13PI r21UOOFepmecpOO（2 2）励磁参数的确定）励磁参数的确定 空载时，转差率空载时，转差率 ，则，则T T型等效电路中的附加电阻型等效电路中的附加电阻 ，则等效电路呈开路状态。根据电路，可得励磁参数：则等效电路呈开路状态。根据电路，可得励磁参数：1r1xmr 1Umx10I 可从短路（堵转）试验中测出。1x0s 21sRs 11010mUXXXI2103FempRI22mmmZRX