电机学孙旭明王善明版第15章.ppt

第15章 三相异步电动机的功率、转矩和运行特性,稳态运行时的功率和转矩关系 电磁转矩及其与参数的关系 运行特性 参数的测定方法,15.1 三相异步电动机的功率与转矩关系,功率平衡关系,铁耗（只考虑定子铁耗）：,定子铜耗：,输入有功功率：,功率平衡关系,传递给转子的电磁功率：,电磁功率也可表示为：,功率平衡关系,电阻 上的损耗代表传递给电动机转轴上的机械功率：,转子绕组的铜耗,功率平衡关系,电磁功率Pem一定时，转差率s越大，转子铜耗pCu2越大，电机的效率越低。,功率平衡关系,电机在旋转中，还会产生机械损耗 pm（风阻、摩擦损耗等）以及附加损耗 pad 。,输出功率：,通常认为：,功率平衡关系,功率流程图,转矩平衡关系,机械功率等于作用在旋转体上的转矩与机械角速度的乘积：,电磁转矩T 等于转轴的输出转矩T2 与空载转矩T0（机械损耗和附加损耗转矩）之和。,15.2 三相异步电动机的机械特性,三相异步电动机的机械特性是指在定子电压、频率和参数固定的条件下，电磁转矩T 与转速n 或转差率s 之间的函数关系Tf(n)或Tf(s) 。 用曲线表示时，常以转速n 或转差率s 为纵坐标，以电磁转矩T 为横坐标，简称 T-s曲线。,电磁转矩的一般表达式,电磁转矩T 既等于机械功率Pm除以转子机械角速度 ，也等于电磁功率Pem除以同步机械角速度1 。,电磁转矩的一般表达式,电磁转矩T与每极磁通量m、转子电流、I2、转子功率因数cos2的乘积成正比。即：T与m和转子电流的有功分量的乘积成正比。,机械特性的参数表达式,定量分析电磁转矩T 与转差率s 的关系。,机械特性的参数表达式,电磁转矩T 与转差率s 的关系,电磁转矩T与转差率s（或转速n）之间不是线性关系。 当定子相电压U1 和频率f1 一定时，电机参数可视为常数，电磁转矩T 仅和转差率 s 有关。,固有机械特性,固有机械特性：电压、频率均为额定值不变，定、转子回路不串任何电路元件时的机械特性（T-s曲线）。,固有机械特性,固有机械特性,电动机状态,发电机状态,电制动状态,固有机械特性,C点：额定运行点,B点：最大转矩点,A点：堵转点（最初起动点）,固有机械特性的关键点,额定电磁转矩TN ：额定运行时的电磁转矩。,固有机械特性,额定运行点C,（T2NTN）,额定输出转矩T2N ：,（kW）,堵转转矩Ts ：在额定电压和额定频率下堵转时（s1）的电磁转矩 。,固有机械特性,堵转点A,堵转转矩倍数kst ：堵转转矩Ts与额定转矩TN之比。反映电动机带负载起动的能力。,堵转电流 Is ，堵转电流倍数ksi,固有机械特性,堵转点A,Ts与电压U1的平方成正比。 漏电抗增大，Ts 减小。,最大转矩Tm ：在额定电压和额定频率下稳态运行时能产生的最大异步电磁转矩 。,固有机械特性,最大转矩点B,过载能力km ：最大转矩Tm与额定转矩TN之比。反映电动机的短时过载能力。,固有机械特性,最大转矩点B,临界转差率sm ：产生最大电磁转矩时的转差率。,令 ，得：,正、负号分别对应为电动机、发电机状态。,固有机械特性,最大转矩点B,忽略定子电阻R1，c1时：,最大转矩Tm与电压U1的平方成正比。 Tm近似与定、转子漏电抗之和成反比。 Tm与转子电阻R2无关。 临界转差率sm与R2成正比，与定、转子漏电抗之和成反比，与电压U1无关。,人为机械特性,人为机械特性：在外施电压或频率不是额定值，或定、转子回路串入电路元件时的机械特性。,n1与U1无关； sm与U1无关； 电磁转矩T 与U1的平方成正比。,改变定子端电压的人为机械特性,降低定子电压U1，其他量不变时的机械特性。,人为机械特性,转子串接电阻的人为机械特性,n1与U1无关； sm与转子回路电阻成正比； Tm与转子回路电阻无关。,三相绕线转子异步电动机转子回路串接对称电阻。,Rs2 Rs1,转子回路串接适当的电阻可以增大堵转转矩。,机械特性,稳定运行问题,电动机能稳定运行,电动机不能稳定运行,1电动机 2负载,15.3 三相异步电动机的工作特性,异步电动机的性能指标 主要有效率、功率因数、过载能力、堵转转矩倍数和堵转电流倍数。,工作特性 电动机定子绕组加额定频率的额定电压时，转速n、电磁转矩T、定子电流I1、定子功率因数cos1、效率 与输出功率P2 之间的关系。,工作特性可通过负载试验直接测得，也可利用等效电路计算得到。,三相异步电动机的工作特性,空载时，转子转速n接近于同步转速n1。 随着负载增加，n降低，转差率s 增大，转子电动势和电流增大，使电磁转矩T增大，与负载转矩平衡。,转速调整特性,三相异步电动机的工作特性,电磁转矩T 随输出功率P2近似线性变化。,电磁转矩特性,三相异步电动机的工作特性,空载时，转子电流接近于零，定子电流为励磁电流I0 。 随着负载增加，n降低，s增大，转子电动势和电流增大，定子电流I1 也增大。,定子电流特性,三相异步电动机的工作特性,空载时，定子功率因数cos1 很低。 随着负载增加，定子有功电流增大，cos1提高，且在额定负载附近达到最大值。 负载进一步增加时， cos1开始降低。,功率因数特性,三相异步电动机的工作特性,当不变损耗等于可变损耗时，效率最高。一般在75%额定负载附近。,不变损耗：pFe ，pm 可变损耗：pCu1 ， pCu2,效率特性,15.4 三相异步电动机参数的测定,通过空载和堵转试验，测量T型等效电路中的6个参数：,堵转试验,转子绕组短路，转子卡住，定子绕组加低电压。 调节定子电压，一般可从0.4UN开始逐渐降低，到定子电流接近额定值为止。 测量定子线电压Uk、定子线电流Ik 、定子输入功率Pk ，测量定子绕组电阻R1 。,堵转时，定子电压Uk 很低，铁耗pFe可忽略。,则定子输入功率Pk 都消耗在定、转子电阻上。,堵转试验,通过堵转试验，可得到定、转子电阻和漏电抗。,（Uk 、Ik为相电压、相电流）,空载试验,电动机空载运行，定子加额定频率的电压。 定子电压由1.11.3倍的额定电压开始逐渐降低，直到转速发生明显变化。 测量定子绕组线电压U0 、定子线电流I0 、定子输入功率P0 。试验结束后应立即测量绕组电阻。,空载运行时，转子电流I2 很小，铜耗pCu2可忽略。,则定子输入功率P0 消耗在空载定子铜耗 pCu10 、铁耗 pFe 、机械损耗 pm 和空载附加损耗 pad0 上。,空载试验,需要将 pFe 与 pm 分离。,铁耗