异步电动机功率（课堂PPT）

第八章异步电动机功率、转矩和运行分析,1,郝,主要内容1异步电机功率及转矩方程2异步电动机转矩转差率曲线3异步电动机工作特性4异步电机启动方法,2,郝,8.1异步电机功率及转矩方程,一、损耗及功率平衡方程,在等效电路上表示功率和损耗：,三相功率及损耗需3,3,8.1异步电机功率及转矩方程,一、损耗及功率平衡方程,4,8.1异步电机功率及转矩方程,一、损耗及功率平衡方程,异步电动机的功率和损耗有：,输入功率,定子铁损,电磁功率,机械功率,输出功率,定子铜损,转子铜损,5,8.1异步电机功率及转矩方程,一、损耗及功率平衡方程,两个重要关系式,可见，从气隙传递到转子的电磁功率分为两部分，一小部分变为转子铜损耗，绝大部分转变为总机械功率。转差率越大，转子铜损耗就越多，电机效率越低。因此正常运行时电机的转差率均很小。,异步电动机的功率平衡方程式：,6,8.1异步电机功率及转矩方程,一、损耗及功率平衡方程,异步电动机的功率平衡方程式：,效率为,7,8.1异步电机功率及转矩方程,二、转矩平衡方程,在式的两边同时除以机械角速度得,令为空载损耗,其中为机械角速度，单位rad/sM2为输出转矩，单位NmM为电磁转矩，单位NmM0为空载转矩，单位Nm,转矩由机械功率产生，机械功率除以轴的机械角速度就是电磁转矩。,PS：转矩的另一个符号T,8,8.1异步电机功率及转矩方程,二、转矩平衡方程,电磁转矩,电磁转矩从转子方面看，它等于总机械功率除以转子机械角速度；从定子方面看，它又等于电磁功率除以同步机械角速度。,式中1为同步机械角速度。,9,8.1异步电机功率及转矩方程,三、电磁转矩M的物理概念,1为电角速度,为转子电路的功率因数角,10,8.1异步电机功率及转矩方程,三、电磁转矩M的物理概念,11,8.1异步电机功率及转矩方程,三、电磁转矩M的物理概念,12,8.1异步电机功率及转矩方程,三、电磁转矩M的物理概念,13,8.1异步电机功率及转矩方程,三、电磁转矩M的物理概念,14,8.1异步电机功率及转矩方程,三、电磁转矩M的物理概念,已知一台三相四极异步(感应)电动机，额定功率PNl0kW、额定电压UN380V、sN=0.03、定子绕组接法，定子每相电阻r1=1.375、漏抗x12.43、转子电阻的折算值r2=1.047、漏抗归算值x2=4.4、激磁阻抗rm8.34、激磁电抗xm82.6，电动机的机械损耗p=100W，额定负载时的杂散损耗pad=50W。,(1)额定负载时定子电流，定子功率因数和电动机的效率;,(2)电机额定运行时的电磁转矩,15,8.1异步电机功率及转矩方程,三、电磁转矩M的物理概念,16,8.2异步电机转矩转差率曲线,一、电磁转矩与转差率的关系：M-s曲线,17,8.2异步电机转矩转差率曲线,一、电磁转矩与转差率的关系：M-s曲线,在电源电压U1、频率f1确定的情况下，对于一台电机，转矩M与转差率s有关，其关系曲线即为M-s曲线。,18,8.2异步电机转矩转差率曲线,一、电磁转矩与转差率的关系：M-s曲线,(4)当s=0(n=n1)时，转矩为0，如图D点所示。,19,8.2异步电机转矩转差率曲线,一、电磁转矩与转差率的关系：M-s曲线,电磁转矩与转速（转差率）之间的关系曲线，称为电机的机械特性。,20,8.2异步电机转矩转差率曲线,二、最大转矩与启动转矩,1.最大转矩：可以根据高等数学中求极值的方法求得。,r1很小可以忽略,21,8.2异步电机转矩转差率曲线,二、最大转矩与启动转矩,最大转矩Mm,(1)当电机参数确定，f1不变时，最大转矩正比于电压的平方，但临界转差率与电源电压无关；,(3)当电机参数确定，U1不变时，最大转矩随f1的升高而变小；,(4)最大转矩与转子电阻无关，但是转差率与转子电阻成正比；,一般为1.62.5，越大表示过载能力越强,22,8.2异步电机转矩转差率曲线,二、最大转矩与启动转矩,23,8.2异步电机转矩转差率曲线,二、最大转矩与启动转矩,结论：,异步电动机调节转子电阻时机械特性会发生变化。,24,8.2异步电机转矩转差率曲线,二、最大转矩与启动转矩,2.启动转矩Mst：电机启动时n=0、s=1，代入转矩公式,可见：,25,8.2异步电机转矩转差率曲线,二、最大转矩与启动转矩,(3)当U1、f1不变时，漏抗越大启动转矩越小；,26,8.2异步电机转矩转差率曲线,二、最大转矩与启动转矩,（4）当转子回路电阻为时sm1，起动转矩达到最大电磁转矩。,(5)起动转矩倍数：，是衡量电动机启动性能的重要指标，一般为1.02.0，特殊场合要求4.0以上。,27,8.2异步电机转矩转差率曲线,三、异步电动机机械特性,1.固有机械特性,2.人为机械特性,机械特性的“软”和“硬”,28,8.2异步电机转矩转差率曲线,三、异步电动机机械特性,1.固有机械特性,29,8.2异步电机转矩转差率曲线,三、异步电动机机械特性,2.人为机械特性,人为机械特性是指人为地改变三相异步电动机的某些参数或电源参数所得到的机械特性。,30,8.2异步电机转矩转差率曲线,三、异步电动机机械特性,31,8.2异步电机转矩转差率曲线,三、异步电动机机械特性,32,8.2异步电机转矩转差率曲线,四、异步电动机运行的稳定性问题,33,8.3异步电动机工作特性,(1)工作特性可通过直接负载法测得；(2)也可用等效电路计算得出。,34,8.3异步电动机工作特性,空载时，转速n接近于n1。随负载增加，n略微降低，此时转子电动势增大，使转子电流I2s增大，以产生较大的电磁转矩来平衡负载转矩。即P2增加，n下降，s增大。转速特性是一条平缓下降的特性曲线，如图所示。,35,8.3异步电动机工作特性,空载时，转子电流I2近似为零，定子电流等于励磁电流I0。随着负载的增加，转速下降（s增大），转子电流增大，由于，所以定子电流也增大。,36,8.3异步电动机工作特性,空载时P2=0，电磁转矩M等于空载转矩M0。随着P2的增加，考虑到P2增加时，n稍有降低，故M2=f(P2)随着P2增加略向上偏离直线，是一条稍向上翘的曲线。,37,8.3异步电动机工作特性,电机属电感性负载，功率因数总是滞后的。空载时，只有励磁电流，功率因数很低。负载电流（有功）增加时，功率因数提高。接近额定负载时，功率因数达到最高。过载时，n迅速降低，s增大，使2增大，cos2迅速下降，引起cos1下降，如图所示。,38,8.3异步电动机工作特性,空载时损耗占比例大，效率低；随P2增加，增加，当负载过大，铜损增加快，使效率下降，如图所示。,效率、功率因数都是在额定负载附近达到最高，故合理选用电动机容量，对电动机的寿命、功率因数和效率都有很实际的意义。,39,8.3异步电动机工作特性,40,8.4异步电动机启动方法,41,8.4异步电动机启动方法,一、笼型异步电动机起动方法,启动电流,小,42,8.4异步电动机启动方法,一、笼型异步电动机起动方法,启动时2很大，使cos2很小,启动时I0很小，主磁通m很小,异步电动机启动时电流很大，而启动转矩并不大。,43,8.4异步电动机启动方法,一、笼型异步电动机起动方法,启动时，应该在保证一定大小的启动转矩的前提下，要求限制启动电流在允许的范围内。,44,8.4异步电动机启动方法,一、笼型异步电动机起动方法,45,8.4异步电动机启动方法,一、笼型异步电动机起动方法,（3）星形三角形（Y-）换接启动,46,8.4异步电动机启动方法,二、绕线型异步电动机的启动方法,三相绕线型异步电动机转子中有三相绕组，可以通过滑环和电刷串接外加电阻或阻抗，适当增加转子串接电阻，可以减小启动电流并提高电动机的启动转矩。,47,8.4异步电动机启动方法,二、绕线型异步电动机的启动方法,当转差率sm1时，Mst=Mm，起动转矩达到最大电磁转矩。此时有,转子电阻折算前后的关系为：,其中rst为转子回路中串入的外接电阻。,48,8.4异步电动机启动方法,二、绕线型异步电动机的启动方法,按照绕线型异步电动机启动过程