章异步电机基本理论PPT课件

1、拖动各种生产机械第1页/共176页日常生活中第2页/共176页第3页/共176页第4页/共176页 特征 转速与同步速不等 定转子没有电的联系 感应电机：能量通过电磁感应传递第5页/共176页 分类 相数：三相和单相 单相异步机可用于家用电器 转子：鼠笼式和绕线式 鼠笼式：结构简单、牢固 绕线式：可用于改善启动性能和调速第6页/共176页 优点： 结构简单，制造、使用和维护方便 运行可靠，效率高，价格低廉 异步电动机系列，品种，规格繁多 应用最广、需求最大第7页/共176页 缺点： 转速不易调节 鼠笼式电机的起动性能差 异步电机的激磁须由电网供给，功率因素滞后，增加系统无功负担第8页/共176

2、页下面是它主要部件的拆分图。下面是它主要部件的拆分图。 右图是一台三相鼠笼型异步电动机的外形图。第9页/共176页第10页/共176页 定子 定子铁芯 硅钢片迭成，各片间绝缘 定子齿、槽 定子绕组 通常用双层三相对称短距绕组 小型电机可用单层绕组第11页/共176页 转子 转子铁芯 硅钢片迭成，各片间绝缘 转子齿、槽 转子绕组 鼠笼式 焊接鼠笼和铸铝鼠笼 线绕式 对称绕组，相数可以不为三相第12页/共176页 气隙 定、转子之间的间隙，一般用表示。异步电机的气隙很小，中、小型异步电机=0.21.5mm。 为减小激磁电流，气隙应尽可能地小 气隙应为机械条件所容许的最小值第13页/共176页 定子

3、槽形 半闭口槽 槽口宽度小于槽宽的一半，适用于散嵌绕组 应用于小型电动机 优点：可减小主磁路的磁阻以减小激磁电流第14页/共176页 半开口槽 槽口的宽度略大于槽宽的一半，简化嵌线 适用于500V以下的中型电动机 优点：也可减小主磁路磁阻以减小激磁电流第15页/共176页 开口槽 槽口的宽度等于槽宽 适用于500V以上的大中型电动机 优点： 易于嵌成形绕组。绕组预制成形，绝缘处理后，整体放入第16页/共176页 鼠笼转子槽形 通常采用半闭口槽 槽形取决于对起动和运行性能的要求 小功率电机采用平行齿 槽面积大，转子电阻小，运行性能好第17页/共176页 功率较大电机采用平行槽 槽面积相对减小，转

4、子电阻增大，起动性能好第18页/共176页 凸形槽、刀形槽可进一步提高起动转矩第19页/共176页 闭口槽可减小杂散损耗，但漏磁较大，功率因素低第20页/共176页 鼠笼转子的制造 焊接 用铜条焊接成鼠笼状 铸铝 用铝代替铜 可采用浇铸法或压铸法，将熔化的铝注入转子槽中 风扇与转子做成一个整体第21页/共176页 鼠笼转子的结构图第22页/共176页 鼠笼转子的装配图第23页/共176页 线绕转子的结构特点 与定子有相同极数的对称绕组 相数可以与定子不同，通常采用三相星形连接 转子上有集电环，与转子绕组相连 集电环上有一电刷，与外接变阻器相连 改善起动性能 起动完毕切除外接变阻器 调节转速第2

5、4页/共176页 线绕转子的装配图第25页/共176页 异步电动机的铭牌和额定值 额定功率 额定方式下运行时，轴上输出的机械功率 额定电压 额定方式下运行时，定子绕组应加的线电压)kW,W(:PN)kV,V(:UN第26页/共176页 额定电流 额定电压和额定功率运行时，流入定子绕组的额定线电流 额定频率 工业频率为 额定转速 额定状态运行时的转子转速)A(:INHz50第27页/共176页 其他 电机的功率因数，相数，接线法 外壳防护等级及绝缘等级 线绕式异步电机：还标明定子外施额定电压时转子开路电压及转子额定电流第28页/共176页 国产电动机简介 J，JO系列 1953年：中小型三相鼠笼

6、式异步电机 J2，JO2，JO3，JO4系列 60年代：E级绝缘，减轻质量和体积第29页/共176页 Y系列 80年代：B级绝缘，性能优良，运行可靠 Y2系列 90年代：CAD技术，体积更小，效率更高第30页/共176页 派生系列和专用系列 YR线绕式转子电动机 YX高效率电动机 YA、YB、YF 防爆类异步电动机 YZ 起重及冶金用异步电动机 YD 变极多速异步电动机 YCT 电磁调速异步电动机第31页/共176页 YLJ 力矩异步电动机 YQ 高起动转矩异步电动机 YH 高转差率异步电动机 YDF 电动阀门异步电动机 YTD 电梯异步电动机 YEZ 锥形转子制动异步电动机第32页/共176

7、页 新型单相异步机的发展 单相电阻起动 单相电容起动 单相电容运转 单相罩极第33页/共176页9.2 9.2 三种运行状态三种运行状态 9.2.1 三相异步电机原理 异步电机定子绕组接在三相对称交流电网上，转子绕组对称短路。定子绕组中流过三相对称电流，在气隙中将建立基波旋转磁场。这个基波旋转磁场在短路的转子绕组中感应电动势并产生相应的电流，该电流与气隙中的旋转磁场相互作用而产生电磁转矩。 第34页/共176页相绕组磁势及其基波 (见04旋转磁势)第35页/共176页三相合成磁势及其基波第36页/共176页第37页/共176页第38页/共176页第39页/共176页第40页/共176页n转差

8、率ns =(n1-n)n1n同步转速n1 -n1=60f1p n转子转速n -转子的机械转速 第41页/共176页n三种运行方式 当异步电机的负载发生变化时，转子的转差率随之变化，使得转子导体的电势、电流和电磁转矩发生相应的变化，因此异步电机转速随负载的变化而变动。 n电动机运行n发电机运行n电磁制动第42页/共176页 电动机运行 异步电动机转速通常在同步转速以下， 电磁力Fe克服外力F作功nn1FeFxob)(1s011nnns/)(1nn Delta n 第43页/共176页 当转子转速低于旋转磁场转速时转差率0s n1)，则转差率s0。此时转子导体中的感应电动势以及电流的有功分量将与电

9、动机状态时相反，因此电磁转矩的方向将与旋转磁场和转子转向两者相反，即电磁转矩为制动性质的转矩。为使转子持续地以高于旋转磁场的转速旋转。原动机的驱动转矩必须克服制动的电磁转矩；此时转子从原动机输入机械功率，通过电磁感应由定于输出电功率，电机处于发电机状态。 第46页/共176页 电磁制动 电磁转矩制止转子的加速bn1FeFnxo1s,0n Delta n 第47页/共176页 若由机械或其他外因使转子逆着旋转磁场方向旋转(n1。此时转子导体“切割”气隙磁场的相对速度方向与电动机状态时相同，故转子导体中的感应电动势和电流的有功分量与电动机状态时同方向，电磁转矩方向亦相同。但由于转子转向改变，故对转

10、子而言，此电磁转矩表现为制动转矩。此时电机处于电磁制动状态，它一方面从外界输入机械功率，同时又从电网吸取电功率，两者都变成电机内部的损耗。第48页/共176页第49页/共176页n电机稳定运行时定转子之间的作用力（电磁力） 拉不断的橡皮筋=第50页/共176页 主磁通和漏磁通 主磁通 由基波磁势产生的互磁通，交链着定子绕组和转子绕组 用 m表示 主要路径：定转子齿、轭，气隙 最重要特征：穿过气隙第51页/共176页第52页/共176页 漏磁通 除去主磁通以外的磁通, 不传递能量 定、转子绕组漏磁通只匝链定、转子绕组本身第53页/共176页 漏磁通组成 不穿过气隙的 槽漏磁通 端部漏磁通 穿过气

11、隙的 谐波漏磁通，但不产生有用转矩第54页/共176页 +槽漏磁通槽漏磁通端部漏磁通端部漏磁通第55页/共176页谐波磁通全部归于漏磁通谐波电势为全部电势与基波电势之差谐波磁通称为差异漏磁通，简称差漏磁通定转子漏磁通均包含槽漏磁通端部漏磁通谐波漏磁通第56页/共176页 9.3三相异步电机的等效电路 转子不动时的异步电机 电磁物理过程 假设条件： 不考虑漏磁，气隙中只有基波磁通 定转子中只有基波电势 漏电势作用以漏抗上的压降表示第57页/共176页 将异步电动机转轴卡住，转子绕组短路，在定子方施加一三相对称的低电压，此时异步电动机的运行称为转子静止时的运行，也称为堵转试验或短路试验（相当于变压

12、器做短路实验）第58页/共176页 定子对称三相绕组流过对称的三相电流产生圆形旋转磁动势F1 产生旋转磁场同时切割定子、转子绕组产生三相对称的感应电动势转子绕组中出现三相对称的电流转子绕组产生圆形旋转磁动势F2 与F1 同转速、同转向，保持相对静止。实际电机旋转磁场是F2 与 F1 共同作用的结果。第59页/共176页 堵转条件下异步电机电磁过程分析堵转条件下异步电机电磁过程分析2I2E2F2RI22Em1I1F1E1E11RI第60页/共176页 转子不动时的定、转子回路，转子不动时的定、转子回路，没有电的直接联系。没有电的直接联系。n=0r2x2r1x1E2E1f2=f1f1I1I2U1第

13、61页/共176页n1=60f1/pf2=n1p/60 =(60f1/p)*p/60 =f1第62页/共176页 n0，异步机与变压器类似 定子绕组相当于变压器的原边 转子绕组相当于变压器的副边，且短路 区别呢 ？ ？第63页/共176页 电压平衡方程式 下标1表示定子侧，2表示转子侧 为定子的电阻和漏抗 为转子的电阻和漏抗11111U = -E +I (r + jx)22220 = E -I (r + jx)rx11、rx22、第64页/共176页 电磁关系（n=0时） 电磁关系与变压器类似 定转子电流频率相同 转子为多相绕组，流过对称电流，产生旋转磁场第65页/共176页转子的旋转磁场速度

14、与定子的相同定转子电流共同产生合成磁场外加电压与感应电势和漏阻抗压降平衡感应电势反映主磁通的大小第66页/共176页 磁势平衡式L1m1III L1m1FFF 2L1FF 抵抵消消转转子子磁磁势势去去磁磁作作用用L1F m12F= F + F第67页/共176页 I1L称为定子电流的负载分量。在负载运行时，异步电动机定子电流I1分成Im和I1L两个分量：Im是励磁电流用于建立电机铁心中的主磁通m，I1L是负载分量用于建立磁动势F1L去抵消二次侧磁势F2。 第68页/共176页 定转子绕组的磁势 m1、m2分别为定转子绕组的相数p/)IkN(9.0m21Fp/)IkN(9.0m21Fp/)IkN

15、(9.0m21Fmwl11m22w22m211w11m1 第69页/共176页 定子绕组和转子绕组必须有相同极数p/)IkN(9.0m21p/)IkN(9.0m21p/)IkN(9.0m21mwl1122w2211w11 第70页/共176页n 所得方程里既有电量，又有磁量n 实质是一个电磁混合问题n 处理办法：n 折算，简化关系，消去磁量难点，注意听了！第71页/共176页 折算 定义：就是把转子绕组折算到定子 特征：转子绕组折算到定子后 有相同相数 有相同匝数 有相同的绕组系数 目的：求得等效电路，简化问题，找出定、 转子边电的联系 原则：折算前后电机的电磁关系不变考点！第72页/共176

16、页 电流的折算： 转子磁势保持不变 等效转子 实际转子p/)IkN(9.0m21p/)IkN(9.0m2122w2221w11 22w2222i11w1m N kI=I= I /km N kik 电流比第73页/共176页 电势的折算： 转子视在功率保持不变222221IEmIEm 2e22w21w12EkEkNkNE 电电势势变变比比 ek第74页/共176页 阻抗的折算 保持转子铜耗不变22222221rImrIm 2ie222w21w1212rkkr)kNkN(mmr 阻阻抗抗变变比比 iekk第75页/共176页n阻抗的折算n保持转子无功不变()2212222222222212ei2m

17、 I x=m IxmIx=xmI =k k x第76页/共176页 归算后的平衡式对等效转子列出的量11111 2222 1m2121mmmmmU= - E+ I(r + jx)0 = E- I(r + jx)I= I+ (- I)E= E- E= IZ= I(r+ jx)激激磁磁阻阻抗抗 mmmjxrZ第77页/共176页 等效电路（一相转子静止时）r22x mr1x1rI2 1I 1U mI mxEE21 第78页/共176页转子静止时的运行状况雷同于变压器，有完全类似的等效电路，该问题已解决。要是能找到旋转运行时各量与静止运行的关系就好了！第79页/共176页 转子转动后的异步电机磁场2

18、I)(22fE2F22)(RfI2)(22fEm1I1F1E1E11RI第80页/共176页 转子转动后对转子各物理量的影响 转子电势和电流的频率（转子为参考）111112sfnnn60pn60/)nn(pf 转子旋转时，转子绕组的电势、电流的频率决定于气隙中的旋转磁场和转子的相对转速。气隙中旋转磁场以（n1-n）的转速切割转子，故转子绕组中电势和电流的频率为f2。第81页/共176页 f2亦称为转差频率。当转子不转时，n=0，s=1，f2=f1。异步电机在作电动机额定运行时，s值很小，一般在0.010.04范围内变化。当f1=50Hz时，f2=0.5Hz2Hz，可见此时转子铁心中主磁通交变的

19、频率很低，转子铁耗很小，可以忽略不计。第82页/共176页 转子基波磁势相对于转子的转速 转子基波磁势相对于定子的转速 不论转子如何转动转子基波磁势与定子基波磁势没有相对运动！nnsnpsf60pf60n11122 112nnsnnn 考过若干次了！呵呵第83页/共176页 转子转动后的基本方程（找关系） 2m2w21m2w22s2sEkNsf44. 4kNf44. 4E 0=E-I(r+jx)2s2s22sx=2f L=2sf L=sx2s22122第84页/共176页)jxr (IEU11111 111122112222WWWmN kN kN kmmmIIIppp 转

20、子旋转时，定、转子绕组中电流频率不同，故不能将定、转子平衡方程式联立求解。m12F= F + F第85页/共176页由于异步电机定、转子无电的直接联系，转子只是通过其磁动势F2对定子作用，因此只要保证F2不变，可以用一个静止的转子来代替旋转的转子，而定子方各物理量不发生任何变化，即对电网等效-频率归算。第86页/共176页n频率折算n原因：n0时，定转子电流频率不同n目的：用等效的转子电路代替实际转子电路，且与定子电路同频率n原则：折算后转子电流的大小和相位不变，即损耗、功率不变n归算对定子回路没有影响第87页/共176页 上式告诉我们，不能简单地将旋转的转子堵住，而应在转子回路中串入一个(1

21、-s)R2/s的电阻，使得回路电阻变为R2/s，再将其堵转，这样才能保证I2=I2s。上述分析说明，转子回路中串入一个(1-s)R2/s的模拟电阻并堵转起来，与原旋转的转子相比，F2不变，这种变换称为频率折算。 最令人费解的方程第88页/共176页2s2s22sEI =(r +jx)电流频率的变化：2222E=r +r (1-s)/s+jx222E=r /s+jx222sE=r +jsx2= I第89页/共176页n折算前后的变化：用r2/s代替r222s22222=arctan(x/r )=arctan(sx/r )=arctanx/(r /s)第90页/共176页经过频率折算，用等效的静止

22、的转子来代替原来旋转的转子 第91页/共176页转动时的电路转动时的电路E1E2sf2=sf1m2,N2,kw2m1,N1,kw1U1I1I2nr2x2sr1x1f1第92页/共176页E1E2f2=f1m2,N2,kw2m1,N1,kw1U1I1I2n=0r2x2r1x1f1r2(1-s)/s频率归算后的电路频率归算后的电路第93页/共176页频率折算的物理意义频率折算：将转动的转子等效为不转 的转子折算后，转子回路中增加了一个电阻，即模拟电阻： 模拟电阻应反映电机的转动模拟电阻电功率为 ，模拟了轴上的机械功率s/ ) s1(rI222 s/ ) s1(r2 第94页/共176页9.4 等效

23、电路及相量图参数目的：找出定转子各量间的电的联系。 思路：频率折算，旋转转子=静止转子 绕组折算，静止转子=等效转子革命成功分了两步走。第95页/共176页9.4.1 频率折算 目的：目的：为了简化计算，便于导出统一的等效电路。为了简化计算，便于导出统一的等效电路。方法：方法：用一个静止的转子来代替旋转的转子用一个静止的转子来代替旋转的转子 。条件：条件：折算前后磁动势折算前后磁动势F2不变；不变；折算前后折算前后 转转子的各种功率不变。子的各种功率不变。第96页/共176页转动转子各物理量(f2)静止转子各物理量(f1)I2sE2sR2X2sI2E2R2X2第97页/共176页9.4.2 绕

24、组折算目的：目的：为了简化计算，便于导出统一的等效电路。为了简化计算，便于导出统一的等效电路。方法：方法：把转子绕组折算到定子侧。用一个相数为把转子绕组折算到定子侧。用一个相数为m1、匝数为、匝数为N1、绕组系数为、绕组系数为kW1(与定子相同的与定子相同的)的的等效转子绕组来替代原来的转子绕组等效转子绕组来替代原来的转子绕组。条件：条件：折算前后磁动势折算前后磁动势F2不变；不变；折算前后折算前后 转转子的各种功率不变。子的各种功率不变。第98页/共176页 对异步机进行了频率归算后，因定转子频率不同而发生的问题解决了，但还不能把定转子电路联系起来，因 所以还要象变压器的处理方法一样，进行绕

25、组归算，才能得出两个电路有电的联系的等效电路。所谓绕组的归算，就是人为的用一个相数，匝数以及绕组系数和定子一样的绕组去代替原来的转子绕组，在折算中必须保证归算前后转子的电磁效应不变。21EE第99页/共176页由转子磁势不变 2222211229 . 029 . 0IpKNmIpKNmWW得出归算后转子电流 2211122221IKIKNmKNmIiWW由电势与匝数和绕组系数成正比 221122WWKNKNEE2222112EKEKNKNEeWW第100页/共176页1122111122111122122122221144. 444. 444. 4EKKeEEKEEKEKNKNKNKNKNfK

26、NfKNfEeeeWWWWmWmWmW E1和E2是等电位点，就可以将定转子电路连接起来。 第101页/共176页1 电流的折算：除以Ki2 电势的折算：乘以Ke3 阻抗的折算：乘以Ke Ki第102页/共176页转子各物理量的折算折算后的方程式组第103页/共176页各参数均为每相值！ 必考！第104页/共176页11111 2222 1m2121mmmmmU= - E+ I(r + jx)0 = E - I (r /s+ jx)I= I+ (- I )E= E - E= IZ= I(r+ jx)第105页/共176页相量图ImI1-I2 m 1E2=E1I2r2(1-s)/sI2r2jI2

27、x2I2 2-E1I1r1jI1x1U1第106页/共176页 等效电路及简化 计算电机电流、功率、功率因数、效率及转矩 等效电路包含六个参数，可由空载和短路试验求得第107页/共176页 为简化计算，可将T形等效电路进行简化 由于异步机激磁电流相对较大，简化与变压器略有不同第108页/共176页 修正系数: 异步电机中， )jxr/()jxr (1Z/Z1cmm11m11 mm11xr ,xr mxxc/111第109页/共176页 转子电流 r1x1c1r2c1x2-I2c1r2(1-s)/sU1求转子电流的较准确近似电路求转子电流的较准确近似电路)()/(21121112xcxjsrcr

28、UI第110页/共176页定子电流)c/I(I)c/I()xx( j)rr(UZcZUZZIU)I(II12m12m1m112111m1112m1 第111页/共176页求定子电流的较准确近似等效电路求定子电流的较准确近似等效电路U1c1r1c1x1c12r2c12x2-I2/c1c12r2(1-s)/sr1+rmx1+xmImI1第112页/共176页异步电动机的简化等效电路异步电动机的简化等效电路U1r1x1r2x2-I2r2(1-s)/sr1+rmx1+xmImI1容量较大的电机， 1c,xx1m1 第113页/共176页9.5 功率、转矩平衡方程(重点)l 输入到三相异步机的电功率输入

29、到三相异步机的电功率1111P =3U I cosU1，I1：定子绕组的每相值：定子绕组的每相值1： U1，I1间的夹角间的夹角第114页/共176页l 输入功率的一小部分转化为定子铜耗输入功率的一小部分转化为定子铜耗12cu11p=3I Rl 输入功率的一小部分转化为定子铁心输入功率的一小部分转化为定子铁心 损耗，忽略转子铁心损耗损耗，忽略转子铁心损耗2Femmp=3I R第115页/共176页l 输入功率扣除定子铜耗和定子铁耗后，输入功率扣除定子铜耗和定子铁耗后， 其余部分是经由气隙，传递到转子的功其余部分是经由气隙，传递到转子的功 率，称为电磁功率。率，称为电磁功率。M1cu1Fe222

30、 222P =P -p-p=3E I cosR=3Is第116页/共176页l 输入到转子的电磁功率有一部分转化为输入到转子的电磁功率有一部分转化为 转子铜耗。转子铜耗。2 2Cu22p=3I Rl电磁功率扣除转子铜耗后转化为模拟电电磁功率扣除转子铜耗后转化为模拟电 阻功率。阻功率。2 221-sp =3I Rs第117页/共176页l 模拟电阻功率扣除机械损耗和附加损耗模拟电阻功率扣除机械损耗和附加损耗 得到电机轴上输出机械功率得到电机轴上输出机械功率P2。2mP =P -p -pl 转子铜耗与电磁功率关系。（转子铜耗与电磁功率关系。（重要重要） 2cu222 2M22p3I R= sP3I

31、 R /s第118页/共176页U1r1x1r2x2I2r2(1-s)/srmxmImI1pCu1pFePpCu2PM异步电动机的各种损耗异步电动机的各种损耗第119页/共176页异步电动机的异步电动机的功率流程图（重要）功率流程图（重要）P1pCu1PMpFepCu2padP2pmechP第120页/共176页 Fe1Cu1MppPP MCu2P =P -p2mecadP =P -p-padmecFe2Cu1CupppppP M2CusPp MP =(1-s)P2M1221222P =m I r /s=m E I cos第121页/共176页名称符号计算公式输入电功率P1P1=m1U1I1c

32、os1定子绕组铜耗pCu1pCu1 =m1I12R1铁耗pFepFe=m1I02Rm在正常运行时异步电动机的转速接近同步转速，转子电流频率很低(0.52)Hz，故转子铁耗可以忽略，因此电动机铁耗只有定子铁耗电磁功率PemPem=P1-pCu1-pFe =pCu2+Pmec=m2I22R2s借助于气隙中旋转磁场由定子传递给转子的功率转子绕组铜耗pCu1pCu2=m2I22R2总机械损耗PmecPmec=m2I22R2(1-s)s机械损耗pmec包括轴承摩擦损耗和通风损耗，主要与转速有关附加损耗pad难准确计算，通常估算约为电机额定功率的0.5%1%。输出机械功率P2转子轴上输出的机械功率异步电动

33、机的功率对照表异步电动机的功率对照表第122页/共176页 转矩平衡式 负载转矩： 电磁转矩： 机械损耗转矩： 附加转矩： 空载制动转矩： 0admec2TTTTTT /PT22T=P / /PTmecmec /PTadadadmec0TTT 第123页/共176页l 例例13.1 三相笼型异步机，三相笼型异步机，PN=4KW，U1N=380V，nN=1442 r/m，定子每相，定子每相312匝（三角形接线），匝（三角形接线），kW1=0.96，R1=4.47，X1=6.7 ，Xm=188 ， Rm=11.9，转子，转子26槽，槽，R2=0.0000769X2=0.000238 。假设。假设p

34、m+p=80W，求额定转速运行时，求额定转速运行时定子相电流、功率因数、输入功率、输出功率以及效率。定子相电流、功率因数、输入功率、输出功率以及效率。解：转子参数折算到定子绕组，电压电流比分别为：解：转子参数折算到定子绕组，电压电流比分别为：11223120.96599.040.5 1WeWN kkN k第124页/共176页11122233120.9669.12260.5 1WiWm N kkm N k电阻和漏抗折算为：223.1841iiRk k R（）229.8545iiXk k X（）第125页/共176页画出等效电路：1）求定子电流I1：选择定子相电压为参考相量01U3800第126

35、页/共176页111ZR +jX=4.47+j6.70 ()定子阻抗：转子阻抗：222RZ+jX=82.49+j9.8545 ()s励磁阻抗：mmmZR +jX =11.9+j118 ()第127页/共176页定子相电流为：0112m12mUI =4.833-31.439 (A)Z ZZZ +Z2）求功率因数01cos=cos31.439 =0.8532第128页/共176页转子电流折算值：20m12mZ-I =I4.1536-9.53 (A)Z +Z励磁电流：20m1I =I +I =1.8337-89.134 (A)第129页/共176页3）输入功率：.()1111P =3U I cos4

36、 7014 kW4）输出功率：2cu111 2cu2222Femm21p=3I R =313.31 (W)p = 3I R =164.8 (W)p=3I R =120.04 (W)P =P -p=4.0233 (kW)第130页/共176页5）效率：21P=85.577%P与近似等效电路的对比略。第131页/共176页9.6 电磁转矩和机械特性9.6.1 电磁转矩 异步电机作为一类广泛使用的原动机，其转矩转速特性是电机选用时的重要因素。特点：公式繁杂要求：看看公式的来龙去脉，记住重点第132页/共176页 2 222221M1RR3I(1-s)3I(1-s)PssT =2n2n(1-s)606

37、0P=1：旋转磁场机械角速度，与n1对应11112n60f2f2 =x=(rad/s)6060pp：转子机械角速度，与n对应第133页/共176页11W1122M222111M1223X4.44f N kI cosP3E I cosT =2f /p= CI cosCM：转矩常数2 ：转子回路功率因数第134页/共176页转矩公式的物理意义：异步电机的电磁转矩和主磁通、转子电流的有功分量成正比。用近似等效电路进行简化计算，可得到：13122121222112222211UI =R(R +) +(X +X )sRUs=R(R +) +(X +X )sT第135页/共176页9.6.2 机械特性电动

38、机状态电动机状态发电机状态发电机状态电磁制动状态电磁制动状态sTstT异步电机的异步电机的T Ts s曲线曲线-+01第136页/共176页1 1 启动点启动点: n=0,s=1: n=0,s=12 2 额定工作点额定工作点: : n nN N, ,s sN N3 3 三种工作状态：电动、发电、制动三种工作状态：电动、发电、制动4 4 最大转矩点最大转矩点:T:Tmaxmax，s sm m第137页/共176页 T-S曲线规律的解释11112ZIUEE 222222E I =(R /s) +X222222R /scos=(R /s) +X第138页/共176页理想空载时: n=n1，s=0，I

39、2=0，T=0略有下降。略有下降。增大，增大，增大，增大，成正比增长。成正比增长。近似与近似与。下降，但下降不大，下降，但下降不大，增大，增大，随随转子阻抗主要决定于转子阻抗主要决定于很小时，很小时，负载时：负载时：2122222221EIIs I1coscoss, s/ r, x rsnn 第139页/共176页 s增大到一定程度，r2/s变小，转子阻抗仅略有变化，I2增长变慢，但 会急剧下降。转子电流虽大，但有功分量减小， 电磁转矩随s增大而减小。2cos第140页/共176页01234500.511.52TI2E2cos 2nn1cos 2E2TI2电磁转矩的变化规律电磁转矩的变化规律第

40、141页/共176页 9.6.3 最大转矩 最大转矩时的转差率 0ds/dT 2dT/d(R /s)=02m22112Rs = R+(X +X )21max22111112U1T= 2 R +R+(X +X ) 第142页/共176页 最大转矩的结论： 电动机取正号，发电机取负号 电源的频率和电机参数不变时， 与电源电压的平方成正比 电源电压和频率一定时， 与定转子漏抗成反比 最大转矩与转子电阻无关，但临界转差率与转子电阻成正比。m axTmaxT第143页/共176页0s1.00.2r2r2r2r2Tr2r2 r2 r2转子电阻对转子电阻对T-sT-s曲线的影响曲线的影响第

41、144页/共176页 稳态运行范围和过载能力 电机转矩平衡方程 ，电机加速 ，电机减速 ，电机保持转速不变，稳定平衡状态dtdJTTTJL LTT LTT LTT 第145页/共176页 稳定运行与不稳定运行 稳定运行：扰动消除后电动机转速恢复到原有的状态 是临界运行状态 时，稳定运行 时，不稳定运行kss kss0 kss 第146页/共176页TskbaaaT=f(s)TL=f(s)sasb0s01s稳定运行区稳定运行区稳定运行与不稳定运行稳定运行与不稳定运行第147页/共176页 过载能力 定义：最大转矩和额定转矩之比 用Km表示 普通电机，Km1.82.5; 特殊要求的电机，Km=2.

42、83.0NmaxmT/TK 第148页/共176页 9.6.4 启动电流和启动转矩2121st2212122st221121UI =(R +R ) +(X +X )3U R1T = (R +R ) +(X +X )S=1 代入电流转矩公式第149页/共176页相关结论：1 启动转矩和电压平方成正比2 总漏抗越大启动转矩越小3 绕线式电机可转子回路外串电阻增加 启动转矩第150页/共176页l 例例13.2 有一台异步电动机，有一台异步电动机，PN=4kW，2p=4，U1N=380V（定子绕组（定子绕组接法接法），）， R1=4.7， X1=6.7 ， Rm=11.9， Xm=188，R2=3.

43、18 ， X2=9.85 。试求：。试求： 1）n=1442r/min时电磁转矩大小；时电磁转矩大小； 2）最大转矩；）最大转矩； 3）启动电流和启动转矩。）启动电流和启动转矩。第151页/共176页解：解：1）n=1442r/min 时的转差率时的转差率()11221N2221112222n -n1500-1442s=0.038667n1500R3U1sT=R(R +) +(x +x )s3.183X380 X10.038337=X215003.18(4.7+) +(6.7+9.85)600.0.8337= 28.957N m第152页/共176页2）最大转矩）最大转矩()21Nmax221

44、11122223U1T=2RR +(x +x ) 13X380=X215002X4.7+ 4.7 +(6.7+9.85) 60= 62.952N m第153页/共176页3）启动电流）启动电流1Nst22121222UI =(R +R ) +(x +x )380=(4.7+3.18) +(6.7+9.85)= 20.731 (A)第154页/共176页()21N222112122223U R1T= (R +R ) +(x +x )13X380 X3.18=X21500(4.7+3.18) +(6.7+9.85)60= 26.101N m3）启动转矩）启动转矩第155页/共176页 9.6.5

45、转矩的实用公式（超纲，仅供自学） 曲曲线线求求得得电电磁磁转转矩矩代代入入公公式式求求求求由由求求最最大大转转矩矩和和由由求求和和由由sTsn/)nn(snTkTkT60/nN2PTnPk1N1NNNmmaxmNNNNN 第156页/共176页9.7 工作特性转速特性（转差率特性） 空载转速接近同步速 硬特性：随负载的增大，为维持转矩平衡需较大电磁转矩，转差率随着增大，但变化不大，转速变化也很小第157页/共176页)(2Pfs emcuPps22cupemcusPp22221222122cosIEmPRImpIemcu sP2 空载时，P2=0, I20, 0 , , s0, nn1负载时，

46、负载电流增加， 所以 一般s(0.01 0.05) n=f(p2)是一条下降曲线。第158页/共176页 负载转矩特性 正常运行时，转速变化不大，负载转矩与输出功率近似为一直线 定子电流特性 随着负载增加I2增加，I1也增大60/n2PT22 ) I(II2m1 第159页/共176页异异步步电电动动机机的的工工作作特特性性0.20.4 0.6 0.8 1.0 1.2nT2I1cosP2第160页/共176页 功率因数特性 轻载时， 很小， 很小， ，转子电流主要是有功分量，随着负载的增大，定子电流的增长主要是有功分量的增加， 迅速增大22cos12coss第161页/共176页 负载增大到一定程度时， 增大， 也随之增大，转子电流的无功分量增加较快，定子无功电流随之增大， 减小。 一般在等于或低于额定负载时有最大功率因数2s1cos第162页/共