异步机物理状况电磁转矩

异步机物理状况电磁转矩第一页，共二十九页，编辑于2023年，星期六一、型号：Y系列、J系列YK3200—2/1800（极数）异步电动机高速电机额定功率极数铁芯外径二、额定值：PN：额定状态下的输出机械功率UN：IN

定子绕组上的线电压、线电流其中IN是保证电动机长时间运行不允许超过的最大电流值，维持电动机运行的发热量与散热量能够平衡的保证额定频率、额定转速、额定功率因数等第二页，共二十九页，编辑于2023年，星期六三、绝缘等级绝缘等级YAEBFHC最高耐热90105120130155180180以上一般变压器A级（干式H、C级），电动机E、B级电动机的绝缘等级是指其所用绝缘材料的耐热等级，分A、E、B、F、H级。允许温升是指电动机的温度与周围环境温度相比升高的限度。

绝缘的温度等级A级E级B级F级H级

最高允许温度（℃）105120130155180

绕组温升限值（K）607580100125

性能参考温度（℃）8095100120145电机等电气设备中，绝缘材料是最为薄弱的环节。绝缘材料尤其容易受到高温的影响而加速老化并损坏。不同的绝缘材料耐热性能有区别，采用不同绝缘材料的电气设备其耐受高温的能力就有不同。因此一般的电气设备都规定其工作的最高温度第三页，共二十九页，编辑于2023年，星期六四、接法见P116页图8-89.1三相异步电动机运行时的物理状况一、n=0时，s=1（起动、堵转），此时n=0→△n=n1→E2=4.44f2N2kw2Ф1→I2=E2/(r2+jx2)其中f2=△nP/60=n1P/60=f1x2=2πf2L2=2πf1L2

数值很大cosψ2=由于x2大,故功率因数很低又因为:I2=E2/(r2+jx2),而E2大,故I2很大所以:电动机起动时的现象——电流大、功率因数低第四页，共二十九页，编辑于2023年，星期六二、空载时：T2=0→n⋍n1→△n=0→E2⋍0→I2⋍0→I1=I0空载电流的作用：1）励磁——比较异步电动机与变压器的磁路及空载电流的大小，并分析原因。异步电动机中：I0=（20~50）%IN

远大于同容量的变压器原因：磁路中存在气隙第五页，共二十九页，编辑于2023年，星期六三、负载运行时：n≺n1→f2=△np/60=（n1-n）P/60=[（n1-n）n1/n1]P/60=sf1→E2S=4.44f2N2kw2ɸ1=4.44Sf1N2kw2ɸ1=SE2→X2S=2πf2L2=2πSf1L2=SX2当电压不变时，ɸ不变，电动机带载前后磁势不变→I1=I0+I2/ki第六页，共二十九页，编辑于2023年，星期六四、折算：方便计算分析负载变化时定子侧物理量的影响原则：折算前后转子的总视在功率、有功功率、转子的铜耗和漏磁场储能均保持不变。1、频率折算：f2→f1

即X2S=SX2

E2S=SE22、绕组折算：N2→N1kw2→kw1m2→m1折算后的电动机电势方程见P124页其中根据转子的实际情况分解转子回路电阻，得——[（1-s）/s]r2‘的物理意义：对应电动机总的机械功率第七页，共二十九页，编辑于2023年，星期六五、等值电路：由电动机方程组可得其等值电路

由于异步电动机的空载电流较大，故等值电路中的I0支路不能忽略电路无法简化到变压器的简化等值电路的形式，但由于Z1的数值较小，其上的压降不大，故可简化到P126页图9-3的形式由等值电路的组成结构、及工作原理分析得出结论——异步电动机对于电网而言是一种感性负载，这也是电网通常呈现感性的原因（电网上有近70%的负荷是异步电动机）第八页，共二十九页，编辑于2023年，星期六小结：1、异步电动机是一种感性负载，其功率因数在起动、空载时都很低；

2、异步电动机的计算分析时可以引用等值电路，其中的可变电阻用来等效表示电动机总的机械功率。第九页，共二十九页，编辑于2023年，星期六

9.4电磁转矩与机械特性

一、功率平衡方程：输入功率定子铜损定子铁损电磁功率转子铜损机械功率输出功率第十页，共二十九页，编辑于2023年，星期六其中有两个非常重要的关系式：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。第十一页，共二十九页，编辑于2023年，星期六#异步电动机是在何转矩的作用下旋转起来的？该转矩的作用、方向及产生条件是什么？作用——驱动转矩，用于克服电动机转子上的制动转矩（空载转矩、负载转矩）第十二页，共二十九页，编辑于2023年，星期六二、转矩平衡关系：机械性质的功率除以角速度Ω就是电磁转矩即：电磁转矩转子中各载流导体在旋转磁场的作用下,受到电磁力所形成的转距之总和。（牛顿•米）第十三页，共二十九页，编辑于2023年，星期六三、电磁转矩的表达式：1、物理表达式：表明：三相异步电动机的电磁转矩是由主磁通与转子电流的有功分量相互作用产生的。其中主磁通与电源电压有关。将其中参数代入：第十四页，共二十九页，编辑于2023年，星期六2、参数表达式：说明：电磁转矩与电源参数（Ｕ2、f1）、结构参数（r、x、m、p）和运行参数（s）有关。第十五页，共二十九页，编辑于2023年，星期六三、额定转矩表达式：

额定转矩

：电机在额定电压下，以额定转速运行，输出额定功率

时，电机转轴上输出的转矩。（牛顿•米）第十六页，共二十九页，编辑于2023年，星期六四、机械特性：T=f（S）1、三相异步电动机的固有机械特性在0≤S≤1，即＜n≤0的范围内，特性在第Ⅰ象限，电磁转矩T和转速n都为正，T与n同方向，电机工作在这范围内是电动机状态。sn0nNsNnmsm10TNTstTmaxTemABCD第十七页，共二十九页，编辑于2023年，星期六（1）临界转差率sm

和最大电磁转矩Tmax：当其它参数一定时：1）最大电磁转矩与电源电压平方成正比；临界转差率与电源电压无关。2）转子回路电阻越大，临界转差率越大；最大电磁转矩与转子电阻无关3）频率越高，最大电磁转矩和临界转差率越小；漏抗越大，最大电磁转矩和临界转差率越小；4）过载能力——

反映电动机短时过负荷能力第十八页，共二十九页，编辑于2023年，星期六过载系数：三相异步机工作时，一定令负载转矩，否则电机将停转。致使注意：（1）三相异步机的和电压的平方成正比，所以对电压的波动很敏感，使用时要注意电压的变化。（2）电机严重过热第十九页，共二十九页，编辑于2023年，星期六（2）起动转矩Tst和起动转矩倍数Kst：即S=1，n=0时的T体现了电动机带载起动的能力。若电机能起动，否则将起动不了。n0Tn第二十页，共二十九页，编辑于2023年，星期六起动转矩倍数其它参数一定时:1）起动转矩与电源电压平方成正比；2）频率越高，起动转矩越小；漏抗越大，起动转矩越小；3）绕线式电动机，转子回路电阻越大，起动转矩先增后减。第二十一页，共二十九页，编辑于2023年，星期六#：若令电动机的SM=1，则TST=TM

即电动机可以在最大电磁转矩的作用下起动，满足起动要求高的负荷拖动问题：转子回路的电阻可调吗？可见，当上式的上下相等时SM=1，电动机有最大起动转矩第二十二页，共二十九页，编辑于2023年，星期六电动机的自适应负载能力

电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整，这种能力称为自适应负载能力。稳定运行区间n0nT自适应负载能力是电动机区别于其它动力机械的重要特点。（如：柴油机当负载增加时，必须由操作者加大油门，才能带动新的负载。）直至新的平衡。此过程中，时，电源提供的功率自动增加。第二十三页，共二十九页，编辑于2023年，星期六2、人为机械特性：（1）三相异步电动机降压时的人为机械特性——T与U2成正比特点：临界转差率不变（SM与U无关）问题：如果需要调节电动机的电压可以如何调节（升高？降低？），调整后电动机的运行性能会有哪些变化？第二十四页，共二十九页，编辑于2023年，星期六（2）转子回路串电阻时的机械特性特点：最大电磁转矩不变问题：起动时转子回路的电阻是否越大越好？第二十五页，共二十九页，编辑于2023年，星期六#：三相异步电动机的工作特性一、转速特性：n=f（P2）空载时P2=0，n≈n

1。随着负载的增加，转速n要略微降低，这时转子电动势增大，转子电流增大，以产生大的电磁转矩来平衡负载转矩。因此，随着P2的增加，转子转速n下降，转差率s增大。

第二十六页，共二十九页，编辑于2023年，星期六二、转矩特性T=f（P2）三、定子电流特性空载时,转子电流基本上为零,此时的定子电流就是励磁电流I0,随着负载的增加,转速降低,转子电流增大,定子电流也增大.四、定子边功率因数特性

空载时,定子侧的功率因数很低,不超过0.2；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,接近额定负载时,功率因数接近于1.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.第二十七页，共二十九页，编辑于2023年，星期六五、效率特性:空载时，

=0，＝0，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。当不变损耗