第二十章_异步电动机的功率、转矩与运行性能.ppt

1、第二十章 异步电动机的功率、转矩和运行性能,一、功率关系,第一节 三相异步电动机功率 和转矩关系,说明： 称为电磁功率。它是通过定转子之间的 电磁耦合关系从定子绕组传递到转子绕组的功率。,一、功率关系,根据机械功率关系 ，在等号两侧同除于机械角速度 ，得转矩平衡关系：,其中 称为电磁转矩；,称为空载转矩； 称为电动机输出转矩。,二、转矩关系,其中 称为转矩因数。,电磁转矩的物理表达式,从异步电动机的电磁转矩物理表达式可以看出：电磁转矩 的大小与气隙每极磁通量 、转子每相电流 以及转子功率因数 三者的乘积有关。,一、机械特性的参数表达式,根据简化等效电路 ，把,它代入电磁转矩表达式 得到：,第二

2、节 三相异步电动机的机械特性,如果给出 、 及阻抗参数，根据上式机械特性的参数表达式画出曲线便为 “ ”曲线。,“Ts ”曲线,三相异步电动机在电压、 频率为额定不变，定转子回路 不串任何电路元件条件下的机 械特性，称为固有机械（自然） 特性。 曲线1为电源正序时的；曲线2 为电源负序时的曲线。 我们只研究电源正序时的情况。,二、固有机械特性,机械特性曲线位于坐标的三个象限, 第象限： 电动状态；第象限： 发电状态； 第象限： 电动机工作在一种电磁制动状态。 我们重点研究第象限电动机运行状态。,D点（ ， ） 为堵转点，或者说叫起 动点。,C点（ 、 ）为电磁转矩最大点；,B点为额定运行；,A

3、点（ ， ） 为理想空载运行点；,在实际额定电磁转矩求解中，通常通过额定输出功率 和额定转速 ，用下面式子来计算：,机械特性额定电磁转矩点,从机械特性参数表达式求得，令 ， 得到最大电磁转矩:,产生最大电磁转矩的转差率称为临界转差率， 用 表示:,机械特性最大电磁转矩点推导,式中：“”号适用于电动机状态；“”适用于发电机状态。,一般情况下， 数值远小于 的数值，可以忽略 的影响，这样上面两式可简化为,1） 与电压的平方 成正比，而 和 无关；,2） 与转子回路总电阻大小 无关，而 和转子回路总电阻的大小 成正比；,3）过载能力 最大电磁转矩与额定电磁转矩的比值：,电动机堵转时 的电磁转矩称为堵

4、转转矩，也称起动转矩：,与电压的平方 成正比；漏电抗 越大， 堵转转矩越小；,机械特性堵转转矩点,堵转转矩倍数 定义：堵转转矩与与额定电磁转矩的比值，即：,三、稳定运行问题,当电动机拖动负载稳态 运行时，电磁转矩 和负载 转矩 总是大小相等方向相 反。如图所示，这时电机运行 在“a”或者“b”点都没有什么问 题。现在由于某种原因引起波 动，当波动消失后，理论分析 和实践都发现电机在“a”点继 续保持稳定运行，但是不能在 “b”点保持稳定运行。,理论分析很容易得到，当电机的机械特性和负载特性配合，满足：,那么电机就能稳定运行；反之，电机就不能运定运行。,所谓三相异步电动机的人为机械特 性，是指认

5、为降低电机的定子电源电压、 频率或者在绕线式转子回路中串附加电 阻后获得的异步电动机机械特性。,四、人为机械特性,最常见的是“降低定子电压” 、“转子回路串入三相对称电阻”和“改变电源频率”等的人为机械特性。下面我们调用小程序“三相异步电动机机械特性”来分析各种人为机械特性的各自特性。 这些人为机械特性很重要，因为在改善电机的起动性能和调速场合经常用到。,但实际使用中，某些参数不易知道，我们可以根据电动机铭牌上的一些数据推导机械特性实用简化公式（忽略定子电阻）。,五、机械特性的实用公式,其中令,最后可得实用公式：,由于,其中,根据铭牌上给出 、额定转速 和过 载能力 用转矩实用表达式作出 曲线

6、 或进行转矩计算。 具体使用过程如下：,实用公式的实际应用,2) 利用 求出最大电磁转矩 ；,1）利用 和 求出额定电磁转矩 ：,3）根据 ，求出,其中 。这样就可利用实用式来计算实际 问题了。,三相异步电动机的性能指标,1）效率 为电动机输出功率和输入功率之比，即 ； 2）功率因数 异步电动机的功率因数永远小于1；,第三节 三相异步电动机的工作特性,3）堵转转矩 电动机应该有足够大的堵转转矩，否则可能出现无法拖动机械负载起动的情况； 4）堵转电流 三相异步电动机在加额定电压起动瞬间，由于转子感应很高的电动势，产生很大的电流，因此定子电流也很大，这个电流称为堵转电流； 5）过载能力 电动机额定

7、运行时，它的过载能力不应小于技术标准规定数据。,三相异步电动机的工作特性是指，在电动机定子绕组加额定电压，额定频率时，电动机的转速 、定子电流 、功率因数 、电磁转矩 、效率 等与输出功率 的关系，即：,、 、 、 、,、 时 ，,工作特性及其分析,1）转速特性 ：,2）定子电流特性 ：,，空载时，,随着输出负载 定子电流特性为一上升曲线。,3）功率因数特性 ：,如果负载继续增加：转速 下降开始明显， 明显增大，转子功率因数角 增加， 减小，引起定子的功率因数 减小。,空载时：异步电动的 ，因此功率因数很低； 随着负载增加： ，在额定负载附近，异步电动机的功率因数达到最大值；,电机从空载到额定

8、负载之间，转速 变化很小，所以: 因此电磁转矩特性近似为直线。,4）电磁转矩特性 ：,其中 为不变损耗， 为可变损耗，当不变损耗等于可变损耗时，异步电动机的效率达到最大。,对于中小型电动机，大约 时效率最高； 如继续增加负载，效率反而降低。一般来说电动机容 量越大， 越高。,异步电动机的效率为 。 由于 ，,5）效率特性 ：,空载时从电源吸收的功率：,一、空载试验 1）试验目的：测取 、 、 。 2）试验方法：异步电动 机空载，转子转速接近同 步速，转子相当于开路。,第四节 三相异步电动机参数的测定,画出空载特性曲线。,异步电动机空载特性曲线,从上式中减去定子 铜耗：,改变电压 ，测量 、 。,在下页画出了 曲线。,注意到，右侧的曲线近似一 条直线。其原因机械损耗 和电压无关，只要电动机的 转速不变或变化很小，就认 为是常数；而铁耗和附加损 耗 可与磁密的平 方成正比，近似的和电动机 的端电压 的平方成正比。 这样根据图中的虚线很容易 把 和 分离出来。,3）机械损耗 和铁耗 的测定：,曲线,定子加额定电压时，根据空载试验测得的数据和 ，可以算出式中:,是测得的三相输入功率 ； 、 分别为相电流和 相电压。 再根据空载时的等效电路，就可求出励磁阻抗：,4）励磁阻抗参数的计算：,1）试验目的：测取 。 2）试验方法： ， ，加电压 ，下