第五章參數(shù)測(cè)定功率與電磁轉(zhuǎn)矩-電機(jī)學(xué)

5.6

異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù)測(cè)定異步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩籠型轉(zhuǎn)子的相數(shù)和極對(duì)數(shù)異步電動(dòng)機(jī)的功率、轉(zhuǎn)矩平衡方程式異步電動(dòng)機(jī)的工作特性異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù)測(cè)定如變壓器一樣，對(duì)于已制成的異步電機(jī)可以通過(guò)空載試驗(yàn)和短路試驗(yàn)來(lái)測(cè)定其參數(shù)。試驗(yàn)?zāi)康模簻y(cè)定勵(lì)磁電阻Rm、勵(lì)磁電抗Xm、鐵耗pFe、機(jī)械損耗pmec。試驗(yàn)方法：試驗(yàn)時(shí)電機(jī)軸上不帶負(fù)載，用三相調(diào)壓器對(duì)電機(jī)供電，使定子端電壓從(1.1～1.3)UN開始，逐漸降低電壓，空載電流逐漸減少，直到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生明顯下降，空載電流明顯回升為止。在這個(gè)過(guò)程中，記錄電動(dòng)機(jī)的端電壓U1、空載電流I0、空載損耗p0、轉(zhuǎn)速n。繪制空載特性曲線如圖所示。一、空載試驗(yàn)

5.6

異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù)測(cè)定2005-52第5章異步電機(jī)由于異步電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子電流小，轉(zhuǎn)子銅耗可以忽略不計(jì)。在這種情況下，定子輸入功率消耗在定子銅耗m1I02R1、鐵耗pFe、機(jī)械損耗pmec，空載附加損耗pad0上

p0=m1I02R1+pFe+pmec+pad0

從輸入功率p0中扣除定子銅耗，得p'0

p'0=p0-m1I02R=pFe+pmec+pad05.6

異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù)測(cè)定2005-53第5章異步電機(jī)1、機(jī)械損耗的求法

損耗分離：在p'0的三項(xiàng)損耗中，機(jī)械損耗pmec與電壓U1無(wú)關(guān)，在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化不大時(shí)，可以認(rèn)為是常數(shù)。pFe+pad0可以近似認(rèn)為與磁密的平方成正比，因而可近似認(rèn)為與電壓的平方成正比。故p'0與U12的關(guān)系曲線近似為一直線。其延長(zhǎng)線與縱軸交點(diǎn)即為機(jī)械損耗pmec?？蛰d附加損耗相對(duì)較小，可以用其它試驗(yàn)將之與鐵耗分離，也可根據(jù)統(tǒng)計(jì)值估計(jì)pad0，從而得到鐵耗pFe。2005-54第5章異步電機(jī)2、空載等效阻抗計(jì)算：

Z0=U1／I0R0=p0／3I02X0=(Z02-R02)1/2由于電動(dòng)機(jī)空載，s≈0，轉(zhuǎn)子支路近似開路，則

X0=Xm＋X1σ即Xm=X0－X1σ

式中，定子漏電抗X1σ將由短路試驗(yàn)測(cè)出。在已知額定電壓下鐵耗pFe的情況下，勵(lì)磁電阻

Rm=pFe／3I02

2005-55第5章異步電機(jī)二、短路試驗(yàn)1.試驗(yàn)?zāi)康模簻y(cè)定短路阻抗、轉(zhuǎn)子電阻、定、轉(zhuǎn)子漏抗。2.試驗(yàn)方法：將轉(zhuǎn)子堵住，在定子端施加電壓，從0.4UN開始逐漸降低，記錄定子繞組端電壓Uk、定子電流Ik、定子端輸入功率Pk，作出異步電機(jī)的短路特性Ik=f(Uk)，Pk=f(Uk)，如圖所示。根據(jù)短路特性曲線，取額定電流點(diǎn)的Uk(相電壓)、Ik(相電流)、Pk(三相短路損耗)。2005-56第5章異步電機(jī)3.短路等效阻抗計(jì)算

Zk=Uk／IkRk=Pk／3Ik2Xk=(Zk2-Rk2)1/2

根據(jù)短路時(shí)的等效電路，由于Xm>>Rm，忽略Rm，并近似認(rèn)為X'1σ=X2σ?？紤]到X0=Xm+X1σ(空載試驗(yàn))，可推導(dǎo)出對(duì)于大中型異步電機(jī)，由于Xm很大，勵(lì)磁支路可以近似認(rèn)為開路，這時(shí)Rk=R1+R'2X'1σ=X2σ=Xk／22005-57第5章異步電機(jī)5.7

籠型轉(zhuǎn)子的相數(shù)和極對(duì)數(shù)設(shè)轉(zhuǎn)子總導(dǎo)條數(shù)為Z2(即轉(zhuǎn)子槽數(shù))，它在轉(zhuǎn)子圓周上均勻分布，導(dǎo)條兩端被端環(huán)短路，整個(gè)結(jié)構(gòu)是對(duì)稱的。當(dāng)一極對(duì)數(shù)為p的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)Bm在氣隙中旋轉(zhuǎn)時(shí)，它依次切割轉(zhuǎn)子各導(dǎo)條，于是構(gòu)成了一個(gè)對(duì)稱的Z2相電動(dòng)勢(shì)系統(tǒng)，該電動(dòng)勢(shì)作用在結(jié)構(gòu)對(duì)稱的籠型繞組上，產(chǎn)生對(duì)稱的Z2相電流?；\型轉(zhuǎn)子相數(shù)等于轉(zhuǎn)子導(dǎo)條數(shù)，即m2=Z2。每相只有一根導(dǎo)條，故匝數(shù)等于1/2匝，繞組系數(shù)為1，即N2=1/2，kN2=1

?；\型轉(zhuǎn)子的極對(duì)數(shù)始終等于定子的極對(duì)數(shù)p

。5.7

籠型轉(zhuǎn)子的相數(shù)和極對(duì)數(shù)

Bm相對(duì)于定子轉(zhuǎn)速為n1，以n2=(n1-n)轉(zhuǎn)速切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條。e2s與Bm成正比，故e2s與Bm波過(guò)零點(diǎn)相同，幅值相差固定倍數(shù)。每根導(dǎo)條功率因數(shù)角為φ2，導(dǎo)條中電流i2s波滯后于e2s波φ2相位差。轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)F2亦為正弦波，以轉(zhuǎn)速n1相對(duì)于定子旋轉(zhuǎn)。2005-59第5章異步電機(jī)5.8

異步電動(dòng)機(jī)功率、轉(zhuǎn)矩平衡方程式一、功率平衡方程式

異步電機(jī)的功率和損耗在T型等效電路中的反映如圖所示。名稱符號(hào)計(jì)算公式輸入電功率

P1

P1=m1U1I1cosφ1定子繞組銅耗

pCu1

pCu1=m1I12R1鐵耗

pFepFe=m1I02Rm，在正常運(yùn)行時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子電流頻率很低(0.5～2)Hz，轉(zhuǎn)子鐵耗可以忽略，因此異步電動(dòng)機(jī)的鐵耗可近似認(rèn)為等于定子鐵耗。電磁功率

Pem

Pem=

P1-pCu1-pFe=pCu2+Pmec=m2I22R2／s借助于氣隙中旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)由定子傳遞給轉(zhuǎn)子的功率轉(zhuǎn)子繞組銅耗pCu1pCu2=m2I22R25.8

異步電動(dòng)機(jī)的功率、轉(zhuǎn)矩平衡方程式2005-511第5章異步電機(jī)名稱符號(hào)計(jì)算公式總機(jī)械損耗

PmecPmec=m2I22R2(1-s)／s機(jī)械損耗

pmec包括軸承摩擦損耗和通風(fēng)損耗，主要與轉(zhuǎn)速有關(guān)附加損耗

pad難以準(zhǔn)確計(jì)算，通常估算約為電機(jī)額定功率的0.5%～1%。輸出機(jī)械功率P2轉(zhuǎn)子軸上輸出的機(jī)械功率

5.8

異步電動(dòng)機(jī)的功率、轉(zhuǎn)矩平衡方程2005-512第5章異步電機(jī)功率平衡方程為：

P1=Pem+pcu1

+

pFe

Pem=pcu2+Pmec

機(jī)械功率平衡方程式：Pmec=P2+pmec+pad

電磁功率、轉(zhuǎn)子繞組回路銅耗、總機(jī)械功率三者之間的關(guān)系為：

Pem：pcu2：Pmec=1：s：(1-s)5.8

異步電動(dòng)機(jī)的功率、轉(zhuǎn)矩平衡方程

2005-513第5章異步電機(jī)二、轉(zhuǎn)矩平衡方程式異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械功率平衡關(guān)系式

Pmec=P2+pmec+pad的兩邊同除以轉(zhuǎn)子機(jī)械角速度Ω=2πn/60，即得對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩平衡方程式。

Tem=T2+T0Tem=Pmec／Ω

為電磁轉(zhuǎn)矩；T2=P2／Ω為負(fù)載制動(dòng)轉(zhuǎn)矩；T0=(pmec+pad+p0)／Ω

為空載制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。5.8

異步電動(dòng)機(jī)的功率、轉(zhuǎn)矩平衡方程

2005-514第5章異步電機(jī)

Tem=Pmec/Ω=Pmec/(1-s)Ω

1=Pem/Ω1

式中，Ω1=2πn1/60為同步角速度。上式說(shuō)明，電磁轉(zhuǎn)矩等于電磁功率除以同步機(jī)械角速度，也等于總機(jī)械功率除以轉(zhuǎn)子機(jī)械角速度。三、效率

η=(P2／P1)×100％

5.8

異步電動(dòng)機(jī)的功率、轉(zhuǎn)矩平衡方程

2005-515第5章異步電機(jī)5.9異步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩一、物理表達(dá)式

異步電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的物理表達(dá)式描述了電磁轉(zhuǎn)矩與主磁通、轉(zhuǎn)子有功電流的關(guān)系。

Tem=CTΦmI2aCT為與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)；I2a=I2cosφ2為轉(zhuǎn)子電流的有功分量。5.9異步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩二、參數(shù)表達(dá)式異步電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的參數(shù)表達(dá)式描述了電磁轉(zhuǎn)矩與參數(shù)的關(guān)系，由簡(jiǎn)化等效電路推導(dǎo)出表達(dá)式如下1.Tem與U12成正比。2.f1↑→Tem↓。3.漏電抗Xk↑→Tem↓。1.

Tem-s曲線在電壓U1、頻率f1為常數(shù)時(shí)，電機(jī)的參數(shù)可以認(rèn)為是常數(shù)，電磁轉(zhuǎn)矩僅與s有關(guān)，其關(guān)系曲線Tem=f(s)如圖所示。5.9

電磁轉(zhuǎn)矩的三種表達(dá)式

1.Tem全曲線與U12成正比。2005-518第5章異步電機(jī)2.三個(gè)特殊點(diǎn)①同步點(diǎn)：s=0，n=n1，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相對(duì)于轉(zhuǎn)子靜止，Tem=0。②最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)：s=sm，臨界轉(zhuǎn)差率sm，特點(diǎn)是與R2成正比，與Xk成反比。Tmax的特點(diǎn)是與R2無(wú)關(guān)。過(guò)載倍數(shù)kM=Tmax／TNTN為額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩TN=PN/ΩNkM2005-519第5章異步電機(jī)2.三個(gè)特殊點(diǎn)③起動(dòng)點(diǎn)：s=1

，n=0，轉(zhuǎn)子靜止，Tem=Tst

。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)kst=Tst／TN一般kst=1.0～2.0，特殊用途一般kst=2.8～4.02005-520第5章異步電機(jī)5.10異步電動(dòng)