第20章 異步電動機的功率、轉(zhuǎn)矩與運行性能課件

第二十章異步電動機的功率、轉(zhuǎn)矩與運行性能第20章異步電動機的功率、轉(zhuǎn)矩與運行性能§20-1三相異步電動機的功率與轉(zhuǎn)矩關(guān)系1.功率關(guān)系（用等效電路分析）:當(dāng)三相異步電動機以轉(zhuǎn)速n穩(wěn)定運行時，從電源輸入的功率為:定子銅損耗為:第20章異步電動機的功率、轉(zhuǎn)矩與運行性能在正常情況下，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速接近于同步轉(zhuǎn)速，所以轉(zhuǎn)子回路的鐵耗很小，我們給予忽略，因此只計定子回路的鐵耗：從等效電路看出，傳輸給轉(zhuǎn)子回路的電磁功率等于轉(zhuǎn)子回路全部電阻上的損耗。也可表示為：§20-1三相異步電動機的功率與轉(zhuǎn)矩關(guān)系第20章異步電動機的功率、轉(zhuǎn)矩與運行性能轉(zhuǎn)子繞組中的銅損耗為：這樣電磁功率減去轉(zhuǎn)子銅耗，剩下的就是等效電阻上的損耗，而此損耗實際上是電機轉(zhuǎn)軸上總的機械功率，用表示。電動機在運行時，會產(chǎn)生軸承以及風(fēng)阻等摩擦阻轉(zhuǎn)矩，這也要損耗一部分功率，把這部分功率叫做機械損耗，用表示。§20-1三相異步電動機的功率與轉(zhuǎn)矩關(guān)系第20章異步電動機的功率、轉(zhuǎn)矩與運行性能當(dāng)然除了這些損耗外，還有一些附加損耗等，這樣，輸出功率為：所以整個功率傳遞過程中的功率關(guān)系為：功率流程圖：從以上功率關(guān)系定量分析中看出，異步電動機運行時電磁功率、轉(zhuǎn)子回路銅損耗和機械功率三者之間的定量關(guān)系是：§20-1三相異步電動機的功率與轉(zhuǎn)矩關(guān)系第20章異步電動機的功率、轉(zhuǎn)矩與運行性能2.轉(zhuǎn)矩關(guān)系：機械功率除以軸的角速度Ω就是電磁轉(zhuǎn)矩，即：

對功率表達式兩邊同除以角速度Ω

得轉(zhuǎn)矩關(guān)系：

式中，T2為電動機轉(zhuǎn)軸輸出轉(zhuǎn)矩，T0=Tm+Ta為空載轉(zhuǎn)矩?！?0-1三相異步電動機的功率與轉(zhuǎn)矩關(guān)系第20章異步電動機的功率、轉(zhuǎn)矩與運行性能電磁轉(zhuǎn)矩T與電磁功率的關(guān)系為：

式中Ω1為同步角速度（用機械角度表示），等于常數(shù)。

將代入上式得電磁轉(zhuǎn)矩表達式為：§20-1三相異步電動機的功率與轉(zhuǎn)矩關(guān)系第20章異步電動機的功率、轉(zhuǎn)矩與運行性能§20-1三相異步電動機的功率與轉(zhuǎn)矩關(guān)系第20章異步電動機的功率、轉(zhuǎn)矩與運行性能

式中：是一常數(shù)，稱轉(zhuǎn)矩因數(shù)。從式中可以看出，三相異步電動機得電磁轉(zhuǎn)矩T的大小與氣隙每極磁通量、轉(zhuǎn)子相電流I2以及轉(zhuǎn)子功率因數(shù)三者的乘積成正比?；蛘哒f與氣隙每極磁通量和轉(zhuǎn)子電流的有功分量乘積成正比。§20-1三相異步電動機的功率與轉(zhuǎn)矩關(guān)系第20章異步電動機的功率、轉(zhuǎn)矩與運行性能1）轉(zhuǎn)速特性:三相異步電動機空載時，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n接近于同步轉(zhuǎn)速。隨著負(fù)載的增加，轉(zhuǎn)速n要略微降低，這時轉(zhuǎn)子電動勢增大，轉(zhuǎn)子電流增大，以產(chǎn)生大的電磁轉(zhuǎn)矩來平衡負(fù)載轉(zhuǎn)矩。因此，隨著P2的增加，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n下降，轉(zhuǎn)差率s增大。§20-3三相異步電動機的工作特性第20章異步電動機的功率、轉(zhuǎn)矩與運行性能2）定子電流特性

：空載時，轉(zhuǎn)子電流基本上為零，此時的定子電流就是勵磁電流I0，隨著負(fù)載的增加，轉(zhuǎn)速降低，轉(zhuǎn)子電流增大，定子電流也增大。§20-3三相異步電動機的工作特性第20章異步電動機的功率、轉(zhuǎn)矩與運行性能3）定子邊功率因數(shù)：已知三相異步電動機運行時必須從電網(wǎng)中吸收滯后的無功功率來建立磁場，所以它的功率因數(shù)永遠(yuǎn)小于1?？蛰d時，定子側(cè)的功率因數(shù)很低，不超過0.2。接近額定負(fù)載時,定子電流中的有功電流增加，使功率因數(shù)提高，接近于1。但是如果進一步增大負(fù)載,由于轉(zhuǎn)差率的增大，使功率因數(shù)角增大，則功率因數(shù)減小?！?0-3三相異步電動機的工作特性第20章異步電動機的功率、轉(zhuǎn)矩與運行性能4）電磁轉(zhuǎn)矩特性穩(wěn)定運行時異步電動機的轉(zhuǎn)矩方程為輸出功率，所以當(dāng)電動機空載時，電磁轉(zhuǎn)矩。隨著負(fù)載增加，增大，由于機械角速度Ω變化不大，電磁轉(zhuǎn)矩T隨的變化近似地為一條直線?！?0-3三相異步電動機的工作特性第20章異步電動機的功率、轉(zhuǎn)矩與運行性能5）效率特性:空載時，=0，=0，隨著輸出功率的增加，效率也在增加?！?0-3三相異步電動機的工作特性第20章異步電動機的功率、轉(zhuǎn)矩與運行性能在正常運行范圍內(nèi)因主磁通變化很小，所以鐵耗變化不大，機械損耗變化也很小，合起來叫不變損耗。定、轉(zhuǎn)子銅耗與電流平方成正比，變化很大，叫可變損耗。當(dāng)不變損耗等于可變損耗時，電動機的效率達到最大。對中、小型異步電動機，大約時，效率最高。如果負(fù)載繼續(xù)增大，效率反而要降低。一般來說，電動機的容量越大，效率越高?！?0-3三相異步電動機的工作特性第20章異步電動機的功率、轉(zhuǎn)矩與運行性能2.用試驗法測三相異步電動機的工作特性:直接負(fù)載試驗是在電源電壓為額定電壓、額定頻率的條件下，給電動機的軸上帶上不同的機械負(fù)載，測量不同負(fù)載下的輸入功率、定子電流、轉(zhuǎn)速n，即可算出各種工作特性，并畫成曲線?！?0-3三相異步電動機的工作特性第20章異步電動機的功率、轉(zhuǎn)矩與運行性能§20-4三相異步電動機參數(shù)的測定

上面已經(jīng)說明，為了要用等值電路計算異步電動機的工作特性，應(yīng)先知道它的參數(shù)。和變壓器一樣，通過做空載和堵轉(zhuǎn)（短路）兩個試驗，就能求出異步電動機的參數(shù)。1.堵轉(zhuǎn)(短路)試驗:堵轉(zhuǎn)試驗又叫短路試驗，即把繞線型異步電機的轉(zhuǎn)子繞組短路，并把轉(zhuǎn)子卡住，不使其旋轉(zhuǎn)，鼠籠型電機轉(zhuǎn)子本身已短路。第20章異步電動機的功率、轉(zhuǎn)矩與運行性能試驗過程：從開始，然后逐漸降電壓。記錄定子繞組加的端電壓、定子電流和定子輸入功率。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，畫出異步電動機的短路特性、，如圖。同時試驗時還應(yīng)測量定子繞組的電阻。

目的：測定短路阻抗、轉(zhuǎn)子電阻、短路電抗?！?0-4三相異步電動機參數(shù)的測定第20章異步電動機的功率、轉(zhuǎn)矩與運行性能因電壓低，鐵損耗可忽略，為了簡單起見，可認(rèn)為，，即勵磁支路可視為開路。由于試驗時，轉(zhuǎn)速n＝0，機械損耗，定子全部的輸入功率都損耗在定、轉(zhuǎn)子的電阻上，即由于，所以§20-4三相異步電動機參數(shù)的測定第20章異步電動機的功率、轉(zhuǎn)矩與運行性能根據(jù)短路試驗測得的數(shù)據(jù)，可以算出短路阻抗、短路電阻和短路電抗。即§20-4三相異步電動機參數(shù)的測定第20章異步電動機的功率、轉(zhuǎn)矩與運行性能2.空載試驗:試驗?zāi)康?測定勵磁阻抗，機械損耗pm和鐵心損耗pFe

。試驗過程:轉(zhuǎn)軸上不加任何負(fù)載，即電動機處于空載運行。讓電動機在額定電壓下運行一段時間，使其機械損耗達到穩(wěn)定值。用調(diào)壓器調(diào)節(jié)電源電壓，使定子繞組上的電壓從（1.1～1.3）UN開始，逐漸降低電壓,直到電動機的轉(zhuǎn)速發(fā)生明顯的變化為止?！?0-4三相異步電動機參數(shù)的測定第20章異步電動機的功率、轉(zhuǎn)矩與運行性能記錄電動機的端電壓、空載電流、空載功率P0和轉(zhuǎn)速n，并畫成曲線。如圖所示，即異步電動機的空載特性?！?0-4三相異步電動機參數(shù)的測定第20章異步電動機的功率、轉(zhuǎn)矩與運行性能由于異步電動機處于空載狀態(tài)，轉(zhuǎn)子電流很小，轉(zhuǎn)子里的銅損耗可忽略不計。所以這時的空載功率全部消耗在定子銅耗、鐵耗、機械損耗和附加損耗中，即:轉(zhuǎn)換一下:§20-4三相異步電動機參數(shù)的測定第20章異步電動機的功率、轉(zhuǎn)矩與運行性能

這樣就可以作出對的關(guān)系曲線。

pFe的大小近似地與外施電壓的平方成正比，即；pm僅與轉(zhuǎn)速有關(guān)，pm近似為常值。上述損耗中：§20-4三相異步電動機參數(shù)的測定第20章異步電動機的功率、轉(zhuǎn)矩與運行性能

關(guān)系曲線基本是一條直線；延長直線與縱軸相交，交點以下部分，即為機械損耗pm，額定電壓時的鐵耗即可從圖中對應(yīng)的點求取。§20-4三相異步電動機參數(shù)的測定第20章異步電動機的功率、轉(zhuǎn)矩與運行性能定子加額定電壓時，根據(jù)空載試驗測得的數(shù)據(jù)和，可以算出:式中是測得的三相功率；、