《電機(jī)原理與維修》課件第13章

第13章三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性13.1轉(zhuǎn)速特性13.2轉(zhuǎn)矩特性13.3定子電流特性13.4功率因數(shù)特性13.5效率特性習(xí)題13.1轉(zhuǎn)速特性三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速特性是指在電源電壓和頻率為額定值，并且電動(dòng)機(jī)固有參數(shù)不變的情況下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與輸出功率的關(guān)系特性，即n=f(P2)的關(guān)系曲線?？蛰d時(shí)，輸出功率P2=0，轉(zhuǎn)子電流I2接近于零，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n接近于同步轉(zhuǎn)速。由負(fù)載轉(zhuǎn)矩公式T2=P2/Ω可知，隨著負(fù)載的增大，即輸出功率的增大，輸出轉(zhuǎn)矩也將增大，以達(dá)到電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩平衡。而轉(zhuǎn)子電流增大才能保證電磁轉(zhuǎn)矩增大，也就是說(shuō)轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)E2s必須增大，因此，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速隨著負(fù)載的增大而下降。為了保證電動(dòng)機(jī)負(fù)載時(shí)有較高的效率，轉(zhuǎn)子銅耗不能太大，因此負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)差率限制在比較小的范圍內(nèi)。所以，隨著負(fù)載的增大，轉(zhuǎn)速降并不大。三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速特性是一條稍向下傾斜的曲線，特性曲線較硬，如圖13-1所示。圖13-1異步電動(dòng)機(jī)工作特性曲線13.2轉(zhuǎn)矩特性三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性是指在電源電壓和頻率為額定值，并且電動(dòng)機(jī)固有參數(shù)不變的情況下，電磁轉(zhuǎn)矩與輸出功率的關(guān)系特性，即T=f(P2)的關(guān)系曲線。電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩應(yīng)與負(fù)載制動(dòng)轉(zhuǎn)矩相平衡，即T=TL，由轉(zhuǎn)矩平衡方程式T=T2+T0可知，T=TL=T2+T0。電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)軸端輸出功率P2=0，則輸出轉(zhuǎn)矩T2=0，電磁轉(zhuǎn)矩T等于空載制動(dòng)轉(zhuǎn)矩T0。隨著負(fù)載的增加，電動(dòng)機(jī)軸端輸出功率P2亦將增大，根據(jù)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速特性可以看出，從空載到額定負(fù)載運(yùn)行，轉(zhuǎn)速稍有下降，可以認(rèn)為T2=f(P2)隨P2的增加略微上翹。由于空載轉(zhuǎn)矩T0很小，而且認(rèn)為它是與P2無(wú)關(guān)的常數(shù)，因此電磁轉(zhuǎn)矩T與P2的特性曲線將比T2=f(P2)特性曲線平行上移T0數(shù)值，如圖13-1所示。13.3定子電流特性三相異步電動(dòng)機(jī)的定子電流特性是指在電源電壓和頻率為額定值，并且電動(dòng)機(jī)固有參數(shù)不變的情況下，定子電流與輸出功率的關(guān)系特性，即I1=f(P2)的關(guān)系曲線?？蛰d時(shí)，輸出功率P2=0，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n接近于同步轉(zhuǎn)速n1，轉(zhuǎn)差率很小，使轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)很小，轉(zhuǎn)子電流I2≈0。此時(shí)，定子電流僅為空載電流I0。隨著負(fù)載的增大，P2也將增大，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速n1的差值增大，從而使轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)增大，轉(zhuǎn)子電流也增大，根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)磁動(dòng)勢(shì)平衡關(guān)系，為補(bǔ)償轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)因轉(zhuǎn)子電流的增大而增大，定子電流和磁動(dòng)勢(shì)也將增大。也就是說(shuō)，定子電流I1隨著P2的增大幾乎成正比例增大。當(dāng)P2增大到超過(guò)額定值后，因轉(zhuǎn)速下降過(guò)多，轉(zhuǎn)子漏抗較大，轉(zhuǎn)子功率因數(shù)cosφ2較低，故為平衡較大的負(fù)載轉(zhuǎn)矩就需要更大的轉(zhuǎn)子電流，所以I1的增大將比原先更快些。三相異步電動(dòng)機(jī)的I1=f(P2)曲線如圖13-1所示，在正常工作范圍內(nèi)，I1=f(P2)曲線近似一條直線，當(dāng)P2大于PN后，I1=f(P2)曲線為一條向上彎曲的曲線。13.4功率因數(shù)特性三相異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)特性是指在電源電壓和頻率為額定值，并且電動(dòng)機(jī)固有參數(shù)不變的情況下，功率因數(shù)與輸出功率的關(guān)系特性，即cosφ1=f(P2)的關(guān)系曲線。異步電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行時(shí)，輸出功率P2=0，定子電流即為空載電流I0，主要是建立旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的勵(lì)磁電流，而異步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流是從電網(wǎng)吸取的無(wú)功電流，因此功率因數(shù)很低，cosφ1=cosφ0＜0.2。隨著負(fù)載的增大，轉(zhuǎn)子電流有功分量增加，相應(yīng)定子電流有功分量也增加，功率因數(shù)將隨著負(fù)載的增加而增加。在額定負(fù)載附近，功率因數(shù)達(dá)到最大值。如果負(fù)載繼續(xù)增大并超過(guò)額定負(fù)載，因轉(zhuǎn)速下降過(guò)多，轉(zhuǎn)差率s增大，轉(zhuǎn)子功率因數(shù)下降較多，導(dǎo)致定子電流中與之平衡的無(wú)功分量也增加，電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)cosφ1反而下降，如圖13-1所示。因此，電動(dòng)機(jī)應(yīng)在接近額定負(fù)載狀況下工作較為經(jīng)濟(jì)。13.5效率特性三相異步電動(dòng)機(jī)的效率特性是指在電源電壓和頻率為額定值，并且電動(dòng)機(jī)固有參數(shù)不變的情況下，電動(dòng)機(jī)的效率與輸出功率的關(guān)系特性，即η=f(P2)的關(guān)系曲線。

(13-1)上式中，鐵芯損耗pFe和機(jī)械損耗pm為不變損耗；定子銅耗pCu1、轉(zhuǎn)子銅耗pCu2和附加損耗ps均為可變損耗。異步電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行時(shí)，P2=0，η=0；當(dāng)負(fù)載增加但數(shù)值較小時(shí)，可變損耗很小，效率隨負(fù)載的增加而迅速增加，特性曲線上升很快；隨著負(fù)載繼續(xù)增大，可變損耗也隨之增大，當(dāng)可變損耗等于不變損耗時(shí)，電動(dòng)機(jī)的效率達(dá)到最大值。負(fù)載再繼續(xù)增大，可變損耗增加很快，效率開始降低，如圖13-1所示。異步電動(dòng)機(jī)空載或輕載時(shí)效率很低，接近額定負(fù)載時(shí)(一般為0.7PN~PN)，效率最高。由以上分析可知，異步電動(dòng)機(jī)的效率和功率因數(shù)都是在額定負(fù)載附近達(dá)到最大值，因此，在選用電動(dòng)機(jī)時(shí)，要注意電動(dòng)機(jī)與負(fù)載匹配的問(wèn)題。選的過(guò)小，會(huì)造成電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期過(guò)載運(yùn)行，影響電動(dòng)機(jī)的使用壽命；選的過(guò)大，會(huì)造成電動(dòng)機(jī)效率和功率因數(shù)都很低，不經(jīng)濟(jì)。習(xí)題

13-1簡(jiǎn)述異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速特性為何是一條稍向下傾斜的曲線？

13-2異步電動(dòng)機(jī)在接近額定負(fù)載運(yùn)行時(shí)，其功率因數(shù)和效率均達(dá)到最大，為什么？

13-3異步電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載