第12章 異步電動機的功率和轉(zhuǎn)矩

1、電機學多媒體課件系列電機學多媒體課件系列福州大學電氣工程與自動化學院黃燦水2014.4第三篇第三篇 異異 步步 電電 機機第十二章第十二章 異步電動機的功率和轉(zhuǎn)矩異步電動機的功率和轉(zhuǎn)矩目目 錄錄第十二章第十二章 異步電動機的功率和轉(zhuǎn)矩異步電動機的功率和轉(zhuǎn)矩12.1 12.1 異步電動機的功率和轉(zhuǎn)矩平衡式異步電動機的功率和轉(zhuǎn)矩平衡式12.2 12.2 異步電動機的異步電動機的機械特性機械特性12.3 12.3 異步電動機的異步電動機的的穩(wěn)定運行條件的穩(wěn)定運行條件12.4 12.4 異步電動機的異步電動機的工作特性工作特性第一節(jié)第一節(jié) 異步電機的功率和轉(zhuǎn)矩平衡式異步電機的功率和轉(zhuǎn)矩平衡式1r1x2

2、r2x21rss1U1I0I2Imrmx1cupFep2cupiPMP1P一、功率平衡關(guān)系一、功率平衡關(guān)系輸入功率11111cosIUmP 定子銅損12111rImpcu定子鐵損mmFerImp21電磁功率srImppPPFecuM22 2111轉(zhuǎn)子銅損22 2122222rImrImpcu總機械功率22 21222211rssImrssImPi輸出功率02pPppPPiadmeci1PemPiP2P1CuP2CuPFePadmecPP異步電動機的功率流程圖異步電動機的功率流程圖admecFecucupppppppPP2121功率平衡式：功率平衡式：重要公式：重要公式： 電磁功率（電磁功率（通

3、過基波旋轉(zhuǎn)磁場傳遞到轉(zhuǎn)子通過基波旋轉(zhuǎn)磁場傳遞到轉(zhuǎn)子） 總的機械功率（內(nèi)功率）總的機械功率（內(nèi)功率） Pi = PM - pcu2=(1-s)PM 軸上的輸出功率軸上的輸出功率 P2=Pi- pmec- padspsrImPssrImrImPpPcuMicuM2222122212221212221222111cosIEmsrImppPPFecuM二、異步電動機轉(zhuǎn)矩平衡二、異步電動機轉(zhuǎn)矩平衡由功率平衡式兩邊除以轉(zhuǎn)子機械角速度由功率平衡式兩邊除以轉(zhuǎn)子機械角速度得到得到T2負載轉(zhuǎn)矩，電動機軸上的輸出機械轉(zhuǎn)矩負載轉(zhuǎn)矩，電動機軸上的輸出機械轉(zhuǎn)矩T電磁轉(zhuǎn)矩，電動機軸上的總的機械轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩，電動機軸上的總的

4、機械轉(zhuǎn)矩Tmec 機械損耗轉(zhuǎn)矩；機械損耗轉(zhuǎn)矩；Tad 附加損耗轉(zhuǎn)矩；附加損耗轉(zhuǎn)矩；T0=Tmec +Tad 空載制動轉(zhuǎn)矩空載制動轉(zhuǎn)矩02TTTTTTadmec電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩 T1MiPPT1160216026021602MMMMiiPnPsnPnPsnPP轉(zhuǎn)子機械運動角速度旋轉(zhuǎn)磁場運動角速度一、一、T-sT-s曲線曲線第二節(jié)第二節(jié) 異步電動機的機械特性異步電動機的機械特性三相異步電動機在外施電壓、頻率和參數(shù)為規(guī)定值時，三相異步電動機在外施電壓、頻率和參數(shù)為規(guī)定值時，電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩T T與轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)差率s s（或轉(zhuǎn)速（或轉(zhuǎn)速n n）之間的函數(shù)關(guān)系）之間的函數(shù)關(guān)系，可用，可用曲線表示，稱為異步

5、電動機的電磁轉(zhuǎn)矩曲線表示，稱為異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩- -轉(zhuǎn)差率曲線（也轉(zhuǎn)差率曲線（也稱稱T-sT-s曲線，或機械特性曲線曲線，或機械特性曲線） 機械特性機械特性它是異步電動機最主要的特性它是異步電動機最主要的特性電磁制動運行T-+-1發(fā)電機運行2n110電動機運行n10+s-n電磁轉(zhuǎn)矩的三種表達式電磁轉(zhuǎn)矩的三種表達式1、電磁轉(zhuǎn)矩、電磁轉(zhuǎn)矩參數(shù)表達式參數(shù)表達式：22122122111222111/1cxxscrrsrUmsrImPTM電動機狀態(tài)電動機狀態(tài)發(fā)電機狀態(tài)發(fā)電機狀態(tài)電磁制動狀態(tài)電磁制動狀態(tài)起動點起動點s=1最大電磁轉(zhuǎn)矩點最大電磁轉(zhuǎn)矩點s=sm額定點額定點sN0理想空載點理想空載點s=02

6、222111222111coscos2cosICIkNpmIEmpPTmTmNM可見：可見：電磁轉(zhuǎn)矩與氣隙磁通和轉(zhuǎn)子電流電磁轉(zhuǎn)矩與氣隙磁通和轉(zhuǎn)子電流的有功分量的乘積成正比的有功分量的乘積成正比2、電磁轉(zhuǎn)矩、電磁轉(zhuǎn)矩物理表達式物理表達式：1112NTkNpmC -電機轉(zhuǎn)矩常數(shù)電機轉(zhuǎn)矩常數(shù)1 1、最大轉(zhuǎn)矩工作點（、最大轉(zhuǎn)矩工作點（T Tm m）l臨界轉(zhuǎn)差率：產(chǎn)生最大電磁轉(zhuǎn)矩時的轉(zhuǎn)差率（臨界轉(zhuǎn)差率：產(chǎn)生最大電磁轉(zhuǎn)矩時的轉(zhuǎn)差率（dT/ds=0）221212cxxrcrsm+ + 對應(yīng)電動機對應(yīng)電動機- - 對應(yīng)發(fā)電機對應(yīng)發(fā)電機l 性質(zhì)：性質(zhì)： TmU12、 sm與無關(guān)與無關(guān)U1 Tm與與r2無關(guān)，但無

7、關(guān)，但smr2機械特性曲線的幾個特殊點：機械特性曲線的幾個特殊點：221211211121cxxrrcUmTm 最大轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩221212cxxrcrsm改變改變r2時的機械特性時的機械特性改變改變U1時的機械特性時的機械特性221211211121cxxrrcUmTmr2 smTm不變不變sT0Sm不變不變UNU2U1TmU1Tm2 2、啟動轉(zhuǎn)矩工作點（、啟動轉(zhuǎn)矩工作點（T Tstst) )l 定義：定義：異步電動機起動時（異步電動機起動時（n=0、s=1）的電磁轉(zhuǎn)矩）的電磁轉(zhuǎn)矩22122122111)(cxxcrrrUmTstl 性質(zhì)：性質(zhì)： TstU12 Tst1/(x1+x2)2在在

8、0sm0，電動機加速，電動機加速l TTL時，時，TJTa 減速速減速速n、s T 回到回到a點點 TL=Ta 電動機穩(wěn)定運行電動機穩(wěn)定運行a點是穩(wěn)定運行點點是穩(wěn)定運行點TsTLabaTL+L0sm1TsTLabbTL+L0sm1分析分析原來：原來：b點點干擾干擾Lb點點干擾消除后，干擾消除后，TLTb 減速減速n、s T n 直到直到n=0，停轉(zhuǎn)，停轉(zhuǎn) b點是不穩(wěn)定運點是不穩(wěn)定運行點。行點。b思考：干擾使電動機運行于思考：干擾使電動機運行于b點的情況？點的情況？穩(wěn)定運行條件穩(wěn)定運行條件dndTdndTdsdTdsdTLL或恒轉(zhuǎn)矩負載穩(wěn)定運行范圍：恒轉(zhuǎn)矩負載穩(wěn)定運行范圍：s=0sm第四節(jié)第四節(jié)

9、 異步電動機的工作特性異步電動機的工作特性l工作特性：工作特性：轉(zhuǎn)速特性轉(zhuǎn)速特性 n =f(P2)負載轉(zhuǎn)矩特性負載轉(zhuǎn)矩特性 T2=f(P2)定子電流特性定子電流特性 I1=f(P2)功率因數(shù)特性功率因數(shù)特性 cos 1=f(P2)效率特性效率特性 =f(P2)l測定方法：測定方法：直接負載試驗法和解析式法直接負載試驗法和解析式法l條件：條件：外施電源電壓外施電源電壓U1和頻率和頻率f1不變不變1.0T2/TN0.4000.20.20.40.60.60.8cos11.20.81.0n/n1P2/PN1.2I1/IN一、轉(zhuǎn)速特性一、轉(zhuǎn)速特性 n= f (P2)空載時，空載時，T T2 20 0，T

10、 TT T0 0，n n0 0接近接近n n1 1，s s很小。很小。隨著負載增大隨著負載增大P P2 2T=TL+T0s( (很小，如很小，如S SN N=0.01=0.010.050.05）n（很?。ê苄。?硬特性硬特性0nP2PNn很小很小硬特性硬特性n0n1nN二、負載轉(zhuǎn)矩特性二、負載轉(zhuǎn)矩特性 T2=f(P2)602222nPPT在正常運行范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速變化不大（硬特性），負載在正常運行范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速變化不大（硬特性），負載轉(zhuǎn)矩與輸出功率近似為直線。轉(zhuǎn)矩與輸出功率近似為直線。0T2P2PN尾部稍彎尾部稍彎T2N三、定子電流特性三、定子電流特性 I1=f(P2)隨著負載增加，隨著負載增加，

11、I I2 2相應(yīng)增大，定子電流相應(yīng)增大，定子電流I I1 1也相應(yīng)增大也相應(yīng)增大I I2 2與輸出功率與輸出功率P P2 2不成正比，不成正比，I I1 1與輸出功率呈非線性關(guān)系與輸出功率呈非線性關(guān)系21IIIm0I1P2PNI1NIm四、功率因數(shù)特性四、功率因數(shù)特性cos 1=f(P2)l空載時空載時，電流主要成分是磁化電流（無功分量），功率因，電流主要成分是磁化電流（無功分量），功率因數(shù)很低，數(shù)很低，coscos 1 1 0.20.2l負載時負載時，P2 P1、Q1變化不大變化不大 cos1但負載增加到一定值時，但負載增加到一定值時，ns2=tg-1sx2/r2 cos2cos10.20cos1P2PNl功率因數(shù)最大值：功率因數(shù)最大值：通常設(shè)計在通常設(shè)計在額定負載或略低