第12章 異步電動機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩

1、電機(jī)學(xué)多媒體課件系列電機(jī)學(xué)多媒體課件系列福州大學(xué)電氣工程與自動化學(xué)院黃燦水2014.4第三篇第三篇 異異 步步 電電 機(jī)機(jī)第十二章第十二章 異步電動機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩異步電動機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩目目 錄錄第十二章第十二章 異步電動機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩異步電動機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩12.1 12.1 異步電動機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩平衡式異步電動機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩平衡式12.2 12.2 異步電動機(jī)的異步電動機(jī)的機(jī)械特性機(jī)械特性12.3 12.3 異步電動機(jī)的異步電動機(jī)的的穩(wěn)定運(yùn)行條件的穩(wěn)定運(yùn)行條件12.4 12.4 異步電動機(jī)的異步電動機(jī)的工作特性工作特性第一節(jié)第一節(jié) 異步電機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩平衡式異步電機(jī)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(jī)械功率22 21222211rssImrssImPi輸出功率02pPppPPiadmeci1PemPiP2P1CuP2CuPFePadmecPP異步電動機(jī)的功率流程圖異步電動機(jī)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(jī)械功率（內(nèi)功率）總的機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)矩平衡二、異步電動機(jī)轉(zhuǎn)矩平衡由功率平衡式兩邊除以轉(zhuǎn)子機(jī)械角速度由功率平衡式兩邊除以轉(zhuǎn)子機(jī)械角速度得到得到T2負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電動機(jī)軸上的輸出機(jī)械轉(zhuǎn)矩負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電動機(jī)軸上的輸出機(jī)械轉(zhuǎn)矩T電磁轉(zhuǎn)矩，電動機(jī)軸上的總的機(jī)械轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩，電動機(jī)軸上的總的

4、機(jī)械轉(zhuǎn)矩Tmec 機(jī)械損耗轉(zhuǎn)矩；機(jī)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(jī)械運(yùn)動角速度旋轉(zhuǎn)磁場運(yùn)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(jī)的機(jī)械特性異步電動機(jī)的機(jī)械特性三相異步電動機(jī)在外施電壓、頻率和參數(shù)為規(guī)定值時，三相異步電動機(jī)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(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩曲線表示，稱為異步電動機(jī)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(jī)械特性曲線曲線，或機(jī)械特性曲線） 機(jī)械特性機(jī)械特性它是異步電動機(jī)最主要的特性它是異步電動機(jī)最主要的特性電磁制動運(yùn)行T-+-1發(fā)電機(jī)運(yùn)行2n110電動機(jī)運(yùn)行n10+s-n電磁轉(zhuǎn)矩的三種表達(dá)式電磁轉(zhuǎn)矩的三種表達(dá)式1、電磁轉(zhuǎn)矩、電磁轉(zhuǎn)矩參數(shù)表達(dá)式參數(shù)表達(dá)式：22122122111222111/1cxxscrrsrUmsrImPTM電動機(jī)狀態(tài)電動機(jī)狀態(tài)發(fā)電機(jī)狀態(tài)發(fā)電機(jī)狀態(tài)電磁制動狀態(tài)電磁制動狀態(tài)起動點(diǎn)起動點(diǎn)s=1最大電磁轉(zhuǎn)矩點(diǎn)最大電磁轉(zhuǎn)矩點(diǎn)s=sm額定點(diǎn)額定點(diǎn)sN0理想空載點(diǎn)理想空載點(diǎn)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(dá)式物理表達(dá)式：1112NTkNpmC -電機(jī)轉(zhuǎn)矩常數(shù)電機(jī)轉(zhuǎn)矩常數(shù)1 1、最大轉(zhuǎn)矩工作點(diǎn)（、最大轉(zhuǎn)矩工作點(diǎn)（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(jī)對應(yīng)電動機(jī)- - 對應(yīng)發(fā)電機(jī)對應(yīng)發(fā)電機(jī)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(jī)械特性曲線的幾個特殊點(diǎn)：機(jī)械特性曲線的幾個特殊點(diǎn)：221211211121cxxrrcUmTm 最大轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩221212cxxrcrsm改變改變r2時的機(jī)械特性時的機(jī)械特性改變改變U1時的機(jī)械特性時的機(jī)械特性221211211121cxxrrcUmTmr2 smTm不變不變sT0Sm不變不變UNU2U1TmU1Tm2 2、啟動轉(zhuǎn)矩工作點(diǎn)（、啟動轉(zhuǎn)矩工作點(diǎn)（T Tstst) )l 定義：定義：異步電動機(jī)起動時（異步電動機(jī)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(jī)加速，電動機(jī)加速l TTL時，時，TJTa 減速速減速速n、s T 回到回到a點(diǎn)點(diǎn) TL=Ta 電動機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行電動機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行a點(diǎn)是穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)點(diǎn)是穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)TsTLabaTL+L0sm1TsTLabbTL+L0sm1分析分析原來：原來：b點(diǎn)點(diǎn)干擾干擾Lb點(diǎn)點(diǎn)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(diǎn)是不穩(wěn)定運(yùn)點(diǎn)是不穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)。行點(diǎn)。b思考：干擾使電動機(jī)運(yùn)行于思考：干擾使電動機(jī)運(yùn)行于b點(diǎn)的情況？點(diǎn)的情況？穩(wěn)定運(yùn)行條件穩(wěn)定運(yùn)行條件dndTdndTdsdTdsdTLL或恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載穩(wěn)定運(yùn)行范圍：恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載穩(wěn)定運(yùn)行范圍：s=0sm第四節(jié)第四節(jié)

9、 異步電動機(jī)的工作特性異步電動機(jī)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(fù)載轉(zhuǎn)矩特性負(fù)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(fù)載試驗(yàn)法和解析式法直接負(fù)載試驗(yàn)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(fù)載增大隨著負(fù)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(fù)載轉(zhuǎn)矩特性二、負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性 T2=f(P2)602222nPPT在正常運(yùn)行范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速變化不大（硬特性），負(fù)載在正常運(yùn)行范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速變化不大（硬特性），負(fù)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(fù)載增加，隨著負(fù)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(fù)載時負(fù)載時，P2 P1、Q1變化不大變化不大 cos1但負(fù)載增加到一定值時，但負(fù)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(jì)在通常設(shè)計(jì)在額定負(fù)載或略低