第20章 異步電動機的功率、轉(zhuǎn)矩與運行性能

1、第二十章第二十章 異步電動機的功率、異步電動機的功率、轉(zhuǎn)矩與運行性能轉(zhuǎn)矩與運行性能20-1 三相異步電動機的功率與三相異步電動機的功率與轉(zhuǎn)矩關系轉(zhuǎn)矩關系1. 功率關系（用等效電路分析）功率關系（用等效電路分析）: 當三相異步電動機以轉(zhuǎn)速當三相異步電動機以轉(zhuǎn)速n穩(wěn)定運行時，從電源穩(wěn)定運行時，從電源輸入的功率輸入的功率 為為: 定子銅損耗定子銅損耗 為為:1P1111cos3IUP 1Cup12113RIpCu 在正常情況下，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速接近于同步轉(zhuǎn)速，所在正常情況下，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：計

2、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。于轉(zhuǎn)子回路全部電阻上的損耗。 也可表示為：也可表示為：mFeFeRIpp2013sRIppPPFeCuM22211132222222coscos3IEmIEPM20-1 三相異步電動機的功率與三相異步電動機的功率與轉(zhuǎn)矩關系轉(zhuǎn)矩關系 轉(zhuǎn)子繞組中的銅損耗為：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，用機械功率，用

3、 表示。表示。 電動機在運行時，會產(chǎn)生軸承以及風阻等摩擦阻電動機在運行時，會產(chǎn)生軸承以及風阻等摩擦阻轉(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，用做機械損耗，用 表示。表示。MCusPRIp22223mPMCuMmPsRssIpPP)1 (132222mp20-1 三相異步電動機的功率與三相異步電動機的功率與轉(zhuǎn)矩關系轉(zhuǎn)矩關系 當然除了這些損耗外，還有一些附加損耗等，當然除了這些損耗外，還有一些附加損耗等， 這樣，輸出功率為：這樣，輸出功率為： 所以整個功率傳遞過程中的功率關系為：所以整個功率傳遞過程中的功率關系為： 功率流程圖：功率流程圖：

4、從以上功率關系定量分析中看出，異步電動機運從以上功率關系定量分析中看出，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系是：之間的定量關系是：ammppPP 2amcuFeCupppppPP 21112)1 (12s:s:P:p:PmCuM 20-1 三相異步電動機的功率與三相異步電動機的功率與轉(zhuǎn)矩關系轉(zhuǎn)矩關系2. 轉(zhuǎn)矩關系：轉(zhuǎn)矩關系： 機械功率機械功率 除以軸的角速度除以軸的角速度就是電磁轉(zhuǎn)矩就是電磁轉(zhuǎn)矩 ，即：即：mPTmPT 對功率表達式對功率表達式 兩邊同除以角速兩邊同除以角速度度 得轉(zhuǎn)矩關系：得轉(zhuǎn)矩關系：022TTTTTT

5、amammppPP2 式中，式中，T2 為電動機轉(zhuǎn)軸輸出轉(zhuǎn)矩，為電動機轉(zhuǎn)軸輸出轉(zhuǎn)矩，T0=Tm+Ta 為為空載轉(zhuǎn)矩。空載轉(zhuǎn)矩。20-1 三相異步電動機的功率與三相異步電動機的功率與轉(zhuǎn)矩關系轉(zhuǎn)矩關系 電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩 T 與電磁功率與電磁功率 的關系為：的關系為：MP11602)1(602MmmmPnsPnPPT 式中式中1為同步角速度（用機械角度表示），等為同步角速度（用機械角度表示），等于常數(shù)。于常數(shù)。 將將 代入上式得電磁轉(zhuǎn)矩表達代入上式得電磁轉(zhuǎn)矩表達 式為：式為：2222cosIEmPM20-1 三相異步電動機的功率與三相異步電動機的功率與轉(zhuǎn)矩關系轉(zhuǎn)矩關系602cos122221nIEm

6、PTM 602cos21222122nIkNfmmdp 22cos ICmT 22222cos2 IkpNmmdp 20-1 三相異步電動機的功率與三相異步電動機的功率與轉(zhuǎn)矩關系轉(zhuǎn)矩關系 式中式中 ： 是一常數(shù)，稱轉(zhuǎn)矩因數(shù)。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的大小與氣隙每極磁通量 、轉(zhuǎn)子相電流、轉(zhuǎn)子相電流 I2 以以及轉(zhuǎn)子功率因數(shù)及轉(zhuǎn)子功率因數(shù) 三者的乘積成正比。三者的乘積成正比。 或者或者說與氣隙每極磁通量和轉(zhuǎn)子電流的有功分量乘積說與氣隙每極磁通量和轉(zhuǎn)子電流的有功分量乘積成正比。成正比。2222dp

7、TkpNmC 2cos2222222coscos2 ICIkpNmTmTmdp m20-1 三相異步電動機的功率與三相異步電動機的功率與轉(zhuǎn)矩關系轉(zhuǎn)矩關系1）轉(zhuǎn)速特性）轉(zhuǎn)速特性 : 三相異步電動機空載時，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速三相異步電動機空載時，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n接近于同接近于同步轉(zhuǎn)速步轉(zhuǎn)速 。 隨著負載的增加，轉(zhuǎn)速隨著負載的增加，轉(zhuǎn)速n要略微降低，這時轉(zhuǎn)子要略微降低，這時轉(zhuǎn)子電動勢電動勢 增大，轉(zhuǎn)子電流增大，轉(zhuǎn)子電流 增大，以產(chǎn)生大增大，以產(chǎn)生大 的電磁轉(zhuǎn)矩來平衡負載轉(zhuǎn)矩。因此，隨著的電磁轉(zhuǎn)矩來平衡負載轉(zhuǎn)矩。因此，隨著P2的增的增加，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速加，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n下降，轉(zhuǎn)差率下降，轉(zhuǎn)差率s增大。增大。)(2Pfn 1

8、nSE2SI220-3 三相異步電動機的工作特三相異步電動機的工作特性性2）定子電流特性）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就是勵磁電流I0，隨著負載的增加，轉(zhuǎn)速降低，隨著負載的增加，轉(zhuǎn)速降低，轉(zhuǎn)子電流增大，定子電流也增大。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三相異步電動機的工作特性性)(21PfI 3）定子邊功率因數(shù)）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，所以它的功率因滯后的無功功率來建立磁場，所以它

9、的功率因數(shù)永遠小于數(shù)永遠小于1。 空載時，定子側(cè)的功率因數(shù)很低，不超過空載時，定子側(cè)的功率因數(shù)很低，不超過0.2。 接近額定負載時接近額定負載時,定子電流中的有功電流增加，定子電流中的有功電流增加，使功率因數(shù)提高，接近于使功率因數(shù)提高，接近于1。 但是如果進一步增大負載但是如果進一步增大負載,由于轉(zhuǎn)差率的增大，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。使功率因數(shù)角增大，則功率因數(shù)減小。)(cos21Pf20-3 三相異步電動機的工作特三相異步電動機的工作特性性4）電磁轉(zhuǎn)矩特性）電磁轉(zhuǎn)矩特性 穩(wěn)定運行時異步電動機的轉(zhuǎn)矩方程為穩(wěn)定運行時異步電動機的轉(zhuǎn)矩方程為 輸出功率輸出功率 ，所以，所

10、以 當電動機空載時，電磁轉(zhuǎn)矩當電動機空載時，電磁轉(zhuǎn)矩 。隨著負載。隨著負載增加，增加， 增大，由于機械角速度增大，由于機械角速度變化不大，電磁變化不大，電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩 T 隨的變化近似地為一條直線。隨的變化近似地為一條直線。)(2PfT 20TTT22TP20PTT0TT 2P20-3 三相異步電動機的工作特三相異步電動機的工作特性性5）效率特性）效率特性 : 空載時，空載時， = 0， = 0，隨著輸出功率的增加，隨著輸出功率的增加，效率也在增加。效率也在增加。)(2PfpPpPP21212P20-3 三相異步電動機的工作特三相異步電動機的工作特性性 在正常運行范圍內(nèi)因主磁通變化很小，所以鐵耗

11、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，合起來叫變化不大，機械損耗變化也很小，合起來叫不變不變損耗損耗。定、轉(zhuǎn)子銅耗與電流平方成正比，變化很。定、轉(zhuǎn)子銅耗與電流平方成正比，變化很大，叫大，叫可變損耗可變損耗。 當當不變損耗等于可變損耗不變損耗等于可變損耗時，電動機的效率達到時，電動機的效率達到最大。最大。 對中、小型異步電動機，大約對中、小型異步電動機，大約 時，效時，效率最高。如果負載繼續(xù)增大，效率反而要降低。率最高。如果負載繼續(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。一般來說，電動機的容量越大，效率越高。 NPP75. 0220-3 三

12、相異步電動機的工作特三相異步電動機的工作特性性2. 用試驗法測三相異步電動機的工作特性用試驗法測三相異步電動機的工作特性: 直接負載試驗是在電源電壓為額定電壓、額定直接負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頻率的條件下，給電動機的軸上帶上不同的機械負載，測量不同負載下的輸入功率、定子電械負載，測量不同負載下的輸入功率、定子電流、轉(zhuǎn)速流、轉(zhuǎn)速n，即可算出各種工作特性，并畫成，即可算出各種工作特性，并畫成曲線。曲線。20-3 三相異步電動機的工作特三相異步電動機的工作特性性 20-4 三相異步電動機參數(shù)的測定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

13、電路計算異步上面已經(jīng)說明，為了要用等值電路計算異步電動機的工作特性，應先知道它的參數(shù)。和變壓電動機的工作特性，應先知道它的參數(shù)。和變壓器一樣，通過做空載和堵轉(zhuǎn)（短路）兩個試驗，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)。就能求出異步電動機的參數(shù)。1. 堵轉(zhuǎn)堵轉(zhuǎn) (短路短路)試驗試驗: 堵轉(zhuǎn)試驗又叫短路試驗，即把繞線型異步電機的堵轉(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?；\型電機轉(zhuǎn)子本身已短路。 試驗過程：試驗過程：從從 開始，然后逐漸降電開始，然后逐漸降電壓。記錄定

14、子繞組加的端電壓壓。記錄定子繞組加的端電壓 、定子電流、定子電流 和定子輸入功率和定子輸入功率 。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，畫出異步。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，畫出異步電動機的短路特性電動機的短路特性 、 ，如圖。如圖。 同時試驗時還應測量定子繞組的電阻同時試驗時還應測量定子繞組的電阻 。NUU4 . 01KI1KP1)(11UfIK)(11UfPK1U 目的：目的：測定短路阻抗測定短路阻抗 、轉(zhuǎn)子電阻、轉(zhuǎn)子電阻 、短路、短路電抗電抗 。kZ2RkX 20-4 三相異步電動機參數(shù)的測定三相異步電動機參數(shù)的測定1R 因電壓低，鐵損耗可忽略，為了簡單起見，可認因電壓低，鐵損耗可忽略，為了簡單起見，可認為為 ， ，即勵磁支

15、路可視為開路。，即勵磁支路可視為開路。 由于試驗時，轉(zhuǎn)速由于試驗時，轉(zhuǎn)速n0，機械損耗，機械損耗 ，定子，定子全部的輸入功率全部的輸入功率 都損耗在定、轉(zhuǎn)子的電阻上，都損耗在定、轉(zhuǎn)子的電阻上，即即 由于由于 ，所以，所以2zzm00I0mpKP12221211)( 33RIRIPK00IKIII112)(321211RRIPKK 20-4 三相異步電動機參數(shù)的測定三相異步電動機參數(shù)的測定 根據(jù)短路試驗測得的數(shù)據(jù)，可以算出短路阻抗、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。即短路電阻和短路電抗。即22211113,kkkkkkKkRZXIPRIUZ2121,XXXRRRkk2

16、21kXXX 20-4 三相異步電動機參數(shù)的測定三相異步電動機參數(shù)的測定2. 空載試驗空載試驗:試驗目的試驗目的:測定勵磁阻抗測定勵磁阻抗 ，機械損耗，機械損耗 pm 和和鐵心損耗鐵心損耗 pFe 。試驗過程試驗過程: 轉(zhuǎn)軸上不加任何負載，即電動機處于空載運行。轉(zhuǎn)軸上不加任何負載，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。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用調(diào)壓器調(diào)節(jié)電源電壓，使定子繞組上的電壓從（1.11.3）UN開始，逐漸降低電壓開始，逐漸降低電壓 ,直到電動機直到電動機的轉(zhuǎn)速發(fā)生明

17、顯的變化為止。的轉(zhuǎn)速發(fā)生明顯的變化為止。mmXR , 20-4 三相異步電動機參數(shù)的測定三相異步電動機參數(shù)的測定 記錄電動機的端電壓、空載電流、空載功率記錄電動機的端電壓、空載電流、空載功率P0和和轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n，并畫成曲線。如圖所示，即異步電動機，并畫成曲線。如圖所示，即異步電動機的空載特性。的空載特性。 20-4 三相異步電動機參數(shù)的測定三相異步電動機參數(shù)的測定 由于異步電動機處于空載狀態(tài)，轉(zhuǎn)子電流很小，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、機械損耗和附加率全部消耗在定子銅耗、鐵

18、耗、機械損耗和附加損耗中，即損耗中，即: 轉(zhuǎn)換一下轉(zhuǎn)換一下:amFepppRIP12003amFepppRIPP120003 20-4 三相異步電動機參數(shù)的測定三相異步電動機參數(shù)的測定 這樣就可以作出這樣就可以作出 對對 的關系曲線。的關系曲線。0P21U pFe 的大小近似地與外施電壓的平方成正比，的大小近似地與外施電壓的平方成正比， 即即 ；21UpFe pm 僅與轉(zhuǎn)速有關，僅與轉(zhuǎn)速有關， pm 近似為常值。近似為常值。上述損耗中：上述損耗中： 20-4 三相異步電動機參數(shù)的測定三相異步電動機參數(shù)的測定 關系曲線基本是一條直線；延長直線關系曲線基本是一條直線；延長直線與縱軸相交，與縱軸相交， 交點以下部分，交點以下部分， 即為即為機械損耗機械損耗pm， 額定電壓時的鐵耗額定電壓時的鐵耗即可從圖中對應的即可從圖中對應的 點求取。點求取。)(210UfP 21NU 20-4 三相異步電動機參數(shù)的測定三相異步電動機參數(shù)的測定 定子加額定電壓時，根據(jù)空載試驗測得