第20章電動機的功率、轉(zhuǎn)矩與運行性能

第二十章異步電動機的功率、轉(zhuǎn)矩與運行三相異步電動機三相異步電動機三相異步電動機第二十章異步電動機的功率、轉(zhuǎn)矩與運行基本要求掌握三相掌握電磁掌握三了解三pcupcu

jX

s1ss.

I1I

.

Rm

jX電源輸入的有功功率：13U1I1cos定子銅 3I定子銅 3I2定子鐵耗

電磁功率 P1pcu3I

I01sE1pcu m2E2I2cos2轉(zhuǎn)子銅耗

3I2

cu 總機械功率： cu

cu

3I

1s

(1s)2輸出的機P22

(

pa)Pm式中，p0pm 為空載損耗異步電動機的功率平衡方程P21pcu1

pcu

pmpa1式中，ppcu1總損耗

pcu

pmpa為異步ppm 三相異步電動機的功電磁功率、轉(zhuǎn)子銅耗和總機械功率之間的數(shù)量PM: : mI2cu

:mI2R

:mI

1s

PM:pcu2:Pm1:s:1 PPppp

P2 p

異步電動機的轉(zhuǎn)矩平衡方程 T2T式中，T為電磁轉(zhuǎn)矩；T2為負(fù)載制動轉(zhuǎn)矩；T0為空轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)磁場運速機械機械運速T?

1

為同步角Pm

121s1

1 TE24.44f1N2kdp2m mE cos

m24.44f1N2kdp2mI2cos2pT p p2m22

I CI 2Tm22

I CI 2T 2TCT為一常數(shù)I2cos2為轉(zhuǎn)子電流的有功20-1三相異步電動機的機械特的條件下，電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速n（或轉(zhuǎn)差率s）系T

mI2R mI2

T M

1p11

2f1p由異步電動機的簡化路，可求UU

jX

1R1R121s0jX1RRRR1s21 22U m1 R R 2

XX

mpU2 s

pT p

RR2

XX21 s mpU

T R 2f1R2XX2 s f1，電機參數(shù)（R1、、X1、X、p、m1）和轉(zhuǎn)差率s之間的固有機械特性：三相異步電機在電壓、頻率均為額定值snsnm0n態(tài)1nN態(tài)0T電動機0s1(0n TT與n方向相同，為驅(qū) R m

2 發(fā)電機s0(n TT與n方向相反，為制 mI

R2s電磁制動s1(nTT與n方向相反，為制

機電機 態(tài) nnNm Nm mI

R2s

0

T ss0nABnNCD0 理想空載運行點T

s0(n額定運行點T

ssN(nnN?最大電磁轉(zhuǎn)矩點T

s

n(1

起動點T

s1(n額定電磁轉(zhuǎn)矩ssN(nnN T

NsNN 9550 n2N 2nNTm和臨

0

T

sm

R21X1R2

2X2R21X1X22R21X1X22m 1 4f1

“+”號：電動機 “-”號：發(fā)電機狀R211XR211X22m

Tm

4f1R1

m1pUR21R211 221在一般異R1X1X2，所以sm的近似表

m1pU XX

Tm

f1 X

X最大電磁轉(zhuǎn)矩的特點當(dāng)電源頻率和電機參數(shù)一定T

2U2

,而sm與U1無,當(dāng)電源電壓和頻率一定時，近似有TmX

X

,sm

X

s0nsnNm0TNs0nsnNm0TN能力km

km NT三相異步電動機的起動轉(zhuǎn)矩Tsm

2RTs

2f1[(R1R ( X) 22122m

2RTs

2f1[(R1R ( X) 22122起動轉(zhuǎn) 當(dāng)電源電壓和頻率X1、X2越大，Ts?當(dāng)轉(zhuǎn)子電阻R2增大時，Ts先增大后起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)：起動轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比稱為起動轉(zhuǎn)kskst

TsN異步電動機的運行點為

A機械特性T=f(s)與負(fù)載的機械特性TL=f(s)的交點A點：T=TL，s=sA當(dāng)擾動使負(fù)載轉(zhuǎn)矩由TL增大到T'L

sNNN

BTCTT n

s T

TNTstTLTL電動機穩(wěn)定運行于B擾 后，T n

s TC點：T=TL，s=sc當(dāng)擾動使負(fù)載轉(zhuǎn)矩由

s0ns0n工作ABTsnNmC0TNTstTLTLT n

s T異步電動機最后停C點是電動機的不穩(wěn)定運T異步電動機穩(wěn)定運行的條dTdTL 1R21R211X22

m1pU

sm與U1無 sm U R211R211 221

mpU2

TU

m與R2無T 2f[(RR)2( X

Ts隨R2改變而 60f1

UNU1

Sm不T與U2 T與U2

0

TL

R21R211X22

Rs

Rs

n1sm

60f1p

RR2RSTm不Ts先增大后減

R2RS R2RSR211X22

Rs4Rs3Rs2Ts

R此時R21R211X22

R2RSR2RS三相繞線式異步電動機在轉(zhuǎn)子回 路中串入適當(dāng)?shù)碾娮?，可以增?/p>

R2RSmpU

T R

Tm

4fR 12f1R21

XX2

1 mpU11mpU11R2 21X12T

mpU

R21X1XR21X1X221

R

XX2

mpU2 s21 s2 R211XR211X222 R sR 2XX2 s 2T2R2T

2RR R21X1XR21X1X22R21X1X222

R

2R 21sR221

XX2

sR2

X sR2R211X22

21X1X22

m

2R2R1 m m

2RR

2RRs 2 2

s

s

s

R1sT

R1

2 m 2RR

s 2

s

式中，q2R1因為s

m2，q2R1m

2，q可以忽略，所以T s

6.機械特性的實用表達 9550

T2T2ssn 2nN

如果已知sN和TN，代入電磁轉(zhuǎn)矩的實用表達式，可TN1

s

k2

sNsm

電動機拖動恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載TL的轉(zhuǎn)TL

s

s

T smskm N

N

1

TL

T ssmkmN

N

1

TL

【例題20-2三相異步電動機的工作特性能額定效率額定功率因數(shù)起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)

T kst 起動電流倍數(shù)過載能力

km N三相異步電動機的工作特性：當(dāng)U=U1N且f1=f1N時、I1=f(P2)、cos1=f(P2)T=f(P2)=f(P2)的關(guān)系轉(zhuǎn)速特

nns

PM

T s

n三相異步電動機的轉(zhuǎn)速特性是稍微向下傾斜的曲0

定子電流定義：U=U1Nf1=f1N時

I (I) P20時，I I.

I1L

I10

三相異步電動機的定子電流特性為一上升并上翹的曲定義：U=U1N、f1=f1Ncos1=f(P2

I. 定子電流主要是無功的磁化

P2轉(zhuǎn)子電流的有功分量增 定子電流的有功分量增cos1 在額定負(fù)載附近cos1P2進一步cos1

轉(zhuǎn)差率s增大

2

下降三相異步電動機的定子功率因數(shù)特性為在額定負(fù)載附近有一極值電磁轉(zhuǎn)矩

·定義：U=U1Nf1=f1N時，T=f(P2TT2 TP2 P2 T三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩特性近似為1的直

TTn

效率 p

p

從空載到滿載運行，mn化很小，pFe、pm基本不0為不變損耗

pcu1、pcu2、pa 隨負(fù)載變化而

2.效率都低，很不經(jīng)濟；如果電動機

TTn定容量選得過小，電動機將超載運 時，會造成電動機過熱，影 甚至燒0

三相異步電動機參數(shù)的測三相異Rm、Xm、R1、X1、R2、X

試驗?zāi)康模簻y量短路阻抗Zk

短路電抗Xk0轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)定子外施電壓U1，使U1從0.4U1N開始逐漸降低，記錄定子相電壓U1、相電流I1K和定子三0相輸入功率 ，根據(jù)試驗數(shù)據(jù) 制三相異步電動機的短路特

三相異步電動機的堵運行情況轉(zhuǎn)子繞組短路并堵轉(zhuǎn)

jX0Rm0Rm212

m

堵轉(zhuǎn)時的等效pFe大中型異步電動機，ZmI0

1

jX堵轉(zhuǎn)時的簡化等效k

(RR)3I2

RkR1 XkX1X ZkZ1短路參數(shù)

jXZk 3I

堵轉(zhuǎn)時的簡化等效 2 2kkRR

X1

試驗?zāi)康模簻y定勵磁阻抗Rm、Xm，鐵耗pFe、機械耗pm試驗方法：I電動機在額定頻率的額定電壓下P0空載運行一段時間，使機械耗達I0到穩(wěn)定值。然后調(diào)節(jié)外I使定子端電壓由（1.1~1.3U1N）開始，逐漸降低，直至轉(zhuǎn)速明顯下降為止。記錄定子相電壓U1、空載相電流I0和定子輸入功率P0， 據(jù)試驗數(shù)據(jù)繪制三相異步電動機

的空載特性P0f(U1)I0f(U1)

三相異步電動機的空運行情況分空載運行時，s

1s

·

I0·I011

R jX22R22Rm

1s

I2

0pcu1pFepmPP3I2R

鐵耗與機械耗的分離 pf

p與U無

U U

平方法分離機空載運行時，I2Z0Z1

轉(zhuǎn)子呈開

00R0R1 X0X1Xm空載參數(shù)

空載時的簡化等效 U

I0I0 R

2 20000

0 3I0XmX0PM1pcu1PmPMpcu

01s1Rm 2E"1"2m(pmpa)m異步電動機的功率平衡方程 P21pcu1pFepcu2pmpa1 電磁功

mI

cos

m2E2I2cos電磁功率PM、轉(zhuǎn)子銅耗pcu2和總機械功率Pm之間的數(shù)量PM:pcu2:Pm1:s:1s轉(zhuǎn)矩關(guān)

TT2T 電磁轉(zhuǎn)矩的物理表達式

TCTmI2該式反映了三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩是由氣隙基波轉(zhuǎn)子電流的有功分量相互作用產(chǎn)生的這一物理三相1）mpU

T R 12f1R2XX21 s 臨界轉(zhuǎn)差

sm

21 21X1X2

mpU最大電磁轉(zhuǎn)矩

4f1R1

R211 22 4f1R211 22過載

km Nm

2R起動

Ts

22起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)22

[(R1

R)

(X

X)2N穩(wěn)定運行異步電動機穩(wěn)定運行dT 機械特性的實用T s Tm的定 9550

kn 2nNsm的

定

k2

m

m 電動機拖動恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載TL的速

L

T ssmkmN

N

1

TL 三相三相異步電動機的工作特性：當(dāng)U=U1N且f1=f1N時、I1=f(P2)、cos1=f(P2)T=f(P2)=f(P2)的關(guān)系 2 2kkZk

3I

XkRR

X1

空載參數(shù) U 0 P00 2 200

3I0RmR0 XmX0

0 3I0課后復(fù)習(xí)重點三相異步三相異步三相異步作業(yè)P388習(xí)題20-3，20-5，20-11，20-例20-1]一臺三相異步電動機，PN=15kWU1N=380V，nN=1455r/minf1=50HzD聯(lián)接額定運行時機械損耗pm=150W，忽略附加損耗，試求：額定運額定運N n1N

15001455m2pm150.1515.15(kWN PN

1