異步電動機功率

第八章

異步電動機功率、轉矩和運行分析郝雯娟當前第1頁\共有49頁\編于星期日\1點主要內容1異步電機功率及轉矩方程2異步電動機轉矩——轉差率曲線3異步電動機工作特性4異步電機啟動方法郝雯娟當前第2頁\共有49頁\編于星期日\1點8.1異步電機功率及轉矩方程一、損耗及功率平衡方程在等效電路上表示功率和損耗：三相功率及損耗需×3當前第3頁\共有49頁\編于星期日\1點8.1異步電機功率及轉矩方程一、損耗及功率平衡方程P1PδP2pcu_1pFepcu_2p+pad

PM當前第4頁\共有49頁\編于星期日\1點8.1異步電機功率及轉矩方程一、損耗及功率平衡方程異步電動機的功率和損耗有：輸入功率定子鐵損電磁功率機械功率輸出功率定子銅損轉子銅損當前第5頁\共有49頁\編于星期日\1點8.1異步電機功率及轉矩方程一、損耗及功率平衡方程兩個重要關系式

可見，從氣隙傳遞到轉子的電磁功率分為兩部分，一小部分變?yōu)檗D子銅損耗，絕大部分轉變?yōu)榭倷C械功率。轉差率越大，轉子銅損耗就越多，電機效率越低。因此正常運行時電機的轉差率均很小。異步電動機的功率平衡方程式：當前第6頁\共有49頁\編于星期日\1點8.1異步電機功率及轉矩方程一、損耗及功率平衡方程異步電動機的功率平衡方程式：效率為當前第7頁\共有49頁\編于星期日\1點8.1異步電機功率及轉矩方程二、轉矩平衡方程

在式的兩邊同時除以機械角速度得令為空載損耗其中Ω為機械角速度，單位rad/sM2

為輸出轉矩，單位N?m

M為電磁轉矩，單位N?m

M0為空載轉矩，單位N?m轉矩由機械功率產生，機械功率除以軸的機械角速度就是電磁轉矩。PS：轉矩的另一個符號T當前第8頁\共有49頁\編于星期日\1點8.1異步電機功率及轉矩方程二、轉矩平衡方程電磁轉矩電磁轉矩從轉子方面看，它等于總機械功率除以轉子機械角速度；從定子方面看，它又等于電磁功率除以同步機械角速度。式中Ω1為同步機械角速度。當前第9頁\共有49頁\編于星期日\1點8.1異步電機功率及轉矩方程三、電磁轉矩M的物理概念M：其實質就是轉子載流導體在氣隙旋轉磁場中受力形成的轉矩。=ω1pω1為電角速度

為轉子電路的功率因數(shù)角

當前第10頁\共有49頁\編于星期日\1點8.1異步電機功率及轉矩方程三、電磁轉矩M的物理概念當前第11頁\共有49頁\編于星期日\1點8.1異步電機功率及轉矩方程三、電磁轉矩M的物理概念當前第12頁\共有49頁\編于星期日\1點8.1異步電機功率及轉矩方程三、電磁轉矩M的物理概念力矩常數(shù)當前第13頁\共有49頁\編于星期日\1點8.1異步電機功率及轉矩方程三、電磁轉矩M的物理概念表明：三相異步電動機的電磁轉矩是由主磁通與轉子電流的有功分量相互作用產生的。當前第14頁\共有49頁\編于星期日\1點8.1異步電機功率及轉矩方程三、電磁轉矩M的物理概念已知一臺三相四極異步(感應)電動機，額定功率PN

＝l0kW、額定電壓UN＝380V、sN=0.03、定子繞組△接法，定子每相電阻r1=1.375Ω、漏抗x1σ

＝2.43Ω、轉子電阻的折算值r′2=1.047Ω、漏抗歸算值x′2σ=4.4Ω、激磁阻抗rm

＝8.34Ω、激磁電抗xm

＝82.6Ω，電動機的機械損耗pΩ=100W，額定負載時的雜散損耗pad=50W。(1)額定負載時定子電流，定子功率因數(shù)和電動機的效率;(2)電機額定運行時的電磁轉矩當前第15頁\共有49頁\編于星期日\1點8.1異步電機功率及轉矩方程三、電磁轉矩M的物理概念當前第16頁\共有49頁\編于星期日\1點8.2異步電機轉矩——轉差率曲線一、電磁轉矩與轉差率的關系：M-s曲線M-s曲線：是指在電源電壓U1

、頻率f1

確定的情況下，利用等效電路參數(shù)表述的電磁轉矩與轉差率間的關系曲線。當前第17頁\共有49頁\編于星期日\1點8.2異步電機轉矩——轉差率曲線一、電磁轉矩與轉差率的關系：M-s曲線在電源電壓U1、頻率f1確定的情況下，對于一臺電機，轉矩M與轉差率s有關，其關系曲線即為M-s曲線。當前第18頁\共有49頁\編于星期日\1點8.2異步電機轉矩——轉差率曲線一、電磁轉矩與轉差率的關系：M-s曲線(1)s=1(n=0)時的轉矩，為起動轉矩Mst

，如圖A點所示；(2)當s=sm

時電機可產生最大轉矩Mm

，如圖B點所示；(3)當電動機運行于額定狀態(tài)時s=sN

時，對應產生的轉矩為額定轉矩MN

，如圖C點所示；(4)當s=0(n=n1)時，轉矩為0，如圖D點所示。當前第19頁\共有49頁\編于星期日\1點8.2異步電機轉矩——轉差率曲線一、電磁轉矩與轉差率的關系：M-s曲線電磁轉矩與轉速（轉差率）之間的關系曲線，稱為電機的機械特性。當前第20頁\共有49頁\編于星期日\1點8.2異步電機轉矩——轉差率曲線二、最大轉矩與啟動轉矩1.最大轉矩：可以根據(jù)高等數(shù)學中求極值的方法求得。r1很小可以忽略當前第21頁\共有49頁\編于星期日\1點8.2異步電機轉矩——轉差率曲線二、最大轉矩與啟動轉矩最大轉矩Mm(1)當電機參數(shù)確定，f1不變時，最大轉矩正比于電壓的平方，但臨界轉差率與電源電壓無關；(2)當U1

、f1不變時，最大轉矩與電抗成反比；(3)當電機參數(shù)確定，U1

不變時，最大轉矩隨f1的升高而變??；(4)最大轉矩與轉子電阻無關，但是轉差率與轉子電阻成正比；(5)過載能力：一般為1.6～2.5，越大表示過載能力越強當前第22頁\共有49頁\編于星期日\1點8.2異步電機轉矩——轉差率曲線二、最大轉矩與啟動轉矩當前第23頁\共有49頁\編于星期日\1點8.2異步電機轉矩——轉差率曲線二、最大轉矩與啟動轉矩結論：最大轉矩近似與漏電抗成反比；最大轉矩的位置可以由轉子電阻的大小來調整；最大轉矩的值與轉子電阻值沒有關系；異步電動機調節(jié)轉子電阻時機械特性會發(fā)生變化。

最大轉矩與電網(wǎng)電壓的平方成正比；當前第24頁\共有49頁\編于星期日\1點8.2異步電機轉矩——轉差率曲線二、最大轉矩與啟動轉矩2.啟動轉矩Mst：電機啟動時n=0、s=1，代入轉矩公式可見：當前第25頁\共有49頁\編于星期日\1點8.2異步電機轉矩——轉差率曲線二、最大轉矩與啟動轉矩(1)當電機參數(shù)確定、f1

不變時，啟動轉矩正比于電壓的平方；(2)當電機參數(shù)確定、U1不變時，啟動轉矩隨f1

的升高而變??；(3)當U1、f1不變時，漏抗越大啟動轉矩越小；當前第26頁\共有49頁\編于星期日\1點8.2異步電機轉矩——轉差率曲線二、最大轉矩與啟動轉矩（4）當轉子回路電阻為時sm

＝1，起動轉矩達到最大電磁轉矩。(5)起動轉矩倍數(shù)：，是衡量電動機啟動性能的重要指標，一般為1.0～2.0，特殊場合要求4.0以上。當前第27頁\共有49頁\編于星期日\1點8.2異步電機轉矩——轉差率曲線三、異步電動機機械特性1.固有機械特性

2.人為機械特性三相異步電動機的機械特性是指在一定條件下，電動機的轉速n與轉矩M之間的關系n=f（M）。由于轉速n與轉差率s的關系：，所以三相異步電動機的機械特性也往往用M=f（s）的形式表示。機械特性的“軟”和“硬”當前第28頁\共有49頁\編于星期日\1點8.2異步電機轉矩——轉差率曲線三、異步電動機機械特性1.固有機械特性

三相異步電動機的固有機械特性是指定子在額定電壓、額定頻率下、按規(guī)定的接線方式接線，定子、轉子回路不外接電阻（電容或電感）時，所獲得的機械特性曲線。當前第29頁\共有49頁\編于星期日\1點8.2異步電機轉矩——轉差率曲線三、異步電動機機械特性2.人為機械特性人為機械特性是指人為地改變三相異步電動機的某些參數(shù)或電源參數(shù)所得到的機械特性。(1)降低定子回路端電壓的人為特性當前第30頁\共有49頁\編于星期日\1點8.2異步電機轉矩——轉差率曲線三、異步電動機機械特性(1)降低定子回路端電壓的人為特性降壓時，轉矩按電壓的平方降低，而臨界轉差率不變，曲線如圖所示。降壓后特性變“軟”，啟動能力和過載能力都下降，負載過大將停轉；若能運轉，轉速略有下降，s增大，轉子電動勢及電流增大，使電動機過載。當前第31頁\共有49頁\編于星期日\1點8.2異步電機轉矩——轉差率曲線三、異步電動機機械特性(2)轉子回路串聯(lián)電阻的人為特性（繞線式異步）轉子串電阻，Mst、sm變化，而Mm不變，曲線如圖所示。適當增加轉子電阻，可增加啟動轉矩。當前第32頁\共有49頁\編于星期日\1點8.2異步電機轉矩——轉差率曲線四、異步電動機運行的穩(wěn)定性問題（1）sm>s>0范圍內。向下傾斜，為穩(wěn)定運行工作部分，工作于這一范圍內。近似為一條直線。（2）1>s>sm范圍內。向上傾斜，一般不能穩(wěn)定地工作于這一范圍，是啟動的過渡段。當前第33頁\共有49頁\編于星期日\1點8.3異步電動機工作特性異步電動機工作特性是指：定子電壓及頻率為額定時，轉速n、定子電流I1、功率因數(shù)cosψ1

、電磁轉矩M、效率η等與輸出功率P2

的關系曲線。工作特性曲線的求取方法：(1)工作特性可通過直接負載法測得；(2)也可用等效電路計算得出。當前第34頁\共有49頁\編于星期日\1點8.3異步電動機工作特性1.轉速特性n=f(P2)空載時，轉速n接近于n1。隨負載增加，n略微降低，此時轉子電動勢增大，使轉子電流I2s

增大，以產生較大的電磁轉矩來平衡負載轉矩。即P2增加，n下降，s增大。轉速特性是一條平緩下降的特性曲線，如圖所示。當前第35頁\共有49頁\編于星期日\1點8.3異步電動機工作特性2.定子電流特性I1=f(P2)空載時，轉子電流I2

近似為零，定子電流等于勵磁電流I0

。隨著負載的增加，轉速下降（s增大），轉子電流增大，由于，所以定子電流也增大。當前第36頁\共有49頁\編于星期日\1點8.3異步電動機工作特性3.轉矩特性M=f(P2)空載時P2=0，電磁轉矩M等于空載轉矩M0

。隨著P2

的增加，考慮到P2

增加時，n稍有降低，故M2=f(P2)隨著P2增加略向上偏離直線，是一條稍向上翹的曲線。當前第37頁\共有49頁\編于星期日\1點8.3異步電動機工作特性4.定子功率因數(shù)特性cos?1=f(P2)電機屬電感性負載，功率因數(shù)總是滯后的?？蛰d時，只有勵磁電流，功率因數(shù)很低。負載電流（有功）增加時，功率因數(shù)提高。接近額定負載時，功率因數(shù)達到最高。過載時，n迅速降低，s增大，使?2

增大，cos?2

迅速下降，引起cos?1

下降，如圖所示。當前第38頁\共有49頁\編于星期日\1點8.3異步電動機工作特性5.效率特性η=f(P2)空載時損耗占比例大，效率低；隨P2

增加，η增加，當負載過大，銅損增加快，使效率下降，如圖所示。效率、功率因數(shù)都是在額定負載附近達到最高，故合理選用電動機容量，對電動機的壽命、功率因數(shù)和效率都有很實際的意義。當前第39頁\共有49頁\編于星期日\1點8.3異步電動機工作特性結論：當前第40頁\共有49頁\編于星期日\1點8.4異步電動機啟動方法（2）起動要求：①起動電流盡量小，以減小對電網(wǎng)的沖擊；②起動轉矩盡量大，以縮短起動時間；③起動設備簡單，可靠。（1）起動定義：電動機接到電源上，從靜止狀態(tài)到穩(wěn)定運行狀態(tài)的過程。當前第41頁\共有49頁\編于星期日\1點8.4異步電動機啟動方法一、籠型異步電動機起動方法1.小容量電動機輕載起動－直接啟動（又稱全壓啟動）：三相異步電動機直接起動是指電動機加額定電壓，定子、轉子回路不串任何電器元件時的起動。由于正常運行時轉差率s很?。?/s很大），所以與正常運行相比啟動電流很大，近似等于5～7倍額定電流。啟動電流小當前第42頁\共有49頁\編于星期日\1點8.4異步電動機啟動方法一、籠型異步電動機起動方法1.小容量電動機輕載起動－直接啟動啟動時ψ2

很大，使cosψ2很小啟動時I0

很小，主磁通Φm

很小異步電動機啟動時電流很大，而啟動轉矩并不大。當前第43頁\共有49頁\編于星期日\1點8.4異步電動機啟動方法一、籠型異步電動機起動方法1.小容量電動機輕載起動－直接啟動可見，異步電動機直接啟動時啟動轉矩不大，而電流很大，可達額定電流的4～7倍，將帶來下述不良后果：（1）使電壓損失過大，啟動轉矩不夠無法啟動。（2）繞組發(fā)熱，絕緣老化，縮短使用壽命。（3）造成過流保護裝置誤動作、跳閘。（4）影響其他設備的正常運行。因此，除了小容量的電動機可采用直接啟動外，一般不宜采用直接啟動方法。啟動時，應該在保證一定大小的啟動轉矩的前提下，要求限制啟動電流在允許的范圍內。

當前第44頁\共有49頁\編于星期日\1點8.4異步電動機啟動方法一、籠型異步電動機起動方法1.小容量電動機輕載起動－直接啟動能否采用直接啟動，不僅取決于電機本身功率的大小，還與供電電網(wǎng)容量和供電線路長短有關。（要求母線電壓降落不大于10％）一般7.5KW以下電機允許直接起動。當前第45頁\共有49頁\編于星期日\1點8.4異步電動機啟動方法一、籠型異步電動機起動方法2.中、大容量電動機輕載起動－降壓起動由于啟動時的主要矛盾為電流很大，而降低電流的方法主要靠降低電壓。因此降壓啟動是指啟動過程中降低電壓，啟動結束后，恢復到額定值。該法能降低啟