第20章 異步電動機的功率、轉(zhuǎn)矩與運行性能

1、.,第二十章 異步電動機的功率、轉(zhuǎn)矩與運行性能,.,20-1 三相異步電動機的功率與轉(zhuǎn)矩關(guān)系,1. 功率關(guān)系（用等效電路分析）: 當(dāng)三相異步電動機以轉(zhuǎn)速n穩(wěn)定運行時，從電源輸入的功率 為: 定子銅損耗 為:,.,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，因此只計定子回路的鐵耗： 從等效電路看出，傳輸給轉(zhuǎn)子回路的電磁功率等于轉(zhuǎn)子回路全部電阻上的損耗。 也可表示為：,20-1 三相異步電動機的功率與轉(zhuǎn)矩關(guān)系,.,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 表示。 電動機在運行時，會產(chǎn)生

2、軸承以及風(fēng)阻等摩擦阻轉(zhuǎn)矩，這也要損耗一部分功率，把這部分功率叫做機械損耗，用 表示。,20-1 三相異步電動機的功率與轉(zhuǎn)矩關(guān)系,.,當(dāng)然除了這些損耗外，還有一些附加損耗等， 這樣，輸出功率為： 所以整個功率傳遞過程中的功率關(guān)系為： 功率流程圖： 從以上功率關(guān)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之間的定量關(guān)系是：,20-1 三相異步電動機的功率與轉(zhuǎn)矩關(guān)系,.,2. 轉(zhuǎn)矩關(guān)系： 機械功率 除以軸的角速度就是電磁轉(zhuǎn)矩 ，即：,對功率表達式 兩邊同除以角速度 得轉(zhuǎn)矩關(guān)系：,式中，T2 為電動機轉(zhuǎn)軸輸出轉(zhuǎn)矩，T0=Tm+Ta 為空載轉(zhuǎn)矩。,20-1 三相異步電動機的功

3、率與轉(zhuǎn)矩關(guān)系,.,電磁轉(zhuǎn)矩 T 與電磁功率 的關(guān)系為：,式中1為同步角速度（用機械角度表示），等于常數(shù)。,將 代入上式得電磁轉(zhuǎn)矩表達 式為：,20-1 三相異步電動機的功率與轉(zhuǎn)矩關(guān)系,.,20-1 三相異步電動機的功率與轉(zhuǎn)矩關(guān)系,.,式中 ： 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T的大小與氣隙每極磁通量 、轉(zhuǎn)子相電流 I2 以及轉(zhuǎn)子功率因數(shù) 三者的乘積成正比。 或者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。,20-1 三相異步電動機的功率與轉(zhuǎn)矩關(guān)系,.,1）轉(zhuǎn)速特性 : 三相異步電動機空載時，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n接近于同步轉(zhuǎn)速 。 隨著負(fù)載的增加，轉(zhuǎn)速n要略微降低，

4、這時轉(zhuǎn)子電動勢 增大，轉(zhuǎn)子電流 增大，以產(chǎn)生大 的電磁轉(zhuǎn)矩來平衡負(fù)載轉(zhuǎn)矩。因此，隨著P2的增加，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n下降，轉(zhuǎn)差率s增大。,20-3 三相異步電動機的工作特性,.,2）定子電流特性 ： 空載時，轉(zhuǎn)子電流基本上為零，此時的定子電流就是勵磁電流I0，隨著負(fù)載的增加，轉(zhuǎn)速降低，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性,.,3）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)中吸收滯后的無功功率來建立磁場，所以它的功率因數(shù)永遠(yuǎn)小于1。 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(fù)載時,定子電流中的有功電流增加，使功率因數(shù)提高，接近于1。 但是如果進一步增

5、大負(fù)載,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。,20-3 三相異步電動機的工作特性,.,4）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 輸出功率 ，所以 當(dāng)電動機空載時，電磁轉(zhuǎn)矩 。隨著負(fù)載增加， 增大，由于機械角速度變化不大，電磁轉(zhuǎn)矩 T 隨的變化近似地為一條直線。,20-3 三相異步電動機的工作特性,.,5）效率特性 : 空載時， = 0， = 0，隨著輸出功率的增加，效率也在增加。,20-3 三相異步電動機的工作特性,.,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，合起來叫不變損耗。定、轉(zhuǎn)子銅耗與電流平方成正比，變化很大，叫可變損耗。 當(dāng)不變

6、損耗等于可變損耗時，電動機的效率達到最大。 對中、小型異步電動機，大約 時，效率最高。如果負(fù)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。,20-3 三相異步電動機的工作特性,.,2. 用試驗法測三相異步電動機的工作特性: 直接負(fù)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械負(fù)載，測量不同負(fù)載下的輸入功率、定子電流、轉(zhuǎn)速n，即可算出各種工作特性，并畫成曲線。,20-3 三相異步電動機的工作特性,., 20-4 三相異步電動機參數(shù)的測定,上面已經(jīng)說明，為了要用等值電路計算異步 電動機的工作特性，應(yīng)先知道它的參數(shù)。和變壓 器一樣，通過做空載和堵轉(zhuǎn)

7、（短路）兩個試驗， 就能求出異步電動機的參數(shù)。 1. 堵轉(zhuǎn) (短路)試驗: 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)，鼠籠型電機轉(zhuǎn)子本身已短路。,.,試驗過程：從 開始，然后逐漸降電壓。記錄定子繞組加的端電壓 、定子電流 和定子輸入功率 。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，畫出異步電動機的短路特性 、 ，如圖。 同時試驗時還應(yīng)測量定子繞組的電阻 。,目的：測定短路阻抗 、轉(zhuǎn)子電阻 、短路電抗 。, 20-4 三相異步電動機參數(shù)的測定,.,因電壓低，鐵損耗可忽略，為了簡單起見，可認(rèn)為 ， ，即勵磁支路可視為開路。 由于試驗時，轉(zhuǎn)速n0，機械損耗 ，定子全部的輸入功率 都損耗在

8、定、轉(zhuǎn)子的電阻上，即 由于 ，所以, 20-4 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、短路電阻和短路電抗。即, 20-4 三相異步電動機參數(shù)的測定,.,2. 空載試驗: 試驗?zāi)康?測定勵磁阻抗 ，機械損耗 pm 和鐵心損耗 pFe 。 試驗過程: 轉(zhuǎn)軸上不加任何負(fù)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（1.11.3）UN開始，逐漸降低電壓 ,直到電動機的轉(zhuǎn)速發(fā)生明顯的變化為止。, 20-4 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P0和轉(zhuǎn)速n

9、，并畫成曲線。如圖所示，即異步電動機的空載特性。, 20-4 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，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、機械損耗和附加損耗中，即: 轉(zhuǎn)換一下:, 20-4 三相異步電動機參數(shù)的測定,.,這樣就可以作出 對 的關(guān)系曲線。,pFe 的大小近似地與外施電壓的平方成正比， 即 ；,pm 僅與轉(zhuǎn)速有關(guān)， pm 近似為常值。,上述損耗中：, 20-4 三相異步電動機參數(shù)的測定,.,關(guān)系曲線基本是一條直線；延長直線與縱軸相交， 交點以下部分， 即為機械損耗pm， 額定電壓時的鐵耗即可從圖中對應(yīng)的 點求取。, 20-4 三相異步電動機參數(shù)的測定,.,定子加額定電壓時，根