电机学孙旭明王善明版第15章.pptx

15.1 三相异步电动机的功率三相异步电动机的功率与转矩关系与转矩关系 l功率平衡关系功率平衡关系铁耗（只考虑定子铁耗（只考虑定子铁耗）：铁耗）：定子铜耗：定子铜耗：输入有功功率：输入有功功率：功率平衡关系功率平衡关系传递给转子子的的电磁磁功率：功率：电磁功率也可表示为：电磁功率也可表示为：功率平衡关系功率平衡关系电阻阻 上上的的损耗耗代代表表传递给电动机机转轴上上的的机械功率：机械功率：转子绕组的铜耗转子绕组的铜耗功率平衡关系功率平衡关系电磁磁功功率率Pem一一定定时，转差差率率s越越大大，转子子铜耗耗pCu2越大，越大，电机的效率越低。机的效率越低。功率平衡关系功率平衡关系电机机在在旋旋转中中，还会会产生生机机械械损耗耗 pm（风阻阻、摩擦摩擦损耗等）以及附加耗等）以及附加损耗耗 pad。输出功率：输出功率：通常认为：通常认为：功率平衡关系功率平衡关系功率流程功率流程图转矩平衡关系转矩平衡关系机机械械功功率率等等于于作作用用在在旋旋转体体上上的的转矩矩与与机机械角速度的乘械角速度的乘积：电电磁磁转转矩矩T 等等于于转转轴轴的的输输出出转转矩矩T2 与与空空载载转转矩矩T0（机械损耗和附加损耗转矩）之和。（机械损耗和附加损耗转矩）之和。15.2 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性w三三相相异异步步电动机机的的机机械械特特性性是是指指在在定定子子电压、频率率和和参参数数固固定定的的条条件件下下，电磁磁转矩矩T 与与转速速n 或或转差差率率s 之之间的的函函数数关关系系Tf(n)或或Tf(s)。w用用曲曲线表表示示时，常常以以转速速n 或或转差差率率s 为纵坐坐标，以以电磁磁转矩矩T 为横横坐坐标，简称称 T-s曲曲线。电磁转矩的一般表达式电磁转矩的一般表达式电磁磁转矩矩T 既既等等于于机机械械功功率率Pm除除以以转子子机机械械角角速速度度 ，也也等等于于电磁磁功功率率Pem除除以以同同步步机机械角速度械角速度 1。电磁转矩的一般表达式电磁转矩的一般表达式电磁磁转矩矩T与与每每极极磁磁通通量量m、转子子电流流、I2、转子子功功率率因因数数cos2的的乘乘积成成正正比比。即即：T与与m和和转子子电流流的的有有功功分分量量的的乘乘积成正比。成正比。机械特性的参数表达式机械特性的参数表达式定量分析定量分析电磁磁转矩矩T 与与转差率差率s 的关系。的关系。机械特性的参数表达式机械特性的参数表达式电磁磁转矩矩T 与与转差率差率s 的关系的关系 w电电磁磁转转矩矩T与与转转差差率率s（或或转转速速n）之之间间不不是是线线性性关系。关系。w当当定定子子相相电电压压U1 和和频频率率f1 一一定定时时，电电机机参参数数可可视视为常数，电磁转矩为常数，电磁转矩T 仅和转差率仅和转差率 s 有关。有关。固有机械特性固有机械特性固固有有机机械械特特性性：电压、频率率均均为额定定值不不变，定定、转子子回回路路不不串串任任何何电路路元元件件时的的机机械械特特性性（T-s曲曲线）。）。固有机械特性固有机械特性固有机械特性固有机械特性电动机状态电动机状态发电机状态发电机状态电制动状态电制动状态固有机械特性固有机械特性C点：额定运行点点：额定运行点B点：最大转矩点点：最大转矩点A点：堵转点（最点：堵转点（最初起动点）初起动点）l 固有机械特性的关固有机械特性的关键点点额额定定电电磁磁转转矩矩TN：额额定定运运行行时的电磁转矩。时的电磁转矩。固有机械特性固有机械特性w额定运行点定运行点C（T2NTN）额定输出转矩额定输出转矩T2N：（kW）堵堵转转转转矩矩Ts：在在额额定定电电压压和和额额定定频频率率下下堵堵转转时时（s1）的电磁转矩的电磁转矩。固有机械特性固有机械特性w堵堵转点点A堵堵转转转转矩矩倍倍数数kst：堵堵转转转转矩矩Ts与与额额定定转转矩矩TN之之比比。反反映映电动机带负载起动的能力。电动机带负载起动的能力。堵转电流堵转电流 Is，堵转电流倍数，堵转电流倍数ksi固有机械特性固有机械特性w堵堵转点点ATs与电压与电压U1的平方成正比。的平方成正比。漏电抗增大，漏电抗增大，Ts 减小。减小。最最大大转转矩矩Tm：在在额额定定电电压压和和额额定定频频率率下下稳稳态态运运行行时时能能产产生的最大异步电磁转矩生的最大异步电磁转矩。固有机械特性固有机械特性w最大最大转矩点矩点B过过载载能能力力km：最最大大转转矩矩Tm与与额额定定转转矩矩TN之之比比。反反映映电电动动机的短时过载能力。机的短时过载能力。固有机械特性固有机械特性w最大最大转矩点矩点B临界转差率临界转差率sm：产生最大电磁转矩时的转差率。：产生最大电磁转矩时的转差率。令令 ，得：，得：正、负号分别对应为电动机、正、负号分别对应为电动机、发电机状态。发电机状态。固有机械特性固有机械特性w最大最大转矩点矩点B忽略定子电阻忽略定子电阻R1，c1时：时：最大转矩最大转矩Tm与电压与电压U1的平方成正比。的平方成正比。Tm近似与定、转子漏电抗之和成反比。近似与定、转子漏电抗之和成反比。Tm与转子电阻与转子电阻R2无关。无关。临临界界转转差差率率sm与与R2成成正正比比，与与定定、转转子子漏漏电电抗抗之和成反比，与电压之和成反比，与电压U1无关。无关。人为机械特性人为机械特性人人为机机械械特特性性：在在外外施施电压或或频率率不不是是额定定值，或或定、定、转子回路串入子回路串入电路元件路元件时的机械特性。的机械特性。wn1与与U1无关；无关；wsm与与U1无关；无关；w电磁转矩电磁转矩T 与与U1的平方的平方成正比。成正比。l改变定子端电压的人为机械特性改变定子端电压的人为机械特性降降低低定定子子电电压压U1，其其他他量量不变时的机械特性。不变时的机械特性。人为机械特性人为机械特性l转子串接子串接电阻的人阻的人为机械特性机械特性wn1与与U1无关；无关；wsm与转子回路电阻与转子回路电阻成正比；成正比；wTm与与转转子子回回路路电电阻无关。阻无关。三相绕线转子异步电动机转子回路串接对称电阻。三相绕线转子异步电动机转子回路串接对称电阻。Rs2 Rs1转转子子回回路路串串接接适适当当的的电电阻可以增大堵转转矩。阻可以增大堵转转矩。机械特性机械特性l稳定运行定运行问题电动机能稳定运行电动机能稳定运行电动机不能稳定运行电动机不能稳定运行1电动机电动机2负载负载15.3 三相异步电动机的工作特性三相异步电动机的工作特性l异步异步电动机的性能指机的性能指标主主要要有有效效率率、功功率率因因数数、过载能能力力、堵堵转转矩矩倍数和堵倍数和堵转电流倍数。流倍数。l工作特性工作特性 电电动动机机定定子子绕绕组组加加额额定定频频率率的的额额定定电电压压时时，转转速速n、电电磁磁转转矩矩T、定定子子电电流流I1、定定子子功功率率因因数数cos1、效率、效率 与输出功率与输出功率P2 之间的关系。之间的关系。工工作作特特性性可可通通过过负负载载试试验验直直接接测测得得，也也可可利利用等效电路计算得到。用等效电路计算得到。三相异步电动机的工作特性三相异步电动机的工作特性w空空载载时时，转转子子转转速速n接接近于同步转速近于同步转速n1。w随随着着负负载载增增加加，n降降低低，转转差差率率s 增增大大，转转子子电电动动势势和和电电流流增增大大，使使电电磁磁转转矩矩T增增大大，与与负负载载转矩平衡。转矩平衡。l转速速调整特性整特性三相异步电动机的工作特性三相异步电动机的工作特性w电电磁磁转转矩矩T 随随输输出出功功率率P2近似线性变化。近似线性变化。l电磁磁转矩特性矩特性三相异步电动机的工作特性三相异步电动机的工作特性w空空载载时时，转转子子电电流流接接近近于于零零，定定子子电电流流为为励励磁磁电流电流I0。w随随着着负负载载增增加加，n降降低低，s增增大大，转转子子电电动动势势和和电电流流增增大大，定定子子电电流流I1 也增大。也增大。l定子定子电流特性流特性三相异步电动机的工作特性三相异步电动机的工作特性w空空载载时时，定定子子功功率率因因数数cos1 很低。很低。w随随着着负负载载增增加加，定定子子有有功功电电流流增增大大，cos1提提高高，且且在在额额定定负负载载附附近近达到最大值。达到最大值。w负负载载进进一一步步增增加加时时，cos1开始降低。开始降低。l功率因数特性功率因数特性三相异步电动机的工作特性三相异步电动机的工作特性当当不不变变损损耗耗等等于于可可变变损损耗耗时时，效效率率最最高高。一一般般在在75%额定负载附近。额定负载附近。不变损耗不变损耗：pFe，pm可变损耗可变损耗：pCu1，pCu2l效率特性效率特性15.4 三相异步电动机参数的测定三相异步电动机参数的测定通通过空空载和和堵堵转试验，测量量T型型等等效效电路路中中的的6个参数：个参数：堵转试验堵转试验转子子绕组短路，短路，转子卡住，定子子卡住，定子绕组加低加低电压。调节定定子子电压，一一般般可可从从0.4UN开开始始逐逐渐降降低低，到到定子定子电流接近流接近额定定值为止。止。测量量定定子子线电压Uk、定定子子线电流流Ik、定定子子输入入功功率率Pk，测量定子量定子绕组电阻阻R1。堵转时，定子电压堵转时，定子电压Uk 很低，铁耗很低，铁耗pFe可忽略。可忽略。则定子输入功率则定子输入功率Pk 都消耗在定、转子电阻上。都消耗在定、转子电阻上。堵转试验堵转试验通通过堵堵转试验，可得到定、，可得到定、转子子电阻和漏阻和漏电抗。抗。（Uk、Ik为相电压、相电流）为相电压、相电流）空载试验空载试验电动机空机空载运行，定子加运行，定子加额定定频率的率的电压。定定子子电压由由1.11.3倍倍的的额定定电压开开始始逐逐渐降降低低，直到直到转速速发生明生明显变化。化。测量量定定子子绕组线电压U0、定定子子线电流流I0、定定子子输入功率入功率P0。试验结束后束后应立即立即测量量绕组电阻。阻。空载运行时，转子电流空载运行时，转子电流I2 很小，铜耗很小，铜耗pCu2可忽略。可忽略。则则定定子子输输入入功功率率P0 消消耗耗在在空空载载定定子子铜铜耗耗 pCu10、铁铁耗耗 pFe、机械损耗、机械损耗 pm 和空载附加损耗和空载附加损耗 pad0 上。上。空载试验空载试验需要将需要将 pFe 与与 pm 分离。分离。铁铁耗耗 pFe 和和空空载载附附加加损损耗耗 pad0 与与定定子子电电压压的的平平方方成成正比。正比。机机械械损损耗耗 pm 与与定定子子电电压压无无关关，与与转转速速有有关关。转转速速变变化化不不大大时时，可可视视为为常数。常数。空载试验空载试验取取额定定电压时的的值进行行计算。算。（UN 为额定相电压，为额定相电压，I0 为相电流）为相电流）通通过过空空载载试试验验，不不仅仅得得到到励励磁磁电电阻阻和和励励磁磁电电抗抗，而且得到机械损耗和铁耗。而且得到机械损耗和铁耗。