相异步电动机运行原理

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章 三相异步电动机的运行原理,（1）分析异步电动机负载运行时的电磁过程,（2）将电机运行时电磁过程用基本方程式加以综合,（3）从这些方程式导出等效电路和相应的相量图,（4）并用等效电路与相量图去分析功率与转矩,（5）从而得出异步电动机的工作特性，最后说明工作特性测取的方法,主要内容：,第一节 三相异步电动机运行时的电磁过程,*,转子磁通势的分析,*,磁通势平衡,*,相量矢量图,*,电磁关系,一.异步电动机负载时的物理情况,定子绕组接到对称三相电源时，通过对称三相交流电流,I,1A,、,I,1B,、,I,1C,，在气,隙形成按正弦规律分布，并以同步转速 n,0,旋转的旋转磁通势 F,1,，建立气隙主磁,场 B,m,。这个旋转磁场切割定、转子绕组，分别在定、转子绕组内感应出：,对称定子电动势 E,1A,、E,1B,、E,1C,。,对称转子电动势 E,2a,、E,2b,、E,2c,。,若转子回路闭合,转子回路中流过对称三相电流 I,2a,、I,2b,、I,2c.,在气隙磁场和,转子电流的相互作用下，产生电磁转矩，使转子顺旋转磁场方向转动。,1.空载情况下,电机转矩很小，转速接近同步转速，即,n,n,0,E,2s,0 I,2,0,故异步电动机空载运行时，建立气隙磁场 B,m,的励磁磁通势 F,m0,就是定子上的三相基波合成磁通势 F,10,，即 F,m0,=F,10,2.异步电动机带有机械负载,转速就会降低，即n n n,0,的范围，s 处于-s1，机械输出功率为负，表明实际机械功率输入，即异步电机从轴上吸收,机械功率。,转子机械功率输入+定子输入的电磁功率=转子铜耗,（四）等效电路的简化,常把励磁支路移到输入端，使电路简化为单纯的并联电路，这种等效电路称为异步电动机近似的等效电路。,异步电动机简化等值电路（图4-14）,第三节 三相异步电动机的功率和转矩,三相异步电动机的机电能量转换过程为：,*,由定子绕组输入电功率，,*,电磁功率在定子绕组中发生，,*,然后经由气隙送给转子，,*,扣除损耗以后，通过转子轴上输出机械功率,一.功率转换过程,规定：,*,U,1,-定子相电压；,*,I,1,-定子相电流；,*,j,1,-定子功率因数角；,*,j,2,-转子功率因数角。,1.从定子绕组输入电动机的功率,2.一小部分消耗在定子电阻上的定子铜耗,3.一小部分消耗在定子铁心中的铁耗,4.异步电动机的电磁功率,余下的由定子传送到转子，这就是异步电动机的电磁功率,5.转子电阻上发生了转子铜耗,由于正常运行时转差率很小，所以转子的铁耗可以略去不计,.,6.余下是使转子产生旋转运动的总机械功率,扣除机械损耗 p,mec,和附加损耗 p,D,最终为转子轴上输出净机械功率P,2,异步电动机的功率图,如果异步电动机的转差率较大，则 f,2,较大，就应该考虑转子铁耗，铁,耗包括涡流损耗和磁滞损耗两部分.,在小型异步电动机中，满载时附加损耗 p,D,可达输出功率的 1%,3%,或,更大些.,异步电动机的工作特性,在额定电压和额定频率运行的情况下，,*,电动机的转速,n,、,*,定子电流,I,1,、,*,功率因数,cos,j,1,、,*,电磁转矩,T,em,、,*,效率,h,等,与输出功率,P,2,的关系,即,U,1,=U,N,，,f=f,n,时的,第四节 三相异步电动机的工作特性及测取,方法,*,转速特性,*,定子电流特性,*,功率因数特性,*,电磁转矩特性,*,效率特性,(一)转速特性,输出功率变化时转速变化的曲线,n=f(P,2,),转差率,s,、转子铜耗,P,cu2,和电磁,功率,P,em,的关系式,一.工作特性的分析,负载增大时，必使转速略有下降，转子电势,E,2s,增大，所以转子电流,I,2,增,大，以产生更大一点的电磁转矩和负载转矩平衡.因此随着输出功率,P,2,的增大，,转差率,s,也增大，则转速稍有下降，所以异步电动机的转速特性为一条稍向下,倾斜的曲线.,(二)定子电流特性,定子电流的变化曲线 I,1,=f(P,2,),定子电流几乎随 P,2,按正比例增加,(三)功率因数特性,定子功率因数的变化曲线 cos,j,1,=f(P,2,),(2)负载增加时,转子电流的有功分量增加，使功率因数提高，,3)接近额定负载时,功率因数达到最大,(1)空载时,定子电流 I,1,主要用于无功励磁，所以功率因数很低，约为 0.1,0.2,(4)负载超过额定值时,s 值就会变得较大，使转子电流中得无功分量增加，因而使电动机定子功率因数,又重新下降了.,(四)电磁转矩特性,电磁转矩特性 T,em,=f(P,2,)接近于一条斜率为 1/,W,的直线,(五)效率特性,异步电动机的效率为,当可变损耗等于不变损耗时，异步电动机的效率达到最大值.,中小型异步电机的最大效率出现在大约为3/4的额定负载时.,第五节 三相异步电动机参数的测定,*,空载试验,*,励磁参数与铁耗及机械损耗的确定,通过空载试验可以测定异步电动机的励磁参数，异步电动机的励磁参数决,定于电机主磁路的饱和程度，所以是一种非线性参数；通过短路试验可以测定,异步电动机的短路参数.,异步电动机的短路参数基本上与电机的饱和程度无关，是一种线性参数.,一.空载试验与励磁参数的确定,(一)空载试验,1.异步电动机空载运行,指在额定电压和额定频率下，轴上不带任何负载的运行状态.,2.空载试验电路,异步电动机空载试验电路（图4-tem）,空载特性曲线（图4-20）,定子绕组上施加频率为额定值的对称三相电压，从,(1.10,1.30)额定电压值开始调节电源电压，逐渐降,低到可能使转速发生明显变化的最低电压值为止.,每次记录端电压、空载电流、空载功率和转速，根据,记录数据，绘制电动机的空载特性曲线.,3.空载试验的过程,(,二)励磁参数与铁耗及机械损耗的确定,从空载特性可确定,计算工作特性所需等值电路中的励磁参数、铁耗和机械,损耗.,1.机械损耗和铁耗的分离,空载试验时输入电动机的损耗有：,定子铜耗、铁耗和机械损耗,(4-58),其中定子铜耗和铁耗与电压大小有关，而机械损耗仅与转速有关上式改写为:,(,4-59),由于可认为铁耗与磁密平方成正比，因而铁耗与端电压平方成正比，,绘制曲线 p,Fe,+p,mec,=f(U,1,2,),机械损耗与铁耗的分离（图4-21）,作曲线延长线相交于直轴于 0点，过 0作,一水平虚线将曲线的纵坐标分为两部分，,由于空载状态下电动机的转速 n 接近 n,0,，,可以认为机械损耗是恒值.,所以虚线下部纵坐标表示与电压大小无关的机,械损耗，虚线上部纵坐标表示对应于某个电压 U,1,的铁耗.,(2)励磁参数计算公式,2.励磁参数的确定,(1)空载试验时的等效电路,第六节 三相异步电动机转矩与转差率的关系,电磁转矩公式：,由三相异步电动机的近似等效电路得：,可以绘出异步电动机的 T,em,-s 曲线，,异步电动机的 T,em,-s 曲线(图4-25),在某一转差率 s,m,时，转矩有一最大值 T,emM,，称为异步电动机的最大转矩。,令 dT,em,/ds=0，可求出产生 T,emM,的转差率 s,m,称为临界转差率，对应的转矩为,最大转矩.,考虑到 r,1,(x,1,+x,2,),可近似有,和,可以看出:,(1)当电动机各参数及电源频率不变时，T,emM,正比于 U,1,2,，s,m,与 U,1,无关并保持不变,(2)当电源频率及电压不变时，s,m,和 T,emM,近似地与（x,1,+x,2,)成反比,(3)T,emM,与 r,2,之值无关，s,m,与 r,2,成正比,