第二十章异步电动机的功率、转矩和运行性能

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,第二十章 异步电动机的功率、转矩和运行性能,一、功率关系,第一节 三相异步电动机功率 和转矩关系,说明：,称为电磁功率。它是通过定转子之间的,电磁耦合关系从定子绕组传递到转子绕组的功率。,一、功率关系,根据机械功率关系 ，在等号两侧同除于机械角速度 ，得转矩平衡关系：,其中,称为电磁转矩；,称为空载转矩；,称为电动机输出转矩。,二、,转矩关系,其中 称为转矩因数。,电磁转矩的物理表达式,从异步电动机的电磁转矩物理表达式可以看出：电磁转矩 的大小与气隙每极磁通量 、转子每相电流 以及转子功率因数 三者的乘积有关。,一、机械特性的参数表达式,根据简化等效电路 ，把,它代入电磁转矩表达式,得到：,第二节 三相异步电动机的机械特性,如果给出 、及阻抗参数，根据上式机械特性的参数表达式画出曲线便为“”曲线。,“,T,s,”,曲线,三相异步电动机在电压、,频率为额定不变，定转子回路,不串任何电路元件条件下的机,械特性，称为固有机械（自然）,特性。,曲线,1,为电源正序时的；曲线,2,为电源负序时的曲线。,我们只研究电源正序时的情况。,二、固有机械特性,机械特性曲线位于坐标的三个象限,第,象限：电动状态；第,象限：发电状态；,第,象限：电动机工作在一种电磁制动状态。,我们重点研究第,象限电动机运行状态。,D,点（，）,为堵转点，或者说叫起,动点。,C,点（、）为电磁转矩最大点；,B,点为额定运行；,A,点（，）,为理想空载运行点；,在实际额定电磁转矩求解中，通常通过额定输出功率 和额定转速 ，用下面式子来计算：,机械特性额定电磁转矩点,从机械特性参数表达式求得，令 ，,得到最大电磁转矩,:,产生最大电磁转矩的转差率称为临界转差率，,用 表示,:,机械特性最大电磁转矩点推导,式中：“”号适用于电动机状态；“”适用于发电机状态。,一般情况下，数值远小于 的数值，可以忽略 的影响，这样上面两式可简化为,1,）与电压的平方 成正比，而 和 无关；,2,）与转子回路总电阻大小 无关，而 和转子回路总电阻的大小 成正比；,3,）过载能力,最大电磁转矩与额定电磁转矩的比值：,电动机堵转时 的电磁转矩称为堵转转矩，也称起动转矩：,与电压的平方 成正比；漏电抗 越大，,堵转转矩越小；,机械特性堵转转矩点,堵转转矩倍数 定义：堵转转矩与与额定电磁转矩的比值，即：,三、稳定运行问题,当电动机拖动负载稳态,运行时，电磁转矩 和负载,转矩 总是大小相等方向相,反。如图所示，这时电机运行,在“,a”,或者“,b”,点都没有什么问,题。现在由于某种原因引起波,动，当波动消失后，理论分析,和实践都发现电机在“,a”,点继,续保持稳定运行，但是不能在,“,b”,点保持稳定运行。,理论分析很容易得到，当电机的机械特性和负载特性配合，满足：,那么电机就能稳定运行；反之，电机就不能运定运行。,所谓三相异步电动机的,人为机械特,性,，是指认为降低电机的定子电源电压、,频率或者在绕线式转子回路中串附加电,阻后获得的异步电动机机械特性。,四、人为机械特性,最常见的是“,降低定子电压,”、“,转子回路串入三相对称电阻,”和“,改变电源频率,”等的人为机械特性。下面我们调用小程序“,三相异步电动机机械特性,”来分析各种人为机械特性的各自特性。,这些人为机械特性很重要，因为在改善电机的起动性能和调速场合经常用到。,但实际使用中，某些参数不易知道，我们可以根据电动机铭牌上的一些数据推导机械特性实用简化公式（忽略定子电阻）。,五、机械特性的实用公式,其中令,最后可得实用公式：,由于,其中,根据铭牌上给出 、额定转速 和过,载能力 用转矩实用表达式作出,曲线,或进行转矩计算。,具体使用过程如下：,实用公式的实际应用,2),利用 求出最大电磁转矩 ；,1,）利用 和 求出额定电磁转矩,：,3,）根据 ，求出,其中 。这样就可利用实用式来计算实际,问题了。,三相异步电动机的性能指标,1,）效率,为电动机输出功率和输入功率之比，即,；,2,）功率因数,异步电动机的功率因数永远小于,1,；,第三节 三相异步电动机的工作特性,3,）堵转转矩,电动机应该有足够大的堵转转矩，否则可能出现无法拖动机械负载起动的情况；,4,）堵转电流,三相异步电动机在加额定电压起动瞬间，由于转子感应很高的电动势，产生很大的电流，因此定子电流也很大，这个电流称为堵转电流；,5,）过载能力,电动机额定运行时，它的过载能力不应小于技术标准规定数据。,三相异步电动机的工作特性是指，在电动机定子绕组加额定电压，额定频率时，电动机的转速 、定子电流 、功率因数 、电磁转矩 、效率 等与输出功率 的关系，即：,、,、时，,工作特性及其分析,1,）转速特性 ：,2,）定子电流特性 ：,，空载时，,随着输出负载,定子电流特性为一上升曲线。,3,）功率因数特性 ：,如果负载继续增加：转速 下降开始明显，明显增大，转子功率因数角 增加，减小，引起定子的功率因数 减小。,空载时：异步电动的 ，因此功率因数很低；,随着负载增加：，在额定负载附近，异步电动机的功率因数达到最大值；,电机从空载到额定负载之间，转速 变化很小，所以,:,因此电磁转矩特性近似为直线。,4,）电磁转矩特性 ：,其中 为不变损耗，,为可变损耗，当不变损耗等于可变损耗时，异步电动机的效率达到最大。,对于中小型电动机，大约 时效率最高；,如继续增加负载，效率反而降低。一般来说电动机容,量越大，越高。,异步电动机的效率为 。,由于 ，,5,）效率特性 ：,空载时从电源吸收的功率：,一、空载试验,1,）试验目的：测取,、,、,。,2,）试验方法：异步电动,机空载，转子转速接近同,步速，转子相当于开路。,第四节 三相异步电动机参数的测定,画出空载特性曲线。,异步电动机空载特性曲线,从上式中减去定子,铜耗：,改变电压 ，测量 、。,在下页画出了 曲线,。,注意到，右侧的曲线近似一,条直线。其原因机械损耗,和电压无关，只要电动机的,转速不变或变化很小，就认,为是常数；而铁耗和附加损,耗 可与磁密的平,方成正比，近似的和电动机,的端电压 的平方成正比。,这样根据图中的虚线很容易,把 和 分离出来。,3,）机械损耗 和铁耗 的测定：,曲线,定子加额定电压时，根据空载试验测得的数据和 ，可以算出式中,:,是测得的三相输入功率；、分别为相电流和,相电压。,再根据空载时的等效电路，就可求出励磁阻抗,：,4,）励磁阻抗参数的计算：,1,）试验目的：测取 。,2,）试验方法：，,，,加电压,，下,图为异步电动机堵转时等效电路图；逐渐降低电压 ，测量 、，画出异步电动机的堵转特性曲线如下页。,二、堵转试验,是测得的三相输入功率；,、分别为相电流和相电,压，并有：,3,）短路阻抗参数的计算：,在,作,堵转试验时，异步电动机的等效电路中的励,磁支路可以忽略，这样计算如下：,