第22讲-三相异步电动机的功率和电磁转矩ppt课件.ppt

我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第第21讲讲 三相异步电动机的功三相异步电动机的功率和电磁转矩率和电磁转矩 一、功率和损耗一、功率和损耗 二、转矩平衡方程式二、转矩平衡方程式 三、电磁转矩公式三、电磁转矩公式 四、工作特性四、工作特性 五、整距分布线圈组的电动势五、整距分布线圈组的电动势我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物（一）三相异步电机的功率和损耗（一）三相异步电机的功率和损耗 1、输入的电功率输入的电功率P1： 2、定子铜损耗定子铜损耗pCu1： 2113cu1pI R11113cosPU I23Fe0mpI R23FeFe10mppI R 3、铁心损耗、铁心损耗pFe： 因为正常运行时，异步电动机的转速接近于同步转速，因为正常运行时，异步电动机的转速接近于同步转速，n很小，转子电流频率很小，转子电流频率f2=13Hz，转子损耗，转子损耗pFe2pFe1，计算，计算整个异步电动机铁损耗时可忽略整个异步电动机铁损耗时可忽略pFe2，所以有，所以有我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 4、电磁功率、电磁功率PM：从等效电路可知，传输给转子回路的电：从等效电路可知，传输给转子回路的电磁功率磁功率PM等于转子电路全部等效电阻上的损耗，即等于转子电路全部等效电阻上的损耗，即22222223McosmcospE IE I22212222133MCu1FeRsPPppIRRIss从转子回路看，电磁功率也可为：从转子回路看，电磁功率也可为： 5、转子铜损耗、转子铜损耗pCu2：22222233Cu2MRpIRsIsPs我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 此式表明总机械功率此式表明总机械功率Pm等于电磁功率等于电磁功率PM减去转子绕组减去转子绕组上的铜耗上的铜耗pCu2，看起来是等效电阻，看起来是等效电阻 上的损耗，实际上上的损耗，实际上这个损耗是传输给转轴的机械功率。它是转子电流与气隙这个损耗是传输给转轴的机械功率。它是转子电流与气隙旋转磁场共同作用产生的电磁转矩旋转磁场共同作用产生的电磁转矩T，带动转子以转速，带动转子以转速n旋旋转时所对应的功率。转时所对应的功率。222131mM()sPIRs Ps21sRs 6、总机械功率、总机械功率Pm:我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 由于电动机运行时，总有风阻、轴承等阻尼转矩要损耗由于电动机运行时，总有风阻、轴承等阻尼转矩要损耗一部分功率，即机械损耗，用一部分功率，即机械损耗，用pm表示。除了上述各种损耗表示。除了上述各种损耗外，异步电动机由于定、转子槽对气隙磁通势的影响，转外，异步电动机由于定、转子槽对气隙磁通势的影响，转子磁通势中含有谐波磁通势，会产生一些不易计算的杂散子磁通势中含有谐波磁通势，会产生一些不易计算的杂散损耗，杂散损耗很小，用损耗，杂散损耗很小，用ps表示。根据经验估算，大型异表示。根据经验估算，大型异步电动机的步电动机的ps0.5%PN，小型异步电动机要大些，有，小型异步电动机要大些，有ps（1%3%）PN。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 总机械功率总机械功率Pm减去机械损耗减去机械损耗pm和杂散损耗和杂散损耗ps才是轴上输出才是轴上输出的机械功率，即的机械功率，即 P2=Pm-（pm+ps） 综合以上各项功率和损耗，可写出异步电动机的功率平衡综合以上各项功率和损耗，可写出异步电动机的功率平衡方程式为方程式为 P2=P1-pCu1-pFe-pCu2-pm-ps 上述功率与损耗的关系可用功率流程图表示。上述功率与损耗的关系可用功率流程图表示。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物异步电动机功率平衡流程图异步电动机功率平衡流程图我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 方程两边同除方程两边同除可得：可得： 其中，其中，T2为电动机转轴上输出转矩；为电动机转轴上输出转矩； T0为电动机的空载转矩。为电动机的空载转矩。 112216060mmmM()PPPPTnns220msppTTTT 异步电动机传输给转轴的总机械功率异步电动机传输给转轴的总机械功率Pm就是电磁转矩就是电磁转矩T与与转轴机械角速度转轴机械角速度的乘积，即的乘积，即同时还可以表示为：同时还可以表示为：mmPPTT我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物根据异步电动机的转矩方程式为根据异步电动机的转矩方程式为 222112222211111 22223323222606060322dp2M2dp2Tj1()coscoscoscosRIf N kIPE IsTnnnpN kICI 其中其中 为异步电动机的电磁转矩系数，其物理为异步电动机的电磁转矩系数，其物理意义同直流电机。与直流电机的电磁转矩公式意义同直流电机。与直流电机的电磁转矩公式 极为相极为相似，其中似，其中 是异步电动机转子电流的有功分量，是转子电是异步电动机转子电流的有功分量，是转子电流中能产生电磁转矩的电流。流中能产生电磁转矩的电流。22cosI232Tjdp2CpN kaTTCI我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 异步电动机工作特性是指定子电源电压为额定电压和频率为异步电动机工作特性是指定子电源电压为额定电压和频率为额定频率时，电动机的转速额定频率时，电动机的转速n、定子相电流、定子相电流I1、功率因数、功率因数 、电磁转矩电磁转矩T、效率、效率 和输出机械功率和输出机械功率P2之间的关系曲线。之间的关系曲线。2cos2()nf PCu2MpsP222222222233Cu2McoscospI RI RsPE IE 一、转速特性一、转速特性 直接求转速特性很困难，可以通过转子铜耗和电磁功率直接求转速特性很困难，可以通过转子铜耗和电磁功率的关系，得到转差率和转子电流折算值的关系，然后得到转的关系，得到转差率和转子电流折算值的关系，然后得到转速特性。速特性。 由由 ，可得，可得我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物222222222233Cu2McoscospI RI RsPE IE 其中其中 ，由于，由于 ，当，当P2从从0到到PN变化时，变化时， 可认为是一个常数，而可认为是一个常数，而 ，当，当P2作上述作上述变化时，变化时，s从从0变化到变化到s=0.020.06。 和和 在数值上是同在数值上是同一数量级，故可得一数量级，故可得，所以，所以 可近似为一常数，由此可得到可近似为一常数，由此可得到 。222222/2cos/R( R s )X1N1UU211EEU 22/R sX2N1EU 2R2X21cos2sI我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物从上面的分析得到从上面的分析得到 和和 在在P2变变化时，可得到化时，可得到 。这样就可以。这样就可以找到有代表性的两点来作直线，此找到有代表性的两点来作直线，此即为转速特性。即为转速特性。222213m()cosPPsE I 2E2cos2sP从机械功率和转差率公式可以得到：从机械功率和转差率公式可以得到：理想空载点：理想空载点：P2=0，s=0，n=n1额额 定定 点：点：P2=PN，sN=0.020.06 nN=(1-s)n1=(0.980.94)n1 由此可得到转速特性曲线如图，由此可得到转速特性曲线如图，曲线为一条稍微向下倾斜的直线。曲线为一条稍微向下倾斜的直线。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物二、定子电流特性二、定子电流特性 根据三相异步电动机磁通势平衡根据三相异步电动机磁通势平衡方程式方程式 ，因为，因为I0在在P2变化变化时保持不变，随着负载时保持不变，随着负载P2的增大，转的增大，转子电流子电流 增大，定子电流增大，定子电流I1也增大，由也增大，由于前面得到于前面得到 基本上与基本上与P2成正比，所成正比，所以定子电流以定子电流I1基本上也随基本上也随P2成线性增大。成线性增大。由于在由于在P2=0时，时， ，这时，这时 。定。定子电流特性曲线如图。子电流特性曲线如图。10II2I102()III 12()If P2I20I 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物三、功率因数特性三、功率因数特性 异步电动机运行时需要从电网吸收异步电动机运行时需要从电网吸收无功电流进行励磁，所以无功电流进行励磁，所以I1电流总是滞后电流总是滞后电源电压电源电压U1，功率因数，功率因数 。空载时。空载时，定子电流为，定子电流为I0，基本为励磁电流，此时，基本为励磁电流，此时功率因数为功率因数为 左右。当负载左右。当负载P2增大时，励磁电流增大时，励磁电流I0保持不变，有功保持不变，有功电流随着电流随着P2的增大而增大，使的增大而增大，使 增大，接近额定负载时，功增大，接近额定负载时，功率因数最高，率因数最高， 左右。如超过额定功率后负载进一步左右。如超过额定功率后负载进一步增大，转速下降速度加快，增大，转速下降速度加快，s上升较快，使上升较快，使 下降较快，转下降较快，转子电流有功分量所占比例下降，使定子电流有功分量比例也下子电流有功分量所占比例下降，使定子电流有功分量比例也下降，从而使降，从而使 反而减小，曲线如图。反而减小，曲线如图。11cos12cos()f P1cos10 1 0 2cos-.10 760 9cos.1cos/R s我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物四、电磁转矩特性四、电磁转矩特性 根据转矩平衡方程式根据转矩平衡方程式 ，当负载变化时，空载转矩当负载变化时，空载转矩T0保持不变保持不变 。而而 ，当，当P2在在0PN 之间变化时，之间变化时，s变化很小，变化很小，变化也不大，所以可认为变化也不大，所以可认为T2与与P2成正比，特性曲线成正比，特性曲线 为为一直线。由于一直线。由于 ，T0基本保持基本保持不变，近似为常数，从而使电磁转矩特性不变，近似为常数，从而使电磁转矩特性 也为一直线。电磁转矩特性曲线如图。也为一直线。电磁转矩特性曲线如图。2/R s02TTT22()Tf P2()Tf P22/TP02TTT2()Tf P我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物五、效率特性五、效率特性 根据效率公式，有根据效率公式，有2()f P121121PppPPPPp 当当P2变化时，效率变化时，效率的变化取决于损耗的变化取决于损耗 的变化。而的变化。而损耗损耗: 其中其中pFe和和pm为不变损耗，即当为不变损耗，即当P2变化时，这部分损耗变化时，这部分损耗不变。不变。pCu1、pCu2、pad为可变损耗。为可变损耗。Cu1FeCu2madppppppp我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 电动机空载时，电动机空载时，P2=0， 。由于由于pCu1、pCu2分别与分别与 和和成正比，随着输出功率成正比，随着输出功率P2的增大，的增大，开始可变损耗在开始可变损耗在 中占有很小的中占有很小的比例，比例， 增加很缓慢，所以增加很缓慢，所以 上升上升很快。随着很快。随着P2的增大，可变损耗增的增大，可变损耗增加很快，使加很快，使 增大速率减慢，当可增大速率减慢，当可变损耗等于不变损耗时，电动机的变损耗等于不变损耗时，电动机的损耗最大。对中小型异步电动机，损耗最大。对中小型异步电动机，当当P2=0.75PN时，效率最高。当时，效率最高。当P2继续增大，可变损耗增加速度较快，继续增大，可变损耗增加速度较快，效率降低，如图所示。效率降低，如图所示。21I022Ipp我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物三、三相异步电机的参数测定三、三相异步电机的参数测定 根据三相异步电动机等效电路就可以计算电动机的运行性根据三相异步电动机等效电路就可以计算电动机的运行性能，但和变压器一样，需要知道等效电路中的各电路参数。参能，但和变压器一样，需要知道等效电路中的各电路参数。参数分为两组：一组时表示空载状态下的励磁参数数分为两组：一组时表示空载状态下的励磁参数 ，另一组为等效电路的漏阻抗参数另一组为等效电路的漏阻抗参数 。与变。与变压器一样可以通过短路（堵转）试验和空载试验得到。压器一样可以通过短路（堵转）试验和空载试验得到。mmmZ , R , X111222Z , R , X , Z , R , X1、堵转实验与短路参数的确定、堵转实验与短路参数的确定我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物三、三相异步电机的参数测定三、三相异步电机的参数测定（1）堵转实验）堵转实验 也称为短路试验，是也称为短路试验，是指异步电动机等效电路中的附加电阻指异步电动机等效电路中的附加电阻 的状态。如图所示。此时，的状态。如图所示。此时，s=1，n=0（定子绕组外加电压而转子（定子绕组外加电压而转子静止）。为使堵转试验电动机短路电静止）。为使堵转试验电动机短路电流流I1不致过大，应降低电源电压，一不致过大，应降低电源电压，一般使般使U1从从0.4UN开始逐步降低开始逐步降低，记录，记录电压电压U1、定子短路电流、定子短路电流I1k和短路功率和短路功率P1k，并画出堵转实验特性曲线。定子，并画出堵转实验特性曲线。定子电阻电阻R1用万用表测量得到。用万用表测量得到。210sRs 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物三、三相异步电机的参数测定三、三相异步电机的参数测定（2）短路参数计算）短路参数计算 在简化等效电路中，由于在简化等效电路中，由于 ，可认为励磁支路开路，可认为励磁支路开路，I00。堵转实验中，。堵转实验中，P1k全部消耗在定、转子的铜耗上，即全部消耗在定、转子的铜耗上，即 由于由于所以有：所以有：从而可求得：短路阻抗：从而可求得：短路阻抗： 短路电阻：短路电阻： 短路电抗：短路电抗：对于对于 和和 在大中型异步电机可以认为：在大中型异步电机可以认为：2mZZ1kk1221k3P RRR I 221k112233 PI RI R1k1kUZI 22k12kk XXX ZR 2k1 RRR 12k/2X X X 02101k;IIII 21k1k123() PIRR 1X2X我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物三、三相异步电机的参数测定三、三相异步电机的参数测定 （二）空载实验与励磁参数的确定（二）空载实验与励磁参数的确定1、空载实验、空载实验目的：测定空载参数目的：测定空载参数Rm和和Xm，必须测得参数铁耗，必须测得参数铁耗pFe机械损耗机械损耗 pm步骤：实验时，电动机不加任何负载，使电动机处于空载运行，定子绕组步骤：实验时，电动机不加任何负载，使电动机处于空载运行，定子绕组施加施加电压和频率为额定值的三相对称电源电压和频率为额定值的三相对称电源，在额定电压下先进行预运行，在额定电压下先进行预运行，让电动机工作一段时间，以使其机械损耗达到稳定值。让电动机工作一段时间，以使其机械损耗达到稳定值。实验时用调压器调节定子绕组电压，使其实验时用调压器调节定子绕组电压，使其从高从高（1.11.3倍额定电压）往低调倍额定电压）往低调，逐点测量，直，逐点测量，直到转速发生明显变化为止。记录各点的端电压到转速发生明显变化为止。记录各点的端电压U1、空载电流、空载电流I0、空载功率、空载功率p0以及转速以及转速n。且绘。且绘出出I0=f（U1）及）及p0=f（U1）的曲线，如图所示。）的曲线，如图所示。空载特性曲线空载特性曲线我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物三、三相异步电机的参数测定三、三相异步电机的参数测定2、励磁参数的确定、励磁参数的确定（1）机械损耗与铁心损耗的分离。空载实验测得的功率只有）机械损耗与铁心损耗的分离。空载实验测得的功率只有输入功率输入功率P0，由于转子电流很小，由于转子电流很小，转子铜损耗忽略转子铜损耗忽略。由于空载。由于空载输入功率输入功率P0没有产生输出，全部被消耗，即没有产生输出，全部被消耗，即式中式中 ，R1可直接测得，可直接测得，pCu1也可利用上式求得，从而求也可利用上式求得，从而求得铁心损耗得铁心损耗pFe、机械损耗、机械损耗pm以以及空载附加损耗及空载附加损耗ps。异步电动机铁心损耗与机械损耗的分离异步电动机铁心损耗与机械损耗的分离0Cu1Femsppppp00FemsCu1PpppPp 2013Cu1pI R我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物三、三相异步电机的参数测定三、三相异步电机的参数测定 而而pFe+ps和和pm无法测得。只能通过间接方法把他们分离。无法测得。只能通过间接方法把他们分离。机械损耗机械损耗pm的特性是与电压高低无关，仅与转速有关。而空载的特性是与电压高低无关，仅与转速有关。而空载实验中转速基本不变，所以在实验过程中可近似人为实验中转速基本不变，所以在实验过程中可近似人为pm不变。不变。而而pFe+ps与电压与电压U1的平方成正比，画出的平方成正比，画出 曲线，把图曲线，把图中的直线延长与纵坐标的交点中的直线延长与纵坐标的交点A，过，过A作与横轴的作与横轴的平行线，则横轴与平行线之间的距离平行线，则横轴与平行线之间的距离即为机械损耗即为机械损耗pm，从而求得，从而求得pFe+ps。（2）励磁参数的计算）励磁参数的计算 空载时，空载时，nn1，s0，转子，转子绕组可以认为开路，其等效电路绕组可以认为开路，其等效电路如下图。如下图。异步电动机铁心损耗与机械损耗的分离异步电动机铁心损耗与机械损耗的分离210()Pf UA我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物三、三相异步电机的参数测定三、三相异步电机的参数测定定子加额定电压，根据空载测得参数可得：定子加额定电压，根据空载测得参数可得：由等效电路可以看出：由等效电路可以看出：X1从短路（堵转）试验中测出，从短路（堵转）试验中测出，于是可以得到：于是可以得到：则，励磁电阻为：则，励磁电阻为：m01XXX 01mRRR2201000002003mPpUZRXZRII0m1XXX