电机学异步电动机.pptx

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1、第第12章章 异步电机基本工作原理与结异步电机基本工作原理与结构构12.1 12.1 异步电机的用途、分类、原理和结构异步电机的用途、分类、原理和结构12.2 12.2 异步电机额定值异步电机额定值第1页/共99页12.1异步电机的用途、分类、原理和结构异步电机的用途、分类、原理和结构1. 1. 异步电机的用途异步电机的用途应用1和应用2 VIDEO 三相异步电动机三相异步电动机 几瓦到上万千瓦几瓦到上万千瓦 应用最广泛应用最广泛的电动机。各种机械设备和家用电器。的电动机。各种机械设备和家用电器。 结构简单结构简单 制造容易制造容易 成本低成本低 运行可靠运行可靠 效率高效率高 需要从电网吸收

2、滞后的无功功率；很难在较广需要从电网吸收滞后的无功功率；很难在较广范围内平滑调速范围内平滑调速三相异步发电机三相异步发电机 风力发电场风力发电场 和和 小型水电站小型水电站第2页/共99页2. 2.按转子结构分类：按转子结构分类：绕线型异步电动机鼠笼型异步电动机继续继续第3页/共99页第4页/共99页3. 3. 三相异步电动机的基本结构：三相异步电动机的基本结构：VIDEOVIDEO一、定子部分定子铁心：由导磁性能很好的硅钢片叠成定子铁心：由导磁性能很好的硅钢片叠成导磁部分。导磁部分。定子绕组：放在定子铁心内圆槽内定子绕组：放在定子铁心内圆槽内导电部分。导电部分。机座：固定定子铁心及端盖，具有

3、较强的机械强度和刚度。机座：固定定子铁心及端盖，具有较强的机械强度和刚度。二、转子部分转子铁心：由硅钢片叠成，也是磁路的一部分。转子铁心：由硅钢片叠成，也是磁路的一部分。转子绕组转子绕组： 1 1）鼠笼式转子：转子铁心的每个槽内插入一根裸）鼠笼式转子：转子铁心的每个槽内插入一根裸导条，形成一个多相对称短路绕组。导条，形成一个多相对称短路绕组。2 2）绕线式转子：转子绕）绕线式转子：转子绕组为三相对称绕组，嵌放在转子铁心槽内。组为三相对称绕组，嵌放在转子铁心槽内。 异步电动机的气隙是均匀的。大小为机械条件所能允许达异步电动机的气隙是均匀的。大小为机械条件所能允许达到的最小值。到的最小值。三、气隙

4、第5页/共99页下面是它主要部件的拆分图。 右图是一台三相鼠笼型异步电动机的外形图。第6页/共99页鼠笼型转子鼠笼型转子铁心和绕组铁心和绕组结构示意图结构示意图三相绕线型三相绕线型转子结构图转子结构图返回第7页/共99页第8页/共99页4. 4. 三相异步电动机的基本工作原理三相异步电动机的基本工作原理U2U1W2V1W1V21nn一、转动原理(1)(1)电生磁电生磁：三相对称绕组通三相对称绕组通往三相对称电流产生圆形旋转往三相对称电流产生圆形旋转磁场。磁场。(2)(2)磁生电磁生电：旋转磁场切割旋转磁场切割转子导体感应电动势和电流。转子导体感应电动势和电流。(3)(3)电磁力电磁力：转子载流

5、（有功转子载流（有功分量电流）体在磁场作用下受分量电流）体在磁场作用下受电磁力作用，形成电磁转矩，电磁力作用，形成电磁转矩，驱动电动机旋转，将电能转化驱动电动机旋转，将电能转化为机械能。为机械能。1160 fnp第9页/共99页 为了分析旋转磁动势的旋转方向，设三相对称电流按余弦规为了分析旋转磁动势的旋转方向，设三相对称电流按余弦规律变化，律变化，U U 相电流最大时为计时点，电流取首进尾出为正，电相电流最大时为计时点，电流取首进尾出为正，电流波形和各时刻旋转磁动势的位置如图所示：流波形和各时刻旋转磁动势的位置如图所示：U2U1W2V1W1V21n第10页/共99页用图解法分析用图解法分析不同

6、时刻三相合成磁动势不同时刻三相合成磁动势 合成磁动势的转向是从载有超前电流的相转到载有滞后电合成磁动势的转向是从载有超前电流的相转到载有滞后电流的相。流的相。第11页/共99页 产生圆形旋转磁动势的条件：产生圆形旋转磁动势的条件：一是三相或多相对称绕组；二一是三相或多相对称绕组；二是三相或多相对称电流。两个条件有一个不满足，即产生椭圆形是三相或多相对称电流。两个条件有一个不满足，即产生椭圆形旋转磁动势。旋转磁动势。 三相对称绕组通入三相对称电流，产生的基波合成磁动势是一个幅值恒定不变的圆形旋转磁动势，它有以下主要性质(1)(1)幅值是单相脉动磁动势最大幅值的幅值是单相脉动磁动势最大幅值的3/2

7、3/2倍。倍。(2)(2)转向由电流相序决定转向由电流相序决定, ,从载有超前电流相转到载有滞后电从载有超前电流相转到载有滞后电流相流相. .(3)(3)转速决定于电流的频率和电机的磁极对数转速决定于电流的频率和电机的磁极对数pfn601(4)(4)当某相电流达最大值时当某相电流达最大值时, ,旋转磁动势的波幅位置刚好转到该旋转磁动势的波幅位置刚好转到该相绕组的轴线位置上相绕组的轴线位置上第12页/共99页第13页/共99页二、转差率11nnsn 转差率转差率是异步电机的一个基本物理量，它反映电机的各种是异步电机的一个基本物理量，它反映电机的各种运行情况。运行情况。转子未转动时转子未转动时，;

8、s,n10 电机理想空载时电机理想空载时，.s,nn01 作为电动机，转速在作为电动机，转速在10n范围内变化，转差率在范围内变化，转差率在0 0 1 1范围内变。范围内变。 负载越大，转速越低，转差率越大；反之，转差率越小。负载越大，转速越低，转差率越大；反之，转差率越小。转差率的大小能够反映电机的转速大小或负载大小。电机的转转差率的大小能够反映电机的转速大小或负载大小。电机的转速为：速为：11n = (- s)n 额定运行时，转差率一般在额定运行时，转差率一般在0.010.060.010.06之间，即电机转速接之间，即电机转速接近同步速。近同步速。 同步转速与转子转速之差与同步转速的比值称

9、为转差率，用同步转速与转子转速之差与同步转速的比值称为转差率，用s s表示，表示，即：即：第14页/共99页三、异步电机的三种运行状态根据转差率的大小和正负根据转差率的大小和正负, ,异步电机有三种运行状态异步电机有三种运行状态机械能转变为电机械能转变为电能能电能和机械能变电能和机械能变成内能成内能电能转变为机电能转变为机械能械能能量关系制动制动驱动电磁转矩转差率转速外力使电机快速外力使电机快速旋转旋转外力使电机沿磁外力使电机沿磁场反方向旋转场反方向旋转定子绕组接对定子绕组接对称电源称电源实现发电机发电机电磁制动电磁制动电动机电动机状态状态10 n n0n n10 s1s0s第15页/共99页

10、12.2 12.2 三相异步电动机的型号和额定值三相异步电动机的型号和额定值一、型号例例: :第16页/共99页第17页/共99页额定值关系有：额定值关系有：3NNNNNPU I cos)VkV(UN或或额额定定电电压压额定运行状态时加在额定运行状态时加在定子绕组上的线电压定子绕组上的线电压. .)kW(PN额额定定功功率率额定条件下转轴上额定条件下转轴上输出的机械功率。输出的机械功率。)A(IN额额定定电电流流在额定运行状态下流在额定运行状态下流入定子绕组的线电流入定子绕组的线电流.min)/r(nN额定转速额定转速额定运行时电额定运行时电动机的转速动机的转速.NNf额额定定效效率率额额定定

11、频频率率额额定定功功率率因因数数Ncos二、额定值二、额定值第18页/共99页 三相异步电动机的定子部分在结构上和同步电动机三相异步电动机的定子部分在结构上和同步电动机的定子部分完全相同。的定子部分完全相同。 对中、小容量的低压异步电动机，通常定子三相绕对中、小容量的低压异步电动机，通常定子三相绕组的六个出线头都引出，这样可根据需要灵活组的六个出线头都引出，这样可根据需要灵活地接成地接成“Y Y”形或形或“D D”形。形。U1 V1 W1U1 V1 W1W2 U 2 V2W2 U2 V2D联结Y联结三、接线三、接线第19页/共99页 例题例题1.720 /minrN某三相50Hz感应电动机的额

12、定转速n。试求该机的额定转差率及极对数。2.970 /minrNNNNN某三相六极50Hz感应电动机的额定数据如下：P =55kW,U =380V,=91.5%,cos=0.88,n。试求:该机的额定转差率、额定电流及额定相电流。3. 3.一台三相四极笼形异步电动机，定子绕组为角接，一台三相四极笼形异步电动机，定子绕组为角接，额定电压额定电压380V380V，额定频率，额定频率50HZ50HZ。额定运行时，输入。额定运行时，输入功率为功率为11.42KW11.42KW，输出功率为，输出功率为10KW10KW，定子电流为，定子电流为20.1A20.1A，转速为，转速为1460r/min.1460

13、r/min.求电动机的额定效率，额定求电动机的额定效率，额定功率因数和额定输出转矩。功率因数和额定输出转矩。第20页/共99页 旋转磁场形成的条件？ 异步？ 同步速度？速度？ 异步电机地运行原理？ 转差？转差率？ 空间角度？空间电角度？ 极对数？pfn1160第21页/共99页第第1313章三相异步电机的运行原理章三相异步电机的运行原理 13.1 13.1 三相异步电机转子静止时电磁关系三相异步电机转子静止时电磁关系 13.2 13.2 三相异步电机转子旋转时电磁关系三相异步电机转子旋转时电磁关系第22页/共99页13.113.1三相异步电机转子静止时的电磁关系三相异步电机转子静止时的电磁关系

14、一、主、漏磁通的分布 为了便于分析，根据磁通路径和性质不同，异步电动机的为了便于分析，根据磁通路径和性质不同，异步电动机的磁通分为主磁通和漏磁通。磁通分为主磁通和漏磁通。 主磁通同时交链定、转子绕组，主磁通同时交链定、转子绕组，其路径为：定子铁心其路径为：定子铁心气隙气隙转子转子铁心铁心气隙气隙定子铁心。主磁通起定子铁心。主磁通起传递能量的作用。传递能量的作用。 除了主磁通以外的磁通称为漏除了主磁通以外的磁通称为漏磁通，它包括槽漏磁通、端漏磁通磁通，它包括槽漏磁通、端漏磁通和高次谐波磁通。漏磁通只起电抗和高次谐波磁通。漏磁通只起电抗压降作用。压降作用。转子绕组开路时的电磁关系转子绕组开路时的电

15、磁关系第23页/共99页二、空载电流和空载磁动势异步电动机空载运行时的定子电流称为空载电流异步电动机空载运行时的定子电流称为空载电流。.,:,0000arIII功功分分量量损损耗耗的的有有另另一一个个是是用用来来供供给给铁铁心心的的无无功功分分量量产产生生主主磁磁通通一一是是用用来来由由两两部部分分组组成成异异步步电电动动机机空空载载电电流流与与变变压压器器一一样样基基波波幅幅值值为为载载磁磁动动势势产产生生的的旋旋转转磁磁动动势势为为空空三三相相空空载载电电流流,FI0001IpkNmFdp1100.92.IIIar000:即即.F，I，E，、,00022 于于是是乎乎为为零零转转子子之之间

16、间相相对对速速度度几几定定接接近近同同步步速速转转子子转转速速很很高高空空载载运运行行时时.II,I,IIrar00000 即即基基本本为为一一无无功功性性质质电电流流所所以以由由于于第24页/共99页E1和E2分别滞后于定、转子磁链90度三、感应电动势与变压器一样与变压器一样, ,主、漏磁通在定子绕组上感应的电动势主、漏磁通在定子绕组上感应的电动势mdp1kNfjE1114.44101XI jEmdp22124.44kNfjE221121dpdpekNkNEEk第25页/共99页四、电压平衡方程与等效电路 与变压器一样，根据基尔霍夫电压定律，可列出空载时与变压器一样，根据基尔霍夫电压定律，可

17、列出空载时定子每相电压方程式：定子每相电压方程式：0111010110111IZEXI jRIERIEEU 100mmmE = - I (R + jX)= - I Z 根据上两式，可以作出空载时根据上两式，可以作出空载时等效电路。等效电路。22EU第26页/共99页五、电磁关系10RI1U ()三相系)(I三三相相系系统统0)(F三三相相合合成成01E011E02 E六、时空相矢量图异步电动机空载时的电磁关系与变压器非常相似。异步电动机空载时的电磁关系与变压器非常相似。B11EF0I0第27页/共99页 尽管异步电动机的电磁关系与变压器相似，但它们之间还是尽管异步电动机的电磁关系与变压器相似，

18、但它们之间还是有差别的：有差别的：1 1）主磁场性质不同：异步电动机为旋转磁场，变压器为脉动磁）主磁场性质不同：异步电动机为旋转磁场，变压器为脉动磁场场.4 4）由于存在气隙）由于存在气隙, ,异步电动机漏抗较变压器的大异步电动机漏抗较变压器的大. .;I ,E,I ,E)000022222 变变压压器器异异步步电电动动机机空空载载时时%.%,%I,)102302030的的仅仅为为而而变变压压器器为为异异步步电电动动机机由由于于存存在在气气隙隙5)5)异步电动机通常采用短距和分布绕组异步电动机通常采用短距和分布绕组, ,计算时需考虑绕组系计算时需考虑绕组系数数, ,变压器则为整距集中绕组变压器

19、则为整距集中绕组, ,可认为绕组系数为可认为绕组系数为1.1.第28页/共99页转子堵转时工作情况转子堵转时工作情况1.1.转子静止时的磁动势转子静止时的磁动势 定子三相绕组通入对称三相电流。在气隙中产生定子三相绕组通入对称三相电流。在气隙中产生F F1 1， 转速转速n n1 1，并建立圆形基波旋转磁场，并建立圆形基波旋转磁场B Bm m，在定转子中分别，在定转子中分别产生感应电动势产生感应电动势E E1 1和和E E2 2。E E2 2对应转子绕组中的对应转子绕组中的I I2 2，并也产，并也产生圆形基波旋转磁动势生圆形基波旋转磁动势F F2 2。（1 1）大小：）大小：（2 2）因为转子

20、静止，所以）因为转子静止，所以f f1 1=f=f2 2则则n n2 2=n=n（3 3）F F1 1和和F F2 2在空间上转向一致。在空间上转向一致。2222220.9,.2wwN kmFIkp其中转子基波绕组系数111119 . 02IpkNmFw第29页/共99页（4 4）由于）由于F F1 1和和F F2 2在空间上同步旋转。相对静止。可以得到合在空间上同步旋转。相对静止。可以得到合成磁动势即励磁磁动势（静止）成磁动势即励磁磁动势（静止） F F1 1+F+F2 2=Fm=Fm，由定子对称三相绕组，由定子对称三相绕组ImIm所生所生（5 5）F F2 2在空间上落后于在空间上落后于B

21、mBm为（为（9090+ +2 2）F F2 2只决定于只决定于2 2转子回路的阻抗角，与转子的位置无关转子回路的阻抗角，与转子的位置无关转子静止时的空间矢量图转子静止时的空间矢量图1110 .92wmmN kmFIp222a r c t a nxr第30页/共99页2.2.转子静止时的电磁关系转子静止时的电磁关系11Ir11E22Ir22E)(1三相系统U)(I三三相相系系统统1)(I多相系统多相系统21F2FmFm1E2E第31页/共99页第32页/共99页1111222211211134.44miimmwmEI ZEI ZIIIkEk EI Zjf N k 转子堵转时基本方程组U2221

22、11122121111;44. 444. 4jXrZjXrZzIEkNfjEkNfjEmmmwmw第33页/共99页负载运行时的电磁关系负载运行时的电磁关系13.2三相异步电机转子旋转时的负载运行11IR11EsIR2222E)(1三相系统U)(I三三相相系系统统1)(I多相系统多相系统21F2FmFm1EsE2第34页/共99页13.213.2.2 2 转子绕组各电磁量转子绕组各电磁量一、转子电动势的频率 感应电动势的频率正比于导体与磁场的相对切割速度感应电动势的频率正比于导体与磁场的相对切割速度, ,故转子电动势的频率为故转子电动势的频率为: :116060p nnn11121160p(n

23、 - n)n - npnf = sfn转子不转时,.ff,s ,n1210 理想空载时,.f,s ,nn0021 二、转子绕组的感应电动势转子旋转时的感应电动势转子旋转时的感应电动势: :22224.44swmEf N k转子不转时的感应电动势转子不转时的感应电动势: :21224.44wmEf N k二者关系为二者关系为: :122seEES ESk22因为两者的频率不同sE= sE ,第35页/共99页三、转子绕组的漏阻抗电抗与频率正比于电抗与频率正比于, ,转子旋转时转子漏电抗转子旋转时转子漏电抗: :2s22122X2f L2f LSsX二者关系二者关系: :22sX= sX.转子绕组

24、的漏阻抗转子绕组的漏阻抗: :22s22ss2jsXjXZrr四、转子绕组的电流转子绕组为闭合绕组转子绕组为闭合绕组, ,转子电流为转子电流为222s22s2s2s22jsXEsjXEZIrrE转子不转时转子漏电抗转子不转时转子漏电抗: :212X2f L当转速降低时当转速降低时, ,转差率增大转差率增大, ,转子电流也增大转子电流也增大. .第36页/共99页五、转子绕组的功率因数2rrrr2222222222cos=+ X+ (sX) 转子功率因数与转差率有关转子功率因数与转差率有关, ,当转差率增大时当转差率增大时, ,转子功率因转子功率因数则减小。数则减小。六、转子旋转磁动势转子绕组流

25、过三相或多相对称电流时产生圆形旋转磁动势转子绕组流过三相或多相对称电流时产生圆形旋转磁动势. .22222902IpkN.mFw 1)1)幅值幅值2)2)转向转向 转子电流相序与定子旋转磁动势方向相同转子电流相序与定子旋转磁动势方向相同, ,转子旋转磁转子旋转磁动势的方向与转子电流相序一致动势的方向与转子电流相序一致. .1nnn)(nnn12转子旋转磁动势相对定子的速度为转子旋转磁动势相对定子的速度为 可见可见, ,无论转子转速怎样变化无论转子转速怎样变化, ,定、转子磁动势总是以同速、定、转子磁动势总是以同速、同向在空间旋转，两者在空间上总是保持相对静止。同向在空间旋转，两者在空间上总是保

26、持相对静止。第37页/共99页磁动势平衡方程磁动势平衡方程 转子静止和转子旋转时磁场比较转子静止和转子旋转时磁场比较 转子静止时：转子静止时：对于定子而言对于定子而言 I1(f1) F1I1(f1) F1（n1n1） F2F2（n1n1） I2(f1)I2(f1) 转子旋转时转子旋转时：对于转子(n=(1-s)n1)而言 I1(f1) F1(n1) F2(n2=sn1) I2(f2=sf1)F2相对于定子来说n2s=sn1+n=n11nn 11snnnn磁动势的平衡方程为：磁动势的平衡方程为：msFFF21msIkII21第38页/共99页电动势平衡方程电动势平衡方程根据基尔霍夫电压定律可写出

27、定、转子侧电动势平衡方程：根据基尔霍夫电压定律可写出定、转子侧电动势平衡方程：111111111U = -E + I R + jI X = -E + I Zr22s22s2s2sssE= I Z= I (jX):kEE:e之比称为电动势比之比称为电动势比与转子不转时电动势与转子不转时电动势其中其中21221121wwekNkNEEk第39页/共99页三相异步电动机的等效电路和相量图 频率折算频率折算就是用一个等效的转子电路代替实际旋转的转子系就是用一个等效的转子电路代替实际旋转的转子系统统, ,而等效的转子回路应与定子电路有相同的频率。而等效的转子回路应与定子电路有相同的频率。( (静止转子静

28、止转子) )一、频率折算 在折算的过程中，电机的电磁效应不变，因而有在折算的过程中，电机的电磁效应不变，因而有两个条件两个条件：一个是保持转子磁动势不变；二是转子回路的功率不变。一个是保持转子磁动势不变；二是转子回路的功率不变。转子回路电流转子回路电流rrrr212s2s2222s2s22222EEsEEI =- sZ+ jX+ jsX+ jX+s.,1,22不不变变同同时时保保持持转转子子磁磁动动势势为为定定子子频频率率就就可可以以将将转转子子频频率率折折算算电电阻阻在在转转子子回回路路中中串串联联一一个个用用一一个个不不转转的的转转子子并并且且可可见见FRss第40页/共99页 等效静止转

29、子代替转速为n转子条件：F2和F2S完全相同。大小、转向、转速及空间相位相同1.转速n1,转向也相同2. F2=F2S 只要I2=I2S3. F2和F2S 相位相同，只要2= 2S222222222222222222222222222sssEErrsXXssXXrrsrrrrErXsXrs2s21-s静止转子中串入附加电阻,s1-s1+可得ss实际转子I()()arctan()arctan()I()arctan()第41页/共99页22222s22s22I)jsX(EsI)jX(ErrU2Rss1 实际的旋转转子轴上有机械损耗和机械功率输出。频率折实际的旋转转子轴上有机械损耗和机械功率输出。频

30、率折算后，转子静止，没有机械损耗和机械功率输出，但电路中多算后，转子静止，没有机械损耗和机械功率输出，但电路中多了一个附加电阻了一个附加电阻 。根据能量守恒关系，该电阻消耗的功。根据能量守恒关系，该电阻消耗的功率等效机械损耗和机械功率之和率等效机械损耗和机械功率之和总的机械功率。总的机械功率。21Rss 从等效电路角度，可以把从等效电路角度，可以把 看成是异步电动机的看成是异步电动机的”电阻负载电阻负载”，其上的压降可以看成是转子回路的端电压，其上的压降可以看成是转子回路的端电压:第42页/共99页二、绕组折算。k、Nmk、Nmww同同本本相相折折算算的的方方法法与与变变压压器器基基组组的的实

31、实际际转转子子绕绕及及取取代代等等效效转转子子及及绕绕组组相相同同的的定定子子绕绕组组折折算算就就是是用用一一个个和和222111122EEkEe i22kII 2222222222222,arctan(/)ieieiessrk k rXk k XZrjXk k ZrXsF折算前后的空间相位不变三 等效电路1、绕组后的基本方程111111XI jRIEU 222222XI jRIEU 12mIII12EE 12111()4.44mmmwmEERjXIjf N k 2221RssIU 第43页/共99页二、T型等效电路和简化等效电路由基本方程可以作出等效电路由基本方程可以作出等效电路: :T T

32、型等效电路型等效电路简化等效电路简化等效电路第44页/共99页从等效电路分析可知从等效电路分析可知: :;,I ,Rss,s ,nn,)电电机机相相当当于于开开路路总总机机械械功功率率近近似似为为零零理理想想空空载载时时0102220 ;,Rss,s ,n,)短短路路状状态态电电机机处处于于总总机机械械功功率率为为零零电电机机不不转转时时011012 3)3)三相异步电动机的功率因数永远滞后；三相异步电动机的功率因数永远滞后；4)4)附加电阻不能用电感或电容来代替。附加电阻不能用电感或电容来代替。5)5)在等效电路中负载的变化是用转差率在等效电路中负载的变化是用转差率s s来体现的来体现的第4

33、5页/共99页三 相量图 按照基本方程和等效电路可以按照基本方程和等效电路可以作出异步电动机的相量图。作出异步电动机的相量图。，、。UI,后后的的因因数数总总是是滞滞所所以以异异步步电电动动机机的的功功率率率率定定的的感感性性无无功功功功电电机机需需要要从从电电源源吸吸收收一一转转子子的的漏漏磁磁通通气气隙隙中中的的主主磁磁通通和和定定这这是是因因为为要要建建立立和和维维持持于于电电源源电电压压总总是是滞滞后后定定子子电电流流从从相相量量图图可可见见11。，I，I，s，n，械械的的转转换换实实现现由由电电能能到到机机吸吸取取更更多多的的电电功功率率电电动动机机从从电电源源随随之之增增加加增增加

34、加使使增增大大转转差差率率下下降降转转速速增增加加时时当当电电动动机机机机械械负负载载还还可可见见看看出出12 第46页/共99页第第1414章章 三相异步电动机功率与转矩的关三相异步电动机功率与转矩的关系系14.1 三相异步电动机功率、转矩和运行特性三相异步电动机功率、转矩和运行特性 14.2 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性 14.3 三相异步电动机的工作特性三相异步电动机的工作特性 14.4 三相异步电动机参数的测定三相异步电动机参数的测定第47页/共99页14.1三相感应电动机的功率、转矩异步电动机的功率和损耗有：异步电动机的功率和损耗有：一、功率平衡输入功率输入功率1

35、1111cosIUmP 定子铁损定子铁损mFeRImp201 电磁功率电磁功率22222111 21 221 22(1)McuFeCuRs RPPppmImI RmIppss机械功率机械功率222221 2211ssPm IRm IRss输出功率输出功率201mecadPPppPpPp 定子铜损定子铜损12111RImpcu转子铜损转子铜损22 2122222RImRImpcu第48页/共99页在等效电路上表示功率和损耗在等效电路上表示功率和损耗：1R1X2R2X21Rss1U1I0I2ImRmX1cupFep2cupP1PMP第49页/共99页 走势图P1PMPP2pCu1PFepCu2pm

36、ecp21PPp 效率效率21111100%100%(1)100%PPppPPP 12CuFeCumecpppppp第50页/共99页两个重要关系式两个重要关系式M2cup= sPM1-P=sP 可见，从气隙传递到转子的电磁功率分为两部分，一小可见，从气隙传递到转子的电磁功率分为两部分，一小部分变为转子铜损耗，绝大部分转变为总机械功率。转差率部分变为转子铜损耗，绝大部分转变为总机械功率。转差率越大，转子铜损耗就越多，电机效率越低。因此正常运行时越大，转子铜损耗就越多，电机效率越低。因此正常运行时电机的转差率均很小。电机的转差率均很小。n1和和PM不变，不变，n n减少S S变大。刚输出功率变小

37、而铜损（滑差功率SPSPM M）增大，效率降低。第51页/共99页二、转矩平衡2PppP即即20MTTT20MTTT或或1111MMMssP()PPT()电磁转矩电磁转矩 在式在式 的两边同时除以机械角速度的两边同时除以机械角速度 得得2()PPpp602 n 电磁转矩从转子方面看，它等于总机械功率除以转子机电磁转矩从转子方面看，它等于总机械功率除以转子机械角速度；从定子方面看，它又等于电磁功率除以同步机械械角速度；从定子方面看，它又等于电磁功率除以同步机械角速度。角速度。第52页/共99页 一台三相一台三相50Hz50Hz异步电动机，额定参数如异步电动机，额定参数如100kW,950r/mi

38、n,100kW,950r/min,额定运行时机械损耗额定运行时机械损耗1kW1kW，略去附加损耗，求略去附加损耗，求：（1 1）电动机的额定转差率，电磁功率，转子）电动机的额定转差率，电磁功率，转子铜耗；铜耗；（2 2）电动机额定运行时的电磁转矩，输出转）电动机额定运行时的电磁转矩，输出转矩和空载转矩矩和空载转矩第53页/共99页14.2三相异步电动机的机械特性一、物理表达式三相异步电动机机械特性的三种表达式二、参数表达式 三相异步电动机的机械特性是指电动机的转速与电磁转矩三相异步电动机的机械特性是指电动机的转速与电磁转矩之间的关系，由于电机的转速与转差率之间存在一定的关系，之间的关系，由于电

39、机的转速与转差率之间存在一定的关系，所以异步电动机的机械特性通常用所以异步电动机的机械特性通常用 表示。表示。)(sfTem12211112emmmmwTCI cos;C( pm N k)/ 表明：三相异步电动机的电磁转矩是由主磁通表明：三相异步电动机的电磁转矩是由主磁通 与转子电流的与转子电流的有功分量有功分量 相互作用产生的。相互作用产生的。m22cosI221122211122emRm pUsTRf( R)( XX)s 说明：电磁转矩与电源参数（说明：电磁转矩与电源参数（1 1、f f1 1）、结构参数（）、结构参数（R R、X X、m m、p p）和运行参数（）和运行参数（s s）有关

40、。）有关。第54页/共99页 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性 曲线曲线()emnf T当电源电压和频率及电机参数一定的条件下，T只与S有关，即T和n关系为感应电动机的机械特性。第55页/共99页在特性曲线上有两个最大转矩，最大转矩对应的转差率称为临界在特性曲线上有两个最大转矩，最大转矩对应的转差率称为临界转差率，可令转差率，可令 求得求得: : 0 dsdTem=1.6-2.2mTNTT 222212112mRRsXXR( XX) 221111221121111244mm pUm pUTf ( XX)fRR( XX) 最大转矩与额定转矩之比称为过载能力最大转矩与额定转矩之比称

41、为过载能力: :2 2、 越大，越大， 越大；越大； 与与 无关。无关。2R2RmsmT1 1、 与与 成正比；成正比； 与与 无关。无关。mT21UmS1U3 3、 和和 都近似与漏抗成反比都近似与漏抗成反比mTms第56页/共99页在特性曲线上还有一个起动转矩，即在特性曲线上还有一个起动转矩，即 时的转矩时的转矩: : ) 1( 0sn211222112122Qm pU RTf( RR )( XX) 结论：当其它参数一定时结论：当其它参数一定时1 1、起动转矩与电源电压平方成正比；、起动转矩与电源电压平方成正比；2 2、频率越高，起动转矩越小；漏抗越大，起动转矩越小；、频率越高，起动转矩越

42、小；漏抗越大，起动转矩越小；3 3、绕线式电动机，转子回路电阻越大，起动转矩先增后减。、绕线式电动机，转子回路电阻越大，起动转矩先增后减。1QstNTKT 4 4、起动转矩倍数、起动转矩倍数第57页/共99页三、实用表达式2memmmTTssss 工程上常根据电机的额定功率、额定转速、过载能力来工程上常根据电机的额定功率、额定转速、过载能力来求出实用表达式。方法是：求出实用表达式。方法是：9550NNNPTn mTNTT 11NNnnsn 21mNTTss () 将将T Tm m和和s sm m代入即可得到机械特性方程式代入即可得到机械特性方程式。利用电磁转矩除以最大电磁转矩可得电磁转矩的实用

43、表达式利用电磁转矩除以最大电磁转矩可得电磁转矩的实用表达式：第58页/共99页 四、直线表达式 当 时，机械特性为直线段。则当S=SN，T=TN注意：1.运行点必须工作在直线段 2.直线表达式中的2mmT( T )/ S S2mMNSS 2mMNSS mSS SSSSmmmSS 第59页/共99页 三相异步电动机的固有机械特性和人为机械特性三相异步电动机的固有机械特性和人为机械特性一、固有机械特性固有机械特性固有机械特性是指电动机在额定电压和额定频率下，按规定的接是指电动机在额定电压和额定频率下，按规定的接线，定、转子电路不外接阻抗时的机械特性。线，定、转子电路不外接阻抗时的机械特性。sn0n

44、NsNnmsm10TNTQTmTem几个特殊点：几个特殊点：A AB BC CD1.起动点A:01emQn,s,TT 2.最大转矩点B:mmemmnn ,ss ,TT 3.额定运行点CNNemNnn ,ss ,TT 4.同步运行点D100emnn ,s,T 第60页/共99页二、人为机械特性人为机械特性人为机械特性是指人为改变电源参数或电动机参数而得到的机是指人为改变电源参数或电动机参数而得到的机械特性。械特性。1. 1. 降压时的人为机械特性降压时的人为机械特性snsm10TLUN0TstTmTemn10.8UN0.64Tst0.64Tm 下降后, 和 均下降, 但 不变, 和 减少。1Um

45、TstTmsMKM 如果电机在定额负载下运行, 下降后, 下降, 增大, 转子电流因 增大而增大,导致电机过载。长期欠压过载运行将使电机过热，减少使用寿命。1Uns22sEsE 第61页/共99页2112mmmmmTTSSSSUTT()U 降压的人为机械特性的实用表达式降压的人为机械特性的实用表达式降压的人为机械特性的直线表达式降压的人为机械特性的直线表达式2112mmmmTTSSUTT()U第62页/共99页2. 2. 转子回路串对称电阻时的人为机械特性转子回路串对称电阻时的人为机械特性串电阻后串电阻后, , 、 不变，不变， 增大。增大。mTms在一定范围内增加电阻，可以在一定范围内增加电

46、阻，可以增加增加 。当。当 时时 ，若，若再增加电阻，再增加电阻， 减小。减小。stT1ms stmTT stT 串电阻后，机械特性线性段斜率变大，特性变软。串电阻后，机械特性线性段斜率变大，特性变软。 除了上述特性外，还有除了上述特性外，还有改变电源频率、极对数等人改变电源频率、极对数等人为机械特性。为机械特性。1 0TstTmTems n0n1smR2TstsmR2+Rs第63页/共99页2222221mmmmmTTSSSSSrRrRRSrrr 转子串电阻时人为机械特性的实用表达式转子串电阻时人为机械特性的实用表达式转子串电阻时人为机械特性的直线表达式转子串电阻时人为机械特性的直线表达式2

47、222221mmmmTTSSSrRrRRSrrr第64页/共99页3. 3. 定转子回路串对称三相电抗人为机械特性定转子回路串对称三相电抗人为机械特性笼形感应电动机，可以在定子回路中串入对称的三相电抗；笼形感应电动机，可以在定子回路中串入对称的三相电抗；绕线式感应电动机可以在转子回路中串入对称的三相对抗绕线式感应电动机可以在转子回路中串入对称的三相对抗n1n1不变；不变；Tm,Sm.TTm,Sm.TQ Q减小。减小。11150380146021755NQZ例某三相四极50Hz绕线式感应电动机.P试求该机的固有机械特性表达式;(2)该机的固有的起动转矩T(3)当负载为恒转矩负载且T时的转速NNM

48、:kW ,UV ,nr / min,.:( ); Nm . 29807502zN例某三相六极50Hz感应电动机.转子每相电阻r =0.06,为使恒转矩负载T =T 时的转速率降为试问应:应在转子回路中每相串入多大电阻(R)?N:n r / min,n r / min, 第65页/共99页14.3 14.3 三相感应电动机的工作特性三相感应电动机的工作特性一、转速特性).P(fnffUU:NN2 时时和和在在定定义义二、转矩特性).P(fTffUU:NN22 时时和和在在定定义义T2正比于P2，T0可视为不变P2=0，空载时，n=n1,S=0;P2增加时T2和T也随之增加。故转子对气隙磁场的相对

49、切割速度Sn1也增大，S增大,n下降，S很小。n下降不大工作特性的曲线如工作特性的曲线如图所示：图所示：0222,TTTPT第66页/共99页空载时I=IM，基本无功分量，所以功率因数很低，当负载增加时定子电流的有功分量增加所以功率因数也增加，额定负载时功率因数最大空载I1=Im,P2随s增大，I2增大I1L也增大，I1随P2增而增大三、定子电流特性四、定子功率因数特性).P(fcosffUU:NN21 时时和和在在定定义义五、效率特性).P(fffUU:NN2 时时和和在在定定义义).P(fIffUU:NN21 时时和和在在定定义义)()(212212CuCuFepppppPPPP?第67页

50、/共99页 效率特性中。当不变损耗和可变损耗相等时，即在额定负载时效率最大，若负载继续增加，可变损耗也随着电流的增加而成平方地增加，效率降低。1:7.5,380 ,50,962 /min,cos0.827,.:470,234,45,80.:(1);(2)nNNCuFePkWUnVfnHz nrpWpWpWpW例 某三相感应电动机的额定数据如下定子绕组 接法已知额定运行时各项损耗如下试求额定运行时的转子电流频率效率;(3)额定电流;(4)电磁转矩第68页/共99页 空载实验(空载电路s=0)目的：方法：空载运行一段。UN从1.3UN降到0.2UN,mmmFemecZrjxpp测量14.4 14.