异步机物理状况电磁转矩精品文稿.ppt

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1、异步机物理状况电磁转矩第1页，本讲稿共29页一、型号一、型号 ：Y Y系列、系列、J J系列系列 Y K3200 2 /1800 Y K3200 2 /1800（极数）（极数）异步电动机异步电动机 高速电机高速电机 额定功率额定功率 极数极数 铁芯外径铁芯外径二、额定值：二、额定值：P PN N：额定状态下的输出机械功率：额定状态下的输出机械功率 U UN N：I IN N 定子绕组上的线电压、线电流定子绕组上的线电压、线电流 其中其中I IN N是保证电动机长时间运行不允许超过的最是保证电动机长时间运行不允许超过的最大电流值，维持电动机运行的发热量与散热量能大电流值，维持电动机运行的发热量与

2、散热量能够平衡的保证够平衡的保证 额定频率、额定转速、额定功率因数等额定频率、额定转速、额定功率因数等第2页，本讲稿共29页三、绝缘等级三、绝缘等级 绝缘等级绝缘等级 Y A E B F H CY A E B F H C 最高耐热最高耐热 90 105 120 130 155 180 18090 105 120 130 155 180 180以上以上 一般变压器一般变压器A A级（干式级（干式H H、C C级），电动机级），电动机E E、B B级级 电动机的绝缘等级是指其所用绝缘材料的耐热等级，电动机的绝缘等级是指其所用绝缘材料的耐热等级，分分A A、E E、B B、F F、H H级。允许温升

3、是指电动机的温度与周级。允许温升是指电动机的温度与周围环境温度相比升高的限度。围环境温度相比升高的限度。绝缘的温度等级绝缘的温度等级 A A级级 E E级级 B B级级 F F级级 H H级级 最高允许温度（最高允许温度（）105 120 130 155 180 105 120 130 155 180 绕组温升限值（绕组温升限值（K K）60 75 80 100 125 60 75 80 100 125 性能参考温度（性能参考温度（）80 95 100 120 14580 95 100 120 145 电机等电气设备中，绝缘材料是最为薄弱的环节。绝缘材料尤其容易受到高温的电机等电气设备中，绝缘

4、材料是最为薄弱的环节。绝缘材料尤其容易受到高温的影响而加速老化并损坏。不同的绝缘材料耐热性能有区别，采用不同绝缘材料的影响而加速老化并损坏。不同的绝缘材料耐热性能有区别，采用不同绝缘材料的电气设备其耐受高温的能力就有不同。因此一般的电气设备都规定其工作的最高电气设备其耐受高温的能力就有不同。因此一般的电气设备都规定其工作的最高温度温度第3页，本讲稿共29页四、接法 见P116页图8-89.1 三相异步电动机运行时的物理三相异步电动机运行时的物理状况状况一、一、n=0n=0时，时，s=1s=1（起动、堵转），（起动、堵转），此时此时n=0n=0n=nn=n1 1EE2 2=4.44f=4.44f

5、2 2N N2 2kwkw2 21 1II2 2=E=E2 2/(r/(r2 2+jx+jx2 2)其中其中f f2 2=nP/60=nnP/60=n1 1P/60=fP/60=f1 1 x x2 2=2f=2f2 2L L2 2=2f=2f1 1L L 2 2 数值很大数值很大 coscos2 2=由于由于x x2 2大大,故故功率因数很低功率因数很低功率因数很低功率因数很低 又因为又因为:I:I2 2=E=E2 2/(r/(r2 2+jx+jx2 2),),而而E E2 2大大,故故I I2 2很大很大 所以所以:电动机起动时的现象电动机起动时的现象电流大、功率因数低电流大、功率因数低电流

6、大、功率因数低电流大、功率因数低第4页，本讲稿共29页二、空载时：T2 2=0nn1 1n=0E2 20I2 20I1 1=I0 0空载电流的作用：1）励磁比较异步电动机与变压器的磁路及空载电流的大小，并分析原因。异步电动机中：I0 0=（2050）%IN N 远大于同容量的变压器原因：磁路中存在气隙第5页，本讲稿共29页三、负载运行时：三、负载运行时：n n n n1 1ff2 2=np/60=np/60=（n n1 1-n-n）P/60=P/60=（n n1 1-n n）n n1 1/n/n1 1P/60=sfP/60=sf1 1EE2S2S=4.44f=4.44f2 2N N2 2kwk

7、w2 2 1 1=4.44Sf=4.44Sf1 1N N2 2kwkw2 2 1 1=SE=SE2 2XX2S2S=2f=2f2 2L L2 2=2Sf=2Sf1 1L L2 2=SX=SX2 2当电压不变时，当电压不变时，不变，电动机带载前后磁势不变，电动机带载前后磁势不变不变 I I1 1=I=I0 0+I+I2 2/k/ki i第6页，本讲稿共29页四、折算：方便计算分析负载变化时定子侧物理量的影四、折算：方便计算分析负载变化时定子侧物理量的影响响原则：折算前后转子的总视在功率、有功功率、转原则：折算前后转子的总视在功率、有功功率、转子的铜耗和漏磁场储能均保持不变子的铜耗和漏磁场储能均保

8、持不变。1 1、频率折算：、频率折算：f f2 2ff1 1 即即X X2S2S=S=SX X2 2 E E2S2S=SE=SE2 22 2、绕组折算：、绕组折算：N N2 2NN1 1 kw kw2 2kwkw1 1 m m2 2mm1 1 折算后的电动机电势方程见折算后的电动机电势方程见P124P124页页 其中根据转子的实际情况分解其中根据转子的实际情况分解 转子回路电阻，得转子回路电阻，得（1-s1-s）/s r/s r2 2 的物理意义：对应电动机总的机械功率的物理意义：对应电动机总的机械功率第7页，本讲稿共29页 五、等值电路：由电动机方程五、等值电路：由电动机方程组可得其等值电路

9、组可得其等值电路 由于异步电动机的空载电流较大，由于异步电动机的空载电流较大，故等值电路中的故等值电路中的I I0 0支路不能忽略支路不能忽略 电路无法简化到变压器的简化等电路无法简化到变压器的简化等值电路的形式，但由于值电路的形式，但由于Z Z1 1的数值的数值较小，其上的压降不大，故可较小，其上的压降不大，故可简化到简化到P126P126页图页图9-39-3的形式的形式 由等值电路的组成结构、及工作由等值电路的组成结构、及工作原理分析得出结论原理分析得出结论异步电动异步电动异步电动异步电动机对于电网而言是一种感性负机对于电网而言是一种感性负机对于电网而言是一种感性负机对于电网而言是一种感性

10、负载，载，载，载，这也是电网通常呈现感性的原这也是电网通常呈现感性的原因（因（电网上有近电网上有近电网上有近电网上有近70%70%的负荷是异的负荷是异的负荷是异的负荷是异步电动机）步电动机）步电动机）步电动机）第8页，本讲稿共29页小结小结：1、异步电动机是一种感性负载，其功率因数在起动、空载时都很低；2、异步电动机的计算分析时可以引用等值电路，其中的可变电阻用来等效表示电动机总的机械功率。第9页，本讲稿共29页 9.4 电磁转矩与机械特性 一、功率平衡方程：一、功率平衡方程：输入功率定子铜损定子铁损电磁功率转子铜损机械功率输出功率第10页，本讲稿共29页其中有两个非常重要其中有两个非常重要的

11、关系式：的关系式：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。转差率越大，转子铜损耗就越多，电机效率越低。因此转差率越大，转子铜损耗就越多，电机效率越低。因此正常运行时电机的转差率均很小正常运行时电机的转差率均很小。第11页，本讲稿共29页#异步电动机是在何转矩的作用下旋转起来的？该转矩的作用、方向及产生条件是什么？作用驱动转矩，用于克服电动机转子上的制动转矩（空载转矩、负载转矩）第12页，本讲稿共29页二、转矩平衡关系：机械性质的功率除以角速度就是电磁转矩 即：电磁转矩电磁转矩转子中各载流导体在旋转磁场的作用下转子中各载流导体在旋转磁场的作用

12、下,受到电磁力所形受到电磁力所形成的转距之总和。成的转距之总和。（牛顿（牛顿米）米）第13页，本讲稿共29页三、电磁转矩的表达式：1、物理表达式：表明：三相异步电动机的电磁转矩是由表明：三相异步电动机的电磁转矩是由主主磁通磁通与转子电流的有功分量转子电流的有功分量转子电流的有功分量转子电流的有功分量相互作用产生的。其中主磁通与电源电压有关。将其中参数代入：将其中参数代入：第14页，本讲稿共29页2 2、参数表达式：、参数表达式：说明：电磁转矩与电源参数（说明：电磁转矩与电源参数（2 2、f1f1）、结构）、结构参数（参数（r r、x x、mm、p p）和运行参数（）和运行参数（s s）有关。有

13、关。第15页，本讲稿共29页三、额定转矩表达式：三、额定转矩表达式：额定转矩额定转矩 ：电机在额定电压下，以额电机在额定电压下，以额定转速定转速 运行，输出额运行，输出额定功率定功率 时，电机转轴时，电机转轴上输出的转矩。上输出的转矩。（牛顿（牛顿米）米）第16页，本讲稿共29页四、机械特性：T=f（S）1、三相异步电动机的固有机械特性在0S1，即n0的范围内，特性在第象限，电磁转矩T和转速n都为正，T与n同方向，电机工作在这范围内是电动机状态。sn0nNsNnmsm10TNTstTmaxTemABCD第17页，本讲稿共29页（1 1）临界转差率临界转差率 s smm 和最大电和最大电磁转矩磁

14、转矩T Tmaxmax：当其它参数一定时：当其它参数一定时：1 1）最大电磁转矩与电源电压平方）最大电磁转矩与电源电压平方成正比；成正比；临界转差率与电源电压无关。临界转差率与电源电压无关。2 2）转子回路电阻越大，临界转差转子回路电阻越大，临界转差率越大率越大；最大电磁转矩与转子最大电磁转矩与转子电阻无关电阻无关3 3）频率越高，最大电磁转矩和临界）频率越高，最大电磁转矩和临界转差率越小；漏抗越大，最大电转差率越小；漏抗越大，最大电磁转矩和临界转差率越小；磁转矩和临界转差率越小；4 4）过载能力）过载能力 反映电动机反映电动机短短短短时时时时过负荷能力过负荷能力第18页，本讲稿共29页过载系

15、数：过载系数：三相异步机三相异步机 工作时，一定令负载转矩工作时，一定令负载转矩 ，否，否则电机将停转。致使则电机将停转。致使注意：注意：（1）三相异步机的）三相异步机的 和电压的平方成正比，所和电压的平方成正比，所以对电压的波动很敏感，使用时要注意电压的变化。以对电压的波动很敏感，使用时要注意电压的变化。（2）电机严重过电机严重过热热第19页，本讲稿共29页（2）起动转矩Tst和起动转矩倍数Kst：即S=1，n=0n=0时 的T体现了电动机带载起动的能力。若体现了电动机带载起动的能力。若 电机能电机能起动，否则将起动不了。起动，否则将起动不了。n0Tn第20页，本讲稿共29页起动转矩倍数起动

16、转矩倍数其它参数一定时其它参数一定时:1 1）起动转矩与电源电）起动转矩与电源电压平方成正比；压平方成正比；2 2）频率越高，起动转）频率越高，起动转矩越小；矩越小；漏抗越大，漏抗越大，起动转矩越小；起动转矩越小；3 3）绕线式电动机，转）绕线式电动机，转子回路电阻越大，起子回路电阻越大，起动转矩先增后减。动转矩先增后减。第21页，本讲稿共29页#：若令电动机的SM=1，则TST=TM 即电动机可以在最大电磁转矩的作用下起动，满足起动要求高的负荷拖动问题：转子回路的电阻可调吗？可见，当上式的上下相等时SM=1，电动机有最大起动转矩第22页，本讲稿共29页电动机的自适应负载能力电动机的自适应负载

17、能力 电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整，电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整，这种能力称为自适应负载能力。这种能力称为自适应负载能力。稳定稳定运行区间运行区间n0nT 自适应负载能力是自适应负载能力是电动机区别于其它动力机械的重要电动机区别于其它动力机械的重要特点。（如：柴油机当负载增加时，必须由操作者加大特点。（如：柴油机当负载增加时，必须由操作者加大油门，才能带动新的负载。）油门，才能带动新的负载。）直至新的平衡。此过程中，直至新的平衡。此过程中，时，时，电源提供的功率自动电源提供的功率自动增加。增加。第23页，本讲稿共29页2、人为机械特性：（1）三相异步电动机降压时的人

18、为机械特性 T与 U2成正比特点：临界转差率不变（SM与U无关）问题：如果需要调节电动机的电压可以如何调节（升高？降低？），调整后电动机的运行性能会有哪些变化？第24页，本讲稿共29页（2）转子回路串电阻时的机械特性特点：最大电磁转矩不变 问题：起动时转子回路的电阻是否越大越好？第25页，本讲稿共29页#：三相异步电动机的工作特性一、转速特性：n=f（P2）空载时P2=0，n n 1。随着负载的增加，转速n要略微降低，这时转子电动势增大，转子电流增大，以产生大的电磁转矩来平衡负载转矩。因此，随着随着P2的增加，转子转速的增加，转子转速n下降，转差率下降，转差率s增大。增大。第26页，本讲稿共2

19、9页二、转矩特性T=f（P2）三、定子电流特性 空载时,转子电流基本上为零,此时的定子电流就是励磁电流I0,随着负载的增加,转速降低,转子电流增大,定子电流也增大.四、定子边功率因数特性 空载时,定子侧的功率因数很低,不超过0.2；接近额定负载时,定子电流中的有功电流增加,使功率因数提高,接近额定负载时,功率因数接近于1.但是如果进一步增大负载,由于转差率的增大,使功率因数角增大,则功率因数减小.第27页，本讲稿共29页五、效率特性五、效率特性:空载时，空载时，=0 0，0 0，随着输出功率的增，随着输出功率的增加，效率也在增加。在正常运行范围内因加，效率也在增加。在正常运行范围内因主磁通变化

20、很小，所以铁损耗变化不大，主磁通变化很小，所以铁损耗变化不大，机械损耗变化也很小，合起来叫不变损耗。机械损耗变化也很小，合起来叫不变损耗。定、转子铜损耗与电流平方成正比，变化定、转子铜损耗与电流平方成正比，变化很大，叫可变损耗。当不变损耗等于可变很大，叫可变损耗。当不变损耗等于可变损耗时，电动机的效率达最大。对中、小损耗时，电动机的效率达最大。对中、小型异步电动机，大约型异步电动机，大约 时，效率最时，效率最高。如果负载继续增大，效率反而要降低。高。如果负载继续增大，效率反而要降低。一般来说，电动机的容量越大，效率越高。一般来说，电动机的容量越大，效率越高。第28页，本讲稿共29页小结小结：1、影响电动机电磁转矩的因数有.；2、调节电动机的电源电压、频率、转子回路电阻、定子串联电抗时电动机的运行状况变化情况；3、电动机的功率因数、效率与负载变化的关系 作业P134：5、8第29页，本讲稿共29页