电机第二十章 异步电动机的功率、转矩和运行性能

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1、第第二二十十章章 异异步步电电机机的的功功率率转转矩矩和和运运行行性性能能20 20 章章 异步电动机的功率、转矩和运行性能异步电动机的功率、转矩和运行性能20-1 三相异步电动机的功率和转矩方程式三相异步电动机的功率和转矩方程式20-3 三相异步电动机的工作特性三相异步电动机的工作特性20-4 三相异步电动机参数的测定三相异步电动机参数的测定一、功率传递和损耗一、功率传递和损耗二、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20-1 异步电动机的功率和转矩方程式异步电动机的功率和转矩方程式一、功率传递和损耗一、功率传递和损耗 铁芯损耗铁芯损耗pFe1 sRImpRImRI

2、mpcucu/:22212222222212注意mFeRImp20111. 各种损耗各种损耗电机在能量转化过程中，在电机内部产生各种损耗。12111RImpcu 定子绕组铜损耗定子绕组铜损耗 转子绕组铜损耗转子绕组铜损耗 铁芯损耗铁芯损耗pfe仅指定子铁芯损耗，仅指定子铁芯损耗，不含转子铁损耗。不含转子铁损耗。 由于正常运行时，转差由于正常运行时，转差n很小，很小，转子电流频率（涡流交变频率）转子电流频率（涡流交变频率）f2只只有有13Hz，故转子铁耗很小，可以忽，故转子铁耗很小，可以忽略不计。略不计。产生原因：. 定、转子齿槽的相对运动以及磁场中的高次谐波分量的影响。. 和机械损耗一样产生制

3、动性质的附加损耗转矩Ta，消耗电动机的机械功率。 机械损耗机械损耗pm 附加损耗附加损耗 pa 电机旋转时，由轴承摩檫和通风产生风阻而产生的损耗 。机械损耗 pm 对应制动性质的机械损耗转矩 Tm。pm与 n 成正比总损耗总损耗：p = pcu1+pcu2+pFe1+pm+pa P1-p = P2三相三相异步电机功率流程图及各功率计算异步电机功率流程图及各功率计算电磁功率电磁功率P1P2PMPmpcu1pFe1pcu2ampp 总机械功率总机械功率1I21EE0ISR21U2x1xmR1RmX2I2221RssRsR1I21EE0I2R 1U2x1xmR1RmX2I21Rss1RmRsR21c

4、upFep2cupMP2R21RSSmP定子铜耗定子铜耗定子铁耗定子铁耗电磁功率电磁功率转子铜耗转子铜耗机械功率机械功率各功率在等效电路中对应的参数各功率在等效电路中对应的参数11cupR 1FempR MPSR222cupR sRsI222)1 (31213RImRI203SRI22232223RImPsRs2)1 (异步电动机各功率计算输入功率输入功率 P1电磁功率电磁功率PM总机械功率总机械功率Pm输入功率输入功率P1的计算的计算U1为线电压，为线电压，I1为线电流为线电流1111cos3UIP 21PP sR21U1E2I2x1xmR1RmX 电磁功率电磁功率 2McusPp )(率定

5、子传到转子的有功功sRImPaM2221 .spcu2 2spPcuM2221cos .IEmPbM /sRIm2221222222222221/xsRsRIxsRIm cos2221出功率与电和磁的关系更能反映公式IEmPM 电磁功率电磁功率 PM 的计算的计算 22cumaMpppPP 2221sRImPM cos 2221IEmPM 2spPcuM 111 FecuMppPP 1 sPPmM 2cumMpPP 总机械功率总机械功率Pm注意注意: pm与Pm不同，一个是总机械功率，一个是 机 械功率损耗。 .2mamppPPa )1 ( .2221sRsImPbm )1 ( c.mMPsP

6、2R1U1E2I2x1xmR1RmX21Rss )1 ( m22MMcucuMPsPsPpspP例题例题: 试分析当负载不变，绕线式电动机绕试分析当负载不变，绕线式电动机绕组内串组内串 入电阻入电阻 Rst，P1，PM，pcu2，Pm，s，n 怎样怎样 变化变化?答答 : 负载不变，负载不变，I2不变，不变，I1不变，一般电压固定，不变，一般电压固定， U1不变。不变。不变11111cosUImP 总之总之: P1 不变不变 pcu2 P2 ）（stcuRRImp22212mamppPP2MmPsP）（ 1)(2cuMmpPP或McusPp2 ns 11FecuMppPP）不变（mmFeRIm

7、p21 二、转矩方程式 :22TP从动力学可知60/2 ; n机械角速度 1TPM1)1 ( s )1 ( 1nsn60/2 ; 111n旋转磁场同步角速度p/ 11 2mamppPP 2amTTTT 2mamppPP 02cTTTT 主磁通与转子电流有功分量相互作用产主磁通与转子电流有功分量相互作用产生的电磁转矩；生的电磁转矩；Tm机械损耗转矩；机械损耗转矩；Ta 附加损耗转矩；附加损耗转矩；T0=Tm+Ta 空载时电机转轴上总的制动转空载时电机转轴上总的制动转矩；矩；T2 电动机负载转矩，它是由电动机所驱电动机负载转矩，它是由电动机所驱动的生产机械施加在电动机转轴上的制动动的生产机械施加在

8、电动机转轴上的制动转矩。转矩。mPT602 nPm602)1 (1nsPm1MPmP 电磁转矩既可以用转子总的机械功率除以转子的机械角速度计算，又可以用电磁功率除以旋转磁场的同步角速度计算。T2P1 MP例题：分析负载分析负载 T2 改变时，改变时，I2，T，n 怎样改变？怎样改变？022TTTTT n s02TTT2222x jSREI电磁转矩公式电磁转矩公式加深电磁转矩物理意义的理解（T与m，I2的关系式） 1MPT 22111 cos2IkNpmmdp 2211111 cos222IkNfmfpmdp 22m cosC Im Cm 转矩常数 1p 2221cosIEm 公式说明：公式说明

9、： 异步电动机定子绕组接到异步电动机定子绕组接到电网后，气隙旋转磁场与转子感应电流的有电网后，气隙旋转磁场与转子感应电流的有功分量相互作用产生电磁转矩，电磁转矩驱功分量相互作用产生电磁转矩，电磁转矩驱动生产机械作功，实现电能转换为机械能。动生产机械作功，实现电能转换为机械能。T 是机电能量转换的关键。是机电能量转换的关键。电磁转矩公式：电磁转矩公式： 22m cosCT Im例题：例题：T R p I s 22求已知 sRIm P 2221M cos 112未知dpmkN解：解： 2 111pfp1MPT20-3 异步电动机的工作特性一、三相异步电动机的性能指标1）效率）效率效率高，在同样负载

10、条件下，就省电。效率高，在同样负载条件下，就省电。2）功率因数）功率因数 三相异步电动机从电源中吸收滞后性三相异步电动机从电源中吸收滞后性的无功功率（电感性质），永远小于的无功功率（电感性质），永远小于 1。3）堵转转矩）堵转转矩 电动机应有足够大的堵转转矩，否则电动机应有足够大的堵转转矩，否则拖动机械负载时，无法启动。拖动机械负载时，无法启动。 因此，电动机在额定电压下启动时，因此，电动机在额定电压下启动时，技术标准规定了它的堵转转矩倍数。技术标准规定了它的堵转转矩倍数。4）堵转电流）堵转电流2222x jSREI10sn2I 三相异步电动机，如果堵转电流太大，三相异步电动机，如果堵转电流太

11、大，使输电线路的阻抗压降增大，降低了电网使输电线路的阻抗压降增大，降低了电网电压，影响其他用电用户，同时，也会影电压，影响其他用电用户，同时，也会影响电动机本身的寿命和正常使用。因此，响电动机本身的寿命和正常使用。因此，电机在额定电压下启动时，不应超过标准电机在额定电压下启动时，不应超过标准规定的堵转电流倍数。规定的堵转电流倍数。5） 过载能力过载能力 三相异步电动机的最大电磁转矩反三相异步电动机的最大电磁转矩反应了，由于某种原因，短时间内负载突应了，由于某种原因，短时间内负载突然增大电动机仍然能维持运行。然增大电动机仍然能维持运行。20-3 异步电动机的工作特性 即即: : n = f (