三相异步电动机的功率转矩与运行性能.ppt

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,*,第十章 三相异步电动机的功率、转矩与运行性能,1,本章主要内容,第一节 三相异步电动机的功率与转矩平衡关系,第二节 三相异步电动机的电磁转矩及机械特性,第三节 三相异步电动机的工作特性,第四节 三相异步电动机的参数测定,2,第一节 三相异步电动机的功率与转矩平衡关系,1.功率平衡方程,电源输入的电功率,定子绕组铜耗,3,1.功率平衡方程,铁心损耗,铁耗包括磁滞损耗和涡流损耗，电动机正常运行时转子电势频率很低，2-3周/秒，所以铁耗主要集中在定子中，转子铁耗可忽略。,为什么电机铁耗只考虑定子侧铁耗，而不考虑转子铁耗？,4,输入电功率,P,1,减去,p,Cu,1,和,p,Fe,后，余下的功率即为,电磁功率,。,也可表示为：,1.功率平衡方程,电磁功率：通过电磁感应从定子侧传递到转子侧的功率。,5,附加电阻上的损耗,1.功率平衡方程,电磁功率,转子铜耗,注意：,附加电阻上的损耗即为电机输出的总机械功率。,6,1.功率平衡方程,电磁功率,P,em,扣除转子铜耗,p,cu,2,后，即为消耗在附加电阻 上的功率（总机械功率）：,总,机械功率,7,1.功率平衡方程,转子铜耗与电磁功率的关系,电磁功率也可表示为：,结论：电磁功率等于转子铜耗和电机输出的总机械功率之和。,8,几个重要功率关系,转差功率,转子铜耗,转子铜耗与转差有关，转差越大，铜耗越大。电机正常运行时，,s,不大，所以铜耗也小。,1.功率平衡方程,9,几个重要功率关系,电磁功率与总机械功率的关系,1.功率平衡方程,10,转子铜耗与电磁功率的关系：,总机械功率与电磁功率的关系：,1.功率平衡方程,电磁功率、总机械功率与转子铜耗的关系：,11,结论：从气隙传递到转子的电磁功率分为两部分，一小部分为转子铜损耗，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。因此正常运行时电机的转差率均很小。,几个重要关系,1.功率平衡方程,12,在大型异步电动机中，约为输出额定功率的0.5，小型异步电动机满载时，可达输出额定功率的13或更大。,附加损耗：定、转子开槽和定、转子磁动势中的谐波磁动势等产生的损耗，用 表示，一般不易计算，往往根据经验估算。,机械损耗：轴承以及风阻等摩擦阻转矩，这也要损耗一部分功率，用 表示。,1.功率平衡方程,13,总机械功率减去机械损耗和附加损耗，才是转轴上真正输出的机械功率，用 表示：,1.功率平衡方程,电机转轴输出的机械功率,电机功率平衡方程,14,图10-1 异步电动机功率流程图,1.功率平衡方程,15,2.转矩平衡方程,转子机械角速度,输出转矩,电磁转矩,与负载无关的空载转矩,功率平衡方程式,转矩平衡方程式,16,同步角速度,电磁转矩,电磁转矩既可通过机械功率求出，也可通过电磁功率求出。,机械功率求电磁转矩-,机械,角速度,电磁功率求电磁转矩-,同步,角速度,2.,转矩平衡方程,17,1、为什么异步电动机正常运行时转差率很小？异步电动机的运行效率与转速有无关系？,转速高，效率高，铜耗随转差率增大而增大。,2、电磁转矩与电磁功率有什么关系？电磁转矩与机械功率有什么关系？,同步角速度，机械角速度,18,1.电磁转矩表达式,（1）物理表达式,电磁功率：,电磁转矩为：,第二节 三相异步电动机的电磁转矩及机械特性,19,表明：,三相异步电动机的电磁转矩是由主磁通 与转子电流的有功分量 相互作用产生的。,结论：T为,m,、,I,2,及cos,2,的函数，当异步电动机起动时，转子边电路cos,2,很低，尽管此时,I,2,很大，电磁转矩,T,却不大。,电磁转矩物理表达式,1.电磁转矩表达式,20,（2）参数表达式,物理表达式-定性分析参数表达式-定量分析(推导从略),，为异步电动机的短路电抗。,1.电磁转矩表达式,21,（2）参数表达式,1.电磁转矩表达式,讨论：电磁转矩与电源参数（,U,、f）、结构参数（,r,、,x,、,m,、,p,）和运行参数（,s,）有关。,22,1、异步电动机带恒转矩负载运行，电源电压下降，当电动机稳定运行后，电动机电磁转矩如何变化？,不变,23,定义：,异步电动机电源电压恒定，电机参数已知时，转差率s与电磁转矩T的关系曲线，即 曲线，称为异步电动机的机械特性曲线。,2.机械特性,24,图10-2 异步电机的机械特性,2.机械特性,25,理想空载运行点：,（实际 ）,T,max,0,T,+S,T,st,T,N,S,=1,S,K,S,N,机械特性的几个特殊点：,额定运行点：,最大转矩点：,起动点：,2.机械特性,26,（1）额定电磁转矩,T,N,3.最大电磁转矩、起动转矩、额定转矩,27,最大转矩:,电机带动最大负载的能力。,令 ，求出当,T,最大时的转差率,s,K。,，电机因带不动负载而停转。,电磁转矩,（2）最大电磁转矩,T,max,3.最大电磁转矩、起动转矩、额定转矩,28,（2）最大电磁转矩,T,max,3.最大电磁转矩、起动转矩、额定转矩,最大转矩又叫,停转转矩,，如果超过这个转矩，电动机将停止运行，对应转差率,s,K,为稳定运行最大转差率，称为,临界转差率,。,29,分析,电源频率不变及电机参数固定时，,T,max,与,U,1,2,成正比，但产生,T,max,时的临界转差率不变，与电源电压无关。,最大电磁转矩,T,max,的大小与转子电阻无关，但转子电阻大小变化会影响,s,K,的变化，r2增大，,s,K,增大。,电源电压和频率一定，最大转矩与短路阻抗成反比。,3.最大电磁转矩、起动转矩、额定转矩,30,最大转矩,绕线式异步电机可在转子回路串电阻，使起动转矩随转子电阻的增大而增加，直到,s,K,=1，起动转矩为最大转矩。此时，起动转矩最大，转差也大，转子铜耗增加。,3.最大电磁转矩、起动转矩、额定转矩,31,当其它参数一定时,：,最大电磁转矩与电源电压平方成正比；临界转差率与电源电压无关。,频率越高，最大电磁转矩和临界转差率越小；,漏抗越大，最大电磁转矩和临界转差率越小。,转子回路电阻越大，临界转差率越大；,最大电磁转矩与转子电阻无关。,3.最大电磁转矩、起动转矩、额定转矩,32,工作时，一定令负载转矩 ，否则电机将停转。致使,注意：,（1）三相异步机的 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。,（2）,电机严重过热,3.最大电磁转矩、起动转矩、额定转矩,33,（3）起动转矩,起动转矩（又叫,堵转转矩,）的大小决定电动机的起动性能。,3.最大电磁转矩、起动转矩、额定转矩,34,，电压减小，起动转矩成平方倍减小。,要增大起动转矩，可在转子回路串电阻，随所串电阻的增大，起动转矩也增加。但是，转子电阻增加，转差率增大，转子铜耗也增大。,电动机起动时有最大转矩，可令,s,k,=1，则起动转矩为最大转矩时转子回路所串的电阻应为：,3.最大电磁转矩、起动转矩、额定转矩,35,1、三相绕线式异步电动机转子回路串电阻后，下列参数将如何变化？,（1）起动电流,（2）起动转矩,（3）最大转矩,（4）临界转差率,减小，增大，不变，增大,36,2、,若频率为50HZ的三相异步电动机接在频率为60Hz的电网,上运行，电动机下列参数将如何变化？,（1）起动转矩；,（2）最大转矩；,（3）起动电流。,减小，减小，减小,37,3、异步电动机电源电压升高对最大转矩和起动转矩有何影响？若负载转矩保持不变，转速及转差率如何变化？,最大转矩和起动转矩增大，转速升高，转差率减小。,38,（1）过载能力,电机负载转矩大于最大转矩，电机将停转。为保证电机不因短时过载而停转，要求电机具有一定的过载能力。,一般异步电动机的,K,m,=1.62.5，特殊要求时,K,m,=2.8,3.0。,4.过载能力和起动转矩倍数,过载能力：,最大电磁转矩与额定电磁转矩之比。,用,K,m 表示，,K,m 为：,39,（2）起动转矩倍数,起动转矩太小，一定负载下电动机可能无法起动。起动转矩越大，电动机起动越容易。,用,T,st,和,T,N,的比值来表示电动机起动转矩的倍数,，为：,起动转矩倍数是电动机的又一个重要性能指标，,我国生产的Y系列三相笼型异步电动机，,K,st,为1.2-2.4（中小型）和0.50.8（大中型）。,4.过载能力和起动转矩倍数,40,恒转矩负载：转矩与转速无关，,T,L,=,C,。,离心式负载：,n,T,L,，,如：风机、水泵。,1恒转矩负载,2离心式负载,T,L,n,0,机械负载类型,负载性质不同，电机稳定运行区域不一样。,5.稳定运行问题,41,电动机拖动机械负载：,稳定运行：,T,=,T,L,。,T,T,L,：,电机加速,。,T,T,L,：,电机减速,。,电机受到扰动，如突加和突减负载，电源电压急剧变化等，当外界扰动结束，电动机有可能恢复到原先的稳定运行状态，也可能失去稳定。,5.稳定运行问题,42,恒转矩负载：,T,L,=,C,T,L,S,T,0,T,T,T,a,a,a,b,b,b,S,N,S,N,S,N,T,L,T,L,a,点:,T,=,T,L,T,L,n,S,N,(,S,N,)T(T,)；,a,点：,T,=,T,L,T,L,n,S,N,(,S,N,)T(T)；,a,点：,T,=,T,L,a点为稳定运行点。,5.稳定运行问题,43,b,点:,T,L,n,S,b；,T,T,S S,K,T,S,0,T,L,T,T,T,a,a,a,b,b,b,S,N,S,N,S,N,T,L,T,L,恒转矩负载：,T,L,=,C,b点为不稳定运行点。,5.稳定运行问题,44,T,L,T,S,0,T,T,T,a,a,a,b,b,b,S,N,S,N,S,N,T,L,T,L,恒转矩负载稳定运行区域：,S,（0，,S,k,）,稳定运行必要条件：,S,K,5.稳定运行问题,45,稳定运行于,c,点:,T,=,T,L,T,L,n,S,T-,T,L,0,n,T,L,n,S,T-,T,L,电阻，,功率因数很低,，一般不超过,0.2,。,一般，额定负载时，功率因数达到最大。,58,3.功率因数特性,负载,额定负载，,s,，转子回路等效电阻,，转子回路呈感性，转子功率因数,，定子侧功率因数,。,异步电动机额定工况下功率因数一般为,0.8-0.9,。,59,图106 异步电动机工作特性曲线,60,4.定子电流特性,定子电流与转子电流有关系：,电机空载时，转子电流接近于零，定子电流等于励磁电流。,负载增大，转速降低，转子电流增大，则定子电流也增大。,61,图106 异步电动机工作特性曲线,62,5.效率特性曲线,异步电动机的效率为,为电动机的总损耗，,。,总损耗：不变损耗和可变损耗。,其中，不变损耗包括铁耗和机械损耗，基本上不随负载的变化而改变；可变损耗（定、转子铜耗）随负载增大而增大。,63,空载,：,P,2,=0,，,=0,。,负载较小,：不变损耗总存在,，,P,1,相对较大，效率低；,负载增加,，,P,2,增大，,P,1,也增大，效率迅速提高；,负载过大,，可变损耗增加很快，效率下降,。,T,L,可变损耗增加较快，,。,5.效率特性曲线,（最大效率发生在(0.7,1.1)P,N,),64,图106 异步电动机工作特性曲线,65,第四节 三相异步电动机的参数测定,异步电机基本试验方法：,空载试验,-,求激磁参数，铁耗，机械损耗。,短路试验,-,求短路参数。,66,1.异步电动机的空载试验,试验目的：测量励磁参数，包括励磁电阻、励磁电抗和励磁阻抗，以及铁耗和机械损耗。,图107 异步电动机空载试验电路图,67,1.异步电动机的空载试验,试验方法：,转子空载，定子绕组加电源，,n,n,1，,测,电压、电流、功率和转速,；改变电压，重测，求空载特性,I,10,、,P,10,=f(,U,0,)。,68,空载时输入功率=空载损耗,空载损耗有：定、转子铜耗，铁耗，机械损耗和附加损耗。,空载时转子绕组铜耗和附加损耗都很小，可忽略，有：,1.异步电动机的空载试验,空载损耗,定子铜耗：,铁耗：,69,p,m,p,Fe,p,Fe,+,p,m,0,U,1,2,U,1,=0，,p,Fe,=0，,p,Fe,与转速无关，,铁耗与机械损耗的分离,p,Fe,与,U,1,2,是一条直线关系,机械损耗与电压无关，而与转,速有关，为平行于横轴的直线。,1.异步电动机的空载试验,70,1.异步电动机的空载试验,励磁参数的计算,71,测量短路阻抗、短路电阻、短路电抗，起动转矩与起动电流。,图1011 异步电动机短路试验电路图,2.异步电动机的短路试验,试验目的：,72,2.异步电动机的短路试验,转子堵住不转，定子绕组加电源，调节试验电压，使,U,1,k,(00.4),U,1,N,之间变化,，,测电压、电流、功率，得到短路特性,I,1,k,、,P,1,k,=,f,(,U,1,)曲线。,试验方法：,73,2.异步电动机的短路试验,n,=0，,s,=1，,短路运行时,短路参数的计算,74,中、大型异步电机通常认为：,x,1,=,x,2,=,x,k,/2，常数。,定子直流电阻,r,1,用电桥测，,r,2,=,r,k,-,r,1,。,通常测三组数据进行计算：,I,1,k,=,I,1,N,，正常运行时用。,I,1,k,=(23),I,1,N,，计算最大转矩时用。,U,1,k,=,U,1,N,，计算起动转矩时用。,2.异步电动机的短路试验,75,例题1,一台六极异步电动机，,，额定负载时，,计算在额定时的 。,解：磁极对数,取,同步转速：,76,例题1,一台六极异步电动机，,，额定负载时，,计算在额定时的,额定转差率：,总机械功率：,转子铜损：,77,一台六极异步电动机，,，额定负载时，,计算在额定时的,例题1,输入功率：,效率：,定子电流：,转子电动势频率：,78,一台三相四极,50Hz,感应电动机，,定子,Y,接法。已知额定运行时，输出转矩为电磁转矩的,90,，。试计算额定运行时的电磁功率、输入功率和功率因数。,例题2,解 转差率,输出转矩,电磁功率,79,转子铜耗,定子铜耗,输入功率,功率因数,一台三相四极,50Hz,感应电动机，,定子,Y,接法。已知额定运行时，输出转矩为电磁转矩的,90,，。试计算额定运行时的电磁功率、输入功率和功率因数。,例题2,80,本章内容结束,谢谢大家,81,