第20章异步电动机的功率转矩与运行性能09.pptx

1、功率关系、功率关系第一节第一节 三相异步电动机功率三相异步电动机功率 和转矩关系和转矩关系说明：说明：称为电磁功率，是通过定转子之间的电磁称为电磁功率，是通过定转子之间的电磁耦合关系从定子绕组传递到转子绕组的功率。耦合关系从定子绕组传递到转子绕组的功率。功率关系功率关系根据机械功率关系根据机械功率关系 ，在等号，在等号两侧同除于机械角速度两侧同除于机械角速度 ，得转矩平衡关系：，得转矩平衡关系：其中其中 称为电磁转矩；称为电磁转矩；称为空载转矩；称为空载转矩；称为电动机输出转矩。称为电动机输出转矩。2、转矩关系转矩关系其中其中 称为转矩因数。称为转矩因数。电磁转矩的物理表达式电磁转矩的物理表达式 从异步电动机的电磁转矩物理表达式从异步电动机的电磁转矩物理表达式可以看出：电磁转矩可以看出：电磁转矩 的大小与气隙每的大小与气隙每极磁通量极磁通量 、转子每相电流、转子每相电流 以及以及转子功率因数转子功率因数 三者的乘积有关。三者的乘积有关。第二节第二节 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性1、机械特性的参数表达式、机械特性的参数表达式当当s较小时，较小时，变化不大，变化不大，电磁转，电磁转矩几乎与转子电流矩几乎与转子电流 成正比变化。当成正比变化。当 s 很大，很大，例如例如 时，时，减小，减小，数值很小，数值很小，尽管转子电流很大，其有功电流尽管转子电流很大，其有功电流 不大，不大，使电磁转矩反而减小。使电磁转矩反而减小。根据简化等效电路：根据简化等效电路：机械特性表达式：机械特性表达式：如果给出如果给出 、及阻抗参数，根据及阻抗参数，根据上式机械特性的参上式机械特性的参数表达式画出曲线数表达式画出曲线便为便为 “”曲线。曲线。“T Ts s”曲线曲线2、固有机械特性、固有机械特性 三相异步电动机在电压、三相异步电动机在电压、频率为额定不变，定转子回路频率为额定不变，定转子回路不串任何电路元件条件下的机不串任何电路元件条件下的机械特性，称为固有机械（自然）械特性，称为固有机械（自然）特性。特性。曲线曲线1 1为电源正序时的；曲线为电源正序时的；曲线2 2为电源负序时的曲线。为电源负序时的曲线。我们只研究电源正序时的情况。我们只研究电源正序时的情况。固有机械特性：固有机械特性：机械特性曲线位于坐标的三个象限机械特性曲线位于坐标的三个象限,第第象限：象限：电动状态；电动状态；第第象限：象限：发电状态；发电状态；第第象限：象限：电动机工作在一种电电动机工作在一种电磁制动状态。磁制动状态。重点研究第重点研究第象限电动机运行状态。象限电动机运行状态。固有机械特性：固有机械特性：D D点（点（，）为堵转点，或者称为起为堵转点，或者称为起动点。动点。C C点（点（、）为电）为电磁转矩最大点；磁转矩最大点；B B点为额定运行；点为额定运行；A A点（点（，）为理想空载运行点；为理想空载运行点；在实际额定电磁转矩求解中，通常通过额定在实际额定电磁转矩求解中，通常通过额定输出功率输出功率 和额定转速和额定转速 ，用下面式子来计，用下面式子来计算：算：1 1）机械特性）机械特性额定电磁转矩点（额定电磁转矩点（B B点，点，从机械特性参数表达式求得，令从机械特性参数表达式求得，令 ，得到最大电磁转矩得到最大电磁转矩:产生最大电磁转矩的转差率称为临界转差率，产生最大电磁转矩的转差率称为临界转差率，用用 表示表示:2）机械特性最大电磁转矩点）机械特性最大电磁转矩点（C点）点）式中：式中：“”号适用于电动机状态；号适用于电动机状态；“”适用适用于发电机状态。于发电机状态。一般情况下，一般情况下，数值远小于数值远小于 的的数值，可以忽略数值，可以忽略 的影响，这样上面两式可简的影响，这样上面两式可简化为化为1 1）与电压的平方与电压的平方 成正比，而成正比，而 和和 无关；无关；2 2）与转子回路总电阻大小与转子回路总电阻大小 无关，而无关，而 和转子回路总电阻的大小和转子回路总电阻的大小 成正比；成正比；3 3）过载能力）过载能力 最大电磁转矩最大电磁转矩与额定电磁转与额定电磁转矩的比值：矩的比值：电动机堵转时电动机堵转时 的电磁转矩称为堵转的电磁转矩称为堵转转矩，也称起动转矩：转矩，也称起动转矩：与电压的平方与电压的平方 成正比；漏电抗成正比；漏电抗 越大，越大，堵转转矩越小；堵转转矩越小；堵转转矩倍数堵转转矩倍数 定义：堵转转矩与与额定电磁转矩的定义：堵转转矩与与额定电磁转矩的比值，即：比值，即：3 3）机械特性）机械特性堵转转矩点（堵转转矩点（D D点）点）当电动机拖动负载稳态当电动机拖动负载稳态运行时，电磁转矩运行时，电磁转矩 和负载和负载转矩转矩 总是大小相等方向相总是大小相等方向相反。如图所示，这时电机运行反。如图所示，这时电机运行在在“a a”或者或者“b b”点都没有什点都没有什么问么问题。现在由于某种原因引起波题。现在由于某种原因引起波动，当波动消失后，理论分析动，当波动消失后，理论分析和实践都发现电机在和实践都发现电机在“a a”点继点继续保持稳定运行，但是不能在续保持稳定运行，但是不能在“b b”点保持稳定运行。点保持稳定运行。4）稳定运行问题）稳定运行问题 理论分析很容易得到，当电机的机械特性理论分析很容易得到，当电机的机械特性和负载特性配合，满足：和负载特性配合，满足：那么电机就能稳定运；那么电机就能稳定运；反之，电机不能运定运行。反之，电机不能运定运行。所谓三相异步电动机的所谓三相异步电动机的人为机械特人为机械特性性，是指认为降低电机的定子电源电压、，是指认为降低电机的定子电源电压、频率或者在绕线式转子回路中串附加电频率或者在绕线式转子回路中串附加电阻后获得的异步电动机机械特性。阻后获得的异步电动机机械特性。3 3、人为机械特性、人为机械特性 最常见的是最常见的是“降低定子电压降低定子电压”、“转转子回路串入三相对称电阻子回路串入三相对称电阻”和和“改变电源改变电源频率频率”等的人为机械特性。下面我们调用等的人为机械特性。下面我们调用小程序小程序“三相异步电动机机械特性三相异步电动机机械特性”来分来分析各种人为机械特性的各自特性。析各种人为机械特性的各自特性。这些人为机械特性很重要，因为在改这些人为机械特性很重要，因为在改善电机的起动性能和调速场合经常用到。善电机的起动性能和调速场合经常用到。但实际使用中，某些参数不易知道，我们可以根但实际使用中，某些参数不易知道，我们可以根据电动机铭牌上的一些数据推导机械特性实用简化公据电动机铭牌上的一些数据推导机械特性实用简化公式（忽略定子电阻）。式（忽略定子电阻）。4、机械特性的实用公式、机械特性的实用公式其中令其中令 最后可得实用公式：最后可得实用公式：由于由于 其中其中 根据铭牌上给出根据铭牌上给出 、额定转速、额定转速 和过载能力和过载能力 ，用转矩实用表达式可，用转矩实用表达式可以作出以作出 曲线，或进行任意转速下曲线，或进行任意转速下转矩的计算。转矩的计算。具体使用过程如下：具体使用过程如下：实用的公式的实际应用实用的公式的实际应用 2)2)利用利用 求出最大电磁转矩求出最大电磁转矩 ；1 1）利用）利用 和和 求出额定电磁转矩求出额定电磁转矩 ：3 3）根据）根据 ，求出：，求出：其中其中 。这样就可利用实用式来计算，。这样就可利用实用式来计算，实际问题了。实际问题了。通过推导，还可以得到通过推导，还可以得到在转差率在转差率 较小情况较小情况下下更简化的实用公式：更简化的实用公式：三相异步电动机的性能指标三相异步电动机的性能指标1 1）效率）效率为电动机输出功率和输入功率之比，即 2 2）功率因数）功率因数异步电动机的功率因数永远小于异步电动机的功率因数永远小于1 1；第三节第三节 三相异步电动机的工作特性三相异步电动机的工作特性3 3）堵转转矩）堵转转矩电动机应该有足够大的堵转转矩，否则可能出现无法拖动机械负载起动的情况。4 4）堵转电流）堵转电流三相异步电动机在加额定电压起动瞬间，由于转子感应很高的电动势，产生很大的电流，因此定子电流也很大，这个电流称为堵转电流。5 5）过载能力）过载能力电动机额定运行时，它的过载能力不应小于技术标准规定数据。三相异步电动机的工作特性是指，在电动机定子绕三相异步电动机的工作特性是指，在电动机定子绕组加额定电压，额定频率时，电动机的转速组加额定电压，额定频率时，电动机的转速 、定子电、定子电流流 、功率因数、功率因数 、电磁转矩、电磁转矩 、效率、效率 等与输等与输出功率出功率 的关系，即：的关系，即：、时时 ，工作特性及其分析工作特性及其分析1 1）转速特性）转速特性 2 2）定子电流特性）定子电流特性 ，空载时，空载时，随着输出负载随着输出负载 定子电流特性为一上升曲线。定子电流特性为一上升曲线。3 3）功率因数特性）功率因数特性 空载时：异步电动机的空载时：异步电动机的 ，因此功率因数很，因此功率因数很低；随着负载增加：低；随着负载增加：，在额，在额定负载附近，异步电动机的功率因数达到最大。定负载附近，异步电动机的功率因数达到最大。如果负载继续增加：转速如果负载继续增加：转速 下降明显，下降明显，明显增明显增大，转子功率因数角大，转子功率因数角 增加，增加，减小，引起定子的功率因数减小，引起定子的功率因数 减小。减小。4 4）电磁转矩特性）电磁转矩特性 电机从空载到额定负载之间，转速 变化很小，所以:因此电磁转矩特性近似为直线。5 5）效率特性）效率特性 异步电动机的效率为异步电动机的效率为其中其中 为不变损耗，为不变损耗，为可变为可变损耗，当不变损耗等于可变损耗时，异步电动机的效损耗，当不变损耗等于可变损耗时，异步电动机的效率达到最大。率达到最大。对于中小型电动机，大约对于中小型电动机，大约 时效率最高；时效率最高；如继续增加负载，效率反而降低。一般来说电动机容如继续增加负载，效率反而降低。一般来说电动机容量越大，量越大，越高。越高。第四节第四节 三相异步电动机参数的测定三相异步电动机参数的测定1 1）试验目的）试验目的：测取：测取 。2 2）试验方法）试验方法：，加电压，加电压 ，下，下图为异步电动机堵转时等效电路图；逐渐降低电压图为异步电动机堵转时等效电路图；逐渐降低电压 ，测量测量 、，画出异步电动机的堵转特性曲线如下页。，画出异步电动机的堵转特性曲线如下页。1、堵转试验、堵转试验 是测得的三相输入功率是测得的三相输入功率 ；、分别为相电流和相电分别为相电流和相电压，并有：压，并有：3 3）短路阻抗参数的计算）短路阻抗参数的计算 在作堵转试验时，异步电动机的等效电路中的励在作堵转试验时，异步电动机的等效电路中的励磁支路可以忽略，这样计算如下：磁支路可以忽略，这样计算如下：2 2、空载试验、空载试验1 1）试验目的：测取）试验目的：测取 、。空载时从电源吸收的功率：空载时从电源吸收的功率：2 2）试验方法：异步电动）试验方法：异步电动机空载，转子转速接近同机空载，转子转速接近同步速，转子相当于开路。步速，转子相当于开路。画出空载特性曲线。画出空载特性曲线。从上式中减去定子从上式中减去定子铜耗：铜耗：改变电压改变电压 ，测量，测量 、。异步电动机空载特性曲线异步电动机空载特性曲线在下页画出了在下页画出了 曲线。曲线。3 3）机械损耗）机械损耗 和铁耗和铁耗 的测定的测定注意到，右侧的曲线近似一注意到，右侧的曲线近似一条直线。其原因机械损耗条直线。其原因机械损耗和电压无关，只要电动机的和电压无关，只要电动机的转速不变或变化很小，就认转速不变或变化很小，就认为是常数；而铁耗和附加损为是常数；而铁耗和附加损耗耗 可与磁密的平可与磁密的平方成正比，近似的和电动机方成正比，近似的和电动机的端电压的端电压 的平方成正比。的平方成正比。这样根据图中的虚线很容易这样根据图中的虚线很容易把把 和和 分离出来。分离出来。曲线曲线 定子加额定电压时，根据空载试验测得的数据和定子加额定电压时，根据空载试验测得的数据和 ，可以算出式中，可以算出式中:是测得的三相输入功率是测得的三相输入功率 ；、分别为相电流和分别为相电流和相电压。相电压。再根据空载时的等效电路，就可求出励磁阻抗再根据空载时的等效电路，就可求出励磁阻抗：4 4）励磁阻抗参数的计算）励磁阻抗参数的计算1 1一台三相异步电动机，额定功率为一台三相异步电动机，额定功率为 ，频，频率为率为 。在转差率。在转差率 情况下运行，情况下运行，定子侧输入功为定子侧输入功为 ，定子铜耗为，定子铜耗为 ，铁，铁耗为耗为 ，机械损耗为，机械损耗为 ，求该机运行时的，求该机运行时的转速、电磁功率、输出机械功率、输出机械转矩转速、电磁功率、输出机械功率、输出机械转矩及效率。（略去附加损耗）及效率。（略去附加损耗）