异步电机基本理论.pptx

第13章 异步电动机的基本理论第第1页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论优点：优点：结构简单、制造容易、价格低廉、运行可靠、结构简单、制造容易、价格低廉、运行可靠、坚固耐用、运行效率较高并具有适用的工作特性。坚固耐用、运行效率较高并具有适用的工作特性。缺点：缺点：功率因数较差，电机在运行过程中必须从电网功率因数较差，电机在运行过程中必须从电网吸收感性无功功率，因此它的功率因数总小于吸收感性无功功率，因此它的功率因数总小于1 1。第第2页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论 异步电动机的种类很多，从不同的角度看，异步电动机的种类很多，从不同的角度看，有不同的分类法，常见的有：有不同的分类法，常见的有：按定子相数分按定子相数分 单相异步电动机单相异步电动机 两相异步电动机两相异步电动机 三相异步电动机三相异步电动机第第3页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论 绕线型异步电动机绕线型异步电动机 鼠笼型异步电动机鼠笼型异步电动机第第4页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论 三相异步电机主要用作电动机，拖动各三相异步电机主要用作电动机，拖动各种生产机械。结构简单、制造、使用和维护种生产机械。结构简单、制造、使用和维护方便，运行可靠，成本低，效率高，得以广方便，运行可靠，成本低，效率高，得以广泛应用。但是，功率因数低、起动和调速性泛应用。但是，功率因数低、起动和调速性能差。能差。第第5页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论13.1异步电动机的结构及额定值三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构一、定子部分1.1.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。2 2、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。3 3、机座：固定定子铁心及端盖，具有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1 1、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。2 2、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）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。裸导条，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到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。的最小值。三、气隙第第6页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论第第7页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论按转子结构分按转子结构分：绕线型异步电动机绕线型异步电动机鼠笼型异步电动机鼠笼型异步电动机第第8页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论三相笼型异步电动机结构图三相笼型异步电动机结构图转子转子定子定子风扇风扇冷空气流冷空气流罩罩壳（非驱动端）壳（非驱动端）端盖（驱动端）端盖（驱动端）第第9页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论三相笼型异步电动机的部件图三相笼型异步电动机的部件图第第10页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论下面是它主要部件的拆分图。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右图是一台三相鼠笼型异步电动机的外形图。形图。第第11页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论鼠笼型转子铁鼠笼型转子铁心和绕组结构心和绕组结构示意图示意图三相绕线型三相绕线型转子结构图转子结构图第第12页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论三相绕线型异步电动机的结构三相绕线型异步电动机的结构第第13页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论三相绕线型异步电动机示意图三相绕线型异步电动机示意图第第14页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论第第15页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论定子铁心第第16页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论定子槽形定子槽形散嵌绕组成型绕组效率和功率因数较高绕组嵌线工艺复杂小容量及中型低压电机可嵌放成型线圈大型低压电动机绝缘放置可靠、绕组下线方便高压电动机第第17页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论定子绕组定子绕组定子绕组通常应用双层短距绕组，小型电机可应用单层绕定子绕组通常应用双层短距绕组，小型电机可应用单层绕组。组。第第18页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论转子铁心转子铁心第第19页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论转子槽转子槽槽形的选择主槽形的选择主要决定于对要决定于对运运行性能行性能和和起动起动性能性能的要求。的要求。第第20页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论转子绕组转子绕组鼠笼式转子鼠笼式转子squirrel-cage rotorsquirrel-cage rotor：焊接，铸铝。：焊接，铸铝。斜槽形式第第21页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论第第22页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论线绕转子（线绕转子（wound rotorwound rotor）：铁芯上绕有一对称）：铁芯上绕有一对称绕组，和定子绕组有相同的极数，且制成相同绕组，和定子绕组有相同的极数，且制成相同的相数。的相数。通常采用对称的三相绕组，连接成星形。通常采用对称的三相绕组，连接成星形。转子的一端装有三个集电环，各与转子绕组的转子的一端装有三个集电环，各与转子绕组的三个起始端相连接。每个集电环上各有一电刷，三个起始端相连接。每个集电环上各有一电刷，通过电刷把转子绕组与外接变阻器相接。通过电刷把转子绕组与外接变阻器相接。安装变阻器的目的是改善起动特性安装变阻器的目的是改善起动特性(增加起动增加起动转短，减小起动电流转短，减小起动电流)或用以调节电动机的转或用以调节电动机的转速。速。第第23页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论转轴转轴 shaftshaft第第24页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论异步电机的气隙异步电机的气隙air gapair gap特特点点气气隙隙很很小小，在在中中、小小型型电电机机中中，气气隙隙一一般般为为0.2-1.50.2-1.5毫米。毫米。气气隙隙大大小小对对电电机机性性能能有有很大的影响很大的影响气气隙隙大大：磁磁阻阻大大，励励磁磁电电流流（空空载载电电流流）大大，功功率率因因数数低低；气气隙隙磁磁场场谐谐波波含含量量（漏漏磁磁引引起起附附加加损损耗耗）减减少少，改改善善启启动动性能。性能。气气隙隙小小：按按加加工工可可能能及及机机械安全所限制。械安全所限制。第第25页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论13.1.4 13.1.4 型号和额定值型号和额定值一、型号例例:第第26页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论第第27页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论额定值关系有：额定值关系有：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.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。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.额定运行时电额定运行时电动机的转速动机的转速.二、额定值二、额定值第第28页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论 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。U1V1W1U1V1W1W2U2V2W2U2V2D联结联结Y联结联结三、接线三、接线第第29页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论异步电机的铭牌异步电机的铭牌(Name plate)(Name plate)及额定值及额定值 (Rating)(Rating)铭牌：型号、额定值、绕组联结方式及生产厂家铭牌：型号、额定值、绕组联结方式及生产厂家等。等。型号举例：型号举例：Y132S-4,Y132S-4,Y-Y-异步电动机；异步电动机；132-132-机座中心高度为机座中心高度为132mm132mm；S-S-短铁心；短铁心；4-4-极数。极数。额定值额定值:正常运行时的主要数据指标。正常运行时的主要数据指标。第第30页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论绕组联结方式：绕组联结方式：接法或者接法或者Y Y接法。接法。主要额定值如下（三相时）：主要额定值如下（三相时）：额定电压额定电压:U:UN N(V)(V)，额定运行时，规定加在定子绕组上的线电压；，额定运行时，规定加在定子绕组上的线电压；额定电流：额定电流：I IN N(A),(A),额定运行时，规定加在定子绕组上的线电流；额定运行时，规定加在定子绕组上的线电流；额定功率额定功率:P PN N(W(W；kW),kW),额定运行时，电动机的输出功率；额定运行时，电动机的输出功率；额定转速额定转速:n:nN N(r/min),(r/min),额定运行时，电动机的转子转速；额定运行时，电动机的转子转速；额定频率额定频率:f:fN N(Hz)(Hz)，规定的电源频率，规定的电源频率(我国用工我国用工 频频 50Hz)50Hz)；额定效率额定效率N N，额定功率因数，额定功率因数:cos:cosN N 等。等。额定功率：额定功率：无论无论接法或是接法或是Y Y 接法，下式均成立：接法，下式均成立：P PN N=3U=3UNpNpI INpNpcoscosN NN N=sqrt(3)U=sqrt(3)UN NI IN NcoscosN NN N(W)(W)第第31页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论异步电动机的特点异步电动机的特点异步电机，异步电机，转子转速转子转速n n与磁场同步转速与磁场同步转速n n1 1间存在一间存在一定差异定差异。asynchronousasynchronous优点：结构简单，制造、使用和维护方便，运行可优点：结构简单，制造、使用和维护方便，运行可靠，效率较高，价格低廉，坚固耐用。靠，效率较高，价格低廉，坚固耐用。缺点：缺点：转速不易调节转速不易调节鼠笼式异步电动机的鼠笼式异步电动机的起动性能较差起动性能较差功率因数滞后，功率因数滞后，激磁电流由电网供给激磁电流由电网供给第第32页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论2 2 2 2）如铭牌上标有）如铭牌上标有）如铭牌上标有）如铭牌上标有“380V380V380V380V、D D D D联结联结联结联结”时，表示电机正常运行时，表示电机正常运行时，表示电机正常运行时，表示电机正常运行时只能采用时只能采用时只能采用时只能采用“D D D D”联结，但是在电动机起动过程中可接联结，但是在电动机起动过程中可接联结，但是在电动机起动过程中可接联结，但是在电动机起动过程中可接380V380V380V380V电源，绕组采用电源，绕组采用电源，绕组采用电源，绕组采用“Y Y Y Y”联结，起动完毕，恢复联结，起动完毕，恢复联结，起动完毕，恢复联结，起动完毕，恢复“D D D D”联联联联结。结。结。结。1 1 1 1）如铭牌上标有）如铭牌上标有）如铭牌上标有）如铭牌上标有“380/220V380/220V380/220V380/220V、Y/DY/DY/DY/D联结联结联结联结”时，表示电时，表示电时，表示电时，表示电源电压为源电压为源电压为源电压为380V380V380V380V时，电机绕组采用时，电机绕组采用时，电机绕组采用时，电机绕组采用“Y Y Y Y”联结；电源电联结；电源电联结；电源电联结；电源电压为压为压为压为220V220V220V220V时，采用时，采用时，采用时，采用“D D D D”联结。联结。联结。联结。2 2、对于中低压电动机：、对于中低压电动机：提示：提示：提示：提示：1 1 1 1、对于高压电动机，定子绕组只有三根出线，只要电对于高压电动机，定子绕组只有三根出线，只要电对于高压电动机，定子绕组只有三根出线，只要电对于高压电动机，定子绕组只有三根出线，只要电源电压符合电动机铭牌电压值便可使用。源电压符合电动机铭牌电压值便可使用。源电压符合电动机铭牌电压值便可使用。源电压符合电动机铭牌电压值便可使用。第第33页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论13.213.2、异步电机的三种运行状态、异步电机的三种运行状态U2U1W2V1W1V2n一、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：旋转磁场切割转旋转磁场切割转子导体感应电动势和电流。子导体感应电动势和电流。3 3、电磁力、电磁力：转子载流（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。第第34页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论第第35页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论两极异步电动机示意图两极异步电动机示意图 定子绕组接三相电源定子绕组接三相电源定子绕组接三相电源定子绕组接三相电源,流过三相对称电流，气流过三相对称电流，气流过三相对称电流，气流过三相对称电流，气隙中产生基波旋转磁场，转速为同步速隙中产生基波旋转磁场，转速为同步速隙中产生基波旋转磁场，转速为同步速隙中产生基波旋转磁场，转速为同步速:电动机运行时的基本电磁过程：电动机运行时的基本电磁过程：电动机运行时的基本电磁过程：电动机运行时的基本电磁过程：同步速的气隙磁场切割转子同步速的气隙磁场切割转子绕组，产生感应电动势并在转子绕组，产生感应电动势并在转子绕组中产生相应的电流；绕组中产生相应的电流；转子绕组在磁场中受到电磁转子绕组在磁场中受到电磁力矩作用，这个力矩驱动转子旋力矩作用，这个力矩驱动转子旋转，实现电动机的工作过程。转，实现电动机的工作过程。1nn 第第36页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论两极异步电动机示意图 第第37页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论思考：思考：能否等于能否等于？何谓异步？何谓异步？电机的转向决定于什么？电机的转向决定于什么？两极发电机示意图两极发电机示意图两极发电机示意图两极发电机示意图 两极电机制动运行图两极电机制动运行图两极电机制动运行图两极电机制动运行图NS1nNS1nNS1n0nn=0 0s0电磁转矩方向与转速方向一致驱动转矩-电动机电动机Motor sn1 T1 n0电磁转矩方向与转速方向相反制动转矩-制动运行制动运行Breaking 起动点第第117页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论T-ST-S曲线的定性分析曲线的定性分析1 0 s 理想空载T=0 n=n1 s=0I2=0负载后，出现转差s，nn1负载后，出现转差s，nn1S很小时，T与s近似正比变化S增大后，T随s增大而减小第第118页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论三、最大转矩三、最大转矩maximum torque Tmaximum torque Tmaxmax临界转差率临界转差率：产生最大转矩时的转差率最大转矩最大转矩+对应电动机-对应发电机性质性质：与U平方成正比，随电源频率增大而减小与定转子漏抗之和成反比，发电机时Tmax稍大与转子电阻无关与转子电阻无关 Sm与转子电阻近似成正比第第119页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论临界转差率与转子电阻的关系转子电阻增大转子电阻增大最大转矩不变最大转矩不变第第120页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论过载能力过载能力最大转矩倍数：最大转矩与额定转矩之比最大转矩倍数：最大转矩与额定转矩之比普通电机普通电机k km m=1.6=1.62.22.2，在有特殊要求时也，在有特殊要求时也可特殊制造成可特殊制造成k km m=2.8=2.83.03.0。第第121页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论四、异步电动机的启动电流和启动转矩四、异步电动机的启动电流和启动转矩第第122页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论 但实际使用中，某些参数不易知道，我们可以但实际使用中，某些参数不易知道，我们可以但实际使用中，某些参数不易知道，我们可以但实际使用中，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根据电动机铭牌上的一些数据推导机械特性实用简化根据电动机铭牌上的一些数据推导机械特性实用简化根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）。公式（忽略定子电阻）。公式（忽略定子电阻）。公式（忽略定子电阻）。五、机械特性的实用公式五、机械特性的实用公式其中令其中令 第第123页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论最后可得实用公式：最后可得实用公式：由于由于 其中其中第第124页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论 根据铭牌上给出根据铭牌上给出 、额定转速、额定转速 和过和过载能力载能力 用转矩实用表达式作出用转矩实用表达式作出 曲线曲线或进行转矩计算。或进行转矩计算。具体使用过程如下：具体使用过程如下：实用公式的实际应用实用公式的实际应用第第125页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论 2)2)2)2)利用利用利用利用 求出最大电磁转矩求出最大电磁转矩求出最大电磁转矩求出最大电磁转矩 ；1 1 1 1）利用）利用）利用）利用 和和和和 求出额定电磁转矩求出额定电磁转矩求出额定电磁转矩求出额定电磁转矩 ：3 3 3 3）根据）根据）根据）根据 ，求出，求出，求出，求出 其中其中其中其中 。这样就可利用实用式来计算实际。这样就可利用实用式来计算实际。这样就可利用实用式来计算实际。这样就可利用实用式来计算实际问题了。问题了。问题了。问题了。第第126页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论电磁转矩的简化计算条件：略去r1，取c1=1第第127页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论实用表达式已知电机的额定功率、额定转速、过载能力忽略空载转矩，有将将Tm和和sm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第第128页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论由产品目录数据计算由产品目录数据计算T Tmaxmax和和 s sk k的步骤的步骤通常产品目录给出额定功率通常产品目录给出额定功率P PN N 和额定转速和额定转速n nN N和过载能力和过载能力 k km m。1 1 由由 P PN N和和 n nN N求出额定转矩求出额定转矩60602 2N NN NN Nn nP PT Tp p=2 2 由由 T TN N和和 k km m可求出最大转矩可求出最大转矩T Tmaxmaxk km mT TN N3 3 由由 n nN N可求出可求出 s sN N=1 11 1n nn nn ns sN NN N-=4 4 把把 s=ss=sN N，T=TT=TN N代入到代入到求出求出 s sm m。第第129页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论稳态运行范围当当T TT TL L时，加速转矩时，加速转矩T TJ J为正值，电动机加速。为正值，电动机加速。当当T TT TL L，T TJ J为负值，电动机减速。为负值，电动机减速。当当T TT TL L时时，T TJ J=0=0，转转速速才才能能维维持持不不变变，电电动动机处于平衡状态。机处于平衡状态。第第130页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论电机在运行时会受到外界因素的扰动电机在运行时会受到外界因素的扰动(或由于电路或由于电路的原因使的原因使T T发生变化，或由于机械的原因使发生变化，或由于机械的原因使T TL L发生发生变化变化)，破坏了稳态平衡，使转速发生变化。，破坏了稳态平衡，使转速发生变化。稳定稳定若扰动因素消除后，电动机的转速仍然若扰动因素消除后，电动机的转速仍然能恢复到原有的状态。能恢复到原有的状态。不稳定不稳定若扰动因素消除后，电动机的转速若扰动因素消除后，电动机的转速不不能恢复能恢复到原有的状态。到原有的状态。稳定的概念稳定的概念第第131页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论 稳定运行问题稳定运行问题 当电动机拖动负载稳态当电动机拖动负载稳态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，电磁转矩运行时，电磁转矩运行时，电磁转矩 和负载和负载和负载和负载转矩转矩转矩转矩 总是大小相等方向相总是大小相等方向相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，这时电机运行反。如图所示，这时电机运行反。如图所示，这时电机运行在在在在“a a a a”或者或者或者或者“b b b b”点都没有什么问点都没有什么问点都没有什么问点都没有什么问题。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和实践都发现电机在和实践都发现电机在“a a a a”点继点继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 b b”点保持稳定运行。点保持稳定运行。点保持稳定运行。点保持稳定运行。第第132页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论 理论分析很容易得到，当电机的机械特性和负载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：特性配合，满足：那么电机就能稳定运行；反那么电机就能稳定运行；反之，电机就不能运定运行。之，电机就不能运定运行。第第133页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论s sm随着转速的增加，电磁转矩减少，能保持稳定运行随着转速的增加，电磁转矩随之增大，不能保持稳定运行临界转差率sk稳定运行条件稳定运行条件第第134页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论13.8异步电动机的工作特性条件：外施电源电压条件：外施电源电压U U和频率和频率f f保持不变保持不变特性：特性：转速转速n n、输出转矩、输出转矩T T2 2、定子电流、定子电流I I1 1、定子功、定子功率因数率因数coscos 1 1、效率、效率 等与输出功率等与输出功率P P2 2的关的关系曲线。系曲线。第第135页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论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；第第136页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论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；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；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。规定数据。第第137页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论 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 ，第第138页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论1 1）转速特性）转速特性 ：第第139页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论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。第第140页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论3 3）功率因数特性：）功率因数特性：如果负载继续增加：转速如果负载继续增加：转速 下降开始明显，下降开始明显，明显明显增大，转子功率因数角增大，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。空载时：异步电动的空载时：异步电动的 ，因此功率因数很低；，因此功率因数很低；随着负载增加：随着负载增加：，在额定负载，在额定负载附近，异步电动机的功率因数达到最大值；附近，异步电动机的功率因数达到最大值；第第141页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论电机从空载到额定负载之间，转速电机从空载到额定负载之间，转速 变化很小，变化很小，所以所以:因此电磁转矩特性近似为直线。因此电磁转矩特性近似为直线。4 4）电磁转矩特性）电磁转矩特性 ：第第142页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论其中其中 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。异步电动机的效率为异步电动机的效率为 。由于由于 ，5 5）效率特性）效率特性 ：第第143页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论典型的工作特性曲线典型的工作特性曲线定性定性：转速随输出增加略有下降负载转矩近似与输出功率成正比定子电流随负载增加效率和功率因数随负载有不同的变化第第144页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论电动机的运行特性电动机的运行特性条件条件：额定电压、额定频率满载时满载时：转速有下降，效率和功率因数均较高轻载时轻载时：转速较高，效率和功率因数均较低启动时启动时：功率因数很低第第145页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论一、转速特性：一、转速特性：硬特性硬特性电动机稳态运行时必须满足转矩平衡电动机稳态运行时必须满足转矩平衡T=TT=T0 0+T+T2 2 空载时，空载时，T T2 20 0，T TT T0 0，只需较小转子电势产生，只需较小转子电势产生较小转子电流产生较小的电磁转矩较小转子电流产生较小的电磁转矩空载转速空载转速很接近同步转速，转差很小。很接近同步转速，转差很小。随着负载增大，为维持转矩平衡需较大电磁转随着负载增大，为维持转矩平衡需较大电磁转矩，转差率随之增大，但矩，转差率随之增大，但变化不大变化不大。（如（如S SN N=0.015=0.0150.060.06）第第146页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论二、负载转矩特性二、负载转矩特性在正常运行范围内，转速变化不大（在正常运行范围内，转速变化不大（硬特性硬特性），），负载转矩与输出功率近似为直线。负载转矩与输出功率近似为直线。第第147页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论三、定子电流特性三、定子电流特性随着负载增加，随着负载增加，I I2 2相应增大，定子电流相应增大，定子电流I I1 1也相应也相应增大。增大。I I2 2与输出功率与输出功率P P2 2不成正比，不成正比，I I1 1与输出功率呈非线与输出功率呈非线性关系。性关系。第第148页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论四、功率因数特性四、功率因数特性空载运行时，电流是激磁电流，其主要成分是磁化电流空载运行时，电流是激磁电流，其主要成分是磁化电流（无功分量），功率因数很低，（无功分量），功率因数很低，coscos 1 1 0.20.2负载后时，转子电流增大。负载后时，转子电流增大。2 2=arctgarctg(sx(sx2 2/r/r2 2)轻轻载载时时，s s很很小小，2 2很很小小，coscos 2 2 1 1，转转子子电电流流的的主主要要成成分分是有功电流是有功电流随随着着负负载载的的增增大大，定定子子电电流流的的增增长长主主要要是是有有功功分分量量增增加加，coscos 1 1迅速增大。迅速增大。当负载较大（增大到一定程度）时，当负载较大（增大到一定程度）时，s s增大，增大，2 2增大，转增大，转子电流的无功分量增加较快，定子的无功电流随之增大，子电流的无功分量增加较快，定子的无功电流随之增大，coscos 1 1反趋于减小。反趋于减小。在某一负载时有最大功率因数在某一负载时有最大功率因数，设计电机时，通常使在额，设计电机时，通常使在额定负载或略低于额定负载时有最大功率因数。定负载或略低于额定负载时有最大功率因数。第第149页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论五、效率特性五、效率特性效率随负载而变化的规律决定于损耗的分配比例效率随负载而变化的规律决定于损耗的分配比例 机械损耗机械损耗p pm m ：与转速有关：与转速有关 铁耗铁耗p pFeFe ：与磁通密度有关。异步电机的转速基本不：与磁通密度有关。异步电机的转速基本不变，如电源电压和频率保持不变，则机械损耗与铁耗变，如电源电压和频率保持不变，则机械损耗与铁耗基本保持不变基本保持不变合称为合称为不变损耗不变损耗。铜耗正比于负载电流的平方，定、转子铜耗合称为铜耗正比于负载电流的平方，定、转子铜耗合称为可可变损耗变损耗空空载载时时，P P2 20 0，=0=0。随随着着P P2 2增增大大，效效率率迅迅速速增增大大，直直到到某某一一负负载载时时，其其可可变变损损耗耗等等于于不不变变损损耗耗，效效率率达达到最大。载再增加，铜耗急剧增大，效率反而降低。到最大。载再增加，铜耗急剧增大，效率反而降低。设设计计时时最最大大效效率率在在0.7-10.7-1范范围围内内，且且在在此此范范围围内内效效率率变变化不大化不大第第150页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论小结小结异步电机从基本电磁原理和分析方法来看与变压器异步电机从基本电磁原理和分析方法来看与变压器很相似。可用类比方法来研究异步电动机，它们的很相似。可用类比方法来研究异步电动机，它们的电势、磁势平衡方程式、等效电路和相量图的形式电势、磁势平衡方程式、等效电路和相量图的形式是相同的，但有明显差别，主要是磁场性质不同。是相同的，但有明显差别，主要是磁场性质不同。定转子感应电势的大小、频率不同，异步电机的等定转子感应电势的大小、频率不同，异步电机的等效电路必须要同时进行效电路必须要同时进行绕组归算和频率归算。绕组归算和频率归算。第第151页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论小结小结在使用异步电动机等效电路时应注意：在使用异步电动机等效电路时应注意：异异步步电电动动机机输输出出的的机机械械功功率率在在等等效效电电路路中中用用模模拟拟电电阻阻表示。表示。异异步步电电机机有有气气隙隙存存在在，激激磁磁电电流流较较变变压压器器的的大大，等等效电路的简化应作修止。效电路的简化应作修止。异异步步电电动动机机将将电电能能转转换换成成机机械械能能，电电磁磁转转矩矩是是关关键键量，电磁转矩与电磁功率成正比。量，电磁转矩与电磁功率成正比。第第152页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论机械特性：电磁转矩与转差率之间的关系曲线。工作特性：指随着负载变化，其转速、输出转矩、定子电流、功率因数、效率等的变化曲线。从使用的观点看，定子电流是关键量，效率和功率因数是重要的力能指标，应掌握计算方法和变化规计算方法和变化规律律。第第153页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论13.913.9异步电机的参数异步电机的参数equivalent-circuit parametersequivalent-circuit parameters基本参数：基本参数：r r1 1,x,x1 1,r,r2 2,x,x2 2,r,rm m,x,xm m运行参数：运行参数：s s转差率转差率fractional slipfractional slip第第154页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论空载时从电源吸收的功率：空载时从电源吸收的功率：一、空载试验一、空载试验1 1）试验目的：测取）试验目的：测取 、。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。第第155页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论画出空载特性曲线。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。第第156页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论注意到，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。3 3）机械损耗）机械损耗 和铁耗和铁耗 的测定的测定：曲线曲线 第第157页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论 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:是测得的三相输入功率；、分别为相电流和相电压。再根据空载时的等效电路，就可求出励磁阻抗：4）励磁阻抗参数的计算：第第158页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论1 1）试验目的：测取）试验目的：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。二、堵转试验二、堵转试验第第159页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论 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：第第160页页/共共167页页第13章 异步电动机的基本理论空载试验空载试验No-load testNo-load test试验条件额定电源频率f1转子空载，相当于等效电路转子侧开路额定电压UN测量激磁电流(exciting current)i0空载损耗(no-load losses)p0计算激磁参数rm、xm；铁耗pFe和机械耗pmec第第161页页/