14异步电机(6)功率转矩和运行特性

第十七章异步电动机的功率、转矩和运行特性第三篇异步电机异步电动机的功率关系异步电动机的转矩关系三相异步电动机的工作特性主要内容异步电动机的功率、转矩和运行特性17.2异步电动机的转矩关系异步电动机的功率、转矩和运行特性三、电磁转矩的参数表达式和TM－s曲线电磁转矩的物理表达式表明了转矩产生的条件和根本原因；其具有明显的物理意义。但不能反映外加电压、转差率和电机参数对转矩的影响。电磁转矩的参数表达式可以实现上述目的。2M12M2112PpmrTIfs1m1xCCx2211M22211122[()()]rmpUsTrfrCxCxs电磁转矩的参数表达式17.2异步电动机的转矩关系异步电动机的功率、转矩和运行特性三、电磁转矩的参数表达式和TM－s曲线1C2211M22211122[()()]rmpUsTrfrxxs电磁转矩与电源参数（Ｕ1、f1）、结构参数（r、x、m1、p）和运行参数（s）有关。当电源参数和结构参数不变时，电磁转矩仅与运行参数转差率（s）有关。1.TM与U12成正比。2.f1↑→TM↓3.漏电抗xk↑→TM↓电磁转矩的参数表达式17.2异步电动机的转矩关系异步电动机的功率、转矩和运行特性三、电磁转矩的参数表达式和TM－s曲线电磁转矩（TM）与转差率（s）的关系曲线称为转矩－转差率曲线，简称TM－s曲线。转差率用转速n表示，则称为异步电动机的机械特性。TM－s曲线17.2异步电动机的转矩关系异步电动机的功率、转矩和运行特性三、电磁转矩的参数表达式和TM－s曲线电动机状态：0＜S≤1，即0≤n＜n1；第Ⅰ象限，TM0。发电机状态：S＜0，即nn1；第Ⅲ象限，形状与电动机相同，TM＜0。电磁制动状态：S1，即n＜0；第Ⅰ象限，为电动机转矩曲线的延长线。三种运行状态的TM－s曲线17.2异步电动机的转矩关系异步电动机的功率、转矩和运行特性三、电磁转矩的参数表达式和TM－s曲线起动点：s=1，即n=0，Tst为最初起动转矩。上升段：近似双曲线。n↑→s↓。s较大(1~sm)→r2′/s较小,(x1+Cx2′)(r1+Cr2′/s),忽略(r1+Cr2′/s),TM∝1/s最大值点：s=sm，TM=Tmax下降段：近似直线。s较小(0~sm)→r2′/s较大,r1和(x1+Cx2)可忽略,分母只有(Cr2′/s)2，约去分子中的r2′/s，TM∝s。同步点：s=0，即n=n1,TM=0。异步电动机TM－s曲线形状分析17.2异步电动机的转矩关系异步电动机的功率、转矩和运行特性三、电磁转矩的参数表达式和TM－s曲线由于存在集肤效应和漏磁路饱和的影响，异步电机的参数不为常数，定、转子漏抗与定、转子电流有关，转子电阻与转子频率有关；而定、转子电流和转子频率都决定于转差率，所以转差率不同，电机的参数也不同。通常对正常运行、最大转矩和起动三种情况采用不同的参数值分别进行计算。参数说明17.2异步电动机的转矩关系异步电动机的功率、转矩和运行特性三、电磁转矩的参数表达式和TM－s曲线两个重要的转矩衡量异步电动机性能的重要指标，对电机的运行具有特别重要的意义最大转矩TmaxM0dTds'22'2112()mCrsrxCx临界转差率008ms.～0.20正号用于电动机；负号用于发电机17.2异步电动机的转矩关系异步电动机的功率、转矩和运行特性三、电磁转矩的参数表达式和TM－s曲线最大转矩Tmax211max2'2111124[()]mpUTfCrrxCx'2'12mCrsxCx211max'11124()mpUTfCrxCx2'221121()rxCxr一般，可忽略得：17.2异步电动机的转矩关系异步电动机的功率、转矩和运行特性三、电磁转矩的参数表达式和TM－s曲线最大转矩Tmax'2m'12rsxx211max'1124()mpUTfxx1r忽略，并取C1得：MTmaxTsms017.2异步电动机的转矩关系异步电动机的功率、转矩和运行特性三、电磁转矩的参数表达式和TM－s曲线最大转矩Tmax1、与成正比；与无关。maxT21Ums1U2、越大，越大；与无关。2r2rmsmaxT8、最大转矩与额定转矩之比称为过载能力:（一般为1.8～2.5，起重，冶金电动机为2.7～3.7）maxmNTkT5、和都近似与漏抗成反比。maxTms6、对于恒转矩负载，临界转差率为稳定运行的分界点。稳定运行范围是m0ss7、稳定运行判据是MLdTdTdsds如图17-5所示如图17-6所示4、近似与成正比。maxT211()Uf3、越大，与就越小。1fmsmaxT如图17-7所示17.2异步电动机的转矩关系异步电动机的功率、转矩和运行特性三、电磁转矩的参数表达式和TM－s曲线最初起动转矩Tst1s2'112'2'2112122()()stmpUrTfrCrxCx结论：当其它参数一定时1、最初起动转矩与电源电压平方成正比；2、频率越高，起动转矩越小；漏抗越大，最初起动转矩越小；3、绕线式电动机，转子回路电阻越大，最初起动转矩先增后减。NststTTK4、起动转矩倍数如图17-5所示m1sstmaxTT''2st2'2112()1()mCrRsrxCx2'2112''st2()rxCxRrC如图17-6所示（一般为1.0～2.0，起重，冶金电动机为2.8～4.0）17.2异步电动机的转矩关系异步电动机的功率、转矩和运行特性四、电磁转矩的实用表达式采用电磁转矩参数表达式进行计算，必须通过实验求出参数。在工业企业中，希望不用参数，而用产品目录中的额定功率PN、额定转速nN和过载能力km来计算TM－s曲线，这可用转矩的实用表达式来计算。1C2221111M2222k1k1kk22[()]2()rmpUmpUsTrrsxfxfxssxr10rk12xxx实用表达式17.2异步电动机的转矩关系异步电动机的功率、转矩和运行特性四、电磁转矩的实用表达式211Mm1km2()mpUTssfxss2mkrsx211max1k4mpUTfxMmmaxm2TssTss实用表达式17.2异步电动机的转矩关系异步电动机的功率、转矩和运行特性四、电磁转矩的实用表达式2NmNmmmmaxmm213(1)TsskkssTkss、TM－s曲线的计算步骤已知电机的额定功率、额定转速、过载能力33101019550260NNNNNNNPPPTnn、maxm2NTkT、11nnnsNNmaxMmm24TTssss、17.2异步电动机的转矩关系异步电动机的功率、转矩和运行特性四、电磁转矩的实用表达式2NmNNMmmmmaxNMMm2()1TkTTTsskssTTTTssTM－s曲线的计算已知电机的额定功率、额定转速、过载能力、某一电磁转矩和其对应的转差率额定负载附近的TM－s曲线的计算(sN≥s＞0)在额定负载范围内运行时的转差率很。ssmmss故可将其忽略。Mmax2mTsTsNNmaxm21mTsTsk＝＝mN2msks＝17.3三相异步电动机的工作特性异步电动机的功率、转矩和运行特性三相异步电动机的工作特性是指在额定电压和额定频率下，电动机的转速n、定子电流I1、功率因数cos、输出转矩T2、效率η与输出功率P2的关系曲线1在已知等效电路各参数、机械损耗、附加损耗的情况下，给定一系列的转差s，可以由计算得到工作特性。对于已制成的异步电动机，其工作特性也可以通过试验求得。17.3三相异步电动机的工作特性异步电动机的功率、转矩和运行特性一、转速特性2()nfPCu211(1)(1)MpnsnnPP2＝02Cu2222pmIrM2222cosPmEII2≈0pCu2≈0s→0n→n1P2↑I2↑pCu2↑↑PM↑s↑n↓10.02~0.05(0.98~0.95)NNsnn2()nfP是一条稍向下倾斜的曲线。且特性较硬。如图所示17.3三相异步电动机的工作特性异步电动机的功率、转矩和运行特性二、定子电流特性12()IfP1m2()IIIP2＝0I2′≈0I1≈Im＝I0=(0.2~0.5)I1NP2↑I2↑I1↑12()IfP是一条上升曲线。三、功率因数特性12cos()fPP2＝0I1≈Im＝I01cos0.2很小P2↑I2a↑I1a↑1coss↑n↓1222sxtgr2cosI1r↑1cos如图所示如图所示17.3三相异步电动机的工作特性异步电动机的功率、转矩和运行特性四、转矩特性22()TfP五、功率因数特性2()fPP2较小↑η↑602222nPPT22()TfP是一条稍微上翘的曲线。转速变化不大,且有点下降,故22Cu1Cu2adFem12PPppppppPPp可变损耗不变损耗P2较大↑η↓当可变损耗=不变损耗时，有最大效率。对于中小型电动机，在（3/4~1）额定负载时，取得最大效率。如图所示图17－5最大转矩与电源电压的关系异步电动机的功率、转矩和运行特性ssm10TmaxU10.7U1返回异步电动机的功率、转矩和运行特性maxT返回00.20.40.60.21.030025020015010050012r22r32r42r43212222rrrr图17-6转子电阻变化时的TM-s曲线MT异步电动机的功率、转矩和运行特性返回图17-7异步电动机的稳定运行区域maxTbsms0LTbaas12MTs异步电动机的功率、转矩和运行特性返回2/kWP1AI%ssnnn1Is感应电动机的)(,2PfIn异步电动机的功率、转矩和运行特性e1N,cosTT返回eNTT1cos%2/kWP感应电动机的e12N,,cos()TfPT