电机学孙旭明王善明版第15章

第15章三相异步电动机的功率、转矩和运行特性稳态运行时的功率和转矩关系电磁转矩及其与参数的关系运行特性参数的测定方法15.1三相异步电动机的功率与转矩关系功率平衡关系铁耗（只考虑定子铁耗）：定子铜耗：1111cos3IUP2Cu1113pIR2Fe0m3pIR输入有功功率：功率平衡关系传递给转子的电磁功率：em1Cu1Fe2223PPppRIs电磁功率也可表示为：em2222223cos3cosPEIEI功率平衡关系电阻上的损耗代表传递给电动机转轴上的机械功率：21Rss转子绕组的铜耗2Cu222em3pIRsPmemCu2222em13(1)PPpsIRssP功率平衡关系电磁功率Pem一定时，转差率s越大，转子铜耗pCu2越大，电机的效率越低。emCu2m::1::(1)PpPss功率平衡关系电机在旋转中，还会产生机械损耗pm（风阻、摩擦损耗等）以及附加损耗pad。adN0.5%pP2mmadPPpp输出功率：通常认为：功率平衡关系功率流程图转矩平衡关系机械功率等于作用在旋转体上的转矩与机械角速度的乘积：mPTΩ20TTTm2madPPpp电磁转矩T等于转轴的输出转矩T2与空载转矩T0（机械损耗和附加损耗转矩）之和。madm220,,ppPPTTT15.2三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性是指在定子电压、频率和参数固定的条件下，电磁转矩T与转速n或转差率s之间的函数关系T＝f(n)或T＝f(s)。用曲线表示时，常以转速n或转差率s为纵坐标，以电磁转矩T为横坐标，简称T-s曲线。电磁转矩的一般表达式电磁转矩T既等于机械功率Pm除以转子机械角速度，也等于电磁功率Pem除以同步机械角速度1。ememmm11(1)2π(1)2π6060sPPPPTnsnΩΩ电磁转矩的一般表达式电磁转矩T与每极磁通量m、转子电流、I2、转子功率因数cos2的乘积成正比。即：T与m和转子电流的有功分量的乘积成正比。em2221112dp2m2213cos2π/3(4.44)cos2π/PEITΩfpfNkIfpem2222223cos3cosPEIEI2dp232TpNkC为转矩因数m22cosTTCI机械特性的参数表达式定量分析电磁转矩T与转差率s的关系。222em1132πRIPsTΩfp/2122222112()()IUcRcRccXcXs1m(1)XcX机械特性的参数表达式电磁转矩T与转差率s的关系221222111232π()()RpUsTRfRcXcXs电磁转矩T与转差率s（或转速n）之间不是线性关系。当定子相电压U1和频率f1一定时，电机参数可视为常数，电磁转矩T仅和转差率s有关。固有机械特性固有机械特性：电压、频率均为额定值不变，定、转子回路不串任何电路元件时的机械特性（T-s曲线）。221222111232π()()RpUsTRfRcXcXs固有机械特性固有机械特性电动机状态发电机状态电制动状态10s0s1s固有机械特性C点：额定运行点B点：最大转矩点A点：堵转点（最初起动点）固有机械特性的关键点•额定电磁转矩TN：额定运行时的电磁转矩。固有机械特性额定运行点CNN2NNN2π60PPTnN2NN9550PTn（T2N≠TN）•额定输出转矩T2N：（kW）•堵转转矩Ts：在额定电压和额定频率下堵转时（s＝1）的电磁转矩。固有机械特性堵转点A•堵转转矩倍数kst：堵转转矩Ts与额定转矩TN之比。反映电动机带负载起动的能力。•堵转电流Is，堵转电流倍数ksi固有机械特性堵转点A212221121232π[()()]spURTfRcRXcX•Ts与电压U1的平方成正比。•漏电抗增大，Ts减小。•最大转矩Tm：在额定电压和额定频率下稳态运行时能产生的最大异步电磁转矩。固有机械特性最大转矩点B•过载能力km：最大转矩Tm与额定转矩TN之比。反映电动机的短时过载能力。mmNTkT固有机械特性最大转矩点Bd0dTs21m221111234π[()]pUTfcRRXcX2m22112()cRsRXcX临界转差率sm：产生最大电磁转矩时的转差率。令，得：正、负号分别对应为电动机、发电机状态。固有机械特性最大转矩点B忽略定子电阻R1，c≈1时：21m1123,4π()pUTfXX2m12RsXX最大转矩Tm与电压U1的平方成正比。Tm近似与定、转子漏电抗之和成反比。Tm与转子电阻R2无关。临界转差率sm与R2成正比，与定、转子漏电抗之和成反比，与电压U1无关。人为机械特性人为机械特性：在外施电压或频率不是额定值，或定、转子回路串入电路元件时的机械特性。n1与U1无关；sm与U1无关；电磁转矩T与U1的平方成正比。改变定子端电压的人为机械特性降低定子电压U1，其他量不变时的机械特性。人为机械特性转子串接电阻的人为机械特性n1与U1无关；sm与转子回路电阻成正比；Tm与转子回路电阻无关。三相绕线转子异步电动机转子回路串接对称电阻。Rs2Rs1转子回路串接适当的电阻可以增大堵转转矩。机械特性稳定运行问题电动机能稳定运行LddddTTss电动机不能稳定运行LddddTTss1——电动机2——负载15.3三相异步电动机的工作特性异步电动机的性能指标主要有效率、功率因数、过载能力、堵转转矩倍数和堵转电流倍数。工作特性电动机定子绕组加额定频率的额定电压时，转速n、电磁转矩T、定子电流I1、定子功率因数cos1、效率与输出功率P2之间的关系。工作特性可通过负载试验直接测得，也可利用等效电路计算得到。三相异步电动机的工作特性空载时，转子转速n接近于同步转速n1。随着负载增加，n降低，转差率s增大，转子电动势和电流增大，使电磁转矩T增大，与负载转矩平衡。转速调整特性三相异步电动机的工作特性电磁转矩T随输出功率P2近似线性变化。02TTT02TΩPT电磁转矩特性三相异步电动机的工作特性空载时，转子电流接近于零，定子电流为励磁电流I0。随着负载增加，n降低，s增大，转子电动势和电流增大，定子电流I1也增大。定子电流特性三相异步电动机的工作特性空载时，定子功率因数cos1很低。随着负载增加，定子有功电流增大，cos1提高，且在额定负载附近达到最大值。负载进一步增加时，cos1开始降低。功率因数特性三相异步电动机的工作特性当不变损耗等于可变损耗时，效率最高。一般在75%额定负载附近。pPpPP2121不变损耗：pFe，pm可变损耗：pCu1，pCu2效率特性15.4三相异步电动机参数的测定通过空载和堵转试验，测量T型等效电路中的6个参数：1122mmRXRXRX、、、、、堵转试验•转子绕组短路，转子卡住，定子绕组加低电压。•调节定子电压，一般可从0.4UN开始逐渐降低，到定子电流接近额定值为止。•测量定子线电压Uk、定子线电流Ik、定子输入功率Pk，测量定子绕组电阻R1。堵转时，定子电压Uk很低，铁耗pFe可忽略。002mIZZ，00mpn，则定子输入功率Pk都消耗在定、转子电阻上。堵转试验通过堵转试验，可得到定、转子电阻和漏电抗。2kk123()PIRRkkkUZIkk2k3PRI22kkkXZR1k2RRRk12XXXk122XXX（Uk、Ik为相电压、相电流）空载试验•电动机空载运行，定子加额定频率的电压。•定子电压由1.1～1.3倍的额定电压开始逐渐降低，直到转速发生明显变化。•测量定子绕组线电压U0、定子线电流I0、定子输入功率P0。试验结束后应立即测量绕组电阻。空载运行时，转子电流I2很小，铜耗pCu2可忽略。则定子输入功率P0消耗在空载定子铜耗pCu10、铁耗pFe、机械损耗pm和空载附加损耗pad0上。空载试验需要将pFe与pm分离。0Cu10Femad0Ppppp00Cu10mFead0PPpppp•铁耗pFe和空载附加损耗pad0与定子电压的平方成正比。•机械损耗pm与定子电压无关，与转速有关。转速变化不大时，可视为常数。空载试验取额定电压时的值进行计算。N00UZI0m0203PpRI22000XZRm01XXX（UN为额定相电压，I0为相电流）通过空载试验，不仅得到励磁电阻和励磁电抗，而且得到机械损耗和铁耗。Fem203pRI