第二十章 异步电动机的功率、转矩和运行性能

1、 111 11 cosPmU I 2 11 11Cu pm I R 2 1 0Fem pm I R 11MFeCu PPpp M P 2 21 22CuM pm I RsP 2 2 12221 2 cos M R Pm E Im I s 2 1 22 (1) m s Pm IR s 2MCum PpP 2 () mmad PPpp 2 :1: :(1) MCum PpPss 2 () mmad PPpp 20 TTT 0mad TTT 2 T 1 1 22 (1) 60 60 mmmM PPPP T nn s 22 cos Tm CI 2 22 2 Tdp m CpN k 2222 1 1 c

2、os 2 60 M Pm E I T n 212222 1 (4.44)cos 2 60 dpm mf N kI n T m 2 I 2 cos 22 cos Tm CI T 1 2 22 2 112 ()() U I R RXX s 2 2 12 1 1 2 M R m I P s T f p 2 2 11 22 2 1112 2()() R m pU s T R fRXX s 1 U 1 f Ts 1 01(0)snn 1 0()snn 1(0)sn 0n s TT m T m n 1 nn 0T (,) NN Tn N P N n 2 ()() 9550() 2 ( /min) 60 N

3、N NN N N P kWP kW TTN m n nr /0dTds 2 1 22 11112 31 2 2() m pU T fRRXX m s 2 22 112 () m R s RXX 2 1 R 2 12 ()XX 1 R 2 1 112 3 4() m pU T f XX 2 12 () m R s XX m T 2 1 U m s 1N U 2 () j RR m s m k m m N T k T m T 2 () j RR (0,1)ns 2 12 22 11212 3 2()() s pU R T fRRXX 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

4、大， 堵转转矩越小；堵转转矩越小； s T 2 1 U 12 ()XX st k s st N T k T T L T 理论分析很容易得到，当电机的机械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 行；反之，电机就不能运行；反之，电机就不能运 定运行。定运行。 L dTdT dsds 2 2 11 22 2 1 2() k R m pU s T R fX s 2 11 2 2 1 2 2 k m pU sXR f sR 2 11 2 1 2 2 k k k m pU sXR f X s XR 12k XXX其中令其

5、中令 2 m m m T ss T ss 2 m k R s X 最后可得实用公式：最后可得实用公式： 由于由于 2 11 max 1 4 k m pU T f X 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： N P N n m k()Ts m k mmN Tk T 2 9550 N NN N P TT n N n N P N T 21 N Nm mm mN T ss Tk ss 2 (1) mNmm sskk 1 1 N N n

6、n s n 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； 2 1 100% P P 1 cos 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；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

7、的电流，因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；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。术标准规定数据。 s T s I m k 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，

8、即： 0 n 1 cos 1 I 2 P T n 1 I 1 cos T 2 P 1N UU 2 ()f P 1N ff 、 、 、 、 n 1 I 1 cosT 、 时时 ， T 1 I T 1 cos n T 2 11 (1)(1) Cu M P ns nn P 2 ()nf P 2 21 22Cu Pm I R 1222 cos M Pm E I 2 I 2 P s n 2 2）定子电流特性）定子电流特性 ： 1 I 2 ()f P 101L III 0s 1 0 L I ，空载时，空载时， 101 (0.2 0.4) N III 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

9、电流特性为一上升曲线。 s 1L I 1 I 2 P 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。 12 cos()f P 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； 10 II 22 (cos)I 1 cos ns 222 arctan()sXR 2 cos 1 co

10、s 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 ： 2 ()Tf P n 22 2 PP T n 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，

11、 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 ， 2 ()f P 22 12 PP PPp 12CuFeCumad pppppp () Fem pp 12 () CuCu pp 2 0.75 N PP 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。 mmm ZRjXm p Fe p 01CuFema Ppppp 1 U 0 I 1 R 1 jX m R m

12、 jX 001CuFema PPpppp 画出空载特性曲线。画出空载特性曲线。 1 U 0 P 0 I 0 异步电动机空载特性曲线异步电动机空载特性曲线 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 、 。 1 U 0 P 0 I 0 P0 I 在下页画出了在下页画出了 曲线。曲线。 2 01 ()Pf U 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

13、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 2 01 ()Pf U 2 1 U 0 P 0 m p Fea pp 0 m p () Fea pp 1 U m p () Fea pp m p Fe p 定子加额定电压时，根据空载试验测得的数据定子加额定电压时，根据空载试验测得的数据 和和 ，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

14、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： 0 I 0 P 0 0 2 0 3 m Pp R I 2 2 000 XZR 1 0 0 U Z I 0 P 0 I 1 U 01m XXX 01m RRR 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。 kkk ZRjX 1s 1 0.4 N UU 1 U 1k I 1k P 1 R 1 jX 2 R 2 jX m R m jX 1 U 1 I 1 U 是测得的三