电机拖动_第五章_异步电机(二)ppt课件

1、电电机机学学及及拖拖动动基基础础重庆大学自动化学院重庆大学自动化学院电电机机学学及及拖拖动动基基础础第五章第五章 异步电机二异步电机二三相异步电动机的运转原理三相异步电动机的运转原理电电机机学学及及拖拖动动基基础础 主要内容主要内容第一节第一节 三相异步电动机运转时的电磁过程三相异步电动机运转时的电磁过程第二节第二节 三相异步电动机的等效电路及向量图三相异步电动机的等效电路及向量图第三节第三节 三相异步电动机的功率和转矩三相异步电动机的功率和转矩第四节第四节 三相异步电动机的任务特性及其测取方法三相异步电动机的任务特性及其测取方法第五节第五节 三相异步电动机参数的测定三相异步电动机参数的测定第

2、六节第六节 三相异步电动机的转矩与转差率的关系三相异步电动机的转矩与转差率的关系电电机机学学及及拖拖动动基基础础第三节第三节 三相异步电动机的功率和转矩三相异步电动机的功率和转矩 直流电动机：直流电动机：磁场由定、转子绕组双边的电流共同鼓励；磁场由定、转子绕组双边的电流共同鼓励；气隙磁场随着负载变化，产生电枢反响。气隙磁场随着负载变化，产生电枢反响。 异步电动机：异步电动机：磁场仅由定子绕组一边的电流来建立；磁场仅由定子绕组一边的电流来建立；气隙磁场根本上与负载大小无关，无电枢反气隙磁场根本上与负载大小无关，无电枢反响。响。 异步电动机的机电能量转换过程和直流电动机类异步电动机的机电能量转换过

3、程和直流电动机类似：输入电功率似：输入电功率电磁感应电磁感应输出机械功率输出机械功率 机电能量转换的关键在于：作为耦合介质的磁场机电能量转换的关键在于：作为耦合介质的磁场电电机机学学及及拖拖动动基基础础一一 功率转换过程功率转换过程 功率转换过程：功率转换过程：输入输入从定子绕组输入电功率从定子绕组输入电功率P1P1定子定子定子铜耗定子铜耗pCu1 + pCu1 + 定子铁耗定子铁耗pFe + pFe + 电磁功率电磁功率PePe转子转子转子铜耗转子铜耗pCu2 + pCu2 + 转子铁耗转子铁耗 + + 总机械功率总机械功率PmechPmech输出输出机械损耗机械损耗pmech + pmec

4、h + 附加损耗附加损耗p + p + 净机械功净机械功率率P2P2 通常，转差率很小，转子铁心中磁通变化频率很低，转子通常，转差率很小，转子铁心中磁通变化频率很低，转子铁耗可忽略不计铁耗可忽略不计 假设转差率较大，那么假设转差率较大，那么f2f2较大，就应该思索转子铁耗较大，就应该思索转子铁耗电电机机学学及及拖拖动动基基础础异步电动机的能量转换关系异步电动机的能量转换关系异步电动机的功率图异步电动机的功率图直流电动机的功率图直流电动机的功率图电电机机学学及及拖拖动动基基础础二二 功率方程式功率方程式1122()CuFeeeCumechmechmechPppPPpPPppP111 11211

5、11212212221 2221 2222221 21 22coscos(1)CuFemmeCuemecheCuePmU Ipm I Rpm I RRPm E Im Ispm I RsPRPPpm Im I Rs Ps 式中，式中，U1U1定子相电压定子相电压I1I1定子相电流定子相电流 定子功率因数角定子功率因数角 转子功率因数角转子功率因数角sPesPe转差功率转差功率12转速转速n n越低，转差越低，转差率率s s越大，即转差越大，即转差功率越大，那么功率越大，那么转子铜耗就越大转子铜耗就越大电电机机学学及及拖拖动动基基础础三三 转矩方程式转矩方程式 由机械功率方程式：由机械功率方程式：

6、除以转子的机械角速度除以转子的机械角速度，得到稳态转矩方程式：，得到稳态转矩方程式： 电动机稳态运转时的转矩平衡规律电动机稳态运转时的转矩平衡规律电磁转矩与总的机电磁转矩与总的机械转矩相平衡。械转矩相平衡。2()mechmechPPpp20eTTTTeTe电磁转矩电磁转矩T2T2输出机械转矩，或负载制动转矩输出机械转矩，或负载制动转矩T0T0空载转矩，空载转矩，0mechppT 电磁转矩电磁转矩TeTe既可用转子的总机械功率除以转子机械角速度既可用转子的总机械功率除以转子机械角速度来计算，也可用电磁功率除以同步角速度来计算：来计算，也可用电磁功率除以同步角速度来计算：(1)mecheeessn

7、Ps PPPnmecheesPPT电电机机学学及及拖拖动动基基础础四四 电磁转矩公式电磁转矩公式22e22e1 21 21222011cos2ssPRRppTm Im Im E Issf 代入归算过的转子电动势，代入归算过的转子电动势，21112wmEf N k 得到异步电动机的电磁转矩公式：得到异步电动机的电磁转矩公式：式中，式中，111e22122coscos2wmTmpm N kTICI 111T12wpm N kC转矩常数转矩常数可见，异步电动机的电磁转矩可见，异步电动机的电磁转矩TeTe的大小：与每极磁通的大小：与每极磁通mm、归算后转子电流的有功分量、归算后转子电流的有功分量 成正

8、比。成正比。22cosI电电机机学学及及拖拖动动基基础础第四节第四节 三相异步电动机的任务特性三相异步电动机的任务特性及其测取方法及其测取方法 异步电动机的任务特性：是指在额定电压和额定异步电动机的任务特性：是指在额定电压和额定频率运转情况下，电动机的转速频率运转情况下，电动机的转速n n、定子电流、定子电流I1I1、功率因数功率因数 、电磁转矩、电磁转矩TeTe、效率、效率等与输出等与输出功率功率P2P2的关系，即的关系，即U1=U1NU1=U1N、f=fNf=fN时时n=f(P2)n=f(P2)、I1=f(P2)I1=f(P2)、 、Te=f(P2)Te=f(P2)、=f(P2)=f(P2

9、)。 转子电流普通不能直接测取，故不能简化，这些转子电流普通不能直接测取，故不能简化，这些特性非对输出功率而言不可。特性非对输出功率而言不可。1cos12cos()f P电电机机学学及及拖拖动动基基础础一一 任务特性的分析任务特性的分析 空载时：空载时：P20P20、I20I20，故，故s0s0、nnsnns 负载增大时：负载增大时：P2P2添加、添加、I2I2增大以产生更大的电磁功率，故增大以产生更大的电磁功率，故s s也增大、也增大、n n稍有下降稍有下降 普通转子铜耗很小，额定负载时：普通转子铜耗很小，额定负载时：s1.5%s1.5%5%5%，那么，那么n(0.985n(0.9850.9

10、5)ns0.95)ns异步电动机的转速特性为一条稍向下倾斜的曲线。异步电动机的转速特性为一条稍向下倾斜的曲线。1 1、转速特性、转速特性2()nf P2Cu2222e22221cossssnnPm I RnsnnPm E I 2sI电电机机学学及及拖拖动动基基础础 空载时：定子电流几乎全部为励磁电流空载时：定子电流几乎全部为励磁电流ImIm 负载增大时：负载增大时：P2P2添加、添加、n n下降、下降、I2I2增大，故增大，故I1I1随之增大随之增大异步电动机的定子电流几乎随异步电动机的定子电流几乎随P2P2按正比例添加。按正比例添加。2 2、定子电流特性、定子电流特性)(21PfI 12()

11、mIII 3 3、功率因数特性、功率因数特性)(cos21Pf 空载时：空载时：I1I1根本为无功励磁，功率因数很低，约根本为无功励磁，功率因数很低，约0.10.10.20.2 负载增大时：负载增大时：I1I1有功分量随有功分量随I2I2添加，故功率因数提高添加，故功率因数提高 接近额定负载时：功率因数到达最大接近额定负载时：功率因数到达最大 超越额定负载后：超越额定负载后：s s变得较大，变得较大， 变大，变大，I2I2无无功分量添加，故功率因数又重新下降功分量添加，故功率因数又重新下降222arctan/X s R电电机机学学及及拖拖动动基基础础 负载不超越额定值时，负载不超越额定值时，转

12、速变化很小，而转速变化很小，而T0T0又以为根本不变又以为根本不变电磁转矩特性近似为一条斜率为电磁转矩特性近似为一条斜率为1/1/的直的直线。线。4 4、电磁转矩特性、电磁转矩特性e2()Tf P5 5、效率特性、效率特性)(2Pfe0202/TTTTP 212FemecCu1Chu21100%100%pppPPPppp 可变损耗小于不变损耗时：效率随负载的添加而添加可变损耗小于不变损耗时：效率随负载的添加而添加 可变损耗等于不变损耗时：效率最大可变损耗等于不变损耗时：效率最大 可变损耗大于不变损耗时：效率随负载的添加而减小可变损耗大于不变损耗时：效率随负载的添加而减小电电机机学学及及拖拖动动

13、基基础础二二 任务特性的求取任务特性的求取 任务特性的求取任务特性的求取可用直接负载法经过实验求可用直接负载法经过实验求取；也可用等效电路进展计算求取。取；也可用等效电路进展计算求取。 直接负载法：坚持电源电压和频率为额定值，加负载到额直接负载法：坚持电源电压和频率为额定值，加负载到额定值的定值的5/45/4，然后减少负载到额定值的，然后减少负载到额定值的1/41/4，分别读取，分别读取P1P1、I1I1、n n，计算不同负载下，计算不同负载下 、TeTe、，绘制任务特性。，绘制任务特性。1cos 等效电路法：可以为代表励磁特性的励磁阻抗不变、代表等效电路法：可以为代表励磁特性的励磁阻抗不变、

14、代表漏磁通对绕组电磁效应的漏电抗不变，即等效电路参数在漏磁通对绕组电磁效应的漏电抗不变，即等效电路参数在额定电压和频率下根本不变。给定等效电路参数、机械损额定电压和频率下根本不变。给定等效电路参数、机械损耗和附加损耗，按不同耗和附加损耗，按不同s s，计算，计算n n、I1I1、 、TeTe、，直，直到到P2P2到达或超越额定值为止，由计算结果绘制任务特性。到达或超越额定值为止，由计算结果绘制任务特性。1cos电电机机学学及及拖拖动动基基础础第五节第五节 三相异步电动机参数的测定三相异步电动机参数的测定 表示空载形状的励磁参数：励磁阻抗表示空载形状的励磁参数：励磁阻抗ZmZm、RmRm、XmX

15、m决议于电动机主磁路的饱和程度，非线决议于电动机主磁路的饱和程度，非线性性空载实验空载实验 对应堵转电流的堵转参数：漏阻抗对应堵转电流的堵转参数：漏阻抗Z1Z1、R1R1、X1X1、Z2Z2、R2R2、X2X2与电动机饱和程度无关，线性与电动机饱和程度无关，线性堵转实验堵转实验电电机机学学及及拖拖动动基基础础一一 空载实验与励磁参数确实定空载实验与励磁参数确实定 在额定电压和额定频率下，轴上不带任何负载的运转。在额定电压和额定频率下，轴上不带任何负载的运转。1 1、空载实验、空载实验 调理电源电压从调理电源电压从1.11.11.31.3开场，下降到开场，下降到转速发生明显变化时，丈转速发生明显

16、变化时，丈量点，记录端电压、量点，记录端电压、空载电流、空载功率和转空载电流、空载功率和转速，绘制空载特性曲线：速，绘制空载特性曲线：空载特性曲线空载特性曲线电电机机学学及及拖拖动动基基础础1 1机械损耗和铁耗的分别机械损耗和铁耗的分别空载时，空载时，s0s0、I20I20铁耗与磁密平方、即与端电压平方成正比铁耗与磁密平方、即与端电压平方成正比机械损耗仅与电动机转速有关，空载时可以为是恒值机械损耗仅与电动机转速有关，空载时可以为是恒值2 2、励磁参数、铁耗及机械损耗确实定、励磁参数、铁耗及机械损耗确实定2101 11Femechpm I Rpp2101 11Femechpm I Rpp电电机机

17、学学及及拖拖动动基基础础2 2励磁参数确实定励磁参数确实定空载时，空载时，s0s0等效电路中的附加电阻无穷大，电路呈开路形状等效电路中的附加电阻无穷大，电路呈开路形状励磁参数为：励磁参数为：1m1010UZZZIFem21 10pRm I22000XZR01mXXX空载等效电路空载等效电路其中，其中，X1X1可由堵转实验确可由堵转实验确定定电电机机学学及及拖拖动动基基础础二二 堵转实验及堵转参数确实定堵转实验及堵转参数确实定 堵转时，是使转子堵住不转，堵转时，是使转子堵住不转，n=0n=0、s=1s=1。 从从U10.4U1NU10.4U1N开场往下丈量开场往下丈量5 57 7个点，记录端电压

18、、堵个点，记录端电压、堵转电流和功率，并丈量定子转电流和功率，并丈量定子绕组的电阻，绘制堵转特性绕组的电阻，绘制堵转特性曲线：曲线：堵转特性曲线堵转特性曲线堵转等效电路堵转等效电路代表总机械功率代表总机械功率的附加电阻为的附加电阻为0 0电电机机学学及及拖拖动动基基础础 由于由于ZmZ2ZmZ2，可以为励磁支路相当于开路，那么，可以为励磁支路相当于开路，那么Im0Im0，铁耗可忽略不计。铁耗可忽略不计。2211 111 22kpm I Rm I R2211 1k121 1kk()kpm IRRm I R 堵转参数为：堵转参数为：1k1kUZI1kk1221 1kpRRRm I22k12kkXX

19、XZR对于大中型异步电动机：对于大中型异步电动机：X1X2Xk/2X1X2Xk/2对于对于100kW100kW以下的小型异步电动机：以下的小型异步电动机：X20.67XkX20.67Xk2 2、4 4、6 6极；极；X20.57XkX20.57Xk8 8、1010极极电电机机学学及及拖拖动动基基础础第五节第五节 三相异步电动机的转矩与转三相异步电动机的转矩与转差率的关系差率的关系 三相异步电动机的机械功率为输出机械转矩与转三相异步电动机的机械功率为输出机械转矩与转速的乘积；速的乘积； 输出转矩为电磁转矩的主要成分；输出转矩为电磁转矩的主要成分； 转速的派生量为转差率转速的派生量为转差率电磁转矩电磁转矩TeTe与转差率与转差率s s之间的关系非常重之间的关系非常重要。要。电电机机学学及及拖拖动动基基础础 电磁转矩：电磁转矩： 由近似等效电路得：由近似等效电路得：22e1 21sRTm Is12222112UIRRXXs 近似等效电路近似等效电路 三相异步电动机的电磁转矩与转差