异步电机等效电路的简化

1、电机学 第五章 异步电机15.6 异步电机等效电路的简化异步电机等效电路的简化“T型型”准确地表示一台异步电机准确地表示一台异步电机简化计算，常将简化计算，常将T T型型电路的励磁支路前移电路的励磁支路前移l变压器：变压器：Z Z* *m m5050，I I* *0 0 0.050.05，Z Z* *1 10.050.05l感应电机：感应电机：Z Z* *m m33，I I* *0 00.250.25，X X* *1 10.050.05励磁电路直接移到电源端将引起较大误差，特别是对小励磁电路直接移到电源端将引起较大误差，特别是对小型电机，常不能满足工程计算的精确度。型电机，常不能满足工程计算的

2、精确度。为消除误差，引入一个为消除误差，引入一个校正系数校正系数1 1，对电路作必要修正，对电路作必要修正，使使形等效电路和形等效电路和T T形等效电路完全等效。形等效电路完全等效。电机学 第五章 异步电机21 1、型等效电路型等效电路( (准确的准确的型等效电路）型等效电路）（较准确的等效电路）（较准确的等效电路）电机学 第五章 异步电机32、简化等效电路、简化等效电路n 对于容量大于对于容量大于100kW100kW的异步电机，有的异步电机，有1 111。则有。则有u简化等效电路求得的定子、转子电流，比简化等效电路求得的定子、转子电流，比T T型电路求得的值偏型电路求得的值偏大，有一定误差，

3、且电机容量越小，误差越大。大，有一定误差，且电机容量越小，误差越大。u分析小型电机还是选用分析小型电机还是选用T T型电路较好；大电机，尤其是在进行型电路较好；大电机，尤其是在进行电力系统计算中，使用近似电路可以大大简化计算，且偏差也电力系统计算中，使用近似电路可以大大简化计算，且偏差也可在允许范围内。可在允许范围内。电机学 第五章 异步电机4电机学 第五章 异步电机5电机学 第五章 异步电机6电机学 第五章 异步电机7电机学 第五章 异步电机8电机学 第五章 异步电机95.7 异步电机参数的测定异步电机参数的测定1 1、试验目的：测取、试验目的：测取 和和一、空载（空转）试验一、空载（空转）

4、试验mmXR ,mecFepp ,2 2、试验方法：、试验方法：定子三相绕组与三相电源（三相调压器）接通；定子三相绕组与三相电源（三相调压器）接通；转子空载（不带任何机械负载）；转子空载（不带任何机械负载）；定子端电压从定子端电压从(1.1(1.11.3)U1.3)UN N下调下调0.2U0.2UN N；记录记录U U1 1、I I0 0，P P0 0，n n（nnnn1 1变化应很小，除去转速变变化应很小，除去转速变动大的数据），绘制曲线动大的数据），绘制曲线电机学 第五章 异步电机103、数据分析、数据分析n 注意：注意：nnnn1 1s0Is0I2 2很小，很小，I I2 20 0 转子

5、铜耗转子铜耗p pCu2Cu2忽略不计忽略不计n 调节过程：调节过程：U U1 1II1 1II0 0n P P0 0=f(U=f(U1 1) )n I I0 0 =f(U=f(U1 1) )电机学 第五章 异步电机110120102admecFeCupppRImPp忽略空载转子绕组损耗0120100admecFepppRImPP机械损耗，转子转动，会有机械损耗，转子转动，会有摩擦阻力、风阻等，消耗的摩擦阻力、风阻等，消耗的功率功率附加损耗（杂散损耗），铁心有附加损耗（杂散损耗），铁心有齿槽、磁场中的高次谐波，产生齿槽、磁场中的高次谐波，产生阻力矩，消耗的功率。（大型阻力矩，消耗的功率。（大型

6、0.5PN；小型；小型(1-3)PN ）21020UppBppadFemadFenU1无关，决定于与mecpmecmecpUp，则只有延长空载损耗线至：分离机械损耗01直线电机学 第五章 异步电机12补充：分离补充：分离p pFeFe和和p pad0ad0的方法的方法n 如果要求进一步把如果要求进一步把p pFeFe和和p pad0ad0分开，需用另一台辅助电分开，需用另一台辅助电动机把感应电动机的转子拖到同步转速动机把感应电动机的转子拖到同步转速n n1 1，进行试验。，进行试验。此时此时n=nn=n1 1；s=0s=0；I I2 2=0=0，转子的机械损耗和空载附加损，转子的机械损耗和空载

7、附加损耗全由辅助电动机供给，定子电流纯为励磁电流耗全由辅助电动机供给，定子电流纯为励磁电流I Im m。n 所以把此时定子输入功率减去此时的定子铜耗便得铁所以把此时定子输入功率减去此时的定子铜耗便得铁耗耗p pFeFe。FeCupRImPpP1201010电机学 第五章 异步电机134、参数计算、参数计算2020020100000RZXImpRIUZ1010XXXXXXmm电动机空载，转子支路近似开路电动机空载，转子支路近似开路定子漏抗短定子漏抗短路试验测得路试验测得201ImpRFem空载时的额定相空载时的额定相电压及相电流电压及相电流电机学 第五章 异步电机14二、短路（堵转）试验二、短路

8、（堵转）试验1.1. 试验目的：测量试验目的：测量Z ZK K=R=RK K+jX+jXK K ；转子电阻；定、转子漏；转子电阻；定、转子漏抗。抗。2.2. 试验方法：试验方法：定子加电压定子加电压(U(Uk k=0.4U=0.4U1N1N) )逐渐降低；逐渐降低；转子堵转；转子堵转；记录记录U Uk k、I Ik k，P Pk k，绘制曲线，绘制曲线I Ik k=f(U=f(Uk k) )、P Pk k=f(U=f(Uk k) ) 3.3. 试验等效电路试验等效电路1R 1X 2X2R mRmXn=0;s=1n=0;s=1R RK K+jX+jXk k电机学 第五章 异步电机154、数据分析

9、、数据分析2221 , ,kkkkkkkkkRZXImPRIUZ1R 1X 2X2R mRmXR RK K+jX+jXk k)()(222211XXjRXjRjXjXRjXRZmmkkk0UmmmkRRX很低，铁耗忽略：所加电机学 第五章 异步电机1622222222212222221)()(XXRXXXRXXXXXRXRRRmmmkmmk211XX）对于一般电机，（)()(222211XXjRXjRjXjXRjXRZmmkkk实部虚部实部虚部分开：分开：1010XXXXXXmm利用空载利用空载试验试验kkmXXXRRRxx21221212，忽略励磁回路的影响）对大型电机，有（1X2X1R2R

10、电机学 第五章 异步电机175 5、关于短路试验的说明、关于短路试验的说明n 在正常工作范围内，定、转子的漏抗基本为一常值。但当高在正常工作范围内，定、转子的漏抗基本为一常值。但当高转差时转差时( (例如起动时例如起动时) )，定、转子电流将比额定值大很多，此，定、转子电流将比额定值大很多，此时漏磁磁路中的铁磁部分将达到饱和，从而使总的漏磁磁阻时漏磁磁路中的铁磁部分将达到饱和，从而使总的漏磁磁阻变大，漏抗变小。变大，漏抗变小。在开始饱和时，在开始饱和时，X Xk k随电流的增加迅速下随电流的增加迅速下降，降，而到电流很大、饱和程度很高时，则基本上而到电流很大、饱和程度很高时，则基本上不变。不变

11、。故在进行故在进行堵转试验时，应力求测得堵转试验时，应力求测得I Ik k=I=I1N1N、I Ik k=(2=(23)I3)I1N1N和和U Uk k=U=U1N1N三点三点数据。然后分别计算不同饱和程度时的漏抗值。数据。然后分别计算不同饱和程度时的漏抗值。u计算工作特性时，计算工作特性时， I Ik k=I=I1N1N ；u计算起动特性时，计算起动特性时， U Uk k=U=U1N1N时的值；时的值；u计算最大转矩时，采用对应于计算最大转矩时，采用对应于(23)I(23)I1N1N时的漏抗值；时的漏抗值；n 这样可使计算结果接近于实际情况。这样可使计算结果接近于实际情况。电机学 第五章 异

12、步电机18和和p234p234例例5.45.4类似类似电机学 第五章 异步电机19电机学 第五章 异步电机205.9 5.9 异步电动机的功率、转矩平衡方程异步电动机的功率、转矩平衡方程 一、功率平衡关系一、功率平衡关系电机学 第五章 异步电机21输入功率输入功率11111cosIUmP 定子铜损定子铜损12111RImpCu定子铁损定子铁损mFeRImp2011 1、异步电动机从电源获取电功率，即输入功率、异步电动机从电源获取电功率，即输入功率2 2、输入功率首先经定子绕组产生定子铜耗、输入功率首先经定子绕组产生定子铜耗3 3、旋转磁场掠过定转子铁心，产生铁耗、旋转磁场掠过定转子铁心，产生铁

13、耗 转子铁心与旋转磁场相对转速为转子铁心与旋转磁场相对转速为snsn1 1较小，故转子铁耗忽略；较小，故转子铁耗忽略；定子铁心与旋转磁场相对转速为定子铁心与旋转磁场相对转速为n n1 1较大；较大；铁耗主要为定子铁耗铁耗主要为定子铁耗 电机学 第五章 异步电机224 4、剩余功率将通过气隙磁场感应到转子绕组，此功率称为、剩余功率将通过气隙磁场感应到转子绕组，此功率称为电磁功率电磁功率电磁功率电磁功率2221222122211C1coscosIEmIEmsRImppPPFeuem转子铜损转子铜损emCusPRImRImp222122222总机械功率总机械功率emCuemmecPsRssImRss

14、ImpPP)1 (112221222225 5、电磁功率、电磁功率P Pemem首先提供转子铜耗首先提供转子铜耗6 6、剩余的电磁功率全部转化为机械功率、剩余的电磁功率全部转化为机械功率电机学 第五章 异步电机237 7、总机械功率克服机械损耗、总机械功率克服机械损耗p pmecmec、附加损耗、附加损耗p pad0ad0，其余功率，其余功率为输出的机械功率为输出的机械功率转轴输出功率转轴输出功率02admecmecppPPpPpppppPPadmeccuFecu202121021admeccuFecupppppp异步电机总异步电机总功率式：功率式：电机总损耗：电机总损耗：在电机参数和转差率在

15、电机参数和转差率s已知的已知的情况下，利用等效电路计算情况下，利用等效电路计算出各个电流，再进一步计算出各个电流，再进一步计算各个功率。各个功率。电机学 第五章 异步电机24 功率功率流程图流程图p pCu1Cu1P Pememp pFe1Fe1p pCu2Cu2p padadp pmecmecP P2 2P P1 1异步电动机的功率平衡方程：异步电动机的功率平衡方程：pPpppppPPFecucuadmec21221admecFecucupppppppPP2121电机学 第五章 异步电机25 各功率间的重要关系式：各功率间的重要关系式：ssRRPpemCu)/(222ssRRssPPemme

16、c1122emmecPsP)1 ( emCusPp2orn上式说明：异步电动机有上式说明：异步电动机有s s存在：转子有铜耗。正常运行异步存在：转子有铜耗。正常运行异步电动机，电动机，nnnn1 1，s s很小很小铜耗很小。铜耗很小。n异步电机的转速异步电机的转速nn，转差率，转差率s s愈大，愈大，sPsPemem愈大。愈大。n当异步电机处于电磁制动状态时：当异步电机处于电磁制动状态时：ns s1 1，p pCu2Cu2PPemem，从定子传递到转子的电磁功率都消耗于转子铜，从定子传递到转子的电磁功率都消耗于转子铜耗还不够，还应从轴上输入机械功率去补偿；耗还不够，还应从轴上输入机械功率去补偿

17、；n当当s s1 1，P Pmecmec0n0 00；电磁转矩方向与转速方向电磁转矩方向与转速方向一致；驱动转矩一致；驱动转矩;电动机电动机Motor sn1 T1 n0;电磁转矩方向与转速方电磁转矩方向与转速方向相反；制动转矩向相反；制动转矩;制制动运行动运行Breaking 起起动动点点n=n1，无电磁感应，无电磁感应作用，作用，Tem=0电机学 第五章 异步电机37在电源电压在电源电压U U1 1和转子电阻和转子电阻R R2 2 一定的情况下，转矩与转差率的一定的情况下，转矩与转差率的关系曲线关系曲线 T Temem=f(s)=f(s)或转速与转矩的关系曲线或转速与转矩的关系曲线n=f(

18、Tn=f(Temem) )，称为，称为电动机的机械特性曲线。电动机的机械特性曲线。三种运行状态：电动，发电，制动三种运行状态：电动，发电，制动s=0,n=ns=0,n=n1 1 ,e,e2 2=i=i2 2=0=0，T Temem=0=0s s较小时，较小时，T Temem与与s s近似成正比；近似成正比；s s很大很大时，时，T Temem与与s s成反比成反比( (以双曲线为渐近以双曲线为渐近线线) )，有最大转矩，有最大转矩T Tmaxmax存在。存在。s=0s=0 ，T Temem ，e e2 2 , , i i2 2 （ s s较小时，较小时，T Temem表达式分母中表达式分母中R

19、 R2 2/s/s 值很大，可值很大，可忽略忽略X X11+X+X22，故，故s s ，T Temem ）；）；s s继续继续 ，T Temem 不多；不多；s s较大时，较大时，s s ,T,Temem , ,( (s s较大时，分母中较大时，分母中R R2 2/s/s 值变小，值变小，X X远大于远大于R R，X X11+X+X22成为成为主要部分，故主要部分，故s s ，T Temem 不多不多；s s较大较大时，时，T Temem= =T Tmaxmax后，后，s s ,T,Temem ）221221122112XXsRRfsRpUmTem电机学 第五章 异步电机38上述分析的简单描述

20、：上述分析的简单描述：s=0s=0T Temem=0=0T Temem i i2 2 ss221221122112XXsRRfsRpUmTemT Tmaxmax达达到到ssT Temem ssX X11+X+X22成为成为主要部分主要部分电机学 第五章 异步电机393 3、最大转矩、最大转矩n 异步电动机的机械特性曲线异步电动机的机械特性曲线T-sT-s上有一个最高点，称为最上有一个最高点，称为最大转矩或临界转矩。大转矩或临界转矩。n 最大转矩可以根据高等数学中求极值的方法求得，最大转矩可以根据高等数学中求极值的方法求得，求导求导2212211221112XXsRRfsRpUmPTemem0d

21、sdTem最大转矩最大转矩临界转差率临界转差率221212)(XXRRsm)(42212111211maxXXRRfpUmT电机学 第五章 异步电机40n + +号表示电动机状态，号表示电动机状态，- -号表示发电机状态号表示发电机状态n 通常通常 ，故，故R R1 12 2可略去，上两式简化为可略去，上两式简化为22121)(XXR)(4211211max212XXfpUmTXXRsm讨论讨论221212)(XXRRsm)(42212111211maxXXRRfpUmT电机学 第五章 异步电机41讨论讨论 T TmaxmaxUU1 12 2；s sm m与与U U1 1无关；无关； T Tm

22、axmax与与R R 2 2没有关系；没有关系；s s与与R R 2 2有关，有关，s sR R 2 2 ；T Tmaxmax的位置可以由转子电的位置可以由转子电阻的大小来调整（串入阻的大小来调整（串入R Rststssm mTTemem=f(s=f(s) )左移；左移；R Rstst串入串入的合适，可使的合适，可使T Tstst=T=Tmaxmax ）；）； T Tmaxmax(1/(1/X Xk k) )； T TmaxmaxUU1 12 2/f/f1 1X Xk k；XXk k=2=2fNfN2 2 ff1 1TTmaxmax(1/f(1/f1 12 2) )；s smm(1/f(1/f

23、1 1) )(4211211max212XXfpUmTXXRsm电机学 第五章 异步电机424 4、过载能力、过载能力k kM Mn 最大转矩与额定转矩之比最大转矩与额定转矩之比n 普通电机普通电机k kM M=1.8=1.82.52.5，起重、冶金等起重、冶金等制造成制造成k kM M=2.7=2.73.73.7。NMTTkmaxl最大电磁转矩对电动机来说具有重要意义，异步电动机运最大电磁转矩对电动机来说具有重要意义，异步电动机运行时，若负载短时突然增大，随后又恢复正常负载：行时，若负载短时突然增大，随后又恢复正常负载：总制动转矩总制动转矩(T(T0 0+T+T2 2)T)T)Tmaxmax

24、，则电动机停转。，则电动机停转。l可见可见T Tmaxmax愈大，电动机短时过载能力越强。愈大，电动机短时过载能力越强。电机学 第五章 异步电机435 5、起动转矩、起动转矩 n 起动转矩则是起动瞬间电动机的电磁转矩起动转矩则是起动瞬间电动机的电磁转矩n 起动瞬间起动瞬间n=0n=0或或s=1s=1时，电动机相当于堵转，这一时刻时，电动机相当于堵转，这一时刻的电磁转矩称为起动转矩或堵转转矩，用的电磁转矩称为起动转矩或堵转转矩，用T Tstst表示，则表示，则有有221221122112XXRRfRpUmTst2212211221112XXsRRfsRpUmPTemem令令s=1s=1电机学 第

25、五章 异步电机441.1. T TststUU1 12 2; T; Tstst反比于反比于f f1 12.2. U U1 12 2、f f1 1不不变变，(X(X1 1 +X+X2 2 )T)Tstst 3.3. 若要求起动时，电磁转矩达到最大，令若要求起动时，电磁转矩达到最大，令s sm m1 1uR R2 2+R Rstst =X=X1 1 +X+X2 2 4.4. 对绕线式电动机当转子回路串电阻对绕线式电动机当转子回路串电阻R Rstst，且，且R R2 2+R Rstst =X=X1 1 +X+X2 2 时，起动转矩等于最大电磁转矩。时，起动转矩等于最大电磁转矩。5.5. 笼型不能串电

26、阻启动笼型不能串电阻启动, ,T Tstst大小不能改变。大小不能改变。221221122112XXRRfRpUmTst讨论：讨论：212XXRsm)(kk1;2ie2kstkstXRRXRR若不限制的串入若不限制的串入R RststTTemem先先后后电机学 第五章 异步电机45起动转矩倍数起动转矩倍数n起动转矩与额定转矩的比值称为起动转矩倍数或堵转转矩起动转矩与额定转矩的比值称为起动转矩倍数或堵转转矩倍数倍数n一般普通异步电动机起动转矩倍数为一般普通异步电动机起动转矩倍数为0.80.81.21.2；笼型；笼型1.01.02.02.0；对起重、冶金等特殊用途的电动机，则要求；对起重、冶金等特

27、殊用途的电动机，则要求2.82.84.04.0nk kstst：反映电机起动负载的能力，：反映电机起动负载的能力，k kstst大大电动机起动快电动机起动快。 NststTTk 电机学 第五章 异步电机46 T Temem=f(s=f(s) )曲线上的重点四个点：曲线上的重点四个点：（结合（结合pptpptp37p37的机械特性分析复习）的机械特性分析复习）T TN NT TststT Tmaxmaxs sm ms sN N1 1电机学 第五章 异步电机47三、实用表达式三、实用表达式n 通过铭牌数据求取电动机电磁转矩通过铭牌数据求取电动机电磁转矩T Temem的方法。的方法。n 已知电机的额

28、定功率已知电机的额定功率P PN N、额定转速、额定转速n nN N、过载能力、过载能力k kM M212XXRsm)(4211211XXfpUmTm电机学 第五章 异步电机482212211221112XXsRRfsRpUmPTemem实用表达式实用表达式电机学 第五章 异步电机49（1）已知）已知P PN N、n nN N，求额定输出转矩，求额定输出转矩T TN NmNnPnPPTNNNNNNN955060/1010332NmTkTmax11nnnsNN忽略空载转矩，有忽略空载转矩，有NmmNemNssssTTTmax2NmTTkmax2NmmNssss（2）k km m求最大电磁转矩求最

29、大电磁转矩T Tmaxmaxn利用实用表达式求利用实用表达式求Tem和和sm；进而得到；进而得到Tem=f(s) 特性曲特性曲线线电机学 第五章 异步电机50（3 3）求临界转差）求临界转差（4 4）将上述）将上述T Tmaxmax、s sm m带入带入 ，并假定，并假定s s0.010.01，0.020.02求取对应的求取对应的T Temem，作，作T Temem=f(s=f(s) )。)1(2mmNmkkssmmemssssTT2maxn 通常通常s sm m0.080.080.200.20，s sN N0.020.060.020.06；s sm m/ss/s/ss/sm m。忽略。忽略s

30、/ss/sm m项，得到简化实用公式：项，得到简化实用公式：memssTT2max适用适用s sN N附近区域附近区域电机学 第五章 异步电机515.65.6电机学 第五章 异步电机52电机学 第五章 异步电机53电机学 第五章 异步电机54电机学 第五章 异步电机55电机学 第五章 异步电机56例：一台绕线异步电动机，从产品目录中，查的部分数据：例：一台绕线异步电动机，从产品目录中，查的部分数据：P PN N20kW20kW、U UN N380V380V、定子、定子、I IN N45.5A45.5A、n nN N730r/min730r/min、k kT T2 2，试作出，试作出T Teme

31、mf f（s s）。）。n 解：解：mNnPTNNN6 .26173020955095500267. 075073075011nnnsNNNmTTkmax22NmmNssss)1(or2mmNmkkss)(0071. 01 . 0增根orsmmmemssssTT2max电机学 第五章 异步电机57mNTssTTstmmst6 .10312maxmNTkTNm2 .52326 .261maxmTsemN6 .418,05. 0emNTsbNN6 .261,0267. 00, 0emTsamNTsdm2 .523, 1 . 0maxmNTscst6 .103, 1mTsemN246, 4 . 0f

32、a ab bd dc c（为准确，再计算（为准确，再计算e e、f f两点）两点）1 10.10.1s sT Temem0.02670.0267mmemssssTT2max电机学 第五章 异步电机58本阶段作业本阶段作业（蓝色必做）（蓝色必做）n 5-11n 5-13 再加一问，若输入同样功率，物理再加一问，若输入同样功率，物理量如何变化？量如何变化？n 5-31n 5-32n 5-37电机学 第五章 异步电机59 先画几个机械特性先画几个机械特性1、三相异步电动机的固有机械特性、三相异步电动机的固有机械特性sn0nNsNnmsm10TNTstTmaxTemABCD电机学 第五章 异步电机60

33、2、三相异步电动机降压时的机械特性、三相异步电动机降压时的机械特性snsm10TLUN0TstTmaxTemn1A0.8UN0.64Tst0.64Tmax电机学 第五章 异步电机613、转子回路串电阻时的机械特性、转子回路串电阻时的机械特性R2+Rs3Tst2sm2R2+Rs2Tst1sm1R2+Rs11 0TstTmTems n0n1smR2电机学 第五章 异步电机624、定子串接电抗器时的机械特性、定子串接电抗器时的机械特性1 0TmTemsms n0n1T Tmm xstsm电机学 第五章 异步电机635.11 异步电动机工作特性异步电动机工作特性n 异步电动机的工作特性是指定子绕组加额

34、定电压异步电动机的工作特性是指定子绕组加额定电压U UN N及及额定频率额定频率f f1 1，随着轴上拖动的机械负载变化（反映为，随着轴上拖动的机械负载变化（反映为输出功率输出功率P P2 2变化），电动机的主要物理量（转差率变化），电动机的主要物理量（转差率s s或转速或转速n n，输出转矩，输出转矩T T2 2, ,定子电流定子电流I I1 1，效率，效率 ，功率因，功率因数数coscos 1 1等）的关系曲线。等）的关系曲线。n 能反映异步电动机的运行情况，是合理选择、使用电能反映异步电动机的运行情况，是合理选择、使用电动机的依据。动机的依据。电机学 第五章 异步电机64P P2 2*

35、*一、转差率特性一、转差率特性 s=f(Ps=f(P2 2) )n方法一：方法一： 空载运行，空载运行，P P2 2=0=0，s s 0, n0, n n n1 1。 在在00，s sm m 区域，区域，T T2 2 T Temem s, s, P P2 2 T T2 2n n sn sn s(1-s)n s(1-s)n1 1 P P2 2 ,s,s ,n,n 。us=f(s=f(P P2 2) )曲线略有上翘的曲线。曲线略有上翘的曲线。特性较硬。特性较硬。n 方法二：方法二：u随着负载功率的增加，转子电随着负载功率的增加，转子电流增大，故转差率随输出功率流增大，故转差率随输出功率增大而增大。

36、增大而增大。 221M1222112221em2CucosICIRm=TIRm=PP=s电机学 第五章 异步电机65二、效率特性二、效率特性其中：其中：P P2 2=P=P1 1-p-pcu1cu1-p-pFeFe-p-pcu2cu2-p-pmecmec-p-padad=P=P1 1- - p pv空载运行：空载运行：P P2 2=0=0， =0=0；只有铁耗和机械损耗；只有铁耗和机械损耗；)(2PfpPpPP2121v不变损耗不变损耗p pFeFe、p pmecmec：从从空载到额定负载运行空载到额定负载运行，因，因 m m基基本不变，本不变，p pFeFe基本不变；基本不变；n n基本不变

37、基本不变, ,机械损耗机械损耗p pmecmec近似不近似不变。变。 v可变损耗可变损耗p pcu1cu1、p pcu2cu2、p padad：p pcu1cu1、p pcu2cu2随着负载的变化而随着负载的变化而变化（变化（I I1 12 2、I I2 22 2 ）；）；p padad也随负载增加而增加。也随负载增加而增加。电机学 第五章 异步电机66n P P2 2从从0 0开始增加，总开始增加，总损耗损耗 p p增加较慢，增加较慢， 上升很快上升很快n 不变损耗可变损耗，即不变损耗可变损耗，即p pFeFe+p+pmecmec= =p pcu2cu2+ +p pcu1cu1+p+pad

38、ad ， 达达到最大值；到最大值；n P P2 2继续增加，继续增加，定转子铜耗定转子铜耗增加增加很快，很快， 反而下降。反而下降。电机学 第五章 异步电机67某系列异步电机额定效率和容量关系某系列异步电机额定效率和容量关系容量容量 N N10kW以下以下7487，10100kW87921001000kW8494，l异步电动机额定效率异步电动机额定效率 N N在在74-94%74-94%之间之间; ;l最大效率发生在最大效率发生在(0.7-1.0)P(0.7-1.0)PN N。l电机容量越大，一般电机容量越大，一般 就越高。就越高。电机学 第五章 异步电机68三、功率因数特性三、功率因数特性n

39、 异步电动机必须从电网吸收滞后的电流来励磁和满足漏异步电动机必须从电网吸收滞后的电流来励磁和满足漏电抗的需要，其功率因数永远小于电抗的需要，其功率因数永远小于1 1。1.1. 空载时，定子电流基本上用来产生主磁通空载时，定子电流基本上用来产生主磁通( (I I1 1=I=Im m) )用于无用于无功励磁功励磁，有功功率很小，功率因数也很低，通常小于，有功功率很小，功率因数也很低，通常小于0.20.2。2.2. 随着负载电流增大，输入电流（定子电流）中的有功分随着负载电流增大，输入电流（定子电流）中的有功分量也增大，功率因数量也增大，功率因数coscos 1 1增大。增大。 3.3. 在额定功率

40、附近，功率因数达到最大值。在额定功率附近，功率因数达到最大值。 4.4. 超过超过P PN N后负载继续后负载继续 cos cos 2 2(转子无功电流分量转子无功电流分量定子与之平衡的无功定子与之平衡的无功电流分量电流分量)cos)cos 1 1下降。下降。)(cos21Pf2222sXarcRtgsP转子回路阻抗角曲线见下页曲线见下页电机学 第五章 异步电机69四、转矩特性四、转矩特性1.1. 异步电动机的输出转矩：异步电动机的输出转矩： 2.2. 转速的变换范围很小，从空载到满载，转速略有下降。转速的变换范围很小，从空载到满载，转速略有下降。 3.3. 转矩曲线为一个上翘的曲线。（近似直

41、线）转矩曲线为一个上翘的曲线。（近似直线） )(22PfT 602222nPPT过过P P* *2 21 1；T T* *2 21 1点点电机学 第五章 异步电机70五、电流特性五、电流特性1.1. 异步电动机定子电流：异步电动机定子电流：2.2. 空载时空载时I I2 2 =0=0，I I1 1= =I I0 0为励磁电流，为励磁电流，电流很小，随着负载电流电流很小，随着负载电流I I2 2 增大，电机的输入电流增大，电机的输入电流I I1L1L增大，故增大，故I I1 1增大。增大。3.3. 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与输出功率呈非线性关

42、系。与输出功率呈非线性关系。相量和21IIImI I1 1=f(=f(P P2 2) )过过P P* *2 21 1；I I* *2 21 1点点电机学 第五章 异步电机71注意事项：注意事项：n 避免避免“大马拉小车大马拉小车”和和“小马拉大车小马拉大车”u异步电机的效率和功率因数都在额定负载附近达到最大异步电机的效率和功率因数都在额定负载附近达到最大值，因此选用电动机时应使电动机的容量与负载相匹配，值，因此选用电动机时应使电动机的容量与负载相匹配，以使电动机经济、合理和安全地使用。以使电动机经济、合理和安全地使用。u若电机容量大，长期轻载（一般指若电机容量大，长期轻载（一般指0.5PN0.

43、5PN以下），不经以下），不经济。济。u若电机容量过小，长期过载，会使电机温升超过允许值，若电机容量过小，长期过载，会使电机温升超过允许值，影响电机寿命，损坏电机。影响电机寿命，损坏电机。电机学 第五章 异步电机725.12 5.12 三相三相异步电动机的起动异步电动机的起动n 当异步电动机投入电网时，电动机从静止状态转动起当异步电动机投入电网时，电动机从静止状态转动起来，然后升速到达稳定运行的转速，这个过程称为起来，然后升速到达稳定运行的转速，这个过程称为起动过程，简称起动。动过程，简称起动。n 起动过程中电流一般较大，为了避免电机在起动过程起动过程中电流一般较大，为了避免电机在起动过程中损

44、坏和降低起动电流对电网的影响，一般希望起动中损坏和降低起动电流对电网的影响，一般希望起动过程越快越好。过程越快越好。 n 衡量电动机起动性能有下面指标：衡量电动机起动性能有下面指标：1.1.起动电流倍数：起动电流倍数：k kI I=I=Istst/I/IN N，尽可能小，尽可能小2.2.起动转矩倍数：起动转矩倍数：k kstst=T=Tstst/T/TN N，尽可能大，尽可能大3.3.起动时间短起动时间短4.4.起动设备尽可能简单、经济、便于操作。起动设备尽可能简单、经济、便于操作。一、起动过程一、起动过程电机学 第五章 异步电机73a)a) 起动电流起动电流I Istst1.1.n=0,s=

45、1,n=0,s=1,异步电机对电网呈现短路阻抗异步电机对电网呈现短路阻抗Z ZK K，流过它，流过它的稳态电流称起动电流。的稳态电流称起动电流。2.2.利用简化等效电路，忽略励磁支路，则起动电流为利用简化等效电路，忽略励磁支路，则起动电流为kstZUXXRRUI12212211)()(s=1s=1电机学 第五章 异步电机74后果：后果：u这样大的起动电流流过电网将引起瞬间线路压降，使这样大的起动电流流过电网将引起瞬间线路压降，使得工作在同一电网上的其他电动机处在低电压工作状得工作在同一电网上的其他电动机处在低电压工作状态，影响了它们的工作，甚至使其停转。态，影响了它们的工作，甚至使其停转。u此

46、外，起动电流过大时，将使电动机本身受到过大电此外，起动电流过大时，将使电动机本身受到过大电磁力的冲击，如果经常起动，还有使绕组过热的危险。磁力的冲击，如果经常起动，还有使绕组过热的危险。起动电流倍数：起动电流倍数：k kI I= =I Istst/I/IN N=4=47 7n 一般笼型一般笼型异步电动机异步电动机Z ZK K* *=0.140.25,=0.140.25,在额定电压在额定电压(U(U1 1* *=1)=1)下直接起动，下直接起动，I Istst* *=4=47 7电机学 第五章 异步电机75b)b) 起动转矩：起动转矩：n 起动转矩倍数起动转矩倍数k kstst=0.9=0.91

47、.31.3nn 起动转矩不大的原因：起动转矩不大的原因：起动时起动时s=1s=1，f f2 2=f=f1 1，X X22RR2 2，转子功率因数角，转子功率因数角 2 2=arctgX=arctgX22/R/R2 29090,coscos 2 2很低很低，因此虽然，因此虽然I I2 2大，大，但但I I2 2coscos 2 2很小。很小。起动电流大，定子阻抗压降大，感应电势起动电流大，定子阻抗压降大，感应电势E E1 1小，小，E E1 1(1/2)U(1/2)U1 1，E E1 1 m m，磁通小磁通小， m m=(1/2)=(1/2) mNmN；n 因此虽然因此虽然I I2 2大，但起动

48、转矩大，但起动转矩T Tstst=C=CM M m mI I2 2coscos 2 2不大不大22cosICTmMem电机学 第五章 异步电机76后果后果n 异步电机异步电机TstT2,才能起动。如果起动转矩过小，就不能才能起动。如果起动转矩过小，就不能在满载下起动，应设法提高。但起动转矩也不能过大，在满载下起动，应设法提高。但起动转矩也不能过大，否则，会使传动机构受到冲击而损坏。否则，会使传动机构受到冲击而损坏。 n 如果机组转动惯性较大，起动转矩小，起动缓慢，将如果机组转动惯性较大，起动转矩小，起动缓慢，将使起动过程中消耗的能量增大，导致电动机发热，严使起动过程中消耗的能量增大，导致电动机

49、发热，严重时甚至烧坏电动机。重时甚至烧坏电动机。l异步电动机起动特点：起动电流大而起动转矩小异步电动机起动特点：起动电流大而起动转矩小l对起动过程的要求：对起动过程的要求：(1)T(1)Tstst足够大；足够大；(2)I(2)Istst不能太大。不能太大。例例: :I Istst* *=6=6， m m* *=0.5,=0.5, coscos 2 2=0.3,=0.3,则则T Tstst* *=0.9=0.9 矛盾！矛盾！22cosICTmMem对电网对电网冲击小冲击小启动过渡启动过渡过程短过程短电机学 第五章 异步电机77二、起动原则和方法二、起动原则和方法1.1. 电动机容量相对于电网容量

50、很小时，可以直接起动；电动机容量相对于电网容量很小时，可以直接起动；2.2. 如果生产机械对转矩要求不大，则只考虑限制电流；如果生产机械对转矩要求不大，则只考虑限制电流；3.3. 如生产机械对转矩要求较高，则既要限制电流，又要如生产机械对转矩要求较高，则既要限制电流，又要保证需要的转矩。保证需要的转矩。n 决定异步电动机起动方法的原则：决定异步电动机起动方法的原则：具体情况具体分析：具体情况具体分析：M冶金冶金M农业农业M电网容量？电网容量？电机容量？电机容量？应用场合？应用场合？电机学 第五章 异步电机78n 起动方法：起动方法：1.1. 笼形异步电动机：笼形异步电动机：1.1.直接起动直接

51、起动；2.2.降压起动降压起动定子绕组串电阻或者电抗；定子绕组串电阻或者电抗；Y Y-起动；起动；自耦变压器起动自耦变压器起动2.2. 绕线式异步电动机：转子串电阻起动绕线式异步电动机：转子串电阻起动电机学 第五章 异步电机795.12.1 5.12.1 （全压）直接起动（全压）直接起动v直接起动：利用闸刀开关或接触器将电动机定子绕组直接起动：利用闸刀开关或接触器将电动机定子绕组直接接到额定电压电网上。直接接到额定电压电网上。v特点：起动设备及操作简单，起动电流较大。特点：起动设备及操作简单，起动电流较大。v现代设计的鼠笼式电动机本身都允许直接起动。现代设计的鼠笼式电动机本身都允许直接起动。电

52、机学 第五章 异步电机80假设电网电压降为额定电压的假设电网电压降为额定电压的0.850.85，TUTU1 12 2起动转矩降为起动转矩降为0.723T0.723TstNstN可满足轻载起动可满足轻载起动电网上其余运转中的电动机的电磁转矩（假定电网上其余运转中的电动机的电磁转矩（假定k kM M1.61.6）：）：可满足额定负载运转，不会停转。可满足额定负载运转，不会停转。u频繁起动频繁起动M M：起动引起电压压降：起动引起电压压降10%10%，可直接起动；，可直接起动；u不频繁起动不频繁起动M M：起动引起电压压降：起动引起电压压降15%15%，可直接起动；，可直接起动；起动起动电机电机电机

53、学 第五章 异步电机81v适用条件条件：电网容量相对较大的情况下采用；适用条件条件：电网容量相对较大的情况下采用；电电机频繁起动程度，以及拖动系统转动惯量大小等因素。机频繁起动程度，以及拖动系统转动惯量大小等因素。各地电业管理部门对此都有规定，用户应遵照执行。各地电业管理部门对此都有规定，用户应遵照执行。v一般只有功率在二三十千瓦以下的小容量异步电动机一般只有功率在二三十千瓦以下的小容量异步电动机才能采用直接起动的方法来起动。而对于功率较大的才能采用直接起动的方法来起动。而对于功率较大的异步电动机通常都采用降压起动。异步电动机通常都采用降压起动。电机学 第五章 异步电机825.12.2 5.1

54、2.2 降压起动降压起动n 不能采用直接起动时：不能采用直接起动时：I IststUU1 1，采用降低电压的办采用降低电压的办法来减小起动电流，简称降压起动法来减小起动电流，简称降压起动降低定子绕组降低定子绕组上所加的电压上所加的电压U1。n 可是，可是，T TststUU1 12 2，U U1 1T Tstst。n 说明降压起动只适用于对起动转矩要求不高的场合，说明降压起动只适用于对起动转矩要求不高的场合，如驱动离心泵、通风机等电动机。如驱动离心泵、通风机等电动机。kstZUXXRRUI12212211)()(221221122112XXRRfRpUmTst电机学 第五章 异步电机83一、定

55、子串电抗降压起动一、定子串电抗降压起动n 在定子绕组中串联电抗或电阻都能降低起动电流，在定子绕组中串联电抗或电阻都能降低起动电流，但串电阻起动能耗较大，只用于小容量电机中。一但串电阻起动能耗较大，只用于小容量电机中。一般都采用般都采用定子绕组串联电抗定子绕组串联电抗降压起动。降压起动。l起动时在定子回路中串电抗器起动时在定子回路中串电抗器X X，开关开关K2K2断开，合上断开，合上K1K1，电机起动。，电机起动。l待起动完毕后，将电抗器待起动完毕后，将电抗器X X切除，切除，即合上开关即合上开关K2K2。l利用电抗器产生的电抗压降，利用电抗器产生的电抗压降，降低电动机定子绕组的端电压。降低电动

56、机定子绕组的端电压。电机学 第五章 异步电机84设设 U UX X/U/U N N=1/a=1/a则此两种情况下电网提供的线电流之比为：则此两种情况下电网提供的线电流之比为：I Istst/I/IstNstN=U=UX X/U/U N N=1/a=1/a降压起动转矩降压起动转矩T Tstst与全压起动的起动转矩与全压起动的起动转矩T TstNstN之比为：之比为：T Tstst/T/TstNstN=(U=(UX X/U/U N N) )2 2=1/a=1/a2 2 串电抗降压电机端电压串电抗降压电机端电压U UX X；全压起动电机端电压全压起动电机端电压U U N N说明，降低起动电流，会明显

57、降低起动转矩。使说明，降低起动电流，会明显降低起动转矩。使I Istst降低的同时，要考虑降低的同时，要考虑T Tstst是否满足要求。是否满足要求。电机学 第五章 异步电机85在已知在已知a a时，可由下述方法求出所串电抗值时，可由下述方法求出所串电抗值X X 。RRk k2 2+(X+(Xk k+X+X ) )2 2=a(R=a(Rk k2 2+X+Xk k2 2) )kstXstNkaZIaUIUZZkX2k22k2Xa1)R-(aX所串电抗值所串电抗值这种起动方法只能用于起动转矩大小无关重要的这种起动方法只能用于起动转矩大小无关重要的场合，如空载起动。场合，如空载起动。电机学 第五章

58、异步电机86二、用二、用Y-起动器起动起动器起动v只有在正常运行时定子绕组接成只有在正常运行时定子绕组接成“”且其三相绕组且其三相绕组首尾六个端子全部引出来的电动机才采用首尾六个端子全部引出来的电动机才采用Y-Y-起动器起动器起动。起动。v起动时，起动时，K K2 2投向投向“起动起动”位置，然后合上位置，然后合上K K1 1，电动，电动机在机在Y Y接法下运行，低压接法下运行，低压起动，转速上升。起动，转速上升。v当转速接近正常运行转当转速接近正常运行转速时，将速时，将K K2 2投向投向“运行运行”位置，电机绕组位置，电机绕组接法，接法，在全压下运行。在全压下运行。电机学 第五章 异步电机

59、87Y-Y-降压起动与全压起动时起动电流关系降压起动与全压起动时起动电流关系stNstNststIIIIII31313131)(相线、电机学 第五章 异步电机88Y-Y-降压起动与全压起动时起动转矩关系：降压起动与全压起动时起动转矩关系：vY Y起动时起动转矩起动时起动转矩T Tstst；直接起动时起动转矩直接起动时起动转矩T TstNstN T Tstst/T/TstNstN=(U=(UX X/U/U N N) )2 2 =(1/ =(1/3)3)2 2=1/=1/3 3vY-Y-起动器价格便宜，操作简单，是小型异步电动机起动器价格便宜，操作简单，是小型异步电动机常用的起动方法。国产常用的起

60、动方法。国产Y Y系列系列4KW4KW以上电动机定子绕组以上电动机定子绕组均采用均采用接法，以便用接法，以便用Y-Y-起动方法起动。起动方法起动。电机学 第五章 异步电机89三、自耦变压器降压起动三、自耦变压器降压起动n 自耦降压起动是利用三相自耦变压器将电动机在起动自耦降压起动是利用三相自耦变压器将电动机在起动过程中的端电压降低。过程中的端电压降低。n 自耦变压器备有抽头，以便得到不同的电压（例如国自耦变压器备有抽头，以便得到不同的电压（例如国产自耦变压器一般有三个抽头，分接电压分别为额定产自耦变压器一般有三个抽头，分接电压分别为额定电压的电压的73%73%、64%64%、55%55%），根