第20章 异步电动机的功率、转矩与运行性能

1、第二十章第二十章 异步电动机的功率、异步电动机的功率、转矩与运行性能转矩与运行性能20-1 三相异步电动机的功率与三相异步电动机的功率与转矩关系转矩关系1. 功率关系（用等效电路分析）功率关系（用等效电路分析）: 当三相异步电动机以转速当三相异步电动机以转速n稳定运行时，从电源稳定运行时，从电源输入的功率输入的功率 为为: 定子铜损耗定子铜损耗 为为:1P1111cos3IUP 1Cup12113RIpCu 在正常情况下，转子的转速接近于同步转速，所在正常情况下，转子的转速接近于同步转速，所以转子回路的铁耗很小，我们给予忽略，因此只以转子回路的铁耗很小，我们给予忽略，因此只计定子回路的铁耗：计

2、定子回路的铁耗： 从等效电路看出，传输给转子回路的电磁功率等从等效电路看出，传输给转子回路的电磁功率等于转子回路全部电阻上的损耗。于转子回路全部电阻上的损耗。 也可表示为：也可表示为：mFeFeRIpp2013sRIppPPFeCuM22211132222222coscos3IEmIEPM20-1 三相异步电动机的功率与三相异步电动机的功率与转矩关系转矩关系 转子绕组中的铜损耗为：转子绕组中的铜损耗为： 这样电磁功率减去转子铜耗，剩下的就是等效电这样电磁功率减去转子铜耗，剩下的就是等效电阻上的损耗，而此损耗实际上是电机转轴上总的阻上的损耗，而此损耗实际上是电机转轴上总的机械功率，用机械功率，用

3、 表示。表示。 电动机在运行时，会产生轴承以及风阻等摩擦阻电动机在运行时，会产生轴承以及风阻等摩擦阻转矩，这也要损耗一部分功率，把这部分功率叫转矩，这也要损耗一部分功率，把这部分功率叫做机械损耗，用做机械损耗，用 表示。表示。MCusPRIp22223mPMCuMmPsRssIpPP)1 (132222mp20-1 三相异步电动机的功率与三相异步电动机的功率与转矩关系转矩关系 当然除了这些损耗外，还有一些附加损耗等，当然除了这些损耗外，还有一些附加损耗等， 这样，输出功率为：这样，输出功率为： 所以整个功率传递过程中的功率关系为：所以整个功率传递过程中的功率关系为： 功率流程图：功率流程图：

4、从以上功率关系定量分析中看出，异步电动机运从以上功率关系定量分析中看出，异步电动机运行时电磁功率、转子回路铜损耗和机械功率三者行时电磁功率、转子回路铜损耗和机械功率三者之间的定量关系是：之间的定量关系是：ammppPP 2amcuFeCupppppPP 21112)1 (12s:s:P:p:PmCuM 20-1 三相异步电动机的功率与三相异步电动机的功率与转矩关系转矩关系2. 转矩关系：转矩关系： 机械功率机械功率 除以轴的角速度除以轴的角速度就是电磁转矩就是电磁转矩 ，即：即：mPTmPT 对功率表达式对功率表达式 两边同除以角速两边同除以角速度度 得转矩关系：得转矩关系：022TTTTTT

5、amammppPP2 式中，式中，T2 为电动机转轴输出转矩，为电动机转轴输出转矩，T0=Tm+Ta 为为空载转矩。空载转矩。20-1 三相异步电动机的功率与三相异步电动机的功率与转矩关系转矩关系 电磁转矩电磁转矩 T 与电磁功率与电磁功率 的关系为：的关系为：MP11602)1(602MmmmPnsPnPPT 式中式中1为同步角速度（用机械角度表示），等为同步角速度（用机械角度表示），等于常数。于常数。 将将 代入上式得电磁转矩表达代入上式得电磁转矩表达 式为：式为：2222cosIEmPM20-1 三相异步电动机的功率与三相异步电动机的功率与转矩关系转矩关系602cos122221nIEm

6、PTM 602cos21222122nIkNfmmdp 22cos ICmT 22222cos2 IkpNmmdp 20-1 三相异步电动机的功率与三相异步电动机的功率与转矩关系转矩关系 式中式中 ： 是一常数，称转矩因数。是一常数，称转矩因数。 从式中可以看出，三相异步电动机得电磁转矩从式中可以看出，三相异步电动机得电磁转矩T的大小与气隙每极磁通量的大小与气隙每极磁通量 、转子相电流、转子相电流 I2 以以及转子功率因数及转子功率因数 三者的乘积成正比。三者的乘积成正比。 或者或者说与气隙每极磁通量和转子电流的有功分量乘积说与气隙每极磁通量和转子电流的有功分量乘积成正比。成正比。2222dp

7、TkpNmC 2cos2222222coscos2 ICIkpNmTmTmdp m20-1 三相异步电动机的功率与三相异步电动机的功率与转矩关系转矩关系1）转速特性）转速特性 : 三相异步电动机空载时，转子的转速三相异步电动机空载时，转子的转速n接近于同接近于同步转速步转速 。 随着负载的增加，转速随着负载的增加，转速n要略微降低，这时转子要略微降低，这时转子电动势电动势 增大，转子电流增大，转子电流 增大，以产生大增大，以产生大 的电磁转矩来平衡负载转矩。因此，随着的电磁转矩来平衡负载转矩。因此，随着P2的增的增加，转子转速加，转子转速n下降，转差率下降，转差率s增大。增大。)(2Pfn 1

8、nSE2SI220-3 三相异步电动机的工作特三相异步电动机的工作特性性2）定子电流特性）定子电流特性 ： 空载时，转子电流基本上为零，此时的定子电流空载时，转子电流基本上为零，此时的定子电流就是励磁电流就是励磁电流I0，随着负载的增加，转速降低，随着负载的增加，转速降低，转子电流增大，定子电流也增大。转子电流增大，定子电流也增大。20-3 三相异步电动机的工作特三相异步电动机的工作特性性)(21PfI 3）定子边功率因数）定子边功率因数 ： 已知三相异步电动机运行时必须从电网中吸收已知三相异步电动机运行时必须从电网中吸收滞后的无功功率来建立磁场，所以它的功率因滞后的无功功率来建立磁场，所以它

9、的功率因数永远小于数永远小于1。 空载时，定子侧的功率因数很低，不超过空载时，定子侧的功率因数很低，不超过0.2。 接近额定负载时接近额定负载时,定子电流中的有功电流增加，定子电流中的有功电流增加，使功率因数提高，接近于使功率因数提高，接近于1。 但是如果进一步增大负载但是如果进一步增大负载,由于转差率的增大，由于转差率的增大，使功率因数角增大，则功率因数减小。使功率因数角增大，则功率因数减小。)(cos21Pf20-3 三相异步电动机的工作特三相异步电动机的工作特性性4）电磁转矩特性）电磁转矩特性 稳定运行时异步电动机的转矩方程为稳定运行时异步电动机的转矩方程为 输出功率输出功率 ，所以，所

10、以 当电动机空载时，电磁转矩当电动机空载时，电磁转矩 。随着负载。随着负载增加，增加， 增大，由于机械角速度增大，由于机械角速度变化不大，电磁变化不大，电磁转矩转矩 T 随的变化近似地为一条直线。随的变化近似地为一条直线。)(2PfT 20TTT22TP20PTT0TT 2P20-3 三相异步电动机的工作特三相异步电动机的工作特性性5）效率特性）效率特性 : 空载时，空载时， = 0， = 0，随着输出功率的增加，随着输出功率的增加，效率也在增加。效率也在增加。)(2PfpPpPP21212P20-3 三相异步电动机的工作特三相异步电动机的工作特性性 在正常运行范围内因主磁通变化很小，所以铁耗

11、在正常运行范围内因主磁通变化很小，所以铁耗变化不大，机械损耗变化也很小，合起来叫变化不大，机械损耗变化也很小，合起来叫不变不变损耗损耗。定、转子铜耗与电流平方成正比，变化很。定、转子铜耗与电流平方成正比，变化很大，叫大，叫可变损耗可变损耗。 当当不变损耗等于可变损耗不变损耗等于可变损耗时，电动机的效率达到时，电动机的效率达到最大。最大。 对中、小型异步电动机，大约对中、小型异步电动机，大约 时，效时，效率最高。如果负载继续增大，效率反而要降低。率最高。如果负载继续增大，效率反而要降低。 一般来说，电动机的容量越大，效率越高。一般来说，电动机的容量越大，效率越高。 NPP75. 0220-3 三

12、相异步电动机的工作特三相异步电动机的工作特性性2. 用试验法测三相异步电动机的工作特性用试验法测三相异步电动机的工作特性: 直接负载试验是在电源电压为额定电压、额定直接负载试验是在电源电压为额定电压、额定频率的条件下，给电动机的轴上带上不同的机频率的条件下，给电动机的轴上带上不同的机械负载，测量不同负载下的输入功率、定子电械负载，测量不同负载下的输入功率、定子电流、转速流、转速n，即可算出各种工作特性，并画成，即可算出各种工作特性，并画成曲线。曲线。20-3 三相异步电动机的工作特三相异步电动机的工作特性性 20-4 三相异步电动机参数的测定三相异步电动机参数的测定 上面已经说明，为了要用等值

13、电路计算异步上面已经说明，为了要用等值电路计算异步电动机的工作特性，应先知道它的参数。和变压电动机的工作特性，应先知道它的参数。和变压器一样，通过做空载和堵转（短路）两个试验，器一样，通过做空载和堵转（短路）两个试验，就能求出异步电动机的参数。就能求出异步电动机的参数。1. 堵转堵转 (短路短路)试验试验: 堵转试验又叫短路试验，即把绕线型异步电机的堵转试验又叫短路试验，即把绕线型异步电机的转子绕组短路，并把转子卡住，不使其旋转，鼠转子绕组短路，并把转子卡住，不使其旋转，鼠笼型电机转子本身已短路。笼型电机转子本身已短路。 试验过程：试验过程：从从 开始，然后逐渐降电开始，然后逐渐降电压。记录定

14、子绕组加的端电压压。记录定子绕组加的端电压 、定子电流、定子电流 和定子输入功率和定子输入功率 。根据试验数据，画出异步。根据试验数据，画出异步电动机的短路特性电动机的短路特性 、 ，如图。如图。 同时试验时还应测量定子绕组的电阻同时试验时还应测量定子绕组的电阻 。NUU4 . 01KI1KP1)(11UfIK)(11UfPK1U 目的：目的：测定短路阻抗测定短路阻抗 、转子电阻、转子电阻 、短路、短路电抗电抗 。kZ2RkX 20-4 三相异步电动机参数的测定三相异步电动机参数的测定1R 因电压低，铁损耗可忽略，为了简单起见，可认因电压低，铁损耗可忽略，为了简单起见，可认为为 ， ，即励磁支

15、路可视为开路。，即励磁支路可视为开路。 由于试验时，转速由于试验时，转速n0，机械损耗，机械损耗 ，定子，定子全部的输入功率全部的输入功率 都损耗在定、转子的电阻上，都损耗在定、转子的电阻上，即即 由于由于 ，所以，所以2zzm00I0mpKP12221211)( 33RIRIPK00IKIII112)(321211RRIPKK 20-4 三相异步电动机参数的测定三相异步电动机参数的测定 根据短路试验测得的数据，可以算出短路阻抗、根据短路试验测得的数据，可以算出短路阻抗、短路电阻和短路电抗。即短路电阻和短路电抗。即22211113,kkkkkkKkRZXIPRIUZ2121,XXXRRRkk2

16、21kXXX 20-4 三相异步电动机参数的测定三相异步电动机参数的测定2. 空载试验空载试验:试验目的试验目的:测定励磁阻抗测定励磁阻抗 ，机械损耗，机械损耗 pm 和和铁心损耗铁心损耗 pFe 。试验过程试验过程: 转轴上不加任何负载，即电动机处于空载运行。转轴上不加任何负载，即电动机处于空载运行。 让电动机在额定电压下运行一段时间，使其机械让电动机在额定电压下运行一段时间，使其机械损耗达到稳定值。损耗达到稳定值。 用调压器调节电源电压，使定子绕组上的电压从用调压器调节电源电压，使定子绕组上的电压从（1.11.3）UN开始，逐渐降低电压开始，逐渐降低电压 ,直到电动机直到电动机的转速发生明

17、显的变化为止。的转速发生明显的变化为止。mmXR , 20-4 三相异步电动机参数的测定三相异步电动机参数的测定 记录电动机的端电压、空载电流、空载功率记录电动机的端电压、空载电流、空载功率P0和和转速转速n，并画成曲线。如图所示，即异步电动机，并画成曲线。如图所示，即异步电动机的空载特性。的空载特性。 20-4 三相异步电动机参数的测定三相异步电动机参数的测定 由于异步电动机处于空载状态，转子电流很小，由于异步电动机处于空载状态，转子电流很小，转子里的铜损耗可忽略不计。所以这时的空载功转子里的铜损耗可忽略不计。所以这时的空载功率全部消耗在定子铜耗、铁耗、机械损耗和附加率全部消耗在定子铜耗、铁

18、耗、机械损耗和附加损耗中，即损耗中，即: 转换一下转换一下:amFepppRIP12003amFepppRIPP120003 20-4 三相异步电动机参数的测定三相异步电动机参数的测定 这样就可以作出这样就可以作出 对对 的关系曲线。的关系曲线。0P21U pFe 的大小近似地与外施电压的平方成正比，的大小近似地与外施电压的平方成正比， 即即 ；21UpFe pm 仅与转速有关，仅与转速有关， pm 近似为常值。近似为常值。上述损耗中：上述损耗中： 20-4 三相异步电动机参数的测定三相异步电动机参数的测定 关系曲线基本是一条直线；延长直线关系曲线基本是一条直线；延长直线与纵轴相交，与纵轴相交， 交点以下部分，交点以下部分， 即为即为机械损耗机械损耗pm， 额定电压时的铁耗额定电压时的铁耗即可从图中对应的即可从图中对应的 点求取。点求取。)(210UfP 21NU 20-4 三相异步电动机参数的测定三相异步电动机参数的测定 定子加额定电压时，根据空载试验测得