Chap-3异步电动机

1、CompanyLOGOChap. 3Chap. 3异步电动机异步电动机雷廷平雷廷平2/80一、结构一、结构二、工作原理二、工作原理三、三、磁动势磁动势四、四、电动势电动势五、空载运行和负载运行五、空载运行和负载运行六、等效电路与相量图六、等效电路与相量图七、功率及转矩七、功率及转矩八、工作特性八、工作特性九、参数测定九、参数测定十、起动和调速十、起动和调速33.1概述n 电机分类交流电动机交流电动机电动机电动机直流电动机直流电动机鼠笼式鼠笼式绕线式绕线式异步机异步机同步机同步机他励、异励、串励、复励他励、异励、串励、复励同步电机同步电机发电机发电机电动机电动机主要用途变频调速异步电机异步电机主

2、要用作电动机4n 铭牌数据（1）额定功率PN：指电动机额定运行时轴端输出的机械功率，单位一般为kW。（2）额定电压UN：电机额定运行时定子绕组上所加的线电压，V或kV（3）额定电流IN：定子加额定电压，轴端输出额定功率时的定子线电流，单位A。（4）额定频率f1：我国工频为50Hz。（5）额定转速nN：额定运行时转子的转速，单位为r/min。3.1概述5n 铭牌数据定子绕组接线方法3.1概述6n 国产主要系列n JO2系列 老式，一般用途的小型笼型异步电动机，封闭风扇冷式。n Y系列 取代JO系列的新系列小型通用笼型异步电动机。n YR系列 新系列绕线转子异步电动机。3.1概述7n 定子由定子铁

3、芯、定子绕组和机座三个主要部分组成。铁心内圆周槽安放定子三相对称绕组。3.2结构8n 转子异步电动机转子由转子铁芯、转子绕组、转轴组成。转子铁芯的外圆周上槽内安放转子绕组。鼠笼式鼠笼式绕线式绕线式由槽内导条和端环构成三相对称闭合绕组。由槽内导条和端环构成三相对称闭合绕组。常接成常接成Y形，可串入电阻启动和调速时用形，可串入电阻启动和调速时用3.2结构9n 气隙n 定子铁芯与转子铁芯之间的空间间隙3.2结构10Y180M-2型三相异步电机，PN=22kW，UN=380V，三角形联结，IN=42.2A，fN=50Hz，nN=2940r/min，功率因数为0.89.求：（1）转差率；（2）定子绕组的

4、相电流；（3）输入的有功功率；（4）效率。同步转速为3000r/min，故转差率：0NN0300029400.023000nnsn三角形联结，故线电流是相电流的1.732倍N1p42.224.4A33II输入的有功功率1NNN3cos338042.20.8924.72kWPU I效率：NN1N2289%24.72PPn 例题3.2结构113.3工作原理n 旋转磁场n1neiNSf磁铁磁铁闭合闭合线圈线圈e方向用方向用右手定则右手定则确定确定f方向用方向用左手定则左手定则确定确定磁场旋转磁场旋转121. 线圈跟着磁铁转线圈跟着磁铁转两者转动方向一致两者转动方向一致2. 线圈比磁场转得慢线圈比磁场

5、转得慢1nnn1neiNSf异步异步3.3工作原理n 旋转磁场133.3工作原理n 旋转磁场YBZXAC转子转子定子定子定子绕组定子绕组（三相）（三相）机机 座座143.3工作原理n 旋转磁场AYCBZ异步电机中异步电机中,旋转磁场代替了旋转磁极旋转磁场代替了旋转磁极AiBiCimIt()电流出电流出( )电流入电流入X240sin120sinsinmCmBmAtIitIitIi150tAXYCBZNSAiBiCimItBiAXBYCZAiCi合成磁场方向：合成磁场方向：向下向下3.3工作原理n 旋转磁场16180tXBZ1nAYC 60tAXYCBZSN1n60A120tXYCBZ1n同理分

6、析，可得同理分析，可得其它电流角度下其它电流角度下的磁场方向：的磁场方向：AiBiCitmI3.3工作原理n 旋转磁场173.3工作原理n 旋转磁场旋转方向旋转方向：取决于三相电流的相序。：取决于三相电流的相序。1n1n改变电机的旋转方向：换接其中两相。改变电机的旋转方向：换接其中两相。AiBiCimItAiCiBimIt183.3工作原理n 旋转磁场转速）或(rpm 60;(rps)11fnfn电流频率为电流频率为 f Hz，则磁场，则磁场1/f 秒旋转秒旋转1圈，每秒旋圈，每秒旋转转f 圈。每分钟旋转：圈。每分钟旋转：n1称为称为同步转速同步转速rpm3000,501nHzf 一个电流周期

7、，旋转磁场在空间转过360193.3工作原理n 旋转磁场极对数BiAXBYCZAiCi1p此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为1。即：即：AXYCBZNS203.3工作原理n 旋转磁场极对数CYABCXYZAXBZAiBiCiX AAXBYBYCZCZ将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。形成的磁场则是两对磁极。213.3工作原理n 旋转磁场极对数极对数极对数2pAXX ANSSNZCZCBYBYCYABCXYZAXBZAiCiBiAiBiCimIt0t223.3工作原理n 极对数和转速的关系XNSASNZBX AYCZBCY0t）(rp

8、m 601pfn 60t A0nAZXXCZCSNSN30AiBiCimIt233.3工作原理n 同步转速）(rpm 601pfn 2p180）(rpm 50011p360）(rpm 0003极对数极对数每个电流周期每个电流周期磁场转过的空间角度磁场转过的空间角度同步转速同步转速)Hz50(f1n3p120）(rpm 0001243.3工作原理n 转速关系电动机转速和旋转磁场同步转速的关系电动机转速和旋转磁场同步转速的关系电动机转速（额定转速）电动机转速（额定转速）:n电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致， 但但 异步异步电动机电动机1nn 无转矩无转矩转

9、子与旋转磁场间没有相对运动转子与旋转磁场间没有相对运动无转子电动势（转子导体不切割磁力线）无转子电动势（转子导体不切割磁力线）无转子电流无转子电流提示提示：如果如果1nn 253.3工作原理n 转差率 S%10011nnns异步电机运行中异步电机运行中:%91s旋转磁场的同步转速(n1)和电动机转速(n)之差与 n1 之比。即：电动机启动瞬间:1 ,0sn（转差率最大）转差率最小），转子最大转速(01snn10ss范围：263.3工作原理n 旋转磁场）(rpm 6011pfn %10011nnns转子感生电流的频率：pnnf6012111160sfpnnnnpnf6011转子感生电流的频率与定

10、子电流频率不同273.3工作原理n 旋转磁场例例1：三相异步电动机：三相异步电动机 p=3，电源，电源f1=50Hz，电机额定，电机额定 转速转速n=960r/min。求：转差率求：转差率s，转子电动势的频率，转子电动势的频率f2min/1000350606011rpfn同步转速：同步转速：04. 01000960100011nnns转差率：转差率：Hz25004. 012 sff283.4磁动势n 单相绕组磁动势 A相通交流电流 iy 后，将产生一个2极磁场。 根据全电流定律，每根磁力线所构成的磁通闭合回路的磁动势均为iyNy。 略去定、转子铁芯中的磁阻，该磁动势消耗在两个气隙中，每个气隙中

11、消耗的磁动势为iyNy /2。290 n 单相绕组磁动势( )f02323.4磁动势30n 单相绕组磁动势u 磁动势波形为矩形波。当线圈电流磁动势波形为矩形波。当线圈电流 i 随时间按正弦规律交随时间按正弦规律交 变变 时，矩形波的高度为时，矩形波的高度为y yyyyy2coscos22N ifN ItFtu 矩形波的高度和正负随时间变化，变化的快慢取决于矩形波的高度和正负随时间变化，变化的快慢取决于电流的频率电流的频率 。 脉振磁动势y y= 2cosiIt3.4磁动势31n 单相绕组磁动势如何处理矩形波磁势？如何处理矩形波磁势？ ymy1y3y535( )coscoscosFxFxFxFx

12、 为了得到所有绕组中电流共同产生的磁势与磁场。两个方法：1)各绕组矩形波磁势相加；2)谐波分析后基波与各次谐波分别相加。 对矩形波磁势作傅里叶级数分解，得到在气隙空间分布的正弦变化的基波磁势与谐波磁势。y1yy422FI Nyyy1 42sin()1,3,522vFI Nvvv0 x( )f x223212N iK12N iK线圈磁动势是空间分布函数线圈磁动势是空间分布函数3.4磁动势32n 单相绕组磁动势n 整距线圈的磁动势是时间和空间的函数，表示为：ym( , )( )cosf x tFxtyy421315(coscoscos)235I Nxxxyy13150.9(coscoscos)co

13、s35I Nxxxtcos tyyN3N5N10.935( , )(coscoscos)cos35I NKKf x tKxxxtpn 考虑线圈分布及距离等因素3.4磁动势33n 单相绕组磁动势X1 yyN3N5N10.935( , )(coscoscos)cos35I NKKfx tKxxxtp 单相绕组磁动势: 空间位置固定，大小随时间变化，脉振频率与通入电流的频率有关 由一些列奇次谐波组成，基波磁动势幅值位置与绕组轴线重合 谐波幅值为基波幅值的1/v 倍，采用分布短距绕组可以降低谐波磁动势幅值。单相绕组的磁动势方程：3.4磁动势34n 三相绕组磁动势U11V11W11coscoscos(1

14、20 )cos(120 )cos(120 )cos(120 )xxxfFxtfFxtfFxtp 三相绕组的基波磁动势：U111V111W11111cos()cos()2211cos()cos(240 )2211cos()cos(240 )22xxxxxxfFxtFxtfFxtFxttfFxtFxt1U1V1W113( , )cos()2xf x tfffFxt三相绕组磁动势基波的合成磁动势：三角变换三角变换3.4磁动势35n 三相绕组磁动势 三相基波合成磁动势是单相的1.5倍 最大幅值处于tx磁动势幅值恒定位置随时间变化按照对应的角度变化旋转磁动势1U1V1W113( , )cos()2xf

15、x tfffFxt3.4磁动势36n 三相绕组磁动势YBCZp 三相绕组轮流通直流电产生具有一定旋转效应的步进磁场A相B相C相AX3.4磁动势37AiBiCittt00001200240n 三相绕组磁动势iAwtiBwtiCwt1202403.4磁动势38n 三相绕组磁动势YBCZp 三相绕组通对称三相交流电A相电流最大时产生的磁场此刻C相电流产生磁场此刻B相电流产生磁场AX磁场抵消磁场抵消3.4磁动势39A A相电流的磁场相电流的磁场n 三相绕组磁动势+A+A+A+A3相电流的合成磁场A相电流最大时AXYBCZ3.4磁动势40A A相电流最大时，合成磁场轴线与相电流最大时，合成磁场轴线与+A

16、+A轴重合轴重合n 三相绕组磁动势AX+A+A+A+A3相电流的合成磁场A相电流最大时3.4磁动势41n 三相绕组磁动势+B+B+C+CB B相电流最大时，合成相电流最大时，合成磁场轴线与磁场轴线与+B+B轴重合轴重合C C相电流最大时，合成相电流最大时，合成磁场轴线与磁场轴线与+C+C轴重合轴重合3.4磁动势42n 三相绕组磁动势n 三相合成的基波磁动势是一个旋转磁动势，转速为 旋转磁场的转速，有时也称为同步转速n 当某相电流达最大值时，合成旋转磁势的幅值恰在这一相绕组轴线上。 n 三相合成基波磁动势的幅值为每相基波脉振磁动势最大幅值的1.5倍，且保持不变n 三相对称绕组通入三相对称交流电产

17、生的旋转磁动势其合成磁动势矢量的端点轨迹是个圆，故称为圆形旋转磁动势。n 三相合成磁动势为正弦分布旋转磁动势，转向由超前电流相转到滞后电流相。n 要改变磁场转向，只须改变三相电流的相序。160 fnp3.4磁动势433.5电动势n 三相绕组电动势n 定子绕组产生旋转磁场，转速n1n 转子绕组切割磁力线，随定子磁场转动，转速nx11114.44Ef NN1Kn 定子绕组的相电动势有效值：绕组与旋转磁场之间有相对运动而产生的感应电动势变压器是由于磁通正弦规律变化而产生感应电动势N1K基波磁动势的绕组系数443.6空载运行n 电动势平衡方程n 定子绕组感应电动势 E11111j4.44Ef N n

18、定子漏磁通产生的感应漏磁电动势101jEI n 定子绕组电阻压降n 定子绕组电路的电动势平衡方程：R01UI1111011101()UEEUEIEI Z N1K453.6空载运行n 空载电流 能量传递过程有功分量无功分量铁损励磁，产生主磁通FeImI0I1E1E01I01jI1U0mFeIII11N1000.92mN KFIp0 三相空载电流 产生的旋转磁场磁动势为空载磁动势 ，其基波幅值为：0I0F1111011101()UEEUEIEI Z 460 1I r1E110UIm0F120EE3.6空载运行n 电磁关系473.6空载运行n 等效电路10mm0m(j)EII Z 主磁通产生的感应电

19、动势可表示为：1E1U1E111UmmI0I0111001mUI ZI Z1U1U486.空载运行n 异步电机与变压器的异同 主磁场性质不同：异步电机为旋转磁场; 变压器为脉动磁场 异步电机空载时 ; 变压器 由于存在气隙，异步电机 I0 为20-30%; 变压器仅为2-10% 由于存在气隙，异步电机漏抗较变压器要大 异步电机通常采用短距和分布绕组，计算式需考虑绕组系数; 变压器为整距绕组，可以认为绕组系数为 1220,0EI220,0EI493.7负载运行n 变压器的磁动势平衡方程 空载电流0mFeIII0mIIFe0I 负载电流1m1LIII负载增加转速降低转差率增大转子频率增大转子绕组感

20、应电动势增大转子电流增大电磁转矩增大转矩平衡503.7负载运行n 变压器的磁动势平衡方程11UI1 1I r11F2F22 2I r11 1jEI x 0Fm1E2E2I222jEI x 定子侧定子侧转子侧转子侧513.7负载运行n 定子电路电压平衡方程111111111()UEEUEIEI Z 1n 转子绕组的感应电动势频率pnnf6012111160sfpnnnnn 转子绕组的感应电动势2s221N2121N2204.444.44Ef NKsf NKsE20121N24.44Ef NK转子不转时的感应电动势？523.7负载运行n 转子绕组阻抗2s22122022f Lsf Ls转动时的转子

21、电抗：n 转子电路的电压平衡方程n 转子电路的电流2s2EEU2s222s222s22s( j)(j)EUEIIII Z 2s2s22s2sjEEIZ2202s20222222sEEIs有有效效值值：起动瞬间的电流较大，需要降压起动533.7负载运行n 转子磁动势n2 是转子磁场相对于转子的转速n 为转子相对于定子的转速（转子的转速） 所以转子磁场的相对于定子的转速为： 绕线式绕组1160 fnp转子磁场转速：2260 fnp1160sfsnp11nnsn12111nnnnnnn211nnnnnn与定子磁场转速相同，方向相同；转子旋转磁场与定子旋转磁场相对静止；n1 称为同步转速。543.7负

22、载运行n 磁动势平衡方程12mFFF11N1110.92mN KFIp22N2220.92mN KFIp11N1mm0.92mN KFIp11N122N211N112m0.90.90.9222mN KmN KmN KIIIppp22212111121NmNmim N KIIIm N KIIIK或或553.7负载运行n 基本方程111101UEEUEI Z 2s22s20(j)EIsE11N1i22N2m N KKm N K11N1e202N2EN KKEN Kn 电压平衡方程1mmmmm(j)EII Z 12mFFFn 磁动势平衡方程n 电流电压系数563.8等效电路及相量图n 折算n 定子与

23、转子之间只有磁联系，无电联系n 频率、相数、匝数、绕组系数不同n 基本要求： 转子磁动势保持不变 转子回路各功率或损耗保持不变n 相数、匝数、绕组系数与定子绕组相同电磁本质和能量关系保持不变573.8等效电路及相量图n 频率折算n 转子的感应电动势、电流、阻抗都与频率有关 静止的等效转子绕组产生的磁动势与实际转子绕组的相同，包括转速、幅值和相位角 静止的等效转子绕组的有功功率、无功功率、铜耗等电磁性能与原转子绕组相同22s2022222jjffsEsEIs120222jffEIsn 串入的电阻：2221sss581U1I11j1E2sE2sI22sj21fsf1fmmj12EE1I0I2I3.

24、8等效电路及相量图n 频率折算593.8等效电路及相量图n 频率折算n 实际转子：机械输出、机械损耗n 等效的静止转子：附加电阻22221sPm Is模拟机械功率的等效电阻22222(j)UEI转子回路的电动势平衡方程：603.8等效电路及相量图n 转子绕组折算 电流折算磁动势不变，即：相数、匝数、绕组系数与定子绕组相同11N122N2220.90.922mN KmN KIIpp22N222211N1im N KIIIm N KK电流变比 电动势折算视在功率不变，即：122222m E Im E I2221122e21 222NNm E IN KEEK Em IN K电压变比613.8等效电路

25、及相量图n 转子绕组折算 阻抗折算转子铜耗不变：相数、匝数、绕组系数与定子绕组相同22221222m Im I222222ie21()ImK KmI阻抗变比漏磁场储能不变：222212221122m I Lm I L222222ie21()ImLLK K LmI2ie2K K621111222222222222 12m1mm22L121(j)(/j)UEI ZsEUI ZIIIssIIIEI ZUI ZEE 3.8等效电路及相量图1122m12EE1I0I1U2I21ss633.8等效电路及相量图n 相量图1U2I2mI1I1E12I22Is22jI1 1I11jIm12EEu 励磁磁通u 定

26、子及折算后的转子电动势u 励磁电流u 折算后电流u 定子绕组电流u 定子绕组电压2222(/j)EIs643.8等效电路及相量图n 等效电路的简化22222111 122dpdpN kN k k 1122mm1U2I21ss110I2I1m1mUIZZ1ImI653.8等效电路及相量图n 鼠笼转子问题 本章前面是以绕线型电机为例来分析的，这种电机转子在设计制造时就确定了极对数、相数、有效匝数等数据。 2m2dp22d2p2111 122N kN k k 对于鼠笼转子绕组由于转子导条在转子铁心表面均匀布置，那么得到如下关系： 1）转子极对数自动恒等于定子极对数； 2）转子相数通常就认为等于总的转

27、子导条数； 3）转子的有效匝数：661)等效电路中 为机械功率的等效电阻：当转子堵转时， ， ，此时无机械功率输出；旋转时 ， ， 此时有机械功率输出，即 对应的功率等于机械功率总机械功率。21ss210ss1s 210ss1s 21221sm Is 2m1221sPm Isn 小结3.8等效电路及相量图67空载时， ， ， 转子绕组2)旋转的异步电动机和一台副边绕组接有电阻负载的变压器相似： 时，即刚起动瞬间 ，相当于副1s 1nn0s 21ss 210ss边短路的变压器；近似开路，相当于空载运行的变压器。3.8等效电路及相量图n 小结683)机械负载的变化在等效电路中由转差率的变化来体现：

28、sn s 21ss2I 1I 电动机从电源吸收更多的电功率3.8等效电路及相量图n 小结mP 694） 总是滞后 ，所以异步电动机功率因数 总是滞后的。原因是异步电动机只能从电网吸收感性无功功率来建立主磁场和漏磁场。励磁电流 愈大，所需感性无功亦愈多，功率因数亦愈低。5）异步电动机和变压器有相同形式的等效电路，但是它们对应的参数数值相差较大。1I1UmI1cos3.8等效电路及相量图n 小结703.9功率及转矩n 功率关系1R1jX2R2jXmRmjX12EE1I0I1U2I21sRs11/P m1/mP m1/MPm11/CuPm11/FePm21/CuPm713.9功率及转矩n 功率关系1

29、11 11cosPmU I221 22(1)/(1)mMCuMPPPm I RssPs111MCuFePPPP211 01CuPm I R211 0FemPm I R221 22CuPm I R2212221 2cosMRPm E Im Is2111121madCuFeCumadPPppPPPPppPP 输入功率 定子铜损 定子铁损 电磁功率 转子铜耗 驱动转子的机械功率 输出功率电磁功率机械损耗附加损耗72P1(电电)PMP2 (机机)pcu1pFepcu2pm+pad P m3.9功率及转矩n 功率流程图定子定子气隙气隙转子转子几个重要的关系式几个重要的关系式 PM： PCu2 ：Pm=1

30、：s：(1-s)2221 2221 22(1)(1)/CuMCumPRPm IssPsPm I Rsss733.9功率及转矩n 转矩关系 根据机械功率关系 ，在等号两侧同除于机械角速度 ，得转矩平衡关系：2()mmadPPpp20TTT1122(1)6060mmmMPPPPTnns 称为空载转矩； 称为电动机输出转矩。0madTTT2T电磁转矩743.9功率及转矩n 电磁转矩表达式22cosmmCI其中 称为转矩因数。122211cos260MPm E ITn1111221(4.44)cos260Nmmf N KIfp1114.442NmpN KmC75 从异步电动机的电磁转矩物理表达式可以看

31、出：电磁转矩 T 的大小与气隙每极磁通量 、转子每相电流 以及转子功率因数 三者有关。3.9功率及转矩n 电磁转矩表达式1114.442NmpN KmCm2I2cos22cosmmTCI763.9功率及转矩n 机械特性的参数表达式12222112()()UIRRXXs电机的简化等效电路的等效电流2212112MRm IPsTfp221122211122()() Rm pUsTRfRXXs773.9功率及转矩n 机械特性的参数表达式如果给出 U1 、f1 及阻抗参数，根据上式机械特性的参数表达式画出曲线便为 “ T-s ”曲线机械特性曲线。221122211122()() Rm pUsTRfRX

32、Xs783.9功率及转矩n 固有机械特性曲线三相异步电动机在电压、频率为额定不变，定转子回路不串任何电路元件条件下的机械特性，称为固有机械（自然）特性。曲线1为电源正序时的；曲线2为电源负序时的曲线。 机械特性曲线位于坐标的三个象限： 第象限：0s=1 电动状态； 第象限：s1电动机工作在一种电磁制动状态。79 D点（n=0，T=Ts）为堵转点，或者说叫起动点。 C点（nm，Tm）为电磁转矩最大点； B点为额定运行； A点（n=n1 ，T=0）为理想空载运行点；3.9功率及转矩n 固有机械特性曲线80 实际额定电磁转矩求解中，通常用额定输出功率PN和额定转速 nN来求解转矩：3.9功率及转矩n

33、 机械特性额定电磁转矩点（TN,nN）2()()9550()2( /min)60NNNNNNPkWP WTTN mnnr813.9功率及转矩n 机械特性最大电磁转矩点（Tm,nm）/0dTds 221122211122()() Rm pUsTRfRXXs823.9功率及转矩n 机械特性最大电磁转矩点（Tm,nm）式中：“”号适用于电动机状态；“”适用于发电机状态。n 一般情况下， 数值远小于 的数值，可以忽略 的影响，这样上面两式可简化为21R212()XX1R2111234()mpUTf XX 212()mRsXX 831） 与电压的平方 成正比，而 和 无关；mT21Ums1NU2） 与转

34、子回路总电阻大小 无关，而 和转子回路总电阻的大小 成正比；2R3）过载能力 最大电磁转矩与额定电磁转矩的比值： mkmmNTkTmTms3.9功率及转矩n 机械特性最大电磁转矩点（Tm,nm）2R843.9功率及转矩n 机械特性堵转转矩点（Tm,nm） 电动机堵转时，即 n=0,s=1 时的电磁转矩称为堵转转矩，也称起动转矩：212221121232()() spU RTfRRXXsT21U12()XXstksstNTkT 堵转转矩倍数 定义：堵转转矩与与额定电磁转矩的比值，即： 与电压的平方 成正比；漏电抗 越大，堵转转矩越小； 85 当电动机拖动负载稳态运行时，电磁转矩 T 和负载转矩

35、TL总是大小相等方向相反。如图所示，这时电机运行在“a”或者“b”点都没有什么问题。 现在由于某种原因引起波动，当波动消失后，理论分析和实践都发现电机在“a”点继续保持稳定运行，但是不能在“b”点保持稳定运行。3.9功率及转矩n 稳定运行86n 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：n 那么电机就能稳定运行；反之，电机就不能稳定运行。 LdTdTdsds3.9功率及转矩n 稳定运行87所谓三相异步电动机的人为机械特性，是指认为降低电机的定子电源电压、频率或者在绕线式转子回路中串附加电阻后获得的异步电动机机械特性。 3.9功率及转矩n 人为机械特性221122211122()

36、() Rm pUsTRfRXXs 这些人为机械特性很重要，因为在改善电机的起动性能和调速场合经常用到。88maxT0 0.2 0.4 0.6 0.2 1.0300250200150100 50 012r22r32r42r43212222rrrrMT3.9功率及转矩n 人为机械特性转子电阻变化时的转子电阻变化时的TM-s曲线曲线s893.9功率及转矩n 实用公式但实际使用中，某些参数不易知道，我们可以根据电动机铭牌上的一些数据推导机械特性实用简化公式（忽略定子电阻）。 221122212()kRm pUsTRfXs21122122km pUsXRfsR2112122kkkm pUsXRf Xs

37、XR12kXXX其中令 903.9功率及转矩n 实用公式2mmmTssTss2mkRsX最后可得实用公式： 由于 211max14km pUTf X其中913.9功率及转矩n 实用公式 根据铭牌上给出PN、额定转速nN和过载能力 用转矩实用表达式作出 T-s 曲线或进行转矩计算。 2) 利用 求出最大电磁转矩 ； mkmmNTk T29550NNNNPTTn1) 利用 和 求出额定电磁转矩NnNPNT3) 根据 ，求出 21NNmmmmNTssTkss2(1)mNmmsskk其中 。这样就可利用实用式来计算实际问题了。11NNnnsnmk92 三相异步电动机的工作特性是指在额定电压和额定频率下

38、，电动机的转速n、定子电流 I1、功率因数cos 、输出转矩T2 、效率 与输出功率P2的关系曲线13.10工作特性n 工作特性n932()nf PCu211M(1)(1)pns nnPP202Cu2222pm I r M2222cosPm E II20pCu2 0s0 nn1 P2I2pCu2 Pm s n10.02 0.05 (0.95 0.98)NNsnn2()nfP是一条稍向下倾斜的曲线，且特性较硬。是一条稍向下倾斜的曲线，且特性较硬。 3.10工作特性n 转速特性9412()If P1m2()III P20I20I1 Im I0=(0.20.5) I1NP2I2I1 12()IfP是

39、一条上升曲线。是一条上升曲线。3.10工作特性n 定子电流特性95P20I1 Im I01cos0.2 很小 P2I2aI1a 1coss n2cosI1r 1cos3.10工作特性n 功率因数特性12cos()f P1222sxtgr963.10工作特性n 转矩特性602222nPPT22()TfP是一条稍微上翘的曲线。是一条稍微上翘的曲线。转速变化不大转速变化不大, 且有点下降且有点下降, 故故22()Tf P973.10工作特性n 效率特性P2较小较小22Cu1Cu2Fem12 PPpppppPPp 可变损耗不变损耗P2较大较大当当可变损耗可变损耗=不变损耗不变损耗时，有时，有最大效率最

40、大效率。对于中小型电动机，在（对于中小型电动机，在（3/41）额定负载时，取得最大效率。）额定负载时，取得最大效率。2()f P983.11参数测定n 空载实验 通过空载试验可测得励磁参数（Rm、Xm、Zm）、铁损 PFe、机械损耗 pm。 额定电压下，空载下运行一段时间机械损耗稳定 定子电压从（1.11.2）UN开始下调，至转速有明显变化 测量此时的相电压U1、空载电流I0、空载功率P0、电机转速n P0=P1+P2 绘制P0=f (U1)和 I0=f (U1)曲线993.11参数测定n 空载实验功率平衡nn1s0f20E20I20PCu202011 01CuFemadFemPppppm I

41、 Rpp1U0I1R1jXmRmjX附加损耗：转子的横向电流等附加损耗：转子的横向电流等0001CuFemPPppp 机械损耗pm：仅与转子的转速有关 铁损pFe：仅与电压的平方成正比mpFep1001R1jX2R2jXmRmjX12EE1I0I1U2I21sRs空载1nn0s 21sRs 开路开路011mmZRjXRjX0I100UZI21 0FempRm I1R用电桥测量1X堵转试验测定3.11参数测定n 空载实验励磁参数1013.11参数测定n 短路实验电动机转子堵住不转动时进行，故又称堵转试验。堵转实验可测得短路参数（rk、xk、Zk）、定转子铜损。量程变大一般应从U1=(0.30.4

42、)UN开始，监视电流表读数，逐渐将压，使电流为额定值为止，然后再逐渐降低电压，同时记录定子端电压Uk、定子相电流 Ik和输入的三相功率 Pk。作短路特性 Ik=(Uk)、Pk=(Uk) 。堵转试验时，要保证额定电压还是额定电流？1023.11参数测定n 短路实验221121()kkkkPm Irrm I r212122kkkkkkkkkkPrrrrm IUZxZrI、电机堵转0n 0mp 外加电压低0Fep短路电阻短路电阻大中型100kW以下12012KXXX20200.97(1,2,3)0.57(4,5)KKXXpXXp10322112221112(1) :2()() Rm pUsTRfRX

43、Xs由参数表达式2(3)mmmTssTss实用公式：22(2) :cosmmTCI由物理表达式3.12起动n 复习机械特性10411150NUU, fHz,当且电机定子和转子电路中不外接电阻、电抗、电容时的机械特性。起动点同步点额定运行点最大转矩点3.12起动n 复习固有特性0IsIsTnT0mTNTnmnN105定子端电压降低转子电路内串入对称电阻13.12起动n 复习人为机械特性221122211122()() Rm pUsTRfRXXsR2U11061. 起动电流倍数2. 起动转矩倍数3. 起动时间4. 起动时能量消耗与发热5. 起动设备的简单性和可靠性6. 起动中的过渡过程3.12起动

44、n 起动性能107 起动：从静止不动加速到工作转速的过程 要求：在起动时有较大的起动转矩（T st1.1TL），较小的起动电流（I st I max）,起动时间短1r1x2x 2r 1I1Umrr 1mxx 1 ssr122I mI 设修正系数设修正系数，起动时起动时ns01 3.12起动n 起动性能1081221212211222112122222222()() cosstststUIRRXXm pU RTfRRXXRRX最初起动电流：最初起动转矩：最初起动转子功率因数：3.12起动n 起动性能109要求：n 有足够的起动转矩，使电动机尽快加速缩短起动过程，避免长时间绕组过热；n 满足起动转

45、矩时，尽量降低起动电流，减少对电源的影响。原则措施：n笼型电动机可直接起动；n降压（自耦、Y-、定子串电抗）n转子串电阻（笼型：深槽和双笼。绕线型：串(频敏)电阻）制约起动的因素：n 供电系统的容量、负载的性质、起动的频繁程度3.12起动n 起动性能110 供电容量比异步电动机的容量大得多，起动电流所造成的电压降不致影响同一电网上的其它电气设备的正常工作，对非频繁起动允许电动机在额定电压下直接起动。 供电变压器的容量与异步电动机容量相差不是很大，则应采取降压措施以限制起动电流。3.12起动n 供电系统对起动方式的影响1111)起动时有大的负载阻力，需较大的起动转矩2)起动时负载阻力小，只需很小

46、的起动转矩3)起动初期负载阻力小，随着转速增加转矩增加变转矩负载，如流体负载。3.12起动n 负载性质对起动方式的要求112直接起动，当电网容量足够大。3.12起动n 全压起动1221212211222112122222222()() cosstststUIRRXXm pU RTfRRXXRRX最初起动电流：最初起动转矩：最初起动转子功率因数：113 降压起动起动时，施加低于额定电压的电压。电动机的转速上升到接近额定转速后，再切换到额定电压下运行。包括：自耦变压器、包括：自耦变压器、Y-、延边三角形、串电抗起动、延边三角形、串电抗起动3.12起动n 降压起动作用： 限制起动电流 起动转矩按电压

47、的平方而下降.应用： 适用于对起动转矩要求不高的场合，如风机、离心泵电机等114设在额定电压下直接起动时，起动电流为Ist。自耦变压器的变比为KA221221stAstAstststAAststAUIKIZKIIIKKTTK 电网供给的起动电流比直接起动时减小到电网供给的起动电流比直接起动时减小到 倍倍21AK3.12起动n 自耦变压器降压起动115v 适用于在适用于在正常运行正常运行时定子绕组按时定子绕组按三角形连接三角形连接的电机。的电机。三角形连接直接起动时起动电流三角形连接直接起动时起动电流星形连接起动，起动电流星形连接起动，起动电流 IZUI313起动电流和起动电流和转矩均减少转矩均

48、减少为为1/33.12起动n Y-降压起动ZUI3 1163.12起动117YYNYNNN越大，越接近起动越小，越接近直接起动n 延边三角形换接降压起动3.12起动118ststststTKTITIIK22 电网供给的起动电流减少至原电网供给的起动电流减少至原来的来的K倍，而电机的起动转矩减倍，而电机的起动转矩减少为原来的少为原来的K2 2( (与前面同与前面同) )，但但损耗增加损耗增加jX1K2KMn 定子回路串电阻、电抗起动3.12起动119n 大中型电机起动大中型电机起动，存在两种矛盾：降低起动电流的同时，不减小转矩 采用绕线式电机， 转子串电阻。 既增大起动转矩， 又减小起动电流。 常用的方法：转子串电阻或转子串频敏变阻器。 3.12起动120n 转子回路串电阻、电抗起动1221212stUIRRXX最初起动电流：3.12起动121n 转子回路串频敏电阻 频敏变阻器特点：磁路较饱和，电抗较小，铁耗随频率变化 额定转速附近时，近似全部切断串联电