chpt 532 三相异步电动机的功率与转矩

1、15.3.2 三相异步电动机的功率与转矩三相异步电动机的功率与转矩 1 异步电动机的功率传递与损耗异步电动机的功率传递与损耗2 电磁转矩电磁转矩3 比较直流电机的电磁转矩和交流感应电机的电磁转矩比较直流电机的电磁转矩和交流感应电机的电磁转矩4 转矩平衡关系转矩平衡关系5 异步电动机的主要额定值异步电动机的主要额定值16-1异步电动机的功异步电动机的功率传递与损耗率传递与损耗21 异步电动机的功率传递与损耗异步电动机的功率传递与损耗根据异步电动机的根据异步电动机的T形等效电路来分析（图形等效电路来分析（图5.3.12） 1rmP2I1Pmx2r0I1x2xmr1IMP21srs1Cup2Cup2

2、Cup16-2异步电动机的功率传递与损耗异步电动机的功率传递与损耗3功率流图能量转换关系能量转换关系功率关系功率关系16-3异步电动机的功率传递与损耗异步电动机的功率传递与损耗4根据异步机的 T 形等效电路来分析。总总输输入入功功率率1P， 11111cosIUmP (5.3-45) 1m 是定子相数；1U 、1I ：定子的相电压和相电流，1cos是定子的功率因数。 1P进入电动机后，首先在定子上消耗一小部分定定子子铜铜损损1cup 211 1 1Cupm I r。 (5.3-46) 另一部分损耗是铁铁损损耗耗Fep ，在等效电路上是mr 上消耗的有功功率，mFerImp201 (5.3-47

3、) 经过气隙传到转子上去的电电磁磁功功率率 11McuFePPpp (5.3-48) 由等效电路可知， 传到转子上的电磁功率就是转子消耗的有功功率，或者说是电阻2r s上的有功功率： 1222cosMPm E I 或 srImPM22 21 (5.3-49，50) 16-4异步电动机的功率传递与损耗异步电动机的功率传递与损耗5PM进入转子后， 在转子电阻2r上产生转子铜损耗2cup。 电磁功率减掉转子铜损耗，余下部分全部转换为机械功率，称为总机械总机械功率功率mP： 2mMcuPPp (5.3-51) 转子铜损铜损是转子电阻2r所消耗的功率，它的表达式有 221 22Cupm I r (5.3

4、-52) 由转子上的电磁功率，可得 2CuMpsP (5.3-53) 式(5.3-53)表明转子铜损耗仅占电磁功率的很小一部分(对应 s的那部分)，有时把它称为转差功率转差功率。总机械功率mP可以表示为 (1)mMMMPPsPs P (5.3-54) 说明mP占MP大部分(对应 1-s 的那部分)。式(5.3-50)代入式(5.3-54) 21 221msPm Irs (5.3-55) 式(5.3-55)表明总机械功率总机械功率是等效电路中电阻电阻2(1) s r s上对应的有功功率。 16-5异步电动机的功率传递与损耗异步电动机的功率传递与损耗6总机械功率在输出之前还要消耗掉机机械械损损耗耗

5、 pm和附附加加损损耗耗 pa。机械损耗主要由电机的轴承摩擦和风阻摩擦构成， 绕线转子异步电动机还包括电刷摩擦损耗。 附加损耗是由磁场中的高次谐波磁通和漏磁通等引起的损耗，这部分损耗不好计算，在小电机中满载时能占到额定功率的 13，在大型电机中所占比例小些，通常在 0.5%左右。总机械功率mP减掉机械摩擦损耗mp和附加损耗addp之后， 才是电机轴上的输输出出功功率率2P， 因此有 2mmaddPPpp (5.3-55) 1rmP2I1Pmx2r0I1x2xmr1IMP21srs1CuP2CuPFeP(a)等效电路(b)功率流程1cupFep2cupmapp1PMPmP2P16-6电磁转矩电磁

6、转矩7异步电动机的电磁转矩电磁转矩是指转子电流与主磁通相互作用产生电磁力形成的总转矩。 若从转子产生机械功率角度出发，电磁转矩等于异步电动机总总机械功率机械功率 Pm除以转子的除以转子的机械机械角速度角速度，即 /emTP (5.3-56) 式中，eT 为电磁转矩，是转子的机械角速度。如果把式(5.3-53)和1(1) s 代入上式，可得 11(1)(1)mMMePs PPTs (5.3-57) 式中，1 是旋转磁场的机械角速度，也称同步角速度。因此电磁转矩也可以用电磁功率 PM除以同步角速度获得。 2 电磁转矩电磁转矩 16-7电磁转矩电磁转矩8旋转磁场的112/pfn ，再考虑到电磁功率的

7、表达式(1m=3)，可得 222111122223cos2/603 2coscos2MepdpmTmPE ITnn k WICI (5.3-59) 式中113 22TpdpCn k W，称为异步电机的转矩常数。 16-8电磁转矩电磁转矩93 比较直流电机的电磁转矩和交流感应电机的电磁转矩比较直流电机的电磁转矩和交流感应电机的电磁转矩对交流异步电机 电磁转矩等于异步电动机总总机机械械功功率率 Pm除除以以转转子子的的角角速速度度，即 /emTP 1/eMTP 221cosMeTmPTCI, 113 22TpdpCn kW 1) 稳态公式，没有讲动态公式； 2) m与2I不正交；m由1I与2I产生

8、；决定2I的要素有多个。 （由此知,转矩控制的复杂性） 16-9电磁转矩电磁转矩10他激他激直流电机的电磁转矩直流电机的电磁转矩:,1T(3.1 13)222(3.1 13 )2.paeeav iaTapn NIDTNTNB lICIaan NCbaConst 1)1)无稳态、动态之分；无稳态、动态之分；2)2)与与IaIa之间独立（之间独立（正交正交）( (消除电枢反应条件下消除电枢反应条件下) )。 电枢绕组的运动方向与磁密的方向成电枢绕组的运动方向与磁密的方向成正交正交，根据左手原理，根据左手原理， N根导体的总电磁转矩：根导体的总电磁转矩： 16-10电磁转矩电磁转矩11.1/21/2

9、,/$2.51/21/2(3.11)TTeeei ConstmpmTTTrSSrePprSSrWWTnTnni i LiLLLiiiiii场转是 的函数磁能量方程矩方程交流感应电机的动态转矩（了解）交流感应电机的动态转矩（了解）16-11转矩平衡关系转矩平衡关系124 转矩平衡关系转矩平衡关系(与直流机的转矩平衡关系相同与直流机的转矩平衡关系相同)带带负负载载稳稳态态运运行行时，拖动系统转动的是电磁转矩eT ，即是转子电流在磁场中受力产生的转矩。此外，系统上有两个阻阻转转矩矩，一个阻转矩是输出到负载上的输出转矩2T ，它等于输出功率2P 除以转子角速度，即 22PT (5.3-60) 另一个阻

10、转矩是电机的空载摩擦转矩0T ，是电机风阻摩擦、轴承摩擦及附加损耗等对应的空载阻转矩， 0maddppT (5.3-61) 同直流电机，定义02LTTT，因此，在电机稳态运行时，转矩平衡式 02eLTTTT (5.3-62) 于是，有公式(3.2-1),(3.2-4)所示的动力学方程 eLdTTJdt ，2375eLGD dnTTdt 16-12异步电动机的主要异步电动机的主要额定值额定值135. 5. 三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机的铭牌数据额定功率额定功率PN电动机在额定运行时轴上输出的机械功率电动机在额定运行时轴上输出的机械功率,单位单位kW额定电压额定电压UN 在额定运行状态下

11、，电网加在定子绕组的线电压，在额定运行状态下，电网加在定子绕组的线电压，单位单位 V。如如220/380V，表明定子绕组采用，表明定子绕组采用/Y接法。接法。额定电流额定电流IN 电动机在额定电压下使用，输出额定功率时电动机在额定电压下使用，输出额定功率时,定子绕定子绕组中的线电流组中的线电流,单位单位 A。如如10.35/5.9V，表明定子绕组采用，表明定子绕组采用/Y接法。接法。额定频率额定频率fN 我国的电网标准频率为我国的电网标准频率为 50Hz额定转速额定转速nN 电动机在额定电压、额定频率及额定功率下的电动机在额定电压、额定频率及额定功率下的 转速，单位转速，单位 r/min。对应

12、有额定转差率对应有额定转差率SN。此外，铭牌上还标明此外，铭牌上还标明绕组的相数与接法绕组的相数与接法（星形还是三角形星形还是三角形）、）、绝缘绝缘等级等级及及允许温升允许温升等。对绕线转子异步电动机，还标明等。对绕线转子异步电动机，还标明转子的额定电转子的额定电动势动势及及额定电流额定电流。一般不标在电动机铭牌上的几个额定值有：一般不标在电动机铭牌上的几个额定值有：额定功率因数额定功率因数cosN 额定负载时，定子边的功率因数额定负载时，定子边的功率因数 额定效率额定效率N 电机额定运行时的效率。电机额定运行时的效率。 额定负载转矩额定负载转矩TN。 16-13例例14例题例题 5.3-3

13、已知一台三相 50Hz、Y 型接线的异步电动机，额定电压1NU=380V，额定电流NI =190A，额定功率NP =100kW，额定转速Nn =950 r/min，在额定转速下运行时，机械摩擦损耗mp =1kW，忽略铁损和附加损耗。求额定运行时，(1)额定转差率Ns； （2）电磁功率MP； （3）转子铜耗2Cup； （4）电磁转矩eNT、输出转矩2NT；(5)额定运行时的功率因数。 15-14例例15解解：(1)额定转差率Ns 11(1000950)/10000.05NNnnsn 式中，判断1n 为 1000r/min。 (2)额定运行时的电磁功率: 已知22MmcuPPpp，2CuMpsP 所以，2MmNMPPps P 2100 1106.311 0.05mMNPpPkWs (3)额定运行时转子铜损耗2Cup 20.05 106.35.3CuNMps PkW 16-15例例16 (4) 电磁转矩eNT、输出转矩2NT 116