第12章异步电动机的功率和转矩

1、电机学多媒体课件系列电机学多媒体课件系列福州大学电气工程与自动化学院黄灿水2014.4第三篇第三篇 异异 步步 电电 机机第十二章第十二章 异步电动机的功率和转矩异步电动机的功率和转矩目目 录录第十二章第十二章 异步电动机的功率和转矩异步电动机的功率和转矩12.1 12.1 异步电动机的功率和转矩平衡式异步电动机的功率和转矩平衡式12.2 12.2 异步电动机的异步电动机的机械特性机械特性12.3 12.3 异步电动机的异步电动机的的稳定运行条件的稳定运行条件12.4 12.4 异步电动机的异步电动机的工作特性工作特性第一节第一节 异步电机的功率和转矩平衡式异步电机的功率和转矩平衡式1r1x2

2、r2x21rss1U1I0I2Imrmx1cupFep2cupiPMP1P一、功率平衡关系一、功率平衡关系输入功率11111cosIUmP 定子铜损12111rImpcu定子铁损mmFerImp21电磁功率srImppPPFecuM22 2111转子铜损22 2122222rImrImpcu总机械功率22 21222211rssImrssImPi输出功率02pPppPPiadmeci1PemPiP2P1CuP2CuPFePadmecPP异步电动机的功率流程图异步电动机的功率流程图admecFecucupppppppPP2121功率平衡式：功率平衡式：重要公式：重要公式： 电磁功率（电磁功率（通

3、过基波旋转磁场传递到转子通过基波旋转磁场传递到转子） 总的机械功率（内功率）总的机械功率（内功率） Pi = PM - pcu2=(1-s)PM 轴上的输出功率轴上的输出功率 P2=Pi- pmec- padspsrImPssrImrImPpPcuMicuM2222122212221212221222111cosIEmsrImppPPFecuM二、异步电动机转矩平衡二、异步电动机转矩平衡由功率平衡式两边除以转子机械角速度由功率平衡式两边除以转子机械角速度得到得到T2负载转矩，电动机轴上的输出机械转矩负载转矩，电动机轴上的输出机械转矩T电磁转矩，电动机轴上的总的机械转矩电磁转矩，电动机轴上的总的

4、机械转矩Tmec 机械损耗转矩；机械损耗转矩；Tad 附加损耗转矩；附加损耗转矩；T0=Tmec +Tad 空载制动转矩空载制动转矩02TTTTTTadmec电磁转矩电磁转矩 T1MiPPT1160216026021602MMMMiiPnPsnPnPsnPP转子机械运动角速度旋转磁场运动角速度一、一、T-sT-s曲线曲线第二节第二节 异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性三相异步电动机在外施电压、频率和参数为规定值时，三相异步电动机在外施电压、频率和参数为规定值时，电磁转矩电磁转矩T T与转差率与转差率s s（或转速（或转速n n）之间的函数关系）之间的函数关系，可用，可用曲线表示，称为异步

5、电动机的电磁转矩曲线表示，称为异步电动机的电磁转矩- -转差率曲线（也转差率曲线（也称称T-sT-s曲线，或机械特性曲线曲线，或机械特性曲线） 机械特性机械特性它是异步电动机最主要的特性它是异步电动机最主要的特性电磁制动运行T-+-1发电机运行2n110电动机运行n10+s-n电磁转矩的三种表达式电磁转矩的三种表达式1、电磁转矩、电磁转矩参数表达式参数表达式：22122122111222111/1cxxscrrsrUmsrImPTM电动机状态电动机状态发电机状态发电机状态电磁制动状态电磁制动状态起动点起动点s=1最大电磁转矩点最大电磁转矩点s=sm额定点额定点sN0理想空载点理想空载点s=02

6、222111222111coscos2cosICIkNpmIEmpPTmTmNM可见：可见：电磁转矩与气隙磁通和转子电流电磁转矩与气隙磁通和转子电流的有功分量的乘积成正比的有功分量的乘积成正比2、电磁转矩、电磁转矩物理表达式物理表达式：1112NTkNpmC -电机转矩常数电机转矩常数1 1、最大转矩工作点（、最大转矩工作点（T Tm m）l临界转差率：产生最大电磁转矩时的转差率（临界转差率：产生最大电磁转矩时的转差率（dT/ds=0）221212cxxrcrsm+ + 对应电动机对应电动机- - 对应发电机对应发电机l 性质：性质： TmU12、 sm与无关与无关U1 Tm与与r2无关，但无

7、关，但smr2机械特性曲线的几个特殊点：机械特性曲线的几个特殊点：221211211121cxxrrcUmTm 最大转矩最大转矩221212cxxrcrsm改变改变r2时的机械特性时的机械特性改变改变U1时的机械特性时的机械特性221211211121cxxrrcUmTmr2 smTm不变不变sT0Sm不变不变UNU2U1TmU1Tm2 2、启动转矩工作点（、启动转矩工作点（T Tstst) )l 定义：定义：异步电动机起动时（异步电动机起动时（n=0、s=1）的电磁转矩）的电磁转矩22122122111)(cxxcrrrUmTstl 性质：性质： TstU12 Tst1/(x1+x2)2在在

8、0sm0，电动机加速，电动机加速l TTL时，时，TJTa 减速速减速速n、s T 回到回到a点点 TL=Ta 电动机稳定运行电动机稳定运行a点是稳定运行点点是稳定运行点TsTLabaTL+L0sm1TsTLabbTL+L0sm1分析分析原来：原来：b点点干扰干扰Lb点点干扰消除后，干扰消除后，TLTb 减速减速n、s T n 直到直到n=0，停转，停转 b点是不稳定运点是不稳定运行点。行点。b思考：干扰使电动机运行于思考：干扰使电动机运行于b点的情况？点的情况？稳定运行条件稳定运行条件dndTdndTdsdTdsdTLL或恒转矩负载稳定运行范围：恒转矩负载稳定运行范围：s=0sm第四节第四节

9、 异步电动机的工作特性异步电动机的工作特性l工作特性：工作特性：转速特性转速特性 n =f(P2)负载转矩特性负载转矩特性 T2=f(P2)定子电流特性定子电流特性 I1=f(P2)功率因数特性功率因数特性 cos 1=f(P2)效率特性效率特性 =f(P2)l测定方法：测定方法：直接负载试验法和解析式法直接负载试验法和解析式法l条件：条件：外施电源电压外施电源电压U1和频率和频率f1不变不变1.0T2/TN0.4000.20.20.40.60.60.8cos11.20.81.0n/n1P2/PN1.2I1/IN一、转速特性一、转速特性 n= f (P2)空载时，空载时，T T2 20 0，T

10、 TT T0 0，n n0 0接近接近n n1 1，s s很小。很小。随着负载增大随着负载增大P P2 2T=TL+T0s( (很小，如很小，如S SN N=0.01=0.010.050.05）n（很小）（很小） 硬特性硬特性0nP2PNn很小很小硬特性硬特性n0n1nN二、负载转矩特性二、负载转矩特性 T2=f(P2)602222nPPT在正常运行范围内，转速变化不大（硬特性），负载在正常运行范围内，转速变化不大（硬特性），负载转矩与输出功率近似为直线。转矩与输出功率近似为直线。0T2P2PN尾部稍弯尾部稍弯T2N三、定子电流特性三、定子电流特性 I1=f(P2)随着负载增加，随着负载增加，

11、I I2 2相应增大，定子电流相应增大，定子电流I I1 1也相应增大也相应增大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系与输出功率呈非线性关系21IIIm0I1P2PNI1NIm四、功率因数特性四、功率因数特性cos 1=f(P2)l空载时空载时，电流主要成分是磁化电流（无功分量），功率因，电流主要成分是磁化电流（无功分量），功率因数很低，数很低，coscos 1 1 0.20.2l负载时负载时，P2 P1、Q1变化不大变化不大 cos1但负载增加到一定值时，但负载增加到一定值时，ns2=tg-1sx2/r2 cos2cos10.20cos1P2PNl功率因数最大值：功率因数最大值：通常设计在通常设计在额定负载或略低