异步电机分析2014

1、电力电子与现代控制Power Electronic and Modern Control异步电机分析异步电机分析王珂王珂 中国科学院中国科学院大学大学2014年年11月月联系方式联系方式:Email: 电话：电话：82547063办公办公室室：电工所电工所1号楼号楼501n前言前言n异步电机基本工作原理异步电机基本工作原理n异步电机结构异步电机结构n异步电机数学模型与分析异步电机数学模型与分析n异步电机工作特性异步电机工作特性内容提要u 能量的存在方式：凤能、光能、核能、化学能、电能、磁能、机械能、热能u 能量的变换：一种形式到另一种形式前言前言(1)(1)u 电机是一种能量变换装置u 实现电

2、能磁能机械能的相互转换u 发电机、电动机电动机总装机容量已达5.8亿千瓦，年用电量超过22000亿千瓦时，占全国总用电量的65%65%以上，占工业耗电量的7575% %。 前言前言(2)(2)人工心脏人工心脏硬盘硬盘空调空调机床机床轧钢机轧钢机抽油机抽油机高速高速铁路铁路舰载机弹射舰载机弹射三相异步电机耗电量占电动机总耗电量的60%以上。前言前言(3)(3)直流直流电机电机三相三相异步异步电机电机三相三相同步同步电机电机开关开关磁阻磁阻电机电机单相单相电机电机直线直线电机电机前言前言(4)(4)u 电磁场的基本物理量u 磁通 描述 通过一定横截面积的磁力线总数符号 类型 矢量量纲 Wb；面积A

3、 A磁力线单位面积u 磁感应强度描述 通过单位面积的磁力线数量符号 B ；B= /A(面积)类型 矢量量纲 Wb/m2前言前言(5)(5)u 磁场强度 描述 在单位长度的磁力线上磁场源所分配的励磁磁势大小符号 H ； B = *H类型 矢量量纲 T（特斯拉）或 Aturn / mu 磁导率描述 衡量指定物质导磁能力大小的物理量符号 类型 标量量纲 H / m 在真空介质中 0= 4 *10-7 H/m u 磁动势描述 衡量磁场源的基本强度符号 F ； F = i*N类型 矢量量纲 Aturn(安匝)+_i前言前言(6)(6)u 磁场与电流磁场与电流 安培安培环路环路定律定律 右手右手定则定则绕

4、组 N 匝磁性铁心 横截面A铁心平均长度 lcu 磁势的大小：磁势的大小：u F = i N = Hclc前言前言(7)(7)u 磁场与磁场与电压电压 法拉第电磁感应法拉第电磁感应定律定律u 楞次楞次定律定律：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化变化。u1e2 绕组 N2 匝222ddeNdtdt 前言前言(8)(8)u 磁场、电流与力左手定则 安培力定律ax 、by段虽然有电流，由于其平行于段虽然有电流，由于其平行于磁力线，无切割运动，故不会产生感磁力线，无切割运动，故不会产生感应力

5、而影响旋转运动应力而影响旋转运动axbyu 通电后，导体ab段受到向左的电磁力作用，导体xy段受到向右的电磁力作用，整个导体框产生以虚线为轴心得逆时针旋转运动。iFB il前言前言(9)(9)+_URIF+_Rmu 磁路磁路与与电路电路 磁路磁路欧姆定律欧姆定律 磁路磁路电电路路/UIRRlS/mmFRRlS 前言前言(10)(10)u 很多铁磁材料在常态下不显磁性，只有通过外磁场的激励，才表现出很强的磁性。 磁畴未加激励状态未加激励状态激励磁化状态激励磁化状态u 一般用于电机的铁磁材料其Fe=(2000 6000)0，因而采用铁磁材料构成磁路铁心，再由电场激励磁场成为产生电机电磁场的必然途径

6、。 u 铁磁材料的导磁效应前言前言(11)(11)u磁化曲线磁化曲线铁铁磁材料的磁化特性具磁材料的磁化特性具有非线性的特点，当磁化强度达到一有非线性的特点，当磁化强度达到一定临界值，磁感应能力开始定临界值，磁感应能力开始下降下降 。 u磁滞回线磁滞回线当当铁磁材料受到周期性的交铁磁材料受到周期性的交变磁化时，磁化特性具有滞后回环特点。变磁化时，磁化特性具有滞后回环特点。 u 铁磁材料的磁化特性直流电机基本工作原理直流电机基本工作原理u定子励磁绕组通直流Ifd，将产生励磁磁势Ffd。u转子电枢绕组通直流Ia，产生电枢磁势Fa（换向器的存在使电枢绕组电流方向都保持不变）。u励磁磁势Ffd与电枢电流

7、Ia相互作用，两者相互作用将产生电磁转矩Tem。（也可认为励磁磁势Ffd电枢磁势Fa在空间垂直，作用产生电磁转矩）。异步电机基本工作原理异步电机基本工作原理(1(1) )u旋转磁场：A-X、B-Y、C-Z三相定子线圈在空间上彼此互隔120分布，绕组流过频率为f1三相对称交流电,这样就会在电机气隙中产生一个匀速旋转磁场, 其旋转速度又称为同步速度n1。旋转磁场示意图旋转磁场示意图2 2极和极和4 4极异步电机旋转磁场极异步电机旋转磁场异步电机基本工作原理异步电机基本工作原理(2(2) )u电磁转矩的产生： 定子绕组通电后形成旋转磁场，这个磁场切割转子导条，转子导条中会产生感应电势，所以会有感应电

8、流（异步电机也叫感应电机）。 转子电流在磁场中受到磁场力作用拖动转子旋转。电磁转矩产生示意图电磁转矩产生示意图异步电机基本工作原理异步电机基本工作原理(3)(3)2 2极和极和4 4极异步电机旋转磁场极异步电机旋转磁场1112111260/ 60nfpnnsnsffn pu同步速度、转差率，转差频率： p为极对数 n1为同步转速 n2为转子转速 s为转差率 sf1为转差频率 转速单位：r/min异步电机结构异步电机结构(1)(1)u电机：“三分电、七分机”，可见机械部分对电机的重要性。异步电机结构异步电机结构(2)(2)u定子铁芯由0.5mm厚、两面绝缘、有一定槽型结构的硅钢片叠压而成。u常见

9、的槽型结构包括半闭口槽、半开口槽及开口槽。功率因数高、工艺复杂，中小型电机可嵌放成型线圈，大型低压电动机绝缘放置可靠、绕组下线方便，高压电机定子铁芯冲片定子铁芯冲片异步电机结构异步电机结构(3)(3)u单层绕组u双层绕组异步电机结构异步电机结构(4)(4)集中绕组分布绕组短距绕组双层短距分布绕组u不同绕组布置形式异步电机结构异步电机结构(5)(5)成型线圈成型线圈散绕式线圈散绕式线圈异步电机结构异步电机结构(6)(6)鼠笼转子鼠笼转子(squirrel cage)绕线转子绕线转子(wound rotor)异步电机结构异步电机结构(7)(7)驱动轴驱动轴轴承轴承传感器传感器铭牌铭牌异步电机结构异

10、步电机结构(8)(8)u电机铭牌额定值u额定值关系：)(VkVUN或额定电压额定运行状态时加在定子绕组上的线电压.)(kWPN额定功率额定条件下转轴上输出的机械功率.)(AIN额定电流在额定运行状态下流入定子绕组的线电流.min)/(rnN额定转速额定运行时电动机的转速.NNf额定效率额定频率额定功率因数Ncos额定值3cosNNNNNPU I 变压器数学模型与分析变压器数学模型与分析(1)(1)u变压器和异步电机的电磁转换方式类似u变压器、电机分析中常用的两种分析方法 等效电路-向量图分析方法：从磁通到感应电势关系入手，推导等效电路和向量图。 耦合磁路分析方法：从耦合磁路入手分析电磁感应关系

11、，有助于理解电磁能量转换过程。变压器变压器T T型等效电路型等效电路耦合磁路方程耦合磁路方程21111 11 212 12 2122222111112112222122lmmmlmlmlmNLLLLLNLLLNLLLNNLiLiiNNLiLiiN 变压器数学模型与分析变压器数学模型与分析(2)(2)1U1E1E2U1I2Im2E2E1N2N1111122222UI REEUI REE 变压器数学模型与分析变压器数学模型与分析(3)(3)u磁通与电动势的关系为：sinmmt 1100112sin(90 )sin(90 ) mmmdeNdtfNtEt1114.442mmEEfN114.44mEjf

12、N u一次主电动势按正弦规律变化，时间相位上滞后主磁通90度。漏电动势、二次主电动势也有同样的结论。u变压器及电机分析中磁链、磁通常以幅值型式表述，电压、电流等变量以有效值方式表述。主磁通一次侧感应电势感应电势有效值向量表达式变压器数学模型与分析变压器数学模型与分析(4)(4)u折算：将变压器的二次绕组用另一个绕组来等效，同时对该绕组的电磁量作相应的变换，以保持两侧的电磁关系不变。u 原则：1）保持二次侧磁动势不变； 2）保持二次侧各功率或损耗不变。11111111122222222212 mUEI RjI XEI ZUEI RjI XEI ZIII22221INIIkN折算后的方程为222r

13、k r变压器变压器T T型等效电路型等效电路变压器带感性负载等效向量图变压器带感性负载等效向量图变压器数学模型与分析变压器数学模型与分析(5)(5)u空载试验u低压侧加电压，高压侧开路，电压U在0-1.2UN之间变化。测量空载电流和一、二次电压及空载功率来计算变比、铁耗和励磁阻抗等参数。2210110()()mmUZRRXXImZZ 00mRR0mXX12UkU变压器数学模型与分析变压器数学模型与分析(6)(6)u短路试验u高压侧加电压，低压侧短路。电流Ik在0-1.3IN之间变化。通过测量短路电流、短路电压及短路功率来计算变压器的短路电压百分数、铜耗和短路阻抗。22221112121122s

14、sNsSNsSssssNsNssUUPPZRXZRIIIIRRRXXX变压器数学模型与分析变压器数学模型与分析(7)(7)u磁耦合等效电路是构成变压器和电机的核心，对于变压器来说，相对静止的电路利用磁耦合电路改变电压电流幅值；对于电机来说，相对运动的电路之间利用磁耦合实现机械能和电能之间的相互转换。以下分析过程逐步从等效电路向量分析转变为磁路分析。双绕组磁耦合电路示意图双绕组磁耦合电路示意图1u2u1i2i1 l1m2m1N2N2l变压器数学模型与分析变压器数学模型与分析(8)(8)u 两个绕组的电压方程可以用矩阵方式表示为 u 磁链与磁通 的关系为：u 磁通由磁势和磁阻决定： u 线性磁系统

15、磁阻 u 绕组磁链可表示： 其中:duRidt1200RRR12fff其中:代表电阻矩阵f 代表u、i、1,21,21,2mN1 11 12 22 211221m2mlmlmllN iN iN iN iRRRR其中：l是磁路等效长度， A是磁路等效截面积，是磁导率。 lRuALi11122122LLLLL2222112212112212211m2mmllNNNNN NLLLLRRRRR变压器数学模型与分析变压器数学模型与分析(9)(9)u 观察四个电感系数的特点，重新定义两套绕组漏感和互感如下： u 将电感矩阵写成漏感和互感的组合形式u 得到相应的磁链方程如下：2222112211221m2m

16、lmmmllNNNNLLLLRRRR211111121212212222lmmmlmNLLLLLNLLLNLLLN211 11121122 22122lmlmNL iLiiNNL iLiiN变压器数学模型与分析变压器数学模型与分析(10)(10)双绕组磁耦合电路的双绕组磁耦合电路的T T型等效电路型等效电路u 基于上述的二次侧折合后的磁链和电压方程，可以得到双绕组磁耦合电路的T型等效电路(忽略铁损)u 二次侧匝数折合后的磁链方程和电压方程为：其中：11 11222 212lmlmL iLiiL iLii111 1222 2duR idtduR idt2221111 22 2221222222l

17、lmmmNNNN iN iLLLLLRRNNN异步电机数学模型与分析异步电机数学模型与分析(1)(1)u转子静止时的异步电机 转子静止时异步电机是利用电磁感应原理将能量从定子方传递到转子方，定、转子之间无电的联系，从工作原理上讲，它和变压器相似。 先从转子静止时的异步电机开始分析，然后研究转子旋转时的情况。 转子静止分两种情况：一转子绕组开路， 二转子绕组短路。异步电机数学模型与分析异步电机数学模型与分析(2)(2) 转子绕组开路或移除转子线圈时，定子电流建立的基波磁动势为111322*2wNFkIp 该磁动势产生旋转磁场在定子一相绕组中的感应电动势为11114.44wEjfN k u转子开路

18、时的旋转磁场 3/2代表合成磁势幅值为每相磁势之比。 N1为每相串联匝数 kw1=kq1*ky1为绕组系数三相绕组基本合成磁通势图解三相绕组基本合成磁通势图解异步电机数学模型与分析异步电机数学模型与分析(3)(3) 将异步电动机转轴卡住，转子绕组短路，在定子侧施加三相对称电压，相当于变压器做短路实验。u转子短路运行三异步电机转子短路运行三异步电机转子短路运行 以同步速度n1旋转的定子磁通切割静止转子绕组产生频率为f2（f2 pn1/60= f1）的三相对称感应电动势。 频率f2的感应电势在闭合转子绕组中产生三相对称电流I2产生圆形旋转转子基波磁动势F2 。异步电机数学模型与分析异步电机数学模型

19、与分析(4)(4) 以同步速度n1旋转的定子磁通切割以n2速度旋转的转子绕组产生频率为f2（ f2 p(n1n2)/60= sf1 ）的三相对称感应电动势。 频率f2的感应电势在闭合转子绕组中产生三相对称电流I2产生圆形旋转转子基波磁动势F2 。 F2实际相对定子旋转速度为n2+ sf1*60/p=n1，即F2与F1相对保持静止，电机气隙中的旋转磁场是由F2与F1的空间矢量合成磁动势Fm产生。 Fm Bm mu负载运行电磁过程分析负载运行定、转子磁通势与电流向量图负载运行定、转子磁通势与电流向量图异步电机数学模型与分析异步电机数学模型与分析(5)(5)111122221222111112222

20、4.444.444.44wmswmwmssEjf N kEjf N kjsf N ksEUI REEEI RE u异步电机电动式平衡方式旋转时异步电机的电路旋转时异步电机的电路异步电机数学模型与分析异步电机数学模型与分析(6)(6)u异步电机等效电路的推演u 频率归算 定子频率不变，转子频率由f2 归算成f1，使电路模型中只存在一种频率 磁势不变，F2 的幅值、空间相位角由转子电流相量决定2222222222(1)sEEIRRjsXjXsRsRRss异步电机数学模型与分析异步电机数学模型与分析(7)(7) 绕组归算-用绕组（m1、N1、kw1）等效替代绕组（m2、N2、kw2 ），替换原则：

21、磁势平衡不变 功率平衡不变 异步电机等效电路异步电机等效电路u异步电机等效电路的推演2222221111122212222221wwiwewieiem N kIIIm N kkN kEEk EEN kRk k RXk k X异步电机数学模型与分析异步电机数学模型与分析(8)(8)1111122122121()();()mmmmmmUEIRjXREEIjXsIIIEIRjXI Z u异步电机基本向量方程异步电机等效向量图异步电机等效向量图异步电机数学模型与分析异步电机数学模型与分析(9)(9)111 11211 112121 2211221 22cos/cuFemmemcuFecuemPmU I

22、Pm I RPm I RPm I RsPPPPm I RsPu功率分布221 22111(1)(1)mecemcuemmecmecememsPPPm IRs PsPPPTsu转矩输出异步电机数学模型与分析异步电机数学模型与分析(10)(10)u空载试验u 试验时电机轴上不带负载，用三相调压器对电机供电，使定子端电压从(1.11.3)UN开始，逐渐降低电压，直到电动机转速发生明显下降，空载电流明显回升为止。u由于异步电动机空载运行时转子电流小，转子铜耗可以忽略不计。在这种情况下，定子输入功率消耗在定子铜耗m1I02R1、铁耗pFe、机械损耗pmec异步电机数学模型与分析异步电机数学模型与分析(1

23、1)(11)u 在三项损耗中，机械损耗pmec与电压U1无关，可以近似认为是常数。铁耗pFe可以近似认为与磁密(电压)的平方成正比。201 012001 01FemecFemecPm I RPPPPm I RPPu 故P0与U12的关系曲线近似为一直线。其延长线与纵轴交点即为机械损耗Pmec，从而也得到铁耗PFeu损耗分离u 电机静止时通过测冷热态直流电阻的方法可得到电机定子等效电阻R1，进而可计算得到铜耗异步电机数学模型与分析异步电机数学模型与分析(12)(12)u短路试验u将转子堵住，在定子端施加电压，从0.4UN开始逐渐降低，记录定子绕组端电压Uk、定子电流Ik、定子端输入功率Pk，u根

24、据短路特性曲线，取额定电流点的Uk(相电压)、Ik(相电流)、Pk(三相短路损耗)。异步电机数学模型与分析异步电机数学模型与分析(13)(13)u参数计算u转子堵住时，s=1，ZmZ2，可认为励磁支路开路Im=0221111212212111(R )ssssNsssssssNsssPm IUUPZRXZRIIIRm IRu由定子电阻可折算出转子电阻。对于大中型异步电机，可认为定转子漏抗相等。211212ssRRRXXX异步电机数学模型与分析异步电机数学模型与分析(14)(14)异步电机的空间位置关系 异步电机定转子各有三套绕组ABC和abc，异步电机可似为由这六个耦合的线圈构成，每一个线圈代表

25、一套绕组，其电阻和电感系数由相应的绕组确定。在忽略磁饱和及铁芯损耗前提下，各绕组电压方程如下：u异步电机等效磁路耦合分析As AABs BBCs CCar aabr bbcc ccuR ipuR ipuR ipuR ipuR ipuR ip, , ,TABCabcTABCabcTABCabcuuuuu u uiiiii i i 各绕组电压电流磁链可用矩阵表示为：异步电机数学模型与分析异步电机数学模型与分析(15)(15)u 绕组磁链与电流关系为：AAAABACAaAbAcABBABBBCBaBbBcBCCACBCCCaCbCcCaaAaBaCaaabacabbAbBbCbabbbcbccAcB

26、cCcacbcccLLLLLLiLLLLLLiLLLLLLiLLLLLLiLLLLLLiLLLLLLi 每个绕组的磁链是它本身的自感磁链和其它绕组对它的互感磁链之和 定子和转子各相自感为AABBCCmslsaabbccmslrLLLLLLLLLLLi异步电机数学模型与分析异步电机数学模型与分析(16)(16)u 绕组之间的互感又分为两类 定子三相之间和转子三相之间位置都是固定的，故互感为常值； 定子与转子之间的相对位置是变化的，互感是角位移的函数。1212ABBCCABACBACmsabbccabacbacmsLLLLLLLLLLLLLL cos2cos()32cos()3AaaABbbBCc

27、cCmsAbbABccBCaaCmsAccABaaBCbbCmsLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLL异步电机数学模型与分析异步电机数学模型与分析(17)(17)u 绕组磁链方程可用分块矩阵表示 sssrssrsrrrrLLiLLi TTsABCsABCTTrabcrabciiiiiiii11112222111122221111222222coscos()cos()332cos()3mslsmsmsmslrmsmsssmsmslsmsrrmsmslrmsmsmsmslsmsmsmslrTrssrmsLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLL2coscos()322cos()

28、cos()cos33其中：其中：异步电机数学模型与分析异步电机数学模型与分析(18)(18)u 将磁链方程代入电压方程展开可得： ()ddidLuRiLiRiLidtdtd 表示电流变化引起的脉变电动势，或称变压器电动势 表示定、转子相对位置变化产生的与转速成正比的旋转电动势 u 电机转矩方程可由磁共能及虚位移原理得到： 1122()sin2()sin(120 )()sin(120 )TTmmTemmmsA aB bC cA bB cC aA cB aC bWWii LipLTpWiipLi ii ii ii ii ii ii ii ii i diLdtdLid异步电机数学模型与分析异步电机数

29、学模型与分析(19)(19)u 坐标转换：对于一套在空间上或时间上对称分布的系统可以通过坐标转换用另外一套在空间上或时间上对称分布的系统来代替。u 对于三相abc对称系统，完全可以用dq0正交系统来代替。u 这两个系统的变换关系矩阵为：u 绝对变换：是指两套对称系统变换前后功率保持不变u 相对变换：是指两套对称系统变换前后各量幅值保持不变abc轴在空间上不动，d轴按逆时针旋转，q轴超前d轴90度，0轴在坐标原点。1110111133311302113113coscos(120 )cos(120 )sinsin(120 )sin(120 )111222cossinkcos(120 )sin(12

30、0 )kcos(120 )sin(120 )kabcdqdqabcTkkkkTk1232113kkk异步电机数学模型与分析异步电机数学模型与分析(20)(20)u 由前面的分析知，异步电机在相坐标系下其定转子互感系数随定转子相对位置变化，现分析在dq0坐标系下异步电机方程的形式，下标s、r分别代表定转子 转子abc三相绕组到dq0变换矩阵为： 定子ABC三相绕组到dq0变换矩阵为：11101111101111coscos(120 )cos(120 )2sinsin(120 )sin(120 )3111222cossin1cos(120 )sin(120 )1cos(120 )sin(120 )

31、1ABCdqdqABCTT22202222202222coscos(120 )cos(120 )2sinsin(120 )sin(120 )3111222cossin1cos(120 )sin(120 )1cos(120 )sin(120 )1abcdqdqabcTT异步电机数学模型与分析异步电机数学模型与分析(21)(21)u 异步电机在dq坐标系下的数学模型为（忽略0轴方程）：磁链方程其中电磁转矩：1122dss dsdsqsqss qsqsdsdrr drdrqrqrr qrqrdruR ippuR ippuR ippuR ipp电压方程dss dsm drqss qsm qrdrm d

32、sr drqrm qsr qrL iL iL iL iL iL iL iL i1.51.5slsmslsmrlrmslrmLLLLLLLLLL1212212123()23()23()23()21emmqs drds qrqsdsdsqsqrdrdrqrmqddqmTpLi ii ip iip iiLpL LLL L 异步电机数学模型与分析异步电机数学模型与分析(22)(22) 让d轴与电机定子A相轴线重合，此时10, 2, p2, 2即转子角速度。dq坐标系又称之为定子ab坐标系电磁转矩：电压方程：u 1、定子ab坐标系 让d、q轴以同步角频率1同步旋转，此时dq坐标系又称之为同步旋转dq坐标

33、系，此时p11, p2p(1s1u 2、同步旋转dq坐标系电压方程：NoImageNoImage3()2emqsdsdsqsTp ii电磁转矩：3()2emssssTp iibaab异步电机数学模型与分析异步电机数学模型与分析(23)(23)u 稳态时，有下式成立：u 定义电压、磁链矢量如下：可推得：u 据此可以画出异步电机稳态时的等效电路图u 异步电机在定子ab坐标系下的电压和磁链方程为：稳态等效电路图稳态等效电路图()()sssssssssls smsrrrrsrrrrrlr rmsruujuiijijL iLiiuujuiijijL iLiiabababababab11jjssrrpp1

34、11111ss sls sm sm rrrrlr rm sm ruR ijL ijL ijL iuRijL ijL ijL iss22ssssssssrrrrrrrrrruR ipuR ipuR ipuR ipaaabbbaaabbbba 异步电机转矩特性（异步电机转矩特性（1 1） s=0,n=n1,旋转磁场相对于转子静止，Tem=0 当s从0增大时，在开始部分R2/ s远大于其余各项值，随着s的增大，电磁转矩增大。当s较大时， R2/s相对较小，s继续增大而Tem增大变慢，达到最大值之后随着s的增大，Tem反而减小 启动转矩Tst应大于负载转矩。2211emem212211122Rm pU

35、PsTRfRXXsu异步电机恒压恒频工况下转矩特性异步电机转矩特性（异步电机转矩特性（2 2）2112122112122()stemsm pU RTTfRRXX maxT1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0 300250200150100 50 012R22R32R42R12223242RRRR emTSu异步电机启动转矩特性异步电机转矩特性（异步电机转矩特性（3 3）22m2212112221111max221121111222221111em222222211121m04422ememdTRRsdsXXRXXm pUm pUTfXXfRRXXRRm pUm pUTssTRRRfRXX

36、fsss max2mmssTss 最大电磁转矩在给定频率下，与电压的平方成正比 最大电磁转矩与转子电阻无关，但Sm与其有关u异步电机最大转矩特性异步电机工作特性（异步电机工作特性（1 1）u 异步电动机的工作特性是指在额定电压及额定频率下，电动机的主要物理量（转速、定子电流、电磁转矩、功率因数及效率等）随输出功率变化的关系曲线。 转差率特性：随着负载功率的增加，电磁功率增加， 转子电流需要增大，故转差率随输出功率增大而增大。 定子电流特性：空载时电流很小，随着负载电流增大，电机的输入电流增大。 转矩特性：异步电动机的输出转矩Tem=P2/，转速的变换范围很小，从空载到满载，转速略有下降，转矩曲

37、线为一个上翘的曲线。异步电机工作特性（异步电机工作特性（2 2）u定子功率因数特性 空载时，定子电流基本上用来产生主磁通，有功功率很小，功率因数也很低； 随着负载电流增大，输入电流中的有功分量也增大，功率因数逐渐升高； 在额定功率附近，功率因数达到最大值。 如果负载继续增大，则导致转子漏电抗增大（漏电抗与频率正比），从而引起功率因数下降。异步电机工作特性（异步电机工作特性（3 3）u效率特性adFecucupppppPP2122 其中铜耗随着负载的变化而变化（与负载电流的平方正比）；铁耗和机械损耗近似不变； 可变损耗等于不变损耗时，电机达到最大效率。 异步电动机额定效率一般在74-94%之间；

38、最大效率一般出现在(0.7-1.0)倍额定效率处效率P2转差率s功率因数cos1电流I1电磁转矩T异步电机工作模式（异步电机工作模式（1 1）u三相异步电动机有两大运转状态：电动状态和制动状态u 电动状态特点： 电动机转矩方向与转速方向相同。 机械特性在第一、三象限内。 电动机从电网吸收电能，转化为机械能u 制动状态特点： 电动机转矩方向与转速方向相反。 回馈制动与能耗制动时电动机从轴上吸收机械能，转化为电能 反接制动能耗全部消耗在转子侧。异步电机工作模式（异步电机工作模式（2 2）u回馈制动当异步电动机由于某种原因，使得nn1时，转差率s0，则转子感应电动势sE2反向u Pem均为负值，说明

39、电机内的功率流向与作电动机运行时正好相反，即电机作发电机在运行。u 当s0时，转子电流的有功分量改变方向，转子电流的无功分量方向没变。转子侧仍从电网侧吸收无功，无法独立用作发电机。222222222222222221 2/cossin/emERsXIRsXRsXRssRPIXm 转子电流有功分量222cosaII222sinrII 转子电流无功分量异步电机工作模式（异步电机工作模式（3 3）u定子两相反接的反接制动u传递到转子的两部分功率全部转换成了转子的铜损耗！22221 21 211100emmecs RRPm IPm Isnnssn异步电机工作模式（异步电机工作模式（4 4）u能耗制动将三相异步电动机与三相交流电源断开，与直流电源接通。u 能耗制动时的电磁转能耗制动时的电磁转矩，是由机械惯性而矩，是由机械惯性而继续旋转的转子，与继续旋转的转子，与恒定的定子磁场有相恒定的定子磁场有相对运动产生的。该转对运动产生的。该转矩的与转速方向相反，矩的与转速方向相反，起制动作用。起制动作用。u 实质将实质将转子存储的动转子存储的动能转换为电能，并消能