电气二第五章电机

《电机学》第五章异步电机15.6异步电机等效电路的简化“T型”准确地表示一台异步电机简化计算，常将T型电路的励磁支路前移变压器：Z*m≥50，I*0≤0.05，Z*1σ≤0.05感应电机：Z*m≥3，I*0≥0.25，X*1σ≈0.05∴励磁电路直接移到电源端将引起较大误差，特别是对小型电机，常不能满足工程计算的精确度。为消除误差，引入一个校正系数σ1，对电路作必要修正，使Г形等效电路和T形等效电路完全等效。《电机学》第五章异步电机21、Г型等效电路(准确的Г型等效电路）（较准确的等效电路）《电机学》第五章异步电机32、简化等效电路对于容量大于100kW的异步电机，有σ1≈1。则有简化等效电路求得的定子、转子电流，比T型电路求得的值偏大，有一定误差，且电机容量越小，误差越大。分析小型电机还是选用T型电路较好；大电机，尤其是在进行电力系统计算中，使用近似电路可以大大简化计算，且偏差也可在允许范围内。《电机学》第五章异步电机4《电机学》第五章异步电机5《电机学》第五章异步电机6《电机学》第五章异步电机7《电机学》第五章异步电机8《电机学》第五章异步电机95.7异步电机参数的测定1、试验目的：测取和一、空载（空转）试验2、试验方法：定子三相绕组与三相电源（三相调压器）接通；转子空载（不带任何机械负载）；定子端电压从(1.1～1.3)UN下调↓→0.2UN；记录U1、I0，P0，n（n≈n1变化应很小，除去转速变动大的数据），绘制曲线《电机学》第五章异步电机103、数据分析注意：n≈n1→s≈0→I2很小，I2≈0→转子铜耗pCu2忽略不计调节过程：U1↓→I1↓→I0↓P0=f(U1)I0=f(U1)《电机学》第五章异步电机11机械损耗，转子转动，会有摩擦阻力、风阻等，消耗的功率附加损耗（杂散损耗），铁心有齿槽、磁场中的高次谐波，产生阻力矩，消耗的功率。（大型0.5％PN；小型(1-3)％PN）直线《电机学》第五章异步电机12补充：分离pFe和pad0的方法如果要求进一步把pFe和pad0分开，需用另一台辅助电动机把感应电动机的转子拖到同步转速n1，进行试验。此时n=n1；s=0；I2=0，转子的机械损耗和空载附加损耗全由辅助电动机供给，定子电流纯为励磁电流Im。所以把此时定子输入功率减去此时的定子铜耗便得铁耗pFe。《电机学》第五章异步电机134、参数计算电动机空载，转子支路近似开路定子漏抗短路试验测得空载时的额定相电压及相电流《电机学》第五章异步电机14二、短路（堵转）试验试验目的：测量ZK=RK+jXK；转子电阻；定、转子漏抗。试验方法：定子加电压(Uk=0.4U1N)逐渐降低；转子堵转；记录Uk、Ik，Pk，绘制曲线Ik=f(Uk)、Pk=f(Uk)试验等效电路n=0;s=1RK+jXk《电机学》第五章异步电机154、数据分析RK+jXk《电机学》第五章异步电机16实部虚部分开：利用空载试验《电机学》第五章异步电机175、关于短路试验的说明在正常工作范围内，定、转子的漏抗基本为一常值。但当高转差时(例如起动时)，定、转子电流将比额定值大很多，此时漏磁磁路中的铁磁部分将达到饱和，从而使总的漏磁磁阻变大，漏抗变小。在开始饱和时，Xk随电流的增加迅速下降，而到电流很大、饱和程度很高时，则基本上不变。故在进行堵转试验时，应力求测得Ik=I1N、Ik=(2～3)I1N和Uk=U1N三点数据。然后分别计算不同饱和程度时的漏抗值。计算工作特性时，Ik=I1N

；计算起动特性时，Uk=U1N时的值；计算最大转矩时，采用对应于(2—3)I1N时的漏抗值；这样可使计算结果接近于实际情况。《电机学》第五章异步电机18和p234例5.4类似《电机学》第五章异步电机19《电机学》第五章异步电机205.9异步电动机的功率、转矩平衡方程※一、功率平衡关系《电机学》第五章异步电机21输入功率定子铜损定子铁损1、异步电动机从电源获取电功率，即输入功率2、输入功率首先经定子绕组产生定子铜耗3、旋转磁场掠过定转子铁心，产生铁耗转子铁心与旋转磁场相对转速为sn1较小，故转子铁耗忽略；定子铁心与旋转磁场相对转速为n1较大；∴铁耗主要为定子铁耗《电机学》第五章异步电机224、剩余功率将通过气隙磁场感应到转子绕组，此功率称为电磁功率电磁功率转子铜损总机械功率5、电磁功率Pem首先提供转子铜耗6、剩余的电磁功率全部转化为机械功率《电机学》第五章异步电机237、总机械功率克服机械损耗pmec、附加损耗pad0，其余功率为输出的机械功率转轴输出功率异步电机总功率式：电机总损耗：在电机参数和转差率s已知的情况下，利用等效电路计算出各个电流，再进一步计算各个功率。

《电机学》第五章异步电机24※功率流程图pCu1PempFe1pCu2padpmecP2P1※异步电动机的功率平衡方程：《电机学》第五章异步电机25※

各功率间的重要关系式：or上式说明：异步电动机有s存在：转子有铜耗。正常运行异步电动机，n≈n1，s很小→铜耗很小。异步电机的转速n↓，转差率s愈大，sPem愈大。当异步电机处于电磁制动状态时：s＞1，pCu2>Pem，从定子传递到转子的电磁功率都消耗于转子铜耗还不够，还应从轴上输入机械功率去补偿；当s＞1，Pmec<0，即输入机械功率。《电机学》第五章异步电机26二、异步电动机转矩平衡电磁转矩Tem：总机械功率Pmec除以转子机械角速度Ω：转矩平衡方程式空载转矩输出转矩驱动性质制动性质《电机学》第五章异步电机27或者由功率关系证明一个重要关系式机械运动角速度旋转磁场运动角速度电磁转矩《电机学》第五章异步电机28电磁转矩既等于总机械功率除以转子旋转角速度，也等于电磁功率除以旋转磁场的同步角速度。用总机械功率除以转子角速度计算电磁转矩是从转子本身产生的机械功率导出的；用电磁功率除以旋转磁场角速度计算电磁转矩则是从旋转磁场与转子电流相互作用对转子做功这一概念导出的。前者是转子的角速度，对应于机械功率；后者是磁场的同步角速度，对应于旋转磁场传递到转子的电磁功率《电机学》第五章异步电机29《电机学》第五章异步电机30《电机学》第五章异步电机31《电机学》第五章异步电机32§5.10电磁转矩三种表达式异步电动机的作用是把电能转换成机械能，它输送给生产机械的是转矩和转速。在选用电动机时，总要求电动机的转矩与转速的关系(称为机械特性)符合机械负载的要求。因此，电动机转矩的大小受哪些因素的影响?它是怎样计算的？转矩与转速之间的关系怎样?电磁转矩是转子载流导体在气隙旋转磁场中受力而产生的，在电磁转矩的作用下，电动机方能拖动生产机械转动，向负载输出机械功率。因此，电磁转矩是电机进行机电能量转换的关键。《电机学》第五章异步电机33一、电磁转矩物理表达式折算到定子方的转子相电动势:(电机结构参数所决定的常数)异步电机转矩系数：《电机学》第五章异步电机34采用折算值采用实际值上式：异步电机的电磁转矩Tem∝Φm（气隙合成磁场）和I2cosφ2（转子电流的有功分量）。Φm和I2cosφ2相互作用产生电磁转矩。《电机学》第五章异步电机35二、参数表达式描述电磁转矩与参数的关系说明：电磁转矩与电源参数（Ｕ、f）、结构参数（r、x、m、p）和运行参数（s）有关。U1、f1为常数，电机参数不变，则Tem仅与s有关Tem=f(s)。异步电动机的电磁转矩T与定子每相电压U1平方成正比，若电源电压波动大，会对转矩造成很大影响。1=2f1/p《电机学》第五章异步电机362、Tem=f(s)曲线分析n1>n≥00<s≤1T>0；电磁转矩方向与转速方向一致；驱动转矩;电动机Motor

s<0n>n1T<0;电磁转矩方向与转速方向相反；制动转矩;发电机Generators>1n<0T>0;电磁转矩方向与转速方向相反；制动转矩;制动运行Breaking

起动点n=n1，无电磁感应作用，Tem=0《电机学》第五章异步电机37在电源电压U1和转子电阻R2一定的情况下，转矩与转差率的关系曲线Tem=f(s)或转速与转矩的关系曲线n=f(Tem)，称为电动机的机械特性曲线。三种运行状态：电动，发电，制动s=0,n=n1,e2=i2=0，Tem=0s较小时，Tem与s近似成正比；s很大时，Tem与s成反比(以双曲线为渐近线)，有最大转矩Tmax存在。s=0，Tem，e2,

i2（s较小时，Tem表达式分母中R2′/s

值很大，可忽略X1σ+X′2σ，故s，Tem）；s继续，Tem不多；s较大时，s,Tem,(s较大时，分母中R2′/s

值变小，X远大于R，X1σ+X′2σ成为主要部分，故s，Tem不多；s较大时，Tem=Tmax后，s,Tem）《电机学》第五章异步电机383、最大转矩

异步电动机的机械特性曲线T-s上有一个最高点，称为最大转矩或临界转矩。最大转矩可以根据高等数学中求极值的方法求得，求导最大转矩临界转差率《电机学》第五章异步电机39+号表示电动机状态，-号表示发电机状态通常

，故R12可略去，上两式简化为讨论《电机学》第五章异步电机40讨论Tmax∝U12；sm与U1无关；Tmax与R′2没有关系；s与R′2有关，s∝R′2

；Tmax的位置可以由转子电阻的大小来调整（串入Rst→sm↑→Tem=f(s)左移；Rst串入的合适，可使Tst=Tmax

）；Tmax∝(1/Xk)；Tmax∝U12/f1Xk；∵Xk=2пfN2Λ∝f1→Tmax∝(1/f12)；sm∝(1/f1)《电机学》第五章异步电机414、过载能力kM最大转矩与额定转矩之比普通电机kM=1.8～2.5，起重、冶金等制造成kM=2.7～3.7。最大电磁转矩对电动机来说具有重要意义，异步电功机运行时，若负载短时突然增大，随后又恢复正常负载：总制动转矩(T0+T2)<Tmax，电动机仍能稳定运行；若(T0+T2)>Tmax，则电动机停转。可见Tmax愈大，电动机短时过载能力越强。《电机学》第五章异步电机425、起动转矩起动转矩则是起动瞬间电动机的电磁转矩起动瞬间n=0或s=1时，电动机相当于堵转，这一时刻的电磁转矩称为起动转矩或堵转转矩，用Tst表示，则有令s=1《电机学》第五章异步电机43Tst∝U12;Tst反比于f1U12、f1不变，(X1+X2′)↓⇒Tst↑若要求起动时，电磁转矩达到最大，令sm＝1R2′+Rst′=X1+X2′对绕线式电动机当转子回路串电阻Rst，且R2′+Rst′=X1+X2′时，起动转矩等于最大电磁转矩。笼型不能串电阻启动,Tst大小不能改变。讨论：若不限制的串入Rst↑→Tem先↑后↓《电机学》第五章异步电机44起动转矩倍数起动转矩与额定转矩的比值称为起动转矩倍数或堵转转矩倍数一般普通异步电动机起动转矩倍数为0.8～1.2；笼型1.0～2.0；对起重、冶金等特殊用途的电动机，则要求2.8～4.0kst：反映电机起动负载的能力，kst大⇒电动机起动快。《电机学》第五章异步电机45※Tem=f(s)曲线上的重点四个点：

（结合ppt－p37的机械特性分析复习）TNTstTmaxsmsN1《电机学》第五章异步电机46三、实用表达式通过铭牌数据求取电动机电磁转矩Tem的方法。已知电机的额定功率PN、额定转速nN、过载能力kM《电机学》第五章异步电机47实用表达式《电机学》第五章异步电机48（1）已知PN、nN，求额定输出转矩TN忽略空载转矩，有（2）