《电机学》课件-第五章异步电机3

5.9异步电机的功率、转矩平衡方程式1、功率平衡方程几个重要的关系P1PemP2pcu1pFepcu2pmec+pad

Pmec2、电磁转矩电磁转矩等于电磁功率除以同步角速度，也等于总机械功率除以机械角速度例：一台三相4极异步电动机数据为：Pn=10kw，Un=380V，IN=20.1A，定子三角形接法，f1=50Hz，定子铜耗pcu1=557w，转子铜耗pcu1=314w，铁耗pfe=276w，机械损耗pmec=77w，附加损耗pad=200w。求该电机额定运行时的转速、负载转矩、空载转矩、电磁转矩、效率5.10电磁转矩的三种表达式1、物理表达式2、参数表达式2.1电磁转矩与转差率的关系2.2最大电磁转矩最大电磁转矩的特点：1、在频率一定时，与定子电压的平方成正比2、最大电磁转矩与转子电阻无关，但发生最大转矩的转差率与转子电阻有关。3、在频率一定时，漏抗越大，最大转矩越小最大电磁转矩倍数：最大电磁转矩倍数是异步电动机的重要性能指标之一，表证了异步电动机的短时过载能力，km=1.6~2.52.3起动转矩令：s=1假设要求起动时，电磁转矩到达最大起动转矩倍数：3、实用表达式5.11异步电动机的工作特性5.12三相异步电动机的起动异步电动机起动时，起动电流很大，但起动转矩却不大。1、直接起动——适合于小容量电动机带轻载的情况一般对于额定电压为380V的电机，当额定功率不大于7.5kW时可直接起动2、降压起动——适合于容量大于等于20kW带轻载的情况〔1〕由于是带轻载，所以起动转矩容易满足，关键是限制起动电流〔2〕起动电流与端电压成正比，而起动转矩与端电压平方成正比，故起动转矩比起动电流下降得快〔3〕降压后起动电流满足要求了，还必须校核起动转矩是否满足要求。2、1定子绕组串电抗起动2、2用Y-Δ起动器起动起动时的线电流Δ起动：Y起动：2、3用自耦变压器起动起动时的电网线电流2、4几种降压起动比较3、采用绕线式异步电动机假设要求电机在起动过程中，保持最大转矩不变，应如何串入电阻?在起动过程中，串入的电阻随着转速的上升而变小，因此绕线式电机起动通常在转子中串入一个频敏电阻器5.14异步电动机的调速〔1〕变极调速〔2〕变频调速〔3〕改变转差调速1、变极调速两种典型的变极绕组连接方法变极调速方法简单，但只能实现有级调速并且不宜超过三种速度。2、变频调速在变频调速过程中，希望保持每极磁通保持不变!2、1恒转矩调速2、2恒功率调速假设维持磁通不变：假设过载能力不变：3、转子回路串电阻调速转子串电阻调速属于恒转矩调速，但是属于耗能调速，效率低习题解答1.一台绕线式感应电动机，如果在定、转子绕组上均接以f=50Hz的三相电源，定、转子均产生旋转磁场，假定：〔1〕定、转子磁场旋转方向相同；〔2〕定、转子磁场旋转方向相反，问转子是否会旋转，转速及转向又如何确定？2.一台原设计在频率=50Hz电源上运行的三相感应电动机，现改用在电压相同，频率=60Hz的电网上运行，问如何变化？〔变化趋势〕。补：电机效率及功率因数如何？一台原设计用在频率f=60Hz电源上运行的三相感应电动机，现改用在电压相同，频率f=50Hz的电网上，问电动机的漏电抗及空载电流如何变化？、、、、如何变化？4.是带三相感应电动机拖动的负载越重，那么起动电流越大？为什么？负载转矩的大小对电动机起动的影响表现在什么地方？5.今有一台8极同步电机与一台4极绕线式感应电机同轴联接，两台电机定子都接在50Hz的电源上。绕线式感应电机的转子引出三相接线作为电源输出。求输出的电流频率是多少？6.在直流电机中铁耗是什么供给？感应电动机中铁耗又由什么供给？为什么？7.一台三相感应电动机，P=17kW,V=380V，定子绕组三角形接法，4极，I=19A，f=50Hz，额定运行时有定子铜耗=700W，转子铜耗=500W，铁耗=450W,机械损耗=15W,附加损耗=200W,计算该机在额定状态下的电磁转矩。8.一台三相感应电动机，P=20kW,V=220V，f=50Hz，n=1470r/min,在额定电压和频率下运行时，假设该机产生最大电磁转矩时的转子铜耗等于额定转矩时转子铜耗的10倍，忽略定子电阻及空载损耗。求：〔1〕临界转差率;(2)最大电磁转矩;(3)起动转矩。两台型号完全相同的笼型感应电动机共轴联接，拖动一个负载。如果起动时将它们的定子绕组串联以后接至电网上，起动完毕后再改为并联。试问这样的起动方法，对起动电流和起动转矩有何影响？答：定子绕组串联，每台电动机的端电压为1/2U；由于起动电流与电压成正比，起动转矩与电压平方成正比，使得总的起动电流为原来的1/2；，总的起动转矩为原来的1/4.2.绕线式感应电动机在转子回路串电阻起动时，为什么既能降低起动电流，又能增大起动转矩？所串电阻是否越大越好？答：从等效电路可以看出，增加转子电阻使总的阻抗增加了，所以起动电流减小。转子电阻增加，使转子功率因数得以提高；起动电流减小使得定子漏抗电压降低；定子电势增加，使气隙磁通增加。起动转矩与气隙磁通、起动电流成正比，虽然起动电流减小了，但气隙磁通和转子功率因数提高，使起动转矩增加了。如果所串电阻太大，使起动电流太小，起动转矩也将减小。3.一台笼型感应电动机，原来转子是插铜条的，后因损坏改为铸铝的。如输出同样转矩，电动机运行性能有什么变化？答：转子由铜条改为铝条后，相当于转子回路电阻增大，使得电动机起动电流减小、起动转矩增大，最大转矩不变，临界转差率增大。在负载转矩不变的情况下，转差率增大，转速下降，效率降低。4.感应电动机定子绕组与转子绕组之间没有直接的联系，为什么负载增加时，定子电流和输入功率会自动增加，试说明其物理过程。从空载到满载电机主磁通有无变化？答：负载增加时，电动机转速下降，转差率上升，转子绕组切割磁力线的速度增加，转子的感应电动势、感应电流相应增加，转子磁动势也增加。由磁动势平衡关系，定子磁动势增加，定子电流上升，即从电网吸收的电功率增加。这一过程直到转子电流产生的转矩与负载转矩重新平衡为止。在定子电压不变的情况下，定子电流的增加导致定子漏阻抗增加，使定子电动势减小，主磁通略有减小。答：〔1〕轻载时功率因数低的原因是由于轻载时定子负载电流小，定子电流主要取决于无功的励磁电流，而在感应电动机中，由于空气隙的存在，励磁电流较大，一般为〔0.2～0.5〕I1N。〔2〕效率低的原因是由于轻载在输入的电功率中输出的有功功率小，而不变损耗〔铁耗和机耗〕所占的分量较大，因此效率低。〔3〕轻载时如将△接改为Y接，由于相电压只为原来的1/sqrt(3)，因此，励磁电流及铁耗都大为减少，功率因数及效率将显著改善。此时最大转矩必须小于△接时电动机的最大电磁转矩的1/3。5.感应电动机在轻载下运行时，试分析其效率和功率因数都较额定负载时低的原因。如定子绕组为联接的感应电动机改为联接运行，在轻载下其结果如何？此时所能负担的最大负载必须少于多少？6.绕线型异步电机转子绕组的相数、极对数总是设计得与定子相同，鼠笼型异步电机的转子相数、极对数又是如何确定的呢?与鼠笼条的数量有关吗？

答：鼠笼型异步电机转子相数就是鼠笼转子上的导条数；转子极对数是靠定子绕组磁动势感应而得的，因此它始终与定子绕组的极对数相等，与鼠笼转子的导条数无关．7.三相异步电动机的堵转电流与外加电压、电机所带负载是否有关?关系如何？是否堵转电流越大堵转转矩也越大?负载转矩的大小会对起动过程产生什么影响？答：堵转电流与外加电压成正比关系，与负载大小无关。假设电机参数不变，那么堵转电流越大，堵转转矩也越大。负载转矩的大小会对起动时间的长短产生影响。5-30解:开路时，转子相电势转子电流频率转子电流大小转子每相电势总的机械功率5-34解:电磁功率转子铜耗总机械功率5-35解:转差率转子电流频率总机械功率电磁功率转子铜耗定子输入功率定子线电流效率8.一台三相四极绕线式感应电动机，转子每相电阻万为0.0015欧。额定运行时，转子相电流为200A，额定转速为1475转/分，计算额定电磁转矩。假设保持额定负载转矩不变，在转子回路串电阻，使转速降低到1200转/分，求转子每相应串入的电阻值，此时定子电流、电磁功率、输入功率是否变化？解：(1)(2)调速前后电磁转矩不变，有转子回路串电阻，电动机参数不变，当定子电压和定子频率不变时，那么定子电流、定子功率因数、定子电动势、气隙磁通、电磁功率、定子输入功率均未变化。转子电流、转子功率因数也未变化。转子串入电阻后，转子总的铜耗增加，输出功率减小，电机效率降低。、一台三相异步电动机，额定电压为380v，Y联接，频率为50Hz，额定功率为28kw，额定转速为950转/分，额定负载时的功率因数为0.88，定子铜损耗及铁损耗共为2.2kw，机械损耗为1.1kw，忽略附加损耗，计算额定负载时的：〔1〕转差率；〔2〕转子铜损耗；〔3〕效率；〔4〕定子电流；〔5〕转子电流的频率。解：有一台三相四极绕线式感应电动机额定功率150kw，额定电压380v，转子铜耗2210w，机械