《电机原理与维修》课件第13章

第13章三相异步电动机运行特性13.1转速特性13.2转矩特性13.3定子电流特性13.4功率因数特性13.5效率特性习题13.1转速特性三相异步电动机的转速特性是指在电源电压和频率为额定值，并且电动机固有参数不变的情况下，转子转速与输出功率的关系特性，即n=f(P2)的关系曲线。空载时，输出功率P2=0，转子电流I2接近于零，转子转速n接近于同步转速。由负载转矩公式T2=P2/Ω可知，随着负载的增大，即输出功率的增大，输出转矩也将增大，以达到电磁转矩与负载转矩平衡。而转子电流增大才能保证电磁转矩增大，也就是说转子电动势E2s必须增大，因此，转子转速随着负载的增大而下降。为了保证电动机负载时有较高的效率，转子铜耗不能太大，因此负载时转差率限制在比较小的范围内。所以，随着负载的增大，转速降并不大。三相异步电动机的转速特性是一条稍向下倾斜的曲线，特性曲线较硬，如图13-1所示。图13-1异步电动机工作特性曲线13.2转矩特性三相异步电动机的转矩特性是指在电源电压和频率为额定值，并且电动机固有参数不变的情况下，电磁转矩与输出功率的关系特性，即T=f(P2)的关系曲线。电动机稳定运行时，电磁转矩应与负载制动转矩相平衡，即T=TL，由转矩平衡方程式T=T2+T0可知，T=TL=T2+T0。电动机空载运行时，电动机轴端输出功率P2=0，则输出转矩T2=0，电磁转矩T等于空载制动转矩T0。随着负载的增加，电动机轴端输出功率P2亦将增大，根据电动机的转速特性可以看出，从空载到额定负载运行，转速稍有下降，可以认为T2=f(P2)随P2的增加略微上翘。由于空载转矩T0很小，而且认为它是与P2无关的常数，因此电磁转矩T与P2的特性曲线将比T2=f(P2)特性曲线平行上移T0数值，如图13-1所示。13.3定子电流特性三相异步电动机的定子电流特性是指在电源电压和频率为额定值，并且电动机固有参数不变的情况下，定子电流与输出功率的关系特性，即I1=f(P2)的关系曲线。空载时，输出功率P2=0，转子转速n接近于同步转速n1，转差率很小，使转子电动势很小，转子电流I2≈0。此时，定子电流仅为空载电流I0。随着负载的增大，P2也将增大，转子转速下降，导致转子转速n与旋转磁场的同步转速n1的差值增大，从而使转子电动势增大，转子电流也增大，根据异步电动机磁动势平衡关系，为补偿转子磁动势因转子电流的增大而增大，定子电流和磁动势也将增大。也就是说，定子电流I1随着P2的增大几乎成正比例增大。当P2增大到超过额定值后，因转速下降过多，转子漏抗较大，转子功率因数cosφ2较低，故为平衡较大的负载转矩就需要更大的转子电流，所以I1的增大将比原先更快些。三相异步电动机的I1=f(P2)曲线如图13-1所示，在正常工作范围内，I1=f(P2)曲线近似一条直线，当P2大于PN后，I1=f(P2)曲线为一条向上弯曲的曲线。13.4功率因数特性三相异步电动机的功率因数特性是指在电源电压和频率为额定值，并且电动机固有参数不变的情况下，功率因数与输出功率的关系特性，即cosφ1=f(P2)的关系曲线。异步电动机空载运行时，输出功率P2=0，定子电流即为空载电流I0，主要是建立旋转磁场的励磁电流，而异步电动机的励磁电流是从电网吸取的无功电流，因此功率因数很低，cosφ1=cosφ0＜0.2。随着负载的增大，转子电流有功分量增加，相应定子电流有功分量也增加，功率因数将随着负载的增加而增加。在额定负载附近，功率因数达到最大值。如果负载继续增大并超过额定负载，因转速下降过多，转差率s增大，转子功率因数下降较多，导致定子电流中与之平衡的无功分量也增加，电动机的功率因数cosφ1反而下降，如图13-1所示。因此，电动机应在接近额定负载状况下工作较为经济。13.5效率特性三相异步电动机的效率特性是指在电源电压和频率为额定值，并且电动机固有参数不变的情况下，电动机的效率与输出功率的关系特性，即η=f(P2)的关系曲线。

(13-1)上式中，铁芯损耗pFe和机械损耗pm为不变损耗；定子铜耗pCu1、转子铜耗pCu2和附加损耗ps均为可变损耗。异步电动机空载运行时，P2=0，η=0；当负载增加但数值较小时，可变损耗很小，效率随负载的增加而迅速增加，特性曲线上升很快；随着负载继续增大，可变损耗也随之增大，当可变损耗等于不变损耗时，电动机的效率达到最大值。负载再继续增大，可变损耗增加很快，效率开始降低，如图13-1所示。异步电动机空载或轻载时效率很低，接近额定负载时(一般为0.7PN~PN)，效率最高。由以上分析可知，异步电动机的效率和功率因数都是在额定负载附近达到最大值，因此，在选用电动机时，要注意电动机与负载匹配的问题。选的过小，会造成电动机长期过载运行，影响电动机的使用寿命；选的过大，会造成电动机效率和功率因数都很低，不经济。习题

13-1简述异步电动机的转速特性为何是一条稍向下倾斜的曲线？

13-2异步电动机在接近额定负载运行时，其功率因数和效率均达到最大，为什么？

13-3异步电动机带负载