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1、,第10章 三相异步电动机的功率、转矩及机械特性,10.1 三相异步电动机的功率与转矩平衡方程,10.1.1 功率关系,PCu2,PFe,PCu1,Pm+Pad,转子,定子,气隙,功率平衡方程式,上述各功率，可用T形等效电路表示各功率,定子铜耗,铁心损耗,电磁功率,转子铜耗,转子上总的机械功率,并可得出关系式,或,或,转子铜耗,输入功率,（2）空载制动转矩T0:由电机的机械损耗pm和附加损耗pad所引起,10.1.2 转矩平衡方程式,异步电动机转子上作用着三个转矩： （1）电磁转矩T：由转子电流I2和主磁通1相互作用 引起的电磁力所产生,（3）负载制动转矩T2:由转子所拖动的负载作用于转子的力
2、矩,其中 机械角速度,当电机稳定运行时转矩平衡方程式,即电机的驱动转矩（电磁转矩）和制动转矩（负载转矩空载制动转矩）相平衡,同步角速度,电磁转矩：,即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转子机械角速度,例题：已知JO2L-52-4三相铝线异步电动机的数据为：PN=10kw，UN=380v，定子三角形接法，IN=20.1A，f150Hz，定子铝耗pCu1557w，转子铝耗pCu2314w，铁耗pFe276w，机械损耗pm77w，附加损耗pad200w。 求该电机额定运行时的负载转矩、负载转速、空载转矩、电磁转矩和效率。,分析： 从电机的型号JO2L-52-4，可知电机的中心高
3、为52cm，极数2p4。 根据功率和转矩的关系，以及转矩平衡方程式可直接求解各转矩 转速可以通过 来求出,解：因为2p4，故可得同步转速,总机械功率,电磁功率,额定运行时的转差率,额定转速,负载转矩,空载转矩,电磁转矩,或,或,输入功率,电机的效率,10.2 三相异步电动机的机械特性,10.2.1 电磁转矩,电动机的同步机械角速度1，同步电角速度1和电机的极对数p有关系,电磁转矩变为,将,代入上式,得,式中 转矩常数,上式说明：电磁转矩与气隙磁通和转子电流有功分量的乘积成正比,10.2.2 机械特性,机械特性：在电机外接电压U1=UN，f1=fN,电机参数不变的情况下，电磁转矩和转速的关系曲线
4、，即T f（n ），一般用转差率s表示，即T f（s ）,由简化型等效电路有：,电磁功率,电磁转矩,此式也称为异步电动机电磁转矩的参数表达式,当电压U1、频率f1为常数，并认为电机的参数一定，电磁转矩仅与转差率s有关，可得Tf(s)曲线,分析：,当s0，nn1时，旋转磁场相对于转子静止，T0,当s1，n0时，电机起动， 随着电机的起动，s的减小，电磁转矩不断的增加。,当s稍大于零时，由于 项很大，所以随着s的 增加，电磁转矩急剧增大。,在0s1的电动机范围内，必然在某一转差率sm下，有最大的电磁转矩Tm,当s1时，为电磁制动状态，将电动机曲线延长即可,当s0时，为发电机状态，曲线形状与电动机相
5、似,（1）最大电磁转矩,当电压U1、频率f1为常数，并认为电机的参数一定，电磁转矩仅是转差率s的函数，令,得电机产生最大电磁转矩的转差率sm,最大电磁转矩为,注：“”号对应于电动机状态，“”号对应于发电机状态,分析：,1.在给定频率下，Tm与U12成正比,1,（1）,（2）,2.当增加转子回路电阻R2时，可相应的增大sm的值，而Tm始终保持不变（绕线式电机，可附加转子电阻）,3.在频率f1一定时，x1x2越大，Tm就越小,定义：过载能力或过载倍数,一般异步电动机1.62.5,1,3.在频率f1一定时，x1x2越大，Tm就越小,（2）起动转矩,起动转矩Ts：电机的定子接通电源，而转子尚未转动时的
6、电磁转矩。,对绕线式电机，当增加转子回路起动电阻Rst时，sm将增加，Ts也将增加，而Tm始终保持不变。,在给定频率下，Ts与U12成正比,在频率f1一定时，x1x2越大，Ts就越小,定义：起动转矩倍数 一般异步电动机为1.02.0,1,10.2.3 电磁转矩实用表达式,在实际工作中，往往希望不用电机参数而只用产品铭牌数据来获得T与s的关系,由简化公式 代入电磁转矩公式，并与最大转矩公式相比，得实用公式,当电机在额定运行时,有,进而可以求出,从产品目录中，可查得过载倍数，额定转速nN，额定功率PN。这样就可以算出sm、TN、Tm，利用实用公式就可算出任何转差率下电动机的电磁转矩,例题：已知一台
7、三相50Hz绕线式感应电动机，额定电压UN=380V，额定功率PN=100kw，额定转速nN=950r/min，在额定运行时，机械损耗pm1kw，忽略附加损耗，求额定运行时的： （1）转差率sN；（2）电磁功率PM；（3）电磁转矩T；（4）输出转矩TN；（5）额定运行时的空载转矩T0；（6）若该电机过载倍数2，求当转差率s0.03时的电磁转矩T。,分析：可以根据额定转速nN=950r/min，判断该电机极数2p6，同步转速n11000r/min。 根据功率、转矩平衡关系，可求得PM、T、TN和T0 利用转矩实用公式求出s0.03时的T,解：（1）额定转差率,（2）额定电磁功率,代入公式,得,（
8、3）额定电磁转矩,（4）额定输出转矩,已知,（5）额定运行时的空载转矩,（6）已知过载倍数2，s0.03,最大转矩时的转差率sm,最大转矩,当s0.03时的电磁转矩T,10.2.4 Tf(s)曲线的稳定运行区域,通常电动机拖动的机械负载有三种类型,（1）恒转矩负载，T2=常数，它与转速大小无关，如起重机、轧钢机等；,（2）通风型负载，负载的转矩与转速的平方成正比T2n2，如通风机、水泵等；,（3）恒功率负载，P2=常数，负载转矩与转速成反比 T2 1/n，转速变化时，负载功率基本不变，如金属切削机床等。,以恒转矩负载为例，说明Tf(s)曲线的稳定区域,负载阻转矩T2+T0和电动机的机械特性Tf
9、(s)有两个交点，a及b，它们称为转矩平衡点。,结论：,电动机的稳定运行区域是 0ssm,a点为稳定工作点,TT2+T0,转速降低，达到新的平衡点,11.3 感应电机的工作特性,当三相感应电动机的定子绕组加额定电压、且频率额定时，其转差率s、定子电流I1、功率因数cos1、输出转矩T2、效率与输出功率P2的关系，即s、I1、cos1、T2、f(P2)称为感应电动机的工作特性。,一、转差率特性 sf(P2),空载时，P2=0，s0，nn1 随着负载增加，s略有增加，转速n略有下降 转差率s与P2的关系是一条略微上翘的曲线，而nf(P2)为一条略微下降的曲线,二、定子电流特性 I1=f(P2),电
10、机空载时，定子电流几乎全部是激磁电流，随着负载的增加，转子电流增加，定子电流跟着增加。,三、功率因数特性 cos1=f(P2),电机空载时，定子电流几乎全部是激磁电流，因此功率因数很低。随着P2的增加，定子有功电流增加，cos1增加，在额定值附近达到最大。当P2继续增加，转差率s变大，转子阻抗角2tan-1(sx2/R2)变大， cos2减小，从而使cos1下降,四、转矩特性 T2=f(P2),T2=P2/，从空载到额定负载n变化很小，近似认为T2=f(P2)是一条经过原点的直线,五、效率特性 =f(P2),电机效率为,其中,空载时，P2=0，0。随着P2的增加增加，当电机的p可变损耗p不变损耗时，达到最大，对于普通电机，效率约为（1/43/4）PN时达到最大。 可变损耗 不变损耗,感应电机的工作特性曲线,
