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1、,电机学多媒体课件系列,福州大学 电气工程与自动化学院 黄灿水,2014.4,第三篇 异 步 电 机,第十二章 异步电动机的功率和转矩,目 录,第十二章 异步电动机的功率和转矩 12.1 异步电动机的功率和转矩平衡式 12.2 异步电动机的机械特性 12.3 异步电动机的的稳定运行条件 12.4 异步电动机的工作特性,第一节 异步电机的功率和转矩平衡式,一、功率平衡关系,输入功率,定子铜损,定子铁损,电磁功率,转子铜损,总机械功率,输出功率,异步电动机的功率流程图,功率平衡式：,重要公式：,电磁功率（通过基波旋转磁场传递到转子） 总的机械功率（内功率） Pi = PM - pcu2=(1-s)
2、PM 轴上的输出功率 P2=Pi- pmec- pad,二、异步电动机转矩平衡,由功率平衡式两边除以转子机械角速度得到 T2负载转矩，电动机轴上的输出机械转矩 T电磁转矩，电动机轴上的总的机械转矩 Tmec 机械损耗转矩；Tad 附加损耗转矩； T0=Tmec +Tad 空载制动转矩,电磁转矩 T,转子机械运动角速度,旋转磁场运动角速度,一、T-s曲线,第二节 异步电动机的机械特性,三相异步电动机在外施电压、频率和参数为规定值时，电磁转矩T与转差率s（或转速n）之间的函数关系，可用曲线表示，称为异步电动机的电磁转矩-转差率曲线（也称T-s曲线，或机械特性曲线）,机械特性,它是异步电动机最主要的
3、特性,电磁转矩的三种表达式,1、电磁转矩参数表达式：,电动机状态,发电机状态,电磁制动状态,起动点 s=1,最大电磁转矩点 s=sm,额定点 sN0,理想空载点 s=0,可见：电磁转矩与气隙磁通和转子电流的有功分量的乘积成正比,2、电磁转矩物理表达式：,-电机转矩常数,1、最大转矩工作点（Tm）,临界转差率：产生最大电磁转矩时的转差率（dT/ds=0）,+ 对应电动机 - 对应发电机,性质： TmU12、 sm与无关U1 Tm与r2无关，但smr2,机械特性曲线的几个特殊点：,最大转矩,改变r2时的机械特性,改变U1时的机械特性,2、启动转矩工作点（Tst),定义：异步电动机起动时（n=0、s
4、=1）的电磁转矩,性质： TstU12 Tst1/(x1+x2)2 在0sm1范围内，Tst r2 ，sm=1时，Tst=Tm,改善起动性能的方法,r2Tstsm，当sk=1时，Tst=Tmax,笼型：深槽或双笼结构 绕线型：转子外串电阻,当r2再增加，Tst开始减小,过载能力Km,最大转矩倍数：最大转矩与额定转矩之比 普通电机Km=1.62.5,起动转矩倍数Kst,起动转矩Tst与额定转矩TN之比,普通电机Kst=1.02.0,3、电磁转矩的简化计算式,取c=1，则有：,由上三式可得：,该式仅适用于sm较小的时候,由产品目录数据计算Tm和sm的步骤：,通常产品目录给出：PN 、nN、Km,1
5、、由PN和nN求出额定转矩,2、由TN和Km可求出最大转矩,3、由nN可求出sN,4、把sN、TN代入简化公式求出sm,5、把Tm、sm代入简化公式 求出任意s对应的T,一、负载的机械特性,恒转矩负载：n变化时，TL不变,恒功率负载：P=T不变，即TL与n成反比,风机负载：TL=kn2,实际负载可能是几种的组合,第三节 异步电动机的稳定运行条件,二、稳态运行条件,TTL时，TJ0，电动机加速 TTL时，TJ0，电动机减速 TTL时，TJ=0，转速维持不变，电动机处于平衡状态,式中：TL-负载转矩 TJ-加速转矩,异步电动机运动方程：,稳定运行条件,异步电动机在运行时受到外界因素的干扰，破坏了稳
6、态平衡，使转速发生变化。若扰动因素消除后，电动机能自动恢复到原有的工作状态，则称为稳定运行。,分析 原来：a点干扰La点 干扰消除后，TLTa 减速速n、s T 回到a点 TL=Ta 电动机稳定运行a点是稳定运行点,T,s,TL,a,b,b,TL+L,0,sm,1,分析 原来：b点干扰Lb点 干扰消除后，TLTb 减速n、s T n 直到n=0，停转 b点是不稳定运行点。,b,思考：干扰使电动机运行于b点的情况？,稳定运行条件,第四节 异步电动机的工作特性,工作特性： 转速特性 n =f(P2) 负载转矩特性 T2=f(P2) 定子电流特性 I1=f(P2) 功率因数特性 cos1=f(P2)
7、 效率特性 =f(P2),测定方法： 直接负载试验法和解析式法,条件：外施电源电压U1和频率f1不变,一、转速特性 n= f (P2),空载时，T20，TT0，n0接近n1，s很小。 随着负载增大P2T=TL+T0s(很小，如SN=0.010.05）n（很小） 硬特性,n0n1,nN,二、负载转矩特性 T2=f(P2),在正常运行范围内，转速变化不大（硬特性），负载转矩与输出功率近似为直线。,T2N,三、定子电流特性 I1=f(P2),随着负载增加，I2相应增大，定子电流I1也相应增大 I2与输出功率P2不成正比，I1与输出功率呈非线性关系,Im,四、功率因数特性cos1=f(P2),空载时，电流主要成分是磁化电流（无功分量），功率因数很低，cos10.2 负载时，P2 P1、Q1变化不大 cos1 但负载增加到一定值时，ns2=tg-1sx2/r2 cos2cos1,0.2,功率因数最大值：通常设计在额定负载或略低于额定负载时,五、效率特性=f(P2),效率随负载变化的规律决定于损耗的分配比例 空载=0负载P2 到可变损耗等于不变损耗max P2铜耗 设计时最大效率在0.7-1范围内,
