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1、电机学讲稿(10-11-1学期)（异步电动机工作状态分析2）* *1 1水职院电机教研室水职院电机教研室第四、五节 异步电动机的等值电路 异步电动机的功率、转矩平衡关系 异步电动机电磁转矩的概念、关系 异步电动机的电磁转矩特性曲线 电磁转矩的分析DateDate2 2水职院电机教研室水职院电机教研室第四节 异步电动机的等值电路 异步电动机等值电路的概念 用一效果与异步电动机完全一样的纯电路替代 异步电动机，通过对这一纯电路的分析得出电动机 的相关结论。 这一概念与变压器的等值电路相同。 推导异步电动机等值电路时需要对异步电动机 的转子绕组进行频率折算和绕组折算。 频率折算是用一假想的静止转子替
2、代实际旋转 的转子，其目的是让定、转子回路的频率是同一频 率，即这时f2=f1。绕组折算是用一结构与定子绕组一样的绕组替 代转子绕组，目的是让定、转子绕组合而为一。DateDate3 3水职院电机教研室水职院电机教研室经过频率折算、绕组折算，得到异步电动机的 等值电路，见图117示。此电路称为异步电动机的“T”形等值电路。DateDate4 4水职院电机教研室水职院电机教研室注意其中电阻 的物理意义！这个电阻上消耗的功率等于这台异步电动机所 产生的总的机械功率，即：电动机的作用是将电能转换成机械能，异步电 动机的等值电路是一个静止的电路，如何将机械能 的转换过程在这个电路中体现出来？这个等值电
3、阻 在等值电路中就是这个作用这个电阻上消耗的 功率等于电动机产生的总的机械功率！DateDate5 5水职院电机教研室水职院电机教研室为了使分析更加简便，等值电路可进一步简化 推出简化等值电路：电路中I0与变压器相似，其值很小，约为额定 电流的20%左右。在异步电动机负载较大的情况下 ，可忽略I0 ，即可去掉激磁去路，可得另一电路：DateDate6 6水职院电机教研室水职院电机教研室这个电路使用起来更简单、更方便、对有的问 题的分析更加快捷。DateDate7 7水职院电机教研室水职院电机教研室第五节 异步电动机的电磁转矩本节首先推出功率平衡和转矩平衡方程式，再 推导出异步电动机的电磁转矩。
4、 一、功率平衡方程式 根据能量守恒关系，功率传递关系如下：P1PTPmec P2pCu1pFe1pCu2pmec+padDateDate8 8水职院电机教研室水职院电机教研室根据功率流程图，有以下关系：DateDate9 9水职院电机教研室水职院电机教研室二、转子铜耗与转差率的关系 根据等值电路，电磁功率可按下式计算：与式（1137）比较可得：可见：经气隙传递到转子的电磁功率分为两部 分，其中sPT对应转子铜损耗，(1-s)PT对应总机械功 率。s越大（即转速越低），则转子铜损耗越大， 电动机效率越低。 DateDate1010水职院电机教研室水职院电机教研室三、转子平衡方程式根据功率平衡关系
5、，可推出转矩平衡方程式：式中：T电磁转矩；T2负载力矩；T0损耗对应的阻力矩。转矩平衡方程式有何意义？可见，电磁转矩对异步电动机的运行有很大的 影响，因此有必要对电磁转矩的特点进行讨论。DateDate1111水职院电机教研室水职院电机教研室四、电磁转矩与主磁通、转子电流的关系根据前述异步电动机的工作原理，电动机的转 动是通过主磁通与转子感应电流相互作用形成的电 磁转矩推动而旋转的，这个电磁转矩与主磁通和转 子感应电流的关系经推导可用下式表示：式中各参数的含义此式可作为分析异步电动机产生的电磁力矩大 小的工具。电磁转矩还有另一个表达方式，是与电源电压 U1，频率f1以及转差率s（即转速n）之间
6、的关系。DateDate1212水职院电机教研室水职院电机教研室五、Ts曲线与机械特性 电磁转矩的另一种表述关系：这个式子表述了电磁转矩与电机结构参数（电 阻、电抗）、电源参数（电压、频率）、转动状态 （转差率）间的关系。 对一个用于稳定电源上的电动机，电动机的结 构参数、电源参数可视为恒定，可见电磁转矩与转 动的状态有关，但这个关系从上式不能直观得出是 什么关系，可用坐标曲线得出直观关系DateDate1313水职院电机教研室水职院电机教研室异步电动机的电磁转矩特性曲线见下图：这个曲线称为Ts Tf (s) 曲线。分别就曲线的变化趋势作一说明DateDate1414水职院电机教研室水职院电机
7、教研室将 Tf (s) 曲线 坐标改变为右图示， 得到的坐标曲线称为 异步电动机的机械特 性曲线，即 n = f ( T ) 坐标曲线。 在上述特性曲线 中，以下几个转矩需 要重点进行分析：最大电磁转矩Tm 起动转矩Tst 额定转矩TNDateDate1515水职院电机教研室水职院电机教研室1、最大电磁转矩Tm 最大电磁转矩的概念：异步电动机能够产生的 最大的转矩。最大电磁转矩对应的转差率为：将sm代入式（1150）可求出最大电磁转矩：最大电磁转矩Tm与额定转矩之比为过载能力系 数Km，对普通鼠笼异步电动机Km为1.82.2。DateDate1616水职院电机教研室水职院电机教研室根据式（11
8、52）有以下重要结论： （1）最大电磁转矩Tm与电源电压U1的平方成 正比，但临界转差率sm与电源电压大小无关。见下 图示：DateDate1717水职院电机教研室水职院电机教研室（2）最大电磁转矩Tm大小与转子回路电阻r2的 大小无关，但临界转差率sm与转子回路电阻r2成正 比。见下图示：DateDate1818水职院电机教研室水职院电机教研室2、起动转矩Tst 起动转矩的概念：异步电动机接通电源瞬间的 电磁转矩。将s1代入式（1150）得：根据上式有以下重要结论： （1）起动转矩Tst与电源电压U1的平方成正比， 即Tst U12 。 （2）增大转子回路电阻（r2），起动转矩会相 应增大；
9、当sm 1时，起动转矩Tst等于最大电磁转矩 Tm，即Tst Tm ；当sm 1时，随着转差率的增大， 起动转矩会减小 。DateDate1919水职院电机教研室水职院电机教研室将起动转矩与额定转矩之比称为起动转矩倍数：普通鼠笼异步电动机的起动转矩倍数为1.02.0。DateDate2020水职院电机教研室水职院电机教研室3、额定转矩TN 异步电动机在额定运行状态下（施加额定电压 、带上额定负载、转速为额定转速）对应输出的转 矩称为额定转矩，其计算表达式为：式中：PN的单位为kW；nN的单位为r/min；TN 的单位为Nm。DateDate2121水职院电机教研室水职院电机教研室这部分应明确 异步电动机的等值电路结构。 异步电动机等值电路中各参数含义。 异步电动机能量的传递过程。 转矩平衡方程式及应用。思考题：112，3,4，5，6。作业：117。 电磁转矩曲线和机械特性曲线。 特殊转矩Tm、Tst及其特点。DateDate2222水职院电机教研室水职院电机教研室
