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1、在线教务辅导网：http:/,教材其余课件及动画素材请查阅在线教务辅导网,QQ:349134187 或者直接输入下面地址：,http:/,项目三 交流电动机,机械工业出版社 全国技工院校“十二五”系列规划教材,任务 4 三相异步电动机的特性分析,一、三相异步电动机的工作特性,异步电动机的工作特性是指在额定电压和额定频率运行的情况下，电动机的转速n、定子电流Is 、功率因数 、电磁转矩Te、效率等与输出功率P2的关系 。,1.转速特性,异步电动机在额定电压和额定频率下，输出功率变化时转速变化的n=f(P2)曲线称为转速特性。电动机的转差率、转子铜耗和电磁功率的关系式为,项目三 交流电动机,机械工
2、业出版社 全国技工院校“十二五”系列规划教材,当电动机空载时，输出功率P20，在这种情况下Ir 0，由上列关系展示出转差率s差不多与Ir 成正比，所以s 0，转速接近同步转速。负载增大时，会使转速略有下降，转子电动势增大，所以转子电流Ir 增大，以产生更大一些的电磁转矩和负载转矩相平衡。因此，随着输出功率P2的增大，转差率s 也增大，则转速稍有下降。为了保证电动机有较高的效率，在一般异步电动机中，转子的铜耗是很小的，额定负载时转差率为1.55%，且电机容量越大，s 越小，相应的转速n=(1-s)n1就越高。所以异步电动机的转速特性为一条稍向下倾斜的曲线（如图3-11中曲线1所示）与并励直流电动
3、机的转速特性极为相似。,项目三 交流电动机,机械工业出版社 全国技工院校“十二五”系列规划教材,2.定子电流特性异步电动机在额定电压和额定频率下，输出功率变化时，定子电流的变化曲线 称为定子电流特性。异步电动机的定子电流方程式（即磁动势平衡方程式）为,上面已经说明，空载时，转子电流 ，此时定子电流几乎全部为励磁电流 。随着负载的增大，转子转速下降，转子电流增大，定子电流及磁动势也随之增大，抵消转子电流产生的磁动势，以保持磁动势的平衡。定子电流几乎随 P2 按正比例增加。异步电动机的工作特性如图3-11中曲线2所示。,项目三 交流电动机,机械工业出版社 全国技工院校“十二五”系列规划教材,3.功
4、率因数特性异步电动机在额定电压和额定频率下，输出功率变化时，定子功率因数的变化曲线称为功率因数特性。由异步电动机等效电路求得的总阻抗是电感性的。所以对电源来说，异步电动机相当于一个感性阻抗，其功率因数总是滞后的，它必须从电网吸收感性无功功率。空载时，定子电流基本上是励磁电流，主要用于无功励磁，所以功率因数很低，约为0.10.2。当负载增加时，转子电流的有功分量增加，定子电流的有功分量也随之增加，即可使功率因数提高。在接近额定负载时，功率因数达到最大。由于在空载到额定负载范围内，电动机的转差率s很小，而且变化很小，所以转子功率因数角几乎不变，但负载超过额定值时，s 值就会变得较大，因此 变大，转
5、子电流中的无功分量增加，因而使电动机定子功率因数又重新下降。功率因数特性如图7-16中曲线3所示。,项目三 交流电动机,机械工业出版社 全国技工院校“十二五”系列规划教材,4.电磁转矩特性异步电动机在额定电压和额定频率下，输出功率变化时，电磁转矩的变化 曲线称为电磁转矩特性。稳态运行时，异步电动机的转矩平衡方程式为,因为输出功率 ，所以,异步电动机的负载不超过额定值时，转速n和角速度 变化很小。而空载转矩T0 又可认为基本上不变。电磁转矩特性近似为一条斜率为 1/ 的直线（见图3-11的曲线4）。,项目三 交流电动机,机械工业出版社 全国技工院校“十二五”系列规划教材,5.效率特性异步电动机在
6、额定电压和额定频率下，输出功率变化时，效率的变化曲线 称为效率特性。根据效率的定义，异步电动机的效率为,异步电动机中的损耗也可分为不变损耗和可变损耗两部分。如图3-11中曲线5所示，当输出功率P2 增加时，可变损耗增加较慢，所以效率上升很快。和直流电动机的效率特性一样，当可变损耗等于不变损耗时异步电动机的效率达到最大值。随着负载继续增加，可变损耗增加很快，效率就要降低。,项目三 交流电动机,机械工业出版社 全国技工院校“十二五”系列规划教材,项目三 交流电动机,机械工业出版社 全国技工院校“十二五”系列规划教材,当异步电动机以转速n稳定运行时，从电源输入的功率为,定子铜损耗为,二、三相异步电动
7、机的功率及功率平衡,正常运行情况下的异步电动机，由于转子转速接近于同步转速，所以气隙旋转磁场与转子铁心的相对转速很小。再加上转子铁心和定子铁心同样是用0.5mm厚的硅钢片叠压成，转子铁损耗很小，可以忽略不计，因此异步电动机的铁损耗可近似认为只有定子铁损耗，即,项目三 交流电动机,机械工业出版社 全国技工院校“十二五”系列规划教材,转子绕组中的铜损耗为,电动机在运行时，会产生轴承以及风阻等摩擦阻转矩，这也要损耗一部分功率，把这部分功率叫做机械损耗，用pm 表示。,在异步电动机中，除了上述各部分损耗外，由于定、转子开了槽和定、转子磁动势中含有谐波磁动势，还要产生一些附加损耗，用padd表示。pad
8、d一般不易计算，往往根据经验估算，在大型异步电动机中，约为输出额定功率的0.5%；而在小型异步电动机中，满载时，可达输出额定功率的（13）%或更大些。转子的机械功率Pm减去机械损耗pm和附加损耗padd，才是转轴上真正输出的功率，用P2表示，,项目三 交流电动机,机械工业出版社 全国技工院校“十二五”系列规划教材,因此，可得电源输入电功率P1与转轴上输出功率P2的关系为,综上分析，异步电动运行时，其功率传递过程可用如图所示功率流程图来表示。,项目三 交流电动机,机械工业出版社 全国技工院校“十二五”系列规划教材,从以上功率关系定量分析中看出，异步电动机运行时电磁功率、转子回路铜损耗和机械功率三
9、者之间的定量关系是,这个式子说明，若电磁功率Pem一定，转差率s 越小，转子回路铜损耗就越小，机械功率就越大。电机运行时，若 s 大，效率一定不高。,项目三 交流电动机,机械工业出版社 全国技工院校“十二五”系列规划教材,若考虑电源电压及电机的一些参数与电磁转矩的关系，则：,由上式可知，转矩还与定子每相电压的平方成正比，所以当电源电压有所变动时，对转矩的影响很大。此外，转矩还受转子电阻的影响。,三、三相异步电动机的电磁转矩,异步电动机的电磁转矩是由旋转磁场的每极磁通与转子电流相互作用而产生的。电磁转矩的大小与转子绕组中的电流及旋转磁场的强弱有关。经理论证明，它们的关系为：,项目三 交流电动机,
10、机械工业出版社 全国技工院校“十二五”系列规划教材,四、三相异步电动机的机械特性,三相异步电动机的机械特性是指在定子电压、转子电阻、频率和其他参数固定的条件下，电磁转矩与转差率（或转速）之间的函数关系，得出的曲线图称为机械特性曲线 。,1.基本概念,当 U1 、f1、R2、X2 = 常数时：T = f (s ) 转矩特性n = f (T ) 机械特性当 U1L = U1N 、f1 = fN，且绕线型转子中不外串电阻或电抗时的特性称为 固有特性。,MS N,NMS,项目三 交流电动机,机械工业出版社 全国技工院校“十二五”系列规划教材,2.固有机械特性,额定状态是指各个物理量都等于额定值的状态。
11、N点： n = nN ， s = sN ，T = TN ，P2 = PN。额定状态说明了电动机长期运行的能力TLTN，P2 PN，I1 IN。,额定状态（N点）,sN = 0.01 0.09 很小，T 增加时，n 下降很少 硬特性。,工作段,项目三 交流电动机,机械工业出版社 全国技工院校“十二五”系列规划教材,临界转速,临界状态（M 点）,对应 s = sM，T = TM 的状态。,临界状态明了电动机的短时过载能力。过载倍数,Y 系列三相异步电动机 MT = 2 2.2,项目三 交流电动机,机械工业出版社 全国技工院校“十二五”系列规划教材,堵转状态（ S 点）,对应 s = 1，n = 0
12、 的状态。 又称为起动状态。,堵转状态说明了电动机直接起动的能力。起动条件(1)TS (1.1 1.2)TL。(2)IS允许值。 起动转矩倍数,TS,起动电流倍数,Y 系列三相异步电动机 ST = 1.6 2.2 SC = 5.5 7.0,项目三 交流电动机,机械工业出版社 全国技工院校“十二五”系列规划教材,U1U1“,3、人为特性,（1）降低定子电压时的人为特性,U1U1“,SM 与U1无关，T 正比于 U12,项目三 交流电动机,机械工业出版社 全国技工院校“十二五”系列规划教材,（2）增加转子电阻时的人为特性,sM 正比于 R2 ，TM 与 R2 无关。,项目三 交流电动机,机械工业出
13、版社 全国技工院校“十二五”系列规划教材,R2=X2,R2X2,R2X2,R2 R2“,当 R2X2 时，sM1，R2TST。当 R2 = X2 时，sM = 1，TS= TM。当 R2X2 时，sM1，R2TST 。,R2增加后， TST大小则与R2 和 X2的相对大小有关。,项目三 交流电动机,机械工业出版社 全国技工院校“十二五”系列规划教材,项目三 交流电动机,机械工业出版社 全国技工院校“十二五”系列规划教材,（3）定子回路串三相对称电抗的人为机械特性,（4）转子回路串三相对称电阻的人为机械特性,定子回路串入三相对称电抗的人为机械特性与串电阻的相似，只是这种情况下电抗不消耗有功功率，
14、 而串电阻时电阻消耗有功功率。,绕线式三相异步电动机通过滑环，可以把三对称电阻串入转子回路后再三相短路。转子回路串入电阻并不影响同步转速。因为最大电磁转矩与转子回路电阻无关，即转子串入电阻后不变。由于临界转差率与转子回路电阻成正比，当转子串入电阻后增大。,项目三 交流电动机,机械工业出版社 全国技工院校“十二五”系列规划教材,五、三相异步电动机的铭牌参数,1.型号为了适应不同用途和不同工作环境的需要，电动机制成不同的系列,每种系列用各种型号表示。 例如：Y90S-4B Y：三相异步电动机，其中三相异步电动机的产品名称代号（另外还有为绕线式异步电动机、为防爆型异步电动机、为高起动转距异步电动机等
15、系列）。 90：机座中心高() S：机座长度代号 4：磁极数,2.接法 接法是指定子三相绕组的连接方式。一般鼠笼式电动机的接线盒中有六根引出线,标有U1、V1、W1、U2、V2、W2。其中是第一相绕组的首末端，是第二相绕组的首末端，是第三相绕组的首末端。这六个引出线端在接电源之前,相互间必须正确连接。连接方法有星形(Y)连接，三角形()连接两种。,项目三 交流电动机,机械工业出版社 全国技工院校“十二五”系列规划教材,3.额定功率 是指电动机在满载运行时，三相电动机轴上所输出的机械功率，用千瓦表示。 4.额定电压 是指电动机额定运行时,外加于定子绕组上的线电压,单位为伏。 5.额定电流 是指电动机在额定电压和额定输出功率时,定子绕组的线电流,单位为安。 6.额定频率 我国电力网的频率为50赫兹，因此除外销产品外,国内用的异步电动机的额定频率为50赫兹。 7.额定转速 是指电动机在额定电压、额定频率下,输出端有额定功率输出时, 转子的转速,单位为转/分。,
