第 二 十 章,异步电机的,功率转矩和运行性能,,,,,,20 章 异步电动机的功率、转矩和运行性能,20-1 三相异步电动机的功率和转矩方程式 20-3 三相异步电动机的工作特性 20-4 三相异步电动机参数的测定,,,,,,,,一、功率传递和损耗 二、转矩平衡方程式 三、电磁转矩公式,20-1 异步电动机的功率和转矩方程式,一、功率传递和损耗,③ 铁芯损耗pFe1,1. 各种损耗,电机在能量转化过程中，在电机内部产生各种损耗① 定子绕组铜损耗,② 转子绕组铜损耗,,,,,铁芯损耗pfe仅指定子铁芯损耗，不含转子铁损耗 由于正常运行时，转差⊿n很小，转子电流频率（涡流交变频率）f2只有1~3Hz，故转子铁耗很小，可以忽略不计产生原因： Ⅰ. 定、转子齿槽的相对运动以及磁场中的高次谐波分量的影响 Ⅱ. 和机械损耗一样产生制动性质的附加损耗转矩Ta，消耗电动机的机械功率④ 机械损耗pm,⑤ 附加损耗 pa,电机旋转时，由轴承摩檫和通风产生风阻而产生的损耗 机械损耗 pm 对应制动性质的机械损耗转矩 Tmpm与 n 成正比,,,,,总损耗：∑p = pcu1+pcu2+pFe1+pm+pa P1-∑p = P2,三相异步电机功率流程图及各功率计算,,,,,电磁功率,P1,P2,PM,Pm,pcu1,pFe1,pcu2,总机械功率,定子铜耗,定子铁耗,电磁功率,转子铜耗,机械功率,各功率在等效电路中对应的参数,,,,,,异步电动机 各功率计算,输入功率 P1,电磁功率PM,总机械功率Pm,,,,,输入功率P1的计算 U1为线电压，I1为线电流,② 电磁功率,电磁功率 PM 的计算,③ 总机械功率Pm,注意: pm与Pm不同，一个是总机械功率，一个是 机 械功率损耗。
例题: 试分析当负载不变，绕线式电动机绕组内串 入电阻 Rst，P1，PM，pcu2，Pm，s，n 怎样 变化?,答 : 负载不变，I2不变，I1不变，一般电压固定， U1不变总之: P1 不变 → pcu2↑→ P2 ↓,二、转矩方程式,T —主磁通与转子电流有功分量相互作用产生的电磁转矩； Tm—机械损耗转矩； Ta —附加损耗转矩； T0=Tm+Ta — 空载时电机转轴上总的制动转矩； T2 — 电动机负载转矩，它是由电动机所驱动的生产机械施加在电动机转轴上的制动转矩电磁转矩既可以用转子总的机械功率除以转子的机械角速度计算，又可以用电磁功率除以旋转磁场的同步角速度计算例题： 分析负载 T2 改变时，I2，T，n 怎样改变？,电磁转矩公式,加深电磁转矩物理意义的理解（T与m，I2的关系式）,,公式说明： 异步电动机定子绕组接到电网后，气隙旋转磁场与转子感应电流的有功分量相互作用产生电磁转矩，电磁转矩驱动生产机械作功，实现电能转换为机械能T 是机电能量转换的关键电磁转矩公式：,例题：,解：,20-3 异步电动机的工作特性,一、三相异步电动机的性能指标,1）效率,效率高，在同样负载条件下，就省电。
2）功率因数,三相异步电动机从电源中吸收滞后性的无功功率（电感性质），永远小于 13）堵转转矩,电动机应有足够大的堵转转矩，否则拖动机械负载时，无法启动 因此，电动机在额定电压下启动时，技术标准规定了它的堵转转矩倍数4）堵转电流,三相异步电动机，如果堵转电流太大，使输电线路的阻抗压降增大，降低了电网电压，影响其他用电用户，同时，也会影响电动机本身的寿命和正常使用因此，电机在额定电压下启动时，不应超过标准规定的堵转电流倍数5） 过载能力,三相异步电动机的最大电磁转矩反应了，由于某种原因，短时间内负载突然增大电动机仍然能维持运行20-3 异步电动机的工作特性,即: n = f ( P2 ) T2 = f ( P2 ) cos1= f ( P2 ) I1 = f ( P2 ) η = f ( P2 ),异步电动机的工作特性是指在额定电压和额定频率下，异步动电机的转差率 s ,输出转矩T2，功率因数cosφ1，定子电流I1 和η 与输出功率P2 的关系1、转速特性 n = f (P2),,,,,由于pcu2 = s PM，为了保证电动机具有较高的效率，减小铜损耗，对于常用的异步电动机，额定负载时转差率sN一般控制在0.015~0.05,2、电磁转矩特性T=f（P2）,T= f（P2）是一条接近直线略微上翘的曲线。
3、定子电流特性 I1 = f（ P2 ）,4、功率因数特性 cosφ1 = f（P2） P2↑→T ↑→ I2cos2 ↑,1. S 较小,,,,,2、 s 较大，1 角较大,3、 空载运行时,对于Y系列2.2~90kW，2极 到 8极 的三相异步电动机，cos φ 1N （额定负载时）约在0.71~0.89 级数越多，功率因数愈低I0为无功的磁化电流， cos φ1 ≈0.2， I0 与 U1的夹角近似于90°,空载,轻载,重载,过载,堵转,起动,,,,,,,,,,,′2,,Φm,,,,,2,S 偏大或偏小都使定子功率因数减小当满载时，或转差率适当时，定子功率因数较大5、 效率特性η=f（P2）,常用的中、小型异步电动机，最高效率一般设计在 0.7~1.1PN 范围内 对于Y 系列 2.2~90kW 的三相异步电动机对应 PN 效率 ηN 在81~93.5%由于异步电动机的功率因数都在额定负载附近达到最大值，因此选用电动机时，电机的容量不要选得过大或过小，应尽量使得电动机在额定负载附近运行，以提高经济效益20-4 异步电机参数测定,异步电动机参数可以通过空载和短路（堵转）两个试验来测定。
一、空载试验,（一）空载试验的目的是：,1、测 Zm,2、测 铁耗pFe和机械损耗,当转子空转时：,试验是在额定频率、转子轴端不带负载情况下进行的 用调压器调节电源电压，使定子端电压由1.2U1N逐渐降低，直到转差率明显增大，电流开始回升为止每次测出定子相电压U1、空载相电流I0 和空载输入中总功率P0 然后由试验数据，画出电动机的空载特性曲线空载试验只做到电流回升为止，这是因为当定子施加较高电压时，由于空载转矩较小，电机转速接近同步速，S很小、转子回路的阻抗Z2很大，故转子电流很小可忽略不计，定子电流,随着定子电压U1的降低过程中，起初由于异步电动机的机械特性较硬以及空载转矩较小，S 变化很小，仍可以看成：,而激磁阻抗 Zm 将随U1的降低引起磁路饱和程度下降而有所增大，因此空载电流 I0将比端电压U1的降低更多，机械特性变软将会引起S明显增大，转子电流明显增大，此时定子电流回升空载输入总功率为：,从 P0 中扣除定子铜耗后得：,采用电压平方法，从 中分离出pFe 的大小近似地与外施电压的平方成正比而 pm 大小与外施电压的高低无关，仅与转速有关，试验中转差率无明显变化时，则 pm 近似为常值。
0,,,,,,可用辅助电动机将异步电动机拖到同步转速，使 s = 0， pm= 0，则异步电机处于理想空载下运行，输入总功率：,从 减去定子铜耗后，即可得到铁耗 pFe ， pFe 确定后，再由实际空载试验的数据，即可求得机械损耗空载试验时：,转子认为是开路，由测得的 I0、P0、pFe可求取激磁阻抗二、短路试验,短路试验的目的是测定短路阻抗ZK、转子电阻R2，和短路电抗Xk短路试验是在转子堵转，S=1 的情况下进行的调节外施电压，使短路电流由1.2IN 逐渐减小到 0.3 IN 每次测出定子相电压Uk 、相电流 Ik和输入总功率Pk，然后由试验数据，画出电动机的短路特性曲线中、大型异步电动机，一般：,公式可简化为：,作 业,思 考 题,习 题,。