异步电动机功率.ppt

第八章异步电动机功率、转矩和运行分析,主要内容1 异步电机功率及转矩方程2 异步电动机转矩转差率曲线3 异步电动机工作特性4 异步电机启动方法,8.1 异步电机功率及转矩方程,一、损耗及功率平衡方程,在等效电路上表示功率和损耗：,三相功率及损耗需3,8.1 异步电机功率及转矩方程,一、损耗及功率平衡方程,8.1 异步电机功率及转矩方程,一、损耗及功率平衡方程,异步电动机的功率和损耗有：,输入功率,定子铁损,电磁功率,机械功率,输出功率,定子铜损,转子铜损,8.1 异步电机功率及转矩方程,一、损耗及功率平衡方程,两个重要关系式,可见，从气隙传递到转子的电磁功率分为两部分，一小部分变为转子铜损耗，绝大部分转变为总机械功率。转差率越大，转子铜损耗就越多，电机效率越低。因此正常运行时电机的转差率均很小。,异步电动机的功率平衡方程式：,8.1 异步电机功率及转矩方程,一、损耗及功率平衡方程,异步电动机的功率平衡方程式：,效率为,8.1 异步电机功率及转矩方程,二、转矩平衡方程,在式 的两边同时除以机械角速度 得,令 为空载损耗,其中为机械角速度，单位rad/s M2 为输出转矩，单位Nm M为电磁转矩，单位Nm M0 为空载转矩，单位Nm,转矩由机械功率产生，机械功率除以轴的机械角速度就是电 磁转矩。,PS：转矩的另一个符号T,8.1 异步电机功率及转矩方程,二、转矩平衡方程,电磁转矩,电磁转矩从转子方面看，它等于总机械功率除以转子机械角速度；从定子方面看，它又等于电磁功率除以同步机械角速度。,式中1为同步机械角速度。,8.1 异步电机功率及转矩方程,三、电磁转矩M的物理概念,1为电角速度,为转子电路的功率因数角,8.1 异步电机功率及转矩方程,三、电磁转矩M的物理概念,8.1 异步电机功率及转矩方程,三、电磁转矩M的物理概念,8.1 异步电机功率及转矩方程,三、电磁转矩M的物理概念,8.1 异步电机功率及转矩方程,三、电磁转矩M的物理概念,8.1 异步电机功率及转矩方程,三、电磁转矩M的物理概念,已知一台三相四极异步(感应)电动机，额定功率PN l0kW、额定电压UN 380V、sN=0.03、定子绕组接法，定子每相电阻r1=1.375、漏抗x1 2.43、转子电阻的折算值r2=1.047、漏抗归算值x2=4.4、激磁阻抗 rm 8.34、激磁电抗xm 82.6，电动机的机械损耗p=100W，额定负载 时的杂散损耗pad=50W。,(1)额定负载时定子电流，定子功率因数和电动机的效率;,(2)电机额定运行时的电磁转矩,8.1 异步电机功率及转矩方程,三、电磁转矩M的物理概念,8.2 异步电机转矩转差率曲线,一、电磁转矩与转差率的关系：M-s曲线,8.2 异步电机转矩转差率曲线,一、电磁转矩与转差率的关系：M-s曲线,在电源电压U1、频率f1确定的情况下，对于一台电机，转矩 M与转差率s有关，其关系曲线即为M-s曲线。,8.2 异步电机转矩转差率曲线,一、电磁转矩与转差率的关系：M-s曲线,(4)当s=0(n=n1)时，转矩为0，如图D点所示。,8.2 异步电机转矩转差率曲线,一、电磁转矩与转差率的关系：M-s曲线,电磁转矩与转速（转差率）之间的关系曲线，称为电机 的机械特性。,8.2 异步电机转矩转差率曲线,二、最大转矩与启动转矩,1.最大转矩：可以根据高等数学中求极值的方法求得。,r1很小可以忽略,8.2 异步电机转矩转差率曲线,二、最大转矩与启动转矩,最大转矩Mm,(1)当电机参数确定，f1 不变时，最大转 矩正比于电压的平方，但临界转差率与电 源电压无关；,(3)当电机参数确定，U1 不变时，最大转矩随f1 的升高而变小；,(4)最大转矩与转子电阻无关，但是转差率与转子电阻成正比；,一般为1.62.5，越大 表示过载能力越强,8.2 异步电机转矩转差率曲线,二、最大转矩与启动转矩,8.2 异步电机转矩转差率曲线,二、最大转矩与启动转矩,结论：,异步电动机调节转子电阻时机械特性会发生变化。,8.2 异步电机转矩转差率曲线,二、最大转矩与启动转矩,2.启动转矩Mst：电机启动时n=0、s=1，代入转矩公式,可见：,8.2 异步电机转矩转差率曲线,二、最大转矩与启动转矩,(3)当U1、f1 不变时，漏抗越大启动转矩越小；,8.2 异步电机转矩转差率曲线,二、最大转矩与启动转矩,（4）当转子回路电阻为 时sm 1，起动转矩达到最大电磁转矩。,(5)起动转矩倍数：，是衡量电动机启动性能的重要指标，一 般为1.02.0，特殊场合要求4.0以上。,8.2 异步电机转矩转差率曲线,三、异步电动机机械特性,1.固有机械特性,2.人为机械特性,机械特性的“软”和“硬”,8.2 异步电机转矩转差率曲线,三、异步电动机机械特性,1.固有机械特性,8.2 异步电机转矩转差率曲线,三、异步电动机机械特性,2.人为机械特性,人为机械特性是指人为地改变三相异步电动机的某些参 数或电源参数所得到的机械特性。,8.2 异步电机转矩转差率曲线,三、异步电动机机械特性,8.2 异步电机转矩转差率曲线,三、异步电动机机械特性,8.2 异步电机转矩转差率曲线,四、异步电动机运行的稳定性问题,8.3 异步电动机工作特性,(1)工作特性可通过直接负载法测得；(2)也可用等效电路计算得出。,8.3 异步电动机工作特性,空载时，转速n接近于n1。随负载增加，n略微降低，此时转子电动势增大，使转子电流I2s 增大，以产生较大的电磁转矩来平衡负载转矩。即P2 增加，n下降，s增大。转速特性是一条平缓下降的特性曲线，如图所示。,8.3 异步电动机工作特性,空载时，转子电流I2 近似为零，定子电流等于励磁电流I0。随着负载的增 加，转速下降（s增大），转子电流增大，由于，所以定子电流也增大。,8.3 异步电动机工作特性,空载时P2=0，电磁转矩M等于空载转矩M0。随着P2 的增加，考虑到P2 增加时，n稍有降低，故M2=f(P2)随着P2增加略向上偏离直线，是一条稍向上翘 的曲线。,8.3 异步电动机工作特性,电机属电感性负载，功率因数总是滞后的。空载时，只有励磁电流，功 率因数很低。负载电流（有功）增加时，功率因数提高。接近额定负载时，功率因数达到最高。过载时，n迅速降低，s增大，使2 增大，cos 2 迅速下降，引起cos 1 下降，如图所示。,8.3 异步电动机工作特性,空载时损耗占比例大，效率低；随P2 增 加，增加，当负载过大，铜损增加快，使效率下降，如图所示。,效率、功率因数都是在额定负载附近达到最高，故合理选用电动机容量，对电动机的寿 命、功率因数和效率都有很实际的意义。,8.3 异步电动机工作特性,8.4 异步电动机启动方法,8.4 异步电动机启动方法,一、笼型异步电动机起动方法,启动电流,小,8.4 异步电动机启动方法,一、笼型异步电动机起动方法,启动时2 很大，使cos 2 很小,启动时I0 很小，主磁通m 很小,异步电动机启动时电流很大，而启动转矩并不大。,8.4 异步电动机启动方法,一、笼型异步电动机起动方法,启动时，应该在保证一定大小的启动转矩的前提下，要 求限制启动电流在允许的范围内。,8.4 异步电动机启动方法,一、笼型异步电动机起动方法,8.4 异步电动机启动方法,一、笼型异步电动机起动方法,（3）星形三角形（Y-）换接启动,8.4 异步电动机启动方法,二、绕线型异步电动机的启动方法,三相绕线型异步电动机转子中有三相绕组，可以通过滑环和电刷串接外 加电阻或阻抗，适当增加转子串接电阻，可以减小启动电流并提高电动机的 启动转矩。,8.4 异步电动机启动方法,二、绕线型异步电动机的启动方法,当转差率sm 1时，Mst=Mm，起动转矩达到最大电磁转矩。此时有,转子电阻折算前后的关系为：,其中rst 为转子回路中串入的外接电阻。,8.4 异步电动机启动方法,二、绕线型异步电动机的启动方法,按照绕线型异步电动机启动过程中转子串接装置的不同，有串电阻启 动和串频敏电阻器启动两种方法。,1转子串电阻启动：绕线转子异步电动机转子串三相对称电阻启动 时，一般采用转子串多级启动电阻，然后分级切除启动电阻的方法，以提高 平均启动转矩和减小启动电流与启动转矩对系统的冲击。然而，转子串三相 对称电阻分级启动，过渡过程不不平滑。,欲提高平稳性增加级数导致设备复杂提出频敏变阻器 启动,