发电机与电动机.ppt

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1、第五章 三相异步电动机原理The Principles of the Three-phase Induction Machines,本章基本教学要求,1.了解异步电动机的结构。2.理解旋转磁场的概念、圆形旋转磁势的特性和产生条件，了解分布和短距绕组对消除高次谐波电势的作用。3.深入理解并掌握综合表达三相异步电动机电磁关系的基本方程式、等值电路和相量图，转子转动时异步电动机的运行原理，转子绕组折算和频率折算；4.掌握异步电动机中的功率和转矩平衡方程式，各功率之间的相互关系，电磁转矩物理表达式；5.掌握异步电动机的工作特性。,重点和难点,重点：1.三相异步电动机空载和负载运行时的基本电磁关系，掌握

2、基本方程式、等值电路和相量图三种分析方法，并注意与变压器的对比，着重分析转子转动后的情况，转子绕组折算和频率折算；2.掌握异步电动机功率与转矩的平衡关系、电磁转矩的表达式。3.掌握异步电动机机械特性难点：转子转动时的基本电磁关系。,本次课程教学要求：,1.熟悉异步电动机的结构和主要技术数据；2.重点掌握电机堵转时的电磁关系、基本方程式、等值电路和相量图；3.掌握绕组折算方法。,5.1三相异步电动机,基本结构和铭牌数据,三相鼠笼异步电动机结构图,1.交流电机定子结构,定子铁芯:是电机磁路的一部分，定子铁芯内圆上均匀开有槽，安放定子绕组。机座:是用作固定与支撑定子铁芯。定子绕组:是电机电路部分，它

3、由三个在空间相差120电角度、结构相同的绕组连接而成，按一定规律嵌放在定子槽中。绕组分类：单层绕组和双层绕组。绕组应用：单层绕组一般用在10kW以下的电机，双层短距绕组用在较大容量的电机中。,转子铁芯：一般用0.5mm的硅钢片叠压而成，它是磁路的一部分。转子绕组：是用作产生感应电势、并产生电磁转矩它分鼠笼式和绕线式两种。气隙：中、小容量的电动机气隙一般在0.21.5mm范围。,2.转子结构,转子,鼠笼转子,鼠笼转子,绕线转子,提刷装置,3.铭牌数据,主要铭牌数据1,(1)额定功率PN：指电动机在额定运行时，轴上输出的机械功率，单位：W或kW；(2)额定电压U1N：指电动机额定运行时，加在定子绕

4、组上的线电压，单位：V；(3)额定电流I1N：指电动机在定子绕组上加额定电压、轴上输出额定功率时定子绕组中的线电流，单位：A；,主要铭牌数据2,(4)额定频率f1N：我国规定电网工频为50Hz；(5)额定转速nN：指电动机在定子额定电压、额定频率下，轴上输出额定功率时的转子转速，单位：r/min；(6)额定功率因数cosN：指电动机在额定运行时定子侧的功率因数。,铭牌上还标有绝缘等级、温升、工作方式、连接方法等，对绕线式异步电动机还标有转子绕组的额定电压和额定电流。(7)转子绕组额定电压U2N：指定子绕组加额定电压、转子绕组开路时，滑环间的线电压，单位：V；(8)转子额定电流I2N：指电动机额

5、定运行、转子短路状态下，滑环之间流过的线电流，单位：A。,主要铭牌数据3,转差率,定义：(5-2),举例,有一台50Hz的感应电机，其额定转速为730r/min，空载转差率为 0.003，试求该机的空载转速和额定负载时的转差率。,解,1、空载转速：2、额定转差率：,设N为异步电动机的效率，额定功率：电动机的输入功率为：接线：高压异步电动机定子绕组采用Y接，只有三根引出线。中小容量的异步电动机通常将定子三相绕组的六个端点引出到接线板上，用户根据铭牌数据和使用电源情况，接成Y接或接。,小型鼠笼异步电动机,三相异步电动机的引出线,4.接线图,国产电机型号由汉语拼音字母和阿拉伯数字组成，大写汉语拼音字

6、母表示电机的类型、结构特征和使用范围，数字表示设计序号和规格，例如：Y2 160 L 1-2,主要系列,Y和YR系列,一般用途三相异步电动机应用最广的产品是Y系列和YR系列，其中Y系列为鼠笼式转子三相异步电动机，YR系列为绕线式转子三相异步电动机。,5.2交流电机的绕组和感应电动势,绕组极距是指每一磁极所占定子内圆周的距离，即有 节距y是指线圈两有效边之间的距离。单层绕组是整距绕组，即有y=每极每相槽数q是指一个磁极下一相绕组所占有的槽数，即有：,交流绕组,相带：是指一相绕组在一个磁极下连续所占的范围。机械角：电机圆周空间角度为360或为2弧度，称这种角度为机械角。对于一对磁极由NSN变化一周

7、相当于360电角度或为2电弧度。当电机有p对磁极时，电角度=p机械角。分析：每一磁极占180电角度，三相绕组的每相绕组在一个极下只占三分之一，即60相带。,单层绕组,双层绕组,5.2.2 交流绕组的感应电势,1.一根导体感应电势 设定子内表面槽中嵌放导体A，有效长度为l(m)，转子只有一对磁极，它由原动机拖动以恒定转速n1(r/min)逆时针旋转，沿气隙圆周方向分布的基波磁密波形，大小为：式中B1m为基波气隙磁密幅值。,感应电动势,导体A切割磁力线产生感应电动势大小为：,导体的基波感应电动势,最大值为：,波形,感应电动势频率,在一对磁极情况下，导体A每经过一对主磁极，其中的感应电势经历一个周期

8、。当电机转子上有p对主磁极，电机每旋转一圈，导体A中的基波感应电势变化p周，则导体A中基波感应电势频率为：(5-3)当电机的极对数p和转速n1一定时，f1频率便为固定的数值。,2.整距线匝感应电势,两导体A、X就构成了整距线匝。它们中的感应电势总是大小相等，方向相反。整距线匝基波感应电势为：用相量表示时：,整距线匝基波感应电动势,整距线匝基波感应电势瞬时表达式为：整距线匝基波感应电势有效值为：(5-6),3.整距线圈感应电动势,线圈是由Ny匝线匝串联而成，即匝数Ny整距线圈的基波感应电势瞬时值为：(5-7),4.整距分布线圈感应电动势,如果在定子内圆表面槽中均匀嵌放三个匝数为Ny的整距线圈头尾

9、连接，相互串联形成线圈组，称为整距分布线圈，相邻线圈的槽距角是。,整距分布线圈的基波感应电动势,整距分布线圈的基波感应电势为：绕组的基波分布系数：,基波分布系数含义,基波分布系数是一个小于1的数，其含义是：分布放置的线圈要比将各线圈集中放置在一个槽中的基波感应电势小。可以这样认为：把实际q个分布放置的整距线圈，看成是集中放置的，但它们的总等效匝数为qNykq1，而不是qNy。,短距线圈感应电动势,如果线圈的节距y1，则为短距线圈，令短距线圈的节距y1=y，其中0y1，短距线圈基波感应电势有效值：绕组基波短距系数：,基波短距系数含义,基波短距系数，它是一个小于1的数，其含义是：短距线圈要比整距线

10、圈的基波感应电势小。可以这样认为：把实际的短距线圈看成是整距线圈，则它等效匝数为Nyky1，而不是Ny。,一相绕组感应电动势,单层绕组：采用分布整距形式每相绕组串联匝数为：每相的基波感应电势有效值为：,双层绕组,双层绕组：采用短距分布形式每相绕组串联匝数为：每相的基波感应电势有效值为：为基波绕组系数。,绕组的谐波感应电动势,绕组采用分布、短距后虽削弱些基波感应电势，但可使各次谐波电势大大削弱，使绕组感应电势接近正弦波。三相交流绕组Y接或接时，由于三次谐波以及三的倍数次谐波电势在时间相位上同相，故三相线电势中无三次或三的倍数次谐波。,谐波感应电动势,设v为谐波次数，则谐波感应电势频率为：每相绕组

11、v次感应电势有效值：为次谐波绕组系数,课后复习要点：,1.交流绕组类型、基本术语、联结规律2.分布、短距和绕组系数的含义及表达式3.绕组感应电势的计算思考题：P178 5-1、5-2作业：P178 5-6（3）（4）预习：旋转磁动势,5.3交流电机绕组的磁动势,单相脉振磁场1.整距集中绕组的磁动势 由于空气隙的磁阻远远大于定、转子铁芯中的磁阻，可认为磁势全部降落在两个气隙上，即作用在每个空气隙的磁势为全部磁势的一半（iNy/2）磁动势波形为矩形波。,整距集中绕组的磁动势,2.磁动势的空间谐波,矩形波磁动势用傅立叶级数分解得：3.单相绕组基波脉振磁动势设AX中通入交流电为：则每极磁势表达式为：,

12、3.谐波分析,对周期性变化的矩形波分布的磁势，用傅氏级数进行谐波分析，可分解成为：式中v=1，3，5为谐波系数，系数Cv为,基波磁势为：为基波磁势最大幅值。三次谐波磁势为：三次谐波磁势最大幅值,五次谐波和高次谐波,五次谐波磁势为：五次谐波磁势最大幅值。还有七次、九次、十一次等高次谐波磁势。,谐波次数越高，其幅值就越小。为了改善波形，除基波以外，考虑消除三、五、七次谐波，由于三次谐波及三的倍数次谐波在绕组连接成三相对称绕组时就已相互抵消，而五、七次谐波可通过短距和分布绕组来基本消除。因此当连成三相绕组后，只考虑基波磁势就可以了。,分析：,每相绕组产生基波磁势幅值：,I1为相电流的有效值，kw1=

13、kq1ky1称为基波绕组系数，基波分布系数为：基波短距系数为：,每相绕组产生的谐波磁动势幅值为：,kw=kqky称为v次谐波绕组系数v次谐波分布系数为：v 次谐波短距系数为：,（安匝/极）,脉振磁动势的分解推导,根据三角函数的和差与积的关系：,v,结论：,一个脉振磁势可以分解为两个幅值相等，转速相同，转向相反的两个旋转磁势，它们的幅值是原脉振磁势最大幅值的一半。,三相绕组的合成旋转磁场,三相对称绕组：各相绕组匝数、结构相同，在空间互差120电角度。三相对称交流电：在三相对称绕组中通入三相对称交流电，每相绕组中都要产生单相脉振磁势，这三个脉振磁势在空间和时间上都互差120电角度。,图示,三个脉振

14、磁动势表达式,合成磁动势,结论,在三相对称绕组通以三相对称交流电产生的旋转磁势具有以下特点：旋转磁势的幅值为：旋转磁势的转速为同步转速：旋转磁势的转向：由电流的相序决定（即电流达到最大值的顺序），它总是从电流领先的一相绕组向电流滞后的一相绕组方向转动。,旋转磁动势产生的条件和旋转磁动势特点思考题：P179 5-10、5-11、5-14作业：P179 5-13,课后复习要点：,电动机在转子静止分两种情况：一种是转子绕组开路，另一种是转子绕组短路。定子绕组接电源，转子开路注意：转子开路的三相异步电动机相当于副边空载的三相变压器，定子绕组对应于原边绕组，转子绕组对应于副边绕组，所不同的是异步电动机的

15、磁路中多了气隙磁路。,5.4转子静止时的异步电动机,定子绕组接电源转子绕组开路时的异步电动机,转子绕组开路,将定、转子空间坐标纵轴选在A相绕组的轴线上，并使+A1与+A2重合，这样+A1、+A2也是定、转子A相磁通的正方向。,转子开路时的电磁关系为：,（1）电磁关系,转子开路时主磁通与漏磁通路径,主磁通与漏磁通,漏磁通包括：槽漏磁通、端部漏磁通和谐波漏磁通。,槽漏磁通和端部漏磁通,说明,谐波漏磁通是由定子三相合成磁势中的高次谐波磁势产生的，严格说，它是通过气隙与转子绕组相链绕的磁通，与槽漏磁通和端部漏磁通是有差别的，为了表明这种差别，谐波漏磁通又称差别漏磁通，将谐波磁通归为漏磁通中是为了计算上

16、的方便。,定子绕组每相基波感应电势的有效值为：（5-15）式中N1、kw1分别为定子每相绕组的串联匝数和基波绕组系数。转子绕组每相基波感应电势的有效值为：（5-15）式中N2、kw2分别为转子每相绕组的串联匝数和基波绕组系数。,(2)电压方程式,定、转子每相基波感应电势之比为：（5-16）式中ke为电压变比。定子漏电势Es1为：定子一相电路的电压方程式为：（5-17）,定子漏阻抗：,与变压器相似，-1用励磁电流0在励磁阻抗zm上的压降表示时有：式中rm为励磁电阻，xm为励磁电抗。,励磁电流由两部分组成：一部分产生主磁通m0为无功分量；另一部分反应包括定子铁损和转子铁损的铁损电流，是有功分量Fe

17、，有：转子电路因转子绕组开路，电压方程式为：,转子开路时异步电动机等值电路,（3）等值电路,转子开路时异步电动机的时间向量图,（4）相量图,如果磁势坐标轴选在+A轴线上，再选取时间与空间参考轴一致，则时间相量0与空间相量F0具有同相位性质，可将时间相量图与空间相量图画在一起为时空相量图。,磁势向量与A的关系,转子开路时异步电动机时空相量图,时空向量图,（5）功率关系 转子开路时，无功率输出，P2=0，输入的功率为：说明：输入功率一部分消耗在定子铜损上，另一部分消耗在定、转子的铁损上。,定子绕组接电源，转子绕组短接且转子堵转,将定、转子空间坐标纵轴选在A相绕组的轴线上，并使+A1与+A2重合。,

18、异步电动机转子短路且堵转时的接线图,（1）磁势平衡方程式 转子短路时，在转子绕组产生的感应电势会在转子三相绕组中产生对称的转子电流，从而产生合成的转子基波旋转磁势F2，其幅值为：式中I2为转子绕组每相电流有效值，N2为转子一相绕组串联匝数，kw2为转子绕组的基波绕组系数。,磁场,设F2相对于转子的转速为：n2=60f2/p由于转子堵转时电流的频率f2=f1，则n2=n1 由于+A1、+A2重合，定、转子电流相序一样，则定子电流产生合成的定子基波旋转磁势F1与转子旋转磁势F2同速、同方向在空间一前一后同步旋转，故可以合成。,定子基波旋转磁势F1,定子基波旋转磁势F1其幅值为：I1为定子绕组每相电

19、流有效值，N1为定子一相绕组串联匝数，kw1为定子绕组的基波绕组系数。,气隙中合成磁势为：（5-20）定、转子磁势平衡方程式说明气隙中的主磁通m是由合成磁势F0产生，此外，定、转子的电流分别要产生定子漏磁通s1和转子漏磁通s2，与定子漏磁通类似，转子漏磁通也包含槽漏磁通、端部漏磁通和谐波漏磁通。,（2）电磁关系,转子短路且堵转时的电磁关系为：,（3）电压平衡方程式,定子：转子一相电路的电压方程式为：式中z2为转子漏阻抗，或写成：转子绕组回路漏阻抗的功率因数角为：,（4）转子电势、电流、电阻、漏抗的折算,与变压器相似，异步电动机定、转子之间没有电的联系，只有磁的耦合。为了工程计算方便，在不改变电

20、动机的电磁性能的条件下，将无电的联系的定、转子电路变换成纯电路的等值电路，就要进行转子绕组的折算。,转子绕组折算的方法是：用一个相数为m1、匝数为N1kw1的绕组，代替原来的转子绕组（转子绕组原来的相数为m2，匝数为N2kw2）。,转子绕组折算的方法,折算的原则,保持折算前后电动机磁势平衡关系不变，即F2的大小以及与F1之间在空间位置不变。,折算前转子电势为：折算后转子电势为：式中ke为电势比：,转子电势,转子电流,根据折算前后电动机磁势平衡关系不变的原则，有：则：为异步电动机的电流比。,转子电阻、转子电抗、转子漏阻抗,（5）基本方程式、等值电路、相量,折算后的基本方程式,异步电动机转子短路且

21、堵转时的等值电路,等值电路,相量图,将时间与空间参考轴选取一致，则+j、+A1、+A2重合,异步电动机转子短路且堵转时的时空相量图,（6）功率关系,转子堵转时，输出功率P2=0输入功率P1为：注：定子功率因数在转子短路且堵转时很低为：,铁损和铜损,定、转子铁损为：定、转子铜损为：,电磁功率,体现机电能量转换的电磁功率为：,堵转情况分析,堵转时，异步电动机的输入全部消耗在定、转子的铁损和铜损上，它相当于变压器的短路运行状态，它是异步电动机在起动瞬间的状况。,堵转情况分析,异步电动机定、转子的漏阻抗比较小，如果在定子绕组加额定电压，则定、转子的起动电流相当大，约为额定电流的47倍，过大的定、转子电

22、流会使电动机铜损加大，绕组过热，危及绕组绝缘，如果电动机长期工作在这种状态下，将使电动机损坏。,课后复习要点：,电机堵转时的电磁关系、等值电路、相量图以及绕组折算方法预习转子运行的电磁关系,本次课程教学要求,1.重点掌握电机旋转时的电磁关系、基本方程式、等值电路和相量图；2.掌握绕组折算和频率折算方法；3.掌握电动机功率与转矩平衡关系。,5.5转子转动时的异步电动机,运转时的接线图,转子转动时的电磁关系,规定,当异步电动机定子绕组接三相对称电源且转子绕组短路时，定、转子绕组中都有电流流过，在气隙中产生以同步转速n1旋转的合成磁场，而转子绕组电流与气隙旋转磁场会产生作用于转子的电磁转矩，使电动机

23、以异步转速n旋转，拖动负载。为了与转子不转时的感应电势2、电流2和漏电抗x2相区别，转子转动时的转子感应电势、电流和漏电抗分别用2s、电流2s和漏电抗x2s表示。,1.转子各量与转差率的关系,转差率是指气隙中旋转磁场的同步转速和转子转速之差与同步转速的比值，即为：(5-2)转差率是异步电动机的重要参数，当电动机作电动运行时，0s1。,分析,转子不转时，转子中的感应电势和转子电流频率是与定子电流频率相同；当转子转动时，转子转速为n，而气隙中旋转磁场的转速为n1，两者转向相同，转速差为n=n1-n，则旋转磁场是以n的相对转速切割转子绕组。对于绕线式异步电动机，转子与定子有相同的相数和极对数，所以，

24、在转子电路中产生的感应电势频率为：(5-25),转子电势E2s,转子电路中的感应电势有效值为：(5-26)电动机额定运行时，额定转差率一般在sN=0.0150.06之间，所以转子转动时，转子电流频率很低，感应电势也很小。,转子电抗x2s,转子转动时转子电抗为：(5-27),转子电流I2s,转子转动时转子电流为：(5-28),转子功率因数,转子转动时转子功率因数为：,2.转子电流产生的磁势,转子转动时，转子电流2s产生的转子基波旋转磁势F2的幅值为：转子电流2s的频率为2，则转子基波旋转磁势F2相对于转子绕组转速为：,分析转子磁势F2对定子的转速,转子磁势F2对定子的转速为：定子电流产生的磁势F

25、1对定子的转速为n1，可见磁势F1、F2同速同方向、一前一后旋转，故可得合成磁势为：,分析：,在三相异步电动机转子以转速n转动时，定、转子磁势关系仍未改变，只是每个磁势的大小和相位有所不同。这里所讨论的合成磁势F0是异步电动机运行时的励磁磁势，与其对应的电流I0是励磁电流，对于一般异步电动机，励磁电流I0约为额定定子电流I1N的（2050）%。,问题,变压器励磁电流为额定电流的(0.55)%为什么？,3.转子绕组频率的折算,转子绕组频率折算的目的：把定、转子两个不同频率的电路转换成同一频率的电路。转子绕组频率的折算方法：用一等效的静止转子代替实际转动的转子原则：保持转子磁势F2的大小不变（即2

26、s大小不变）；F2与F1之间在空间相差的空间电角度不变（即2s的相位不变），F2对F1的影响不变。,频率折算：,式中2s、2s、x2s分别为异步电动机转动时转子的每相电流、电势和漏阻抗，它们的频率为2；2、2、x2分别为异步电动机不转时的转子每相电流、电势和漏阻抗，它们的频率为 1。转子回路的阻抗角为：,说明：,只要用r2/s 代替r2，就可使转子电流的大小和相位保持不变，即转子磁势的大小和空间相位保持不变，实现用静止电路代替实际旋转的转子电路。电阻r2/s 称为等效静止转子电阻，也可表示成：式中 称为附加电阻。,分析,频率折算后，转子回路电阻由两部分组成，第一部分r2是转子绕组一相的实际电阻

27、，其上产生的损耗就是转子电路的铜损；第二部分是附加是附加电阻，其上产生的损耗 是虚拟损耗，实际转子中并不存在但它却是表征实际转动的转子的总机械功率。,频率折算后异步机的等值电路,经频率折算后的异步电动机等值电路,4.基本方程式、等值电路、相量图,(1)基本方程式（绕组折算、频率折算后）,(2)等值电路,转子转动时异步电动机的T形等值电路,讨论1,当异步电动机空载时：等值电路中的转子回路相当于开路，转子电流为 因此功率因数很低。,讨论2,当异步电动机额定运行时：这时的转子电流主要由 决定，转子电路基本上为电阻性电路，所以电动机的功率因数较高。,讨论3,当异步电动机起动瞬间：电动机没有输出，相当于

28、短路，这时就是前面所分析的堵转情况，定、转子电流都很大，从T形等值电路看，此时的感应电势和主磁通约为空载运行时的一半。,异步电动机的简化等值电路,为了简化计算，将T形等值电路中的励磁支路左移到输入端，使电路简化成单纯的并联电路。,(3)相量图,异步电动机对电网来说是感性负载。一般取主磁通为参考相量,5.功率和转矩,(1)功率平衡方程式,分析：,从定子传递到转子的电磁功率Pem中，一部分消耗在转子电阻上，用pCu2表示，剩下的就是全部转换成总机械功率，用Pm表示，而总机械功率中扣除电动机因旋转而产生的机械摩擦损耗pm以及成因较复杂的附加损耗pad之后，剩下的就是电动机轴上输出的机械功率，用P2表

29、示。,转子侧的功率平衡方程式,转子侧的功率平衡方程式：,附加损耗,pad为附加损耗，一般很难用公式计算，通常根据经验估算，对于大型异步电动机约为0.5%PN；对于中、小型异步电动机约为(13)%PN。值得一提的是，由于转子铁芯中的磁通变化频率f2在电动机额定运行时很低，转子铁损很小，故可忽略不计。,功率流程图,异步机功率流程图,三相异步电动机的效率,三相异步电动机的效率为：异步电动机的总损耗：,(2)转矩平衡方程式,电磁转矩T为总机械功率Pm除以转子机械角速度，所以有：转矩平衡方程式为：(5-54)T2=P2/为电动机轴上输出转矩；T0=(pm+pad)/为电动机的空载转矩，转矩的单位为：牛米

30、（Nm）。,各转矩表达式,为同步机械角速度。,课后复习要点：,自学鼠笼式转子的极数和相数P169170电机旋转时的电磁关系、基本方程式、等值电路和相量图；绕组折算和频率折算方法；电动机功率与转矩平衡关系。预习：异步机机械特性和工作特性。思考题：P179 5-23作业：P179 5-26、5-27,6.鼠笼式转子的极数和相数(自学),(1)鼠笼式转子的极数设气隙磁场以转速n1旋转，转子转速为n，转向与n1相同，则气隙磁场切割鼠笼转子的相对速度为n=n1-n，转子导条中就会有感应电势e2s产生，其大小与切割它的气隙磁通密度b成正比，气隙磁通密度b沿圆周按正弦规律分布如图所示。,分析,不同导条中的感

31、应电势瞬时值与磁通密度一样，在空间按正弦规律分布。为了分析问题方便，设转子漏阻抗x2s为零，则转子电流i2s与电势e2s同相位，电流瞬时值在空间也按正弦规律分布，转子电流所产生的转子磁势的极对数必然与定子相同，即p1=p2。因此，鼠笼式转子与定子绕组的极对数总是保持一致，鼠笼转子本身无固定极数，要按照气隙旋转磁场的极数来确定。,(2)鼠笼式转子的相数,鼠笼式转子每槽安放一根导条，转子导条数与转子槽数Z2相等。相邻两导条相差的槽距角为：每根导条在气隙磁场中的位置不同，导条中产生的电流时间相位也不同。而在交流电机中每相绕组中电流相位应是相同的，所以可认为每根导条就构成一相，鼠笼转子相数与转子槽数相

32、等，即有：,鼠笼式转子每相绕组匝数,每相绕组匝数为：每相只有一根导条，不存在短距和分布问题，所以绕组系数为：,本次课程教学要求：,1.掌握异步电动机参数测定2.熟悉异步电动机工作特性,5.8异步电动机工作特性,1.异步电动机工作特性 工作特性，它能反映异步电动机的运行情况，是合理选择、使用电动机的依据。异步电动机的工作特性是指电动机在额定电压U1N、额定频率1N运行时，转子转速n、定子电流I1、定子功率因数cos1、磁转矩T、效率随输出功率P2的变化曲线。,曲线,三相异步电动机工作性,1.转速特性n=(P2),定性分析：异步电动机空载时，转速nn1当随着负载P2增大转速n略降转子感应电势E2s

33、增大转子电流I2s增大电磁转矩增大以平衡负载转矩。转速特性n=(P2)如图曲线1所示为一条略微下降的曲线。,2.定子电流特性I1=(P2),定性分析：异步电动机空载时，转速nn1，转差率s0，转子电流I20，I1I0较小，当随着负载P2增大转n下降转子电流I2增大定子电流I1增大以补偿转子电流所产生磁势的影响，维持磁势平衡。定子电流特性I1=(P2)如图曲线2所示为一条由I0开始逐渐上升的曲线。,3.定子功率因数特性cos1=(P2),定性分析：异步电动机空载时，由于空载电流中主要是无功电流分量，此时的功率因数很低，cos1=cos00.2左右，当随着负载P2增大定子电流I1有功电流分量增大功

34、率因数提高，直至P2=PN，功率因数达最高cos1=cos1max；当负载P2PN继续增大转差率s增大转子感应电势与电流的相位角2增大定子功率因数cos1开始减小。定子功率因数特性cos1=(P2)如图曲线3所示的曲线。,4.输出转矩特性T2=(P2),定性分析：异步电动机空载时，输出转矩T2=0，当负载P2增大，由于转速变化不大，P2T2输出转矩随着P2增大而增大，输出转矩特性T2=(P2)如图曲线4所示为一条过原点的近似直线的曲线。,5.效率特性=(P2),定性分析：异步电动机从空载到负载运行时，主磁通m和转速n变化较小，所以铁损pFe和机械损耗pm变化很小，这两种损耗之和是异步电动机的不

35、变损耗，而定、转子铜损pCu与负载电流平方成正比，它随负载变化而变化，是异步电动机的可变损耗。与变压器相似，当不变损耗与可变损耗相等时，效率为最高。,效率特性,空载时，输出功率P2=0，所以效率=0，当随着负载P2增大效率增大，普通异步电动机在P2=0.75时效率最大=max；当负载P2继续增大效率反而下降，效率特性=(P2)如图曲线5所示的曲线。,说明：,对中、小型异步电动机，工作特性可用直接负载法测出，对大容量异步电动机由于受设备等因数的限制，工作特性的取得可通过空载、短路实验测出电动机参数，再利用等值电路计算求得。,5.7异步电动机参数测定,1.空载试验 通过空载试验可测得励磁参数（rm

36、、xm、zm）、铁损pFe、机械损耗pm。,空载实验,试验时，异步电动机定子通过调压器接三相交流电源，转子轴上不带负载，加额定电压使电动机运行在空载状态，稳定运行一段时间后，电动机的机械损耗达到稳定值，然后调节调压器使定子电压从(1.11.3)UN开始，逐渐下调直至电动机转速有明显变化为止，同时测取电动机的相电压U1、空载电流I0、空载功率P0和电动机转速n，接线图是用二功率法测取功率所以两功率表P1、P2的读数之和为空载功率，即有P0=P1+P2。注意试验时一定要含U1N这一点。根据试验数据作出P0=(U1)和I0=(U1)曲线,三相异步电动机试验接线图,三相异步电动机空载特性,说明1,由于

37、电动机空载时，转速nn1，转子电流I20，转子铜损pCu0，可忽略转子铜损，这时电动机的空载损耗为：在输入功率P0中扣除定子铜损后，剩下的功率为P0，则有：式中有三部分：铁损、机械损耗和附加损耗，其中机械损耗pm只与转速大小有关，而与电压U1大小无关。,说明2,铁损pFe和空载附加损耗pad则与磁通的平方成正比，即与U12成正比。为了从P0中分离机械损耗pm，作P0=(U12)曲线，将图中的曲线延长与纵坐标轴相交与0点，再通过0点作与横坐标轴的水平虚线，将与电压无关的机械损耗pm从P0中分离，虚线之上是pFe+pad，虚线之下是pm。若想精确测得励磁参数，还需将铁损和空载附加损耗分离。一般可近

38、似认为：,说明3,根据电压U1=U1N时，测得的空载试验数据P0和I0可计算参数：式中U1N、I0分别为额定相电压和相电流；P0为测得的三相功率；P0、I0应取额定电压所对应的数据。,电动机空载时，转速nn1，转差率s0，“T”形等值电路中的附加电阻，转子可认为开路，这样就有：式中r1为定子电阻，可用电桥测得；x1为定子漏电抗，可从堵转试验测得。,三相异步电动机的P0=f(U12)曲线,三相异步电动机短路特性,（2）短路试验,短路试验是在电动机转子堵住不转动的条件下进行的，故又称堵转试验。试验接线与空载实验相同，只是电流表和功率表的电流线圈量程要变大，对于绕线式转子，应将转子绕组短路。堵转实验

39、可测得短路参数（rk、xk、zk）、定转子铜损。试验时，由于转子堵转，加在定子绕组上的电压要降低，与变压器短路试验相似，所加电压应使电动机的短路电流为额定电流，因此一般应从U1=(0.30.4)UN开始，监视电流表读数，逐渐加压，使电流为额定值为止，然后在逐渐降低电压，同时记录定子相电压Uk、定子相电流Ik和输入的三相功率Pk。根据试验数据作出短路特性Ik=(Uk)、Pk=(Uk)。,根据堵转时的等值电路，机械损耗pm=0，铁损pFe和附加损耗pad都很小，可忽略，则输入功率Pk都消耗在定、转子的电阻上，即：式中rk=r1+r2为短路电阻，从而有：,对于大、中型异步电动机，一般可近似认为：,本章小结1,异步电动机运行时，转子与旋转磁场存在转差，因而能在转子中感应电势和电流，产生电磁转矩，使电动机旋转，可见转差率s是异步电动机的重要参量。通过频率和绕组折算，可得到反映实际运行电动机各量关系的等值电路，等值电路中的各种参数可通过空载和短路试验测取。,本章小结2,与变压器一样，基本方程式、等值电路、相量图也是描述电动机负载运行时的基本电磁关系的工具。工作特性反映了异步电动机在额定电压、额定频率时的使用性能。,课后复习要点：,异步电动机工作原理与特性作业：P180 5-29,