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1、1,重庆大学自动化学院,电机学及拖动基础,2,第五章 异步电机（二）,三相异步电动机的运行原理,3,主要内容,第一节 三相异步电动机运行时的电磁过程第二节 三相异步电动机的等效电路及向量图第三节 三相异步电动机的功率和转矩第四节 三相异步电动机的工作特性及其测取方法第五节 三相异步电动机参数的测定第六节 三相异步电动机的转矩与转差率的关系,4,第三节 三相异步电动机的功率和转矩,直流电动机：磁场由定、转子绕组双边的电流共同激励；气隙磁场随着负载变化，产生电枢反应。,异步电动机：磁场仅由定子绕组一边的电流来建立；气隙磁场基本上与负载大小无关，无电枢反应。,异步电动机的机电能量转换过程和直流电动机
2、相似：输入电功率电磁感应输出机械功率机电能量转换的关键在于：作为耦合介质的磁场,5,一 功率转换过程,功率转换过程：输入从定子绕组输入电功率P1定子定子铜耗pCu1+定子铁耗pFe+电磁功率Pe转子转子铜耗pCu2+转子铁耗+总机械功率Pmech输出机械损耗pmech+附加损耗p+净机械功率P2,通常，转差率很小，转子铁心中磁通变化频率很低，转子铁耗可忽略不计如果转差率较大，则f2较大，就应该考虑转子铁耗,6,异步电动机的能量转换关系,异步电动机的功率图,直流电动机的功率图,7,二 功率方程式,式中，,U1定子相电压I1定子相电流 定子功率因数角 转子功率因数角sPe转差功率,转速n越低，转差
3、率s越大，即转差功率越大，则转子铜耗就越大,8,三 转矩方程式,由机械功率方程式：除以转子的机械角速度，得到稳态转矩方程式：电动机稳态运行时的转矩平衡规律电磁转矩与总的机械转矩相平衡。,Te电磁转矩T2输出机械转矩，或负载制动转矩T0空载转矩，,电磁转矩Te既可用转子的总机械功率除以转子机械角速度来计算，也可用电磁功率除以同步角速度来计算：,9,四 电磁转矩公式,代入归算过的转子电动势，,得到异步电动机的电磁转矩公式：式中，,转矩常数,可见，异步电动机的电磁转矩Te的大小：与每极磁通m、归算后转子电流的有功分量 成正比。,10,第四节 三相异步电动机的工作特性及其测取方法,异步电动机的工作特性
4、：是指在额定电压和额定频率运行情况下，电动机的转速n、定子电流I1、功率因数、电磁转矩Te、效率等与输出功率P2的关系，即U1=U1N、f=fN时n=f(P2)、I1=f(P2)、Te=f(P2)、=f(P2)。转子电流一般不能直接测取，故不能简化，这些特性非对输出功率而言不可。,11,一 工作特性的分析,空载时：P20、I20，故s0、nns负载增大时：P2增加、I2增大以产生更大的电磁功率，故s也增大、n稍有下降一般转子铜耗很小，额定负载时：s1.5%5%，则n(0.9850.95)ns异步电动机的转速特性为一条稍向下倾斜的曲线。,1、转速特性,12,空载时：定子电流几乎全部为励磁电流Im
5、负载增大时：P2增加、n下降、I2增大，故I1随之增大异步电动机的定子电流几乎随P2按正比例增加。,2、定子电流特性,3、功率因数特性,空载时：I1基本为无功励磁，功率因数很低，约0.10.2负载增大时：I1有功分量随I2增加，故功率因数提高接近额定负载时：功率因数达到最大超过额定负载后：s变得较大，变大，I2无功分量增加，故功率因数又重新下降,13,负载不超过额定值时，转速变化很小，而T0又认为基本不变电磁转矩特性近似为一条斜率为1/的直线。,4、电磁转矩特性,5、效率特性,可变损耗小于不变损耗时：效率随负载的增加而增加可变损耗等于不变损耗时：效率最大可变损耗大于不变损耗时：效率随负载的增加
6、而减小,14,二 工作特性的求取,工作特性的求取可用直接负载法通过实验求取；也可用等效电路进行计算求取。,直接负载法：保持电源电压和频率为额定值，加负载到额定值的5/4，然后减少负载到额定值的1/4，分别读取P1、I1、n，计算不同负载下、Te、，绘制工作特性。,等效电路法：可认为代表励磁特性的励磁阻抗不变、代表漏磁通对绕组电磁效应的漏电抗不变，即等效电路参数在额定电压和频率下基本不变。给定等效电路参数、机械损耗和附加损耗，按不同s，计算n、I1、Te、，直到P2达到或超过额定值为止，由计算结果绘制工作特性。,15,第五节 三相异步电动机参数的测定,表示空载状态的励磁参数：励磁阻抗Zm、Rm、
7、Xm决定于电动机主磁路的饱和程度，非线性空载试验对应堵转电流的堵转参数：漏阻抗Z1、R1、X1、Z2、R2、X2与电动机饱和程度无关，线性堵转试验,16,一 空载试验与励磁参数的确定,在额定电压和额定频率下，轴上不带任何负载的运行。,1、空载试验,调节电源电压从（1.11.3）开始，下降到转速发生明显变化时，测量点，记录端电压、空载电流、空载功率和转速，绘制空载特性曲线：,空载特性曲线,17,（1）机械损耗和铁耗的分离空载时，s0、I20铁耗与磁密平方、即与端电压平方成正比机械损耗仅与电动机转速有关，空载时可认为是恒值,2、励磁参数、铁耗及机械损耗的确定,18,（2）励磁参数的确定空载时，s0
8、等效电路中的附加电阻无穷大，电路呈开路状态励磁参数为：,空载等效电路,其中，X1可由堵转试验确定,19,二 堵转试验及堵转参数的确定,堵转时，是使转子堵住不转，n=0、s=1。,从U10.4U1N开始往下测量57个点，记录端电压、堵转电流和功率，并测量定子绕组的电阻，绘制堵转特性曲线：,堵转特性曲线,堵转等效电路,代表总机械功率的附加电阻为0,20,由于ZmZ2，可认为励磁支路相当于开路，则Im0，铁耗可忽略不计。,堵转参数为：,对于大中型异步电动机：X1X2Xk/2对于100kW以下的小型异步电动机：X20.67Xk（2、4、6极）；X20.57Xk（8、10极）,21,第五节 三相异步电动
9、机的转矩与转差率的关系,三相异步电动机的机械功率为输出机械转矩与转速的乘积；输出转矩为电磁转矩的主要成分；转速的派生量为转差率电磁转矩Te与转差率s之间的关系十分重要。,22,电磁转矩：由近似等效电路得：,近似等效电路,三相异步电动机的电磁转矩与转差率的关系为：,23,转矩转差率为一条二次曲线,异步电动机的Te-s曲线,令，可得：临界转差率最大转矩,24,结论：1）当电动机各参数及电源频率不变时，TeMax与U12成正比，sm则保持不变，与U1无关；2）当电源频率及电压不变时，sm与TeMax近似地与X1+X2成反比；3）TeMax与R2之值无关，sm则与R2成正比。,推论：对于绕线转子异步电动机，当转子电路串联某一恰当电阻R时，可使sm=1（相当于n=0），即起动时转矩达到最大值TeMax。显然，此时：,25,第五章 第二部分 结束,
