电机拖动第5章2

(5 67)
机械损耗 pm 附加损耗 ps
三相异步电动机运行时 存在着轴承以及风扇等摩擦阻转矩 它也要损耗一部分功率 这部分功率为机械损耗，用 pm 表示 由于异步电动机定、转子开槽和谐波磁动势的存在 还要产生一些附加损耗，用 ps 表示 对中小型异步电动机，满载时 ps 可达额定输出功率的
转子绕组频率的折合
转子对定子的作用 通过转子磁动势产生 若保持转子磁动势不变 至于转子是转动还是不转 对定子边的各个量都没有影响 于是，就有可能 用不转的特定转子（和定子一样） 代替实际转动的转子 折合前后转子磁动势不变 → 转子电流有效值不变 但电流的频率却不同，因此这种变换称为频率的折合

P2 = PM － pCua2 －（pm＋ps）

= P1 － pCu1－ pFe － pCu2 －（pm＋ps） (5-69)
直流电动机电动运行的 功率流程图
pCua = Ia2 Ra
电枢回路 总铜损耗
p0 = pm＋pFe
空载损耗
P1 = U Ia PM = Ea Ia = TΩ P2 = T2Ω
(5 59)
U1 ——定子绕组相电压 I1 ——定子绕组相电流 cos1 ——功率因数
定子铜损耗 pCu1 为
pCu1 3I12R1
(5 60)
式中，R1 ——定子绕组每相电阻
电动机的铁损耗 pFe
一小部分消耗在磁路的铁心中
即磁滞和涡流损耗
称为铁损耗 pFe 正常运行情况下的异步电动机
第5章 三相异步电动机的 原理和特性
5.3 异步电动机的功率和转矩
5.3.1 三相异步电动机的功率——难点 5.3.2 三相异步电动机的转矩——难点
5.4 异步电动机的机械特性
5.4.1 机械特性的参数表达式——重点 5.4.2 固有机械特性——重点 5.4.3 机械特性的实用公式——重点 5.4.4 人为机械特性——重点
（1）定子相电流为
I1

U1 Z

3800 4.7725.88
= 79.66(-25.88 )
A
定子线电流为
IL 3I1 3 79.66 = 138 A （2）输入功率为
P1 3U1I1 cos1 338079.66cos 25.88 = 81.7 kW
Pm

PM

pCu2

3I22
1 s
s
R2

(1
s)PM
PM

P1

pCu1

pFe
3I22
R2 s
P2 Pm ( pm ps )
例题5-2(P142)
例题5-2 一台三相异步电动机 额定功率 PN = 75 kW，额定电压 UN = 380 V 额定转速 nN = 1 486 r/min，定子 Δ 形联结 已知 定子每相电阻 R1 = 0.077 96 Ω，每相漏电抗 X1 = 0.301 4 Ω 励磁电阻 Rm = 0.798 Ω，励磁电抗 Xm = 16.96 Ω 转子每相电阻 R2= 0.046 2 Ω，每相漏电抗 X 2= 0.655 2 Ω 试用 T 形等效电路计算额定负载运行时： （1）定子电流；（2）输入功率；（3）电磁功率； （4）转子电流；（5）定子铜损耗；（6）铁损耗； （7）转子铜损耗；（8）机械功率。
= 79.1
kW
（5）定子铜损耗为
pCu1 3I12R1 3 79.662 0.077 96W = 1 484 W （6）铁损耗为
pFe 3I02Rm 3 21.462 0.798 = 1 103 W
例题5-2(P142)
（7）转子铜损耗为
pCu2 3I22R2 3 72.982 0.046 2 = 738.2 W （8）机械功率
但对小容量异步电动机，其误差稍大
5.3 异步电动机的功率和转矩
5.3.1 三相异步电动机的功率——难点 5.3.2 三相异步电动机的转矩——难点
5.3.1 三相异步电动机的功率 ——难点
三相异步电动机（感应电动机）稳定运行时 定子绕组从电源输入的电功率为
式中，
P1 3U1I1 cos1
（2）基本方程式
和上图所对应基本方程式为： U1 E1 I1(R1 jX1)
I1 I2 I0
E2 E1
E1 I0 (Rm jXm )
E2

I 2 ( R2
1 s s
R2

jX

2
)

I

2
(
R2 s

jX

2
)
(5 52)
5.2.4 简化等效电路
第5章 三相异步电动机的 原理和特性
5.1 三相异步电动机的基本结构与工作原理
5.1.1 基本结构——重点 5.1.2 工作原理——重点，难点 5.1.3 额定数据
5.2 异步电动机的基本方程式和等效电路
5.2.1 转子不转时的异步电动机——简介 5.2.2 转子旋转时的异步电动机——重点 5.2.3 笼形转子的极数、相数和参数的折合——不讲 5.2.4 简化等效电路
由于转子转速接近同步转速
再加上转子铁心和定子铁心材料都是由硅钢片叠成
所以转子铁损耗 pFe2 很小，可忽略不计
因此，电动机的铁损耗只有定子铁损耗 pFe1
pFe pFe1 3I02Rm
(5 61)
电磁功率 PM
因为定、转子之间没有电路上的直接联系
PM 是通过电磁感应向转子电路传送的 所以称为电磁功率
励磁电流为
I0

E1 Zm
364.4 = 21.46 16.98
A
（3）转子电流为
I

2

E2 Z2

E1 Z2

364.42.97 4.9937.54
= 72.98(4.57 )
A
例题5-2(P142)
（4）电磁功率为
PM

3I22源自R2 sN 3 72.982 0.046 2 W 0.009 333
R2
jX

2
假设把转子抽出 ＋
换成新转子
I1
－
Rm
I

2
和定子一样
U1
I0
E1 E2
折合前后 转子磁动势不变 －
jX m
＋
所以不影响定子边 图5.16 转子短路并堵转时的等效电路
5.2.2 转子旋转时的异步电动机 ——重点
1．等效电路和基本方程式
（1）等效电路 （2）基本方程式
把励磁支路
R1
jX1 R2
jX

2
移到输入端 ＋
混联支路
I1
R1
I

2

→
并联支路
U1
I

0
jX 1
T 形等效电路
Rm
→ 简化等效电路
jX m
－
1
s
s
R2
图5.22 三相异步电动机简化等效电路
5.2.4 简化等效电路
设简化等效电路的

励磁电流为
I

0

转子电流为
I

2
由简化等效电路图可以很方便地算出：
I

0

(R1

Rm )
U1 j(X1

Xm)
(5 57)
I2

(R1

R'2 s
)
U1 j(X1

X
' 2
)
(5 58)
5.2.4 简化等效电路
实际应用表明
对于大中型电机
用简化等效电路算出的定、转子电流及励磁电流 与用图5.19 所示 T 形等效电路算出的值 相当接近
（1）等效电路
异步电动机转子旋转情况下
经过转子频率、转子绕组折算之后
得到的T形等效电路如下图所示：
R1 jX1
R2
jX

2
1 - 定子 ＋
I1
2 - 转子 U1
′ - 折算值
－
－
Rm
I

2
I0
E1 E2 jX m
1
s
s
R2
＋
图5.19 三相异步电动机旋转时 T 形等效电路
2
84.7894.84 4.57522.91 18.5371.93
4.214 j1.781
Z Z1 Zm / /Z'2 0.077 96 j0.301 4 4.214 j1.781 4.292 j2.082 4 4.7725.88
例题5-2(P142)
例题5-2(P142)
解：额定转差率为
sN

n1 n 1 n1
500 1 486 0.009 1 500
333
式中，n1 为同步转速，判断为 n1 = 1 500 r/min T 形等效电路各部分阻抗的计算
Z2 R2
sN
jX

2

0.046 2 0.009 333
从图5.19所示的等效电路可以看出：
传输给转子回路的
电磁功率等于转子回路全部电阻上的损耗
PM P1 pCu1 pFe
3I22 (R2
1 s s
R2 )
3I22
R2 s
(5 62)
转子铜损耗 pCu2 机械功率Pm
转子绕组铜损耗 pCu2 为
pCu2 3I22R2 sPM
定子绕组接三相对称电源 ＋
转子绕组开路
R1 jX1
－
I0
Rm
2．转子绕组短路
U1
E1
jX m
－
＋
图5.10 转子绕组开路时 异步电动机的等效电路
2．转子绕组短路
定子绕组接三相对称电源
1 - 定子
把转子绕组短路
2 - 转子
并把转子卡住，不使其旋转——堵转
′ - 折算值
转子绕组的折合 R1 jX1
1% ~ 3% 对于大型异步电动机，ps 约为额定输出功率的0.5%
电动机转轴上输出的功率 P2
三相异步电动机转轴上输出的功率 P2

P2 = Pm －（pm＋ps） (5-68)
通过以上分析可知
三相异步电动机运行时
从电源输入电功率 P1
到转轴上输出功率 P2 的传递过程为
例题5-2(P142)
定子感应电动势： Z1 R1 jX1 0.077 96 j0.301 4 0.311 375.5
E1 U1 I1Z1 3800 79.66(25.88 ) 0.311 375.5
= 16.07 j18.89 380 = 364.42.97 V
(5 65)
传输给电动机转轴上的机械功率 Pm
PM

3I22
R2 s
3I22R2 sPM
Pm PM pCu2

3I22
R2 s
3I22 R2
3I22
(1
s
s)
R2

(1

s)3I
22
R2 s
(1 s)PM
(5 66)
机械功率 Pm 实际上就是
输入电功率
电磁功率
输出机械功率
图5.23 三相异步电动机的 功率流程图
pCu1

3I12 R1
定子
pFe

pFe1

3I02Rm
pCu2 3I22R2 sPM
铜损耗
铁损耗
转子 铜损耗
p0 = pm＋ps
空载损耗
P1
输入电功率
PM
电磁功率
Pm
机械功率
P2
输出机械功率
P1 3U1I1 cos1
异步电动机在正常运行时总是旋转的 但它的有些电磁关系在转子不转时就存在 而且在转子不转的情况下更容易理解 所以在讨论异步电动机的等效电路时 首先从转子不转时进行分析 然后再分析转子旋转的情况
5.2.1 转子不转时的异步电动机 ——简介
异步电动机在转子不转时有两种情况：
1．转子绕组开路

j0.655
2
4.95 j0.655 2 4.9937.54
Zm Rm jXm 0.798 j16.96 16.9887.3
例题5-2(P142)
Zm
/
/
Z

2

Zm
Z

2
Zm

Z

2

16.9887.3 4.9937.54 0.798 j16.96 4.95 j0.655
5.5 异步电动机的工作特性——不讲
5.2 异步电动机的 基本方程式和等效电路
5.2.1 转子不转时的异步电动机——简介 5.2.2 转子旋转时的异步电动机——重点 5.2.3 笼形转子的极数、相数和参数的折
合——不讲 5.2.4 简化等效电路
5.2 异步电动机的 基本方程式和等效电路
等效电阻
1
s
s
R2
上的功率
电磁功率、转子铜损耗 和机械功率之间的关系
pCu2 3I22R2 sPM
(5 65)
Pm PM pCu2 (1 s)PM
(5 66)
从上式可以看出
电磁功率、转子铜损耗和机械功率之间
存在一定的比例关系
即
PM : pCu2 : Pm 1: s : (1 s)