异步电动机的功率密度与转矩密度分析_苏凤飞
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异步电动机的功率、转矩与运行性能
维护保养
安全操作
运行监测
环境适应
定期对异步电动机进行维护保养，包 括清洁、润滑、检查等，确保其正常 运行。
Байду номын сангаас
对异步电动机的运行状态进行实时监 测，发现异常及时处理，防止故障扩 大。
06
CATALOGUE
异步电动机的发展趋势与未来展望
技术创新
01
高效电机设计
通过优化电机设计，提高异步电 动机的运行效率和功率密度，降 低能耗。
定的品牌和型号。
功率匹配
确保所选异步电动机的功率与实际负 载需求相匹配，避免过大或过小的功 率选择。
经济性
在满足性能要求的前提下，选择性价 比高的异步电动机，降低运行成本。
使用注意事项
在使用异步电动机时，应遵循安全操 作规程，避免发生触电、机械伤害等 安全事故。
根据实际使用环境，如温度、湿度、 海拔高度等，选择合适的异步电动机 或采取相应的防护措施。
异步电动机的功率 、转矩与运行性能
contents
目录
• 异步电动机的基本原理 • 异步电动机的功率特性 • 异步电动机的转矩特性 • 异步电动机的运行性能 • 异步电动机的应用与选型 • 异步电动机的发展趋势与未来展望
01
CATALOGUE
异步电动机的基本原理
工作原理
异步电动机是利用电磁感应原理工作的旋转电机。当 三相交流电通过定子绕组时，产生旋转磁场，该磁场
最大转矩
最大转矩
异步电动机在运行过程中能够承受的最大瞬时转矩。
影响因素
最大转矩与电动机的设计、制造工艺和使用环境等因 素有关。
意义
最大转矩决定了电动机承受突然负载变化的能力，是 电动机安全运行的重要指标。
第二十章异步电动机的功率、转矩与运行性能
n = f（T）；
s = f（T）； T-s曲线
转子绕组经频率折算和匝数相数折算后
R1
I1
x1
I0
R2 S
x2
I2
U1
E1 E2
Rm
Xm
异步电机等效电路
I1
R1
jx1
I2 E1
R2
jx2
形 等 效 电 路
I 0 R1
K m 的大小通常在 1.8~2.5 之间
过载能力是异步电机重要性能指标之一，当
电动机运行时，总的负载转矩 T2 不能超过 Tmax 。
T2
T2 m
T2 T0 Tmax
否则电动机将无法运 转，没有起动加速度。
0
t
选电机步骤： ① 由负载转矩图计算平均负载转矩 T2； ② 计算
PN TN 2 nN / 60
(R1 R2 2 ) s
x1 x2
6.96
( x1 x2 ) 2
48. 5
空载 至满 载S 较小 起动 时S 较大
S=0.5% 210
44100
47382
S=5%
S=0.8 S=1
21
1. 31 1. 05
441
1.72 1.1
529
7.42 6.03
6. 96
6.96 6.96
dT 求 0时的Sm，带入上式，得Tmax . ds
sm
R 2
R ( x1 x2 )
2 1
2
忽略
R1
R 2 sm X1 X 2
1 R2 f1
sm
R 2
2 R 1 ( x1 x2 ) 2
异步电动机的功率、转矩与运行性能-091016-lmj
异步电动机的转速略低于旋转磁场的转速，因此被称为异步电动机。
异步电动机具有结构简单、运行可靠、维护方便、价格便宜等优点，广泛应用于工 业、农业、交通运输等领域。
结构特点
异步电动机主要由定子（包括机 座、绕组、铁芯等）和转子（包 括转子铁芯、转子绕组、轴承等
）组成。
定子绕组是异步电动机的电路部 分，当三相交流电流通过时，产
异步电动机的效率受到多种因素的影响，如设计 、制造工艺、材料、负载状况等。
损耗分析
01
02
03
04
损耗是异步电动机在运行过程 中产生的额外能量损失，主要 包括铁损、铜损和机械损耗等
。
铁损是由于电动机铁芯中的磁 滞和涡流现象产生的能量损失
。
铜损是由于电动机绕组中的电 阻产生的能量损失。
机械损耗包括轴承摩擦、风阻 等机械运动产生的能量损失。
使用环境
根据实际使用环境选择适合的异步电 动机，如防水、防尘等特殊要求。
应用场合
01
02
03
工业生产
异步电动机广泛应用于工 业生产中，如传送带、泵 、风机等设备的驱动。
自动化生产线
在自动化生产线中，异步 电动机作为动力源，实现 各种机械运动的控制。
电力驱动
在电动汽车、轨道交通等 领域，异步电动机作为电 力驱动系统的重要组成部 分。
异步电动机的输出功率还与其转速有关，通常转速越高，功 率越小。
03
CATALOGUE
异步电动机的运行性能
启动性能
启动转矩
异步电动机在启动时需要克服静 摩擦力和惯性，因此需要较大的 转矩。启动转矩的大小取决于电
动机的参数和电源电压。
启动电流
由于异步电动机在启动时电流较 大，因此需要采取措施限制启动 电流，以避免对电网造成冲击。
异步电动机具有结构简单、运行可靠、维护方便、价格便宜等优点，广泛应用于工 业、农业、交通运输等领域。
结构特点
异步电动机主要由定子（包括机 座、绕组、铁芯等）和转子（包 括转子铁芯、转子绕组、轴承等
）组成。
定子绕组是异步电动机的电路部 分，当三相交流电流通过时，产
异步电动机的效率受到多种因素的影响，如设计 、制造工艺、材料、负载状况等。
损耗分析
01
02
03
04
损耗是异步电动机在运行过程 中产生的额外能量损失，主要 包括铁损、铜损和机械损耗等
。
铁损是由于电动机铁芯中的磁 滞和涡流现象产生的能量损失
。
铜损是由于电动机绕组中的电 阻产生的能量损失。
机械损耗包括轴承摩擦、风阻 等机械运动产生的能量损失。
使用环境
根据实际使用环境选择适合的异步电 动机，如防水、防尘等特殊要求。
应用场合
01
02
03
工业生产
异步电动机广泛应用于工 业生产中，如传送带、泵 、风机等设备的驱动。
自动化生产线
在自动化生产线中，异步 电动机作为动力源，实现 各种机械运动的控制。
电力驱动
在电动汽车、轨道交通等 领域，异步电动机作为电 力驱动系统的重要组成部 分。
异步电动机的输出功率还与其转速有关，通常转速越高，功 率越小。
03
CATALOGUE
异步电动机的运行性能
启动性能
启动转矩
异步电动机在启动时需要克服静 摩擦力和惯性，因此需要较大的 转矩。启动转矩的大小取决于电
动机的参数和电源电压。
启动电流
由于异步电动机在启动时电流较 大，因此需要采取措施限制启动 电流，以避免对电网造成冲击。
三相异步电动机的功率和转矩
三相异步电动机的功率和转矩异步电动机的机电能量转换过程和直流电动机相似。
其机电能量转换的关键在于作为耦合介质的磁场对电系统和机械系统的作用和反作用。
在直流电机中，这种磁场由定、转子双边的电流共同激励，而异步电机的耦合介质磁场仅由定子一边的电流来建立。
这种特殊性表现为直流电机的气隙磁场是随负载而变化，由此发生了所谓电枢反应的问题，而异步电机的气隙磁场基本上与负载无关，故无电枢反应可言。
尽管如此，异步电动机由定子绕组输入电功率，从转子轴输出机械功率的总过程和直流电动机还是一样的。
不过在异步电动机中的电磁功率却在定子绕组中发生，然后经由气隙送给转子，扣除一些损耗以后，在轴上输出。
在机电能量转换过程中，不可避免地要产生一些损耗，其种类和性质也和直流电机相似，这里不再分析。
下面仅就功率转换过程加以说明，然后导出功率方程式和相应的转矩方程式。
一、功率转换过程异步电动机在负载时，由电源供给的、从定子绕组输入电动机的功率为P1，从图4—12所示的等值电路可看出，P1的一小部分消耗于定子电阻上的定于铜耗P Cu1，又一小部分消耗于定子铁心中的铁耗ｐＦ，余下的大部分电功率借助于气隙旋转磁场由定子传送到转子，这部分功率就是异步电动机的电磁功率。
它和直流电机中的电磁功率稍有不同。
前者是靠电磁作用而传递的功率，后者由电磁作用而转换的功率。
异步电动机中的电磁功率传送到转子以后，必伴生转子电流，有电流在转子绕组内通过，在转子电阻上又发生了转子铜耗ｐCu2。
在气隙旋转磁场传递电磁功率的过程中，与转子铁心存在着相对运动，旋转磁场切割着转子铁心，理应引起转子的铁心中的铁耗，但实际上由于异步电动机在正常运行时，转差率很小，即气隙旋转磁场与转子铁心相对运动很小，以致转子铁心中磁通变化频率很低，通常仅1～3Hz／s，所以转子的铁耗可以略去不计。
这样．从定子传递到转子的电磁功率仅须扣除转子钢耗，便是使转子产生旋转运动的总机械功率p mec。
第20章 异步电动机的功率、转矩与运行性能
Pm pm pa P2 Ω Ω Ω
三相异步电动机的转矩平衡方程式：
T T2 T0
式中，T为电磁转矩；T2为负载制动转矩；
T0为空载制动转矩。
3.电磁转矩
Pm PM T Ω 1
1 式中， 为同步角速度。 1 s
1 s PM PM Pm Pm PM 2πn 2 π 1 s n1 2πn1 1 60 60 60
2 1
2.固有机械特性 1）固有机械特性曲线
固有机械特性：三相异步电动机 电压、频率均为额定值，定、转 子回路中不串入任何电路元件时 的机械特性。
机械特性曲线位于三个象限, 第Ⅰ象限：电动状态
Tm
s
sm
n
0 n1
发 电 状 态
sm
sN n N
电 动 电 机 动 状 状 态 态
TN Ts
20-1 三相异步电动机的功率与转矩关系
20-2 三相异步电动机的机械特性
20-3 三相异步电动机的工作特性Βιβλιοθήκη 20-4 三相异步电动机参数的测定
第二十章 异步电动机的功率、 转矩与运行性能
基本要求：
1.掌握三相异步电动机的功率转换流程和功率平衡方程式 2.掌握电磁功率、总机械功率和转子铜耗之间的关系 3.掌握三相异步电动机的转矩平衡方程式，电磁转距与电磁 功率、总机械功率之间的关系 3.掌握三相异步电动机电磁转距的三种表达式和T-s曲线
20-3 三相异步电动机的工作特性
1.性能指标 1）效率
电动机输出功率和输入功率之比，即
P2 100% P 1
2）功率因数
三相异步电动机的功率因数cos1永远小于1。
3）堵转转矩
第十七章 异步电动机的功率、转矩和运行特性(动画)
＋：电动机状态 ；—：发电机状态
1、最大电磁转矩 、
讨论： 讨论：
TM max = +
sm = +
Cr2' r12 + ( x1 + Cx2′ ) 2
m1 pU12
4π f1c +r1 + r12 + ( x1 + Cx2′ )2
U1 、r2'、f1 的影响， 电机运行的稳定性
时，则
2 1
sm ≈ ±
r2′ xk
TM max
m1 pU ≈+ 4π f1 xk
四、电磁转矩的实用表达式
m1 pU12 TM = r2′ sxk 2π f1 xk [ + ] sxk r2′
m1 pU12 TM = sm s 2π f1 xk [ + ] s sm
r2′ sm = xk
TM max m1 pU12 = 4π f1 xk
§17-2 异步电动机的转矩关系
三、电磁转矩的参数表达式和机械特性曲线
Cr1
i
jCx1
′′ ′ I2 = I2 C
i i i
C2
r2′ s
jC 2 x2
I1
r1
i
′ U 1 Im
i
jx1 rm
CZ m
jxm
PM pm1 2 r2′ ′ TM = = I2 Ω1 2π f1 s
I 2′ =
U1 r2′ r1 + C + ( x1 + Cx2′ ) 2 s
'2 1 2
称为总机械 功率的等效 电阻。
§17-1异步电动机的功率 异步电动机的功率
第22讲 三相异步电动机的功率和电磁转矩
I 0 , P0
P0
I0
U1、空载电流I0、空载功率p0以及转速n。且绘
出I0=f（U1）及p0=f（U1）的曲线，如图所示。
0
空载特性曲线
U1
三、三相异步电机的参数测定
2、励磁参数的确定 （1）机械损耗与铁心损耗的分离。空载实验测得的功率只有 输入功率P0，由于转子电流很小，转子铜损耗忽略。由于空载 输入功率P0没有产生输出，全部被消耗，即
三相异步电动机的工作特性
四、电磁转矩特性 T f (P2 )
根据转矩平衡方程式 T T0 T2 ， 当负载变化时，空载转矩T0保持不变 。
而 T2 P2 / ，当P2在0~PN 之间变化时， s变化很小，Ω变化也不大，所以可认为 T2与P2成正比，特性曲线 T2 f (P2 ) 为 一直线。由于 T T0 T2 ，T0基本保持 不变，近似为常数，从而使电磁转矩特性
pCu1 pFe pCu2
pm+ps P2
P1
PM
Pm
异步电动机功率平衡流程图
二、三相异步电动机的转矩关系
异步电动机传输给转轴的总机械功率Pm就是电磁转矩T与 转轴机械角速度Ω的乘积，即
Pm T T
同时还可以表示为： T Pm Pm
Pm
2 n 60
Pm PM 2 n1 1 (1 s ) 60
一、功率和损耗 二、转矩平衡方程式
三、电磁转矩公式
四、工作特性
五、整距分布线圈组的电动势
一、三相异步电动机的功率关系
（一）三相异步电机的功率和损耗
1、输入的电功率P1： 2、定子铜损耗pCu1： 3、铁心损耗pFe： 因为正常运行时，异步电动机的转速接近于同步转速， Δn很小，转子电流频率f2=1~3Hz，转子损耗pFe2<pFe1，计算 整个异步电动机铁损耗时可忽略pFe2，所以有
异步电动机的功率密度与转矩密度分析_苏凤飞
Va ( cm3 ) 1501 1614 1964 2363 3276 3842 4955 7287 8673 13220 15609 19750 21071 28201 36971 41226 47978 65260 73814
SP (W / cm3 )
0. 366 0. 465 0. 560 0. 635 0. 672 0. 781 0. 807 0. 755 0. 865 0. 832 0. 961 0. 937 1. 044 1. 064 1. 001 1. 092 1. 146 1. 149 1. 219
1
防爆电机
( EXPLOSION
-
PROO F
ELECTR IC MACH INE)
2007年第 第 42卷 (总第
1期 134期
)
定功率 ; Va —电动机铁心与绕组包围的空间体积 , 即定子铁心外表面包括绕组端部所占的总体积 。
对于 Va 的计算 ,不同的文献有不同的计算方 法〔1 - 3〕,反映作者对电动机所占空间体积 Va 有不 同的理解 。本文采用文献 [ 2 ] 对电动机空间体积
PN
( kW ) 0. 75 1. 1 1. 5 2. 2 3. 0 4. 0 5. 5 7. 5 11 15 18. 5 22 30 37 45 55
nN
D1
L0
Va
( r/m in) 910 940 960
0 引言
上世纪 80年代 ,国外就提出了功率密度的概 念 。在现代的电机设计中 ,功率密度已经成为一 个极其重要的指标 。在现在的实际应用中 ,人们 总希望使用的电动机体积小 、重量轻 、效率高 (省 电 ) 、价格便宜等 。特别是用于航空航天 、潜艇 、 电动汽车等特殊场合的电动机 ,由于空间的限制 , 希望使用的电动机体积更小 、重量更轻 、效率更 高 ,也就是要求电动机有较高的功率密度或转矩 密度 。
异步电动机的功率、转矩与运行性能
异步电动机的功率、转矩与运行性能三相异步电动机的功率与转矩关系一、功率关系异步电动机在负载时，负载时，P 1 从电源输入的电功率借助于气隙旋转磁场的作用，作用，从定子通过气隙P M 传送到转子，传送到转子，这部分功率称为电磁功率P mec再扣除转子的机械损耗pmec 再扣除转子的机械损耗P 和杂散损耗，可得转子轴 2 和杂散损耗p , 上输出的机械功率P2 上输出的机械功率消耗于定子绕组的电阻而变成铜耗pCu1消耗于定在转子电子铁心变阻上消耗为铁耗的铜耗pFepCu2pmec + p 正常运行时，转差率很小，正常运行时，转差率很小，转于中磁通的变化频率很低，于中磁通的变化频率很低，通常仅1~ 常仅~3Hz,所以转子铁耗，一般可略去不计。
因此，一般可略去不计。
因此，从传送到转子的电磁功率中扣除转子铜耗后，子铜耗后，可得转换为机械能的总机械功率功率方程式P = 3U1 I1 cos 1 1pcu1 = 3I R12 1PM : pCu 2 : Pm = 1: s : (1 s )可见，转速n越低，s越大，转子铜耗越大'2 2 ' 2pFe = 3I 02 RmR PM = P pCu1 pFe = 3I 1 s ' ' ' PM = 3E2 I 2 cos 2 = 3E2 I 2 cos 2′ ′ pcu 2 = 3I 22 R2 = sPMPm = PM pCu 2 = (1 s ) PM 转差功率P2 = Pm ( pm + pa )二、转矩关系功率等于相应的转矩与机械角速度的乘积。
功率等于相应的转矩与机械角速度的乘积。
P = T Pm = P2 + pm + paT = T2 + Tm + Ta = T2 + T0空载转矩电磁转矩电动机输出的机械转矩机械损耗转矩附加损耗转矩n Pm = (1 s ) PM = PM = PM 1 n1Pm PM = =T 1电磁转矩既等于总机械功率除以转子的机械角速度，电磁转矩既等于总机械功率除以转子的机械角速度，也等于电磁功率除以旋转磁场的同步角速度。
三相异步电动机的功率、转矩和运行特性 ppt课件
K st
Tst TN
起动转矩倍数是电动机的又一个重要性能指标，
我国生产的Y系列三相笼型异步电动机，Kst 为1.2-2.4
（中小型）和0.5－0.8（大中型）。
PPT课件
32
3.最大电磁转矩、起动转矩、额定转矩
Sk
r2 x1 x2
r2 xK
Tmax
pm1
1
U12
1 2 xk
注意：
（1）三相异步机的 Tmax和电压的平方成正比，所
以对电压的波动很敏感，使用时要注意电压的变化。
（2） 工作时，一定令负载转矩
TL
Tm
，否则
ax
电机将停转。致使
机械功率求电磁转矩---机械角速度
电磁功率求电磁转矩---同步角速度
PPT课件
17
1、为什么异步电动机正常运行时转差率很小？异 步电动机的运行效率与转速有无关系？
转速高，效率高， 铜耗随转差率增大而增大。
2、电磁转矩与电磁功率有什么关系？电磁转矩与 机械功率有什么关系？
同步角速度，机械角速度
PPT课件
TL Tmax，电机因带不动负载而停转。
电磁转矩
r2
T
pm1
2 f1
U12
s ( r2)2
s
xk2
令 dT 0，求出当T最大时的转差率sK。
dS
PPT课件
28
3.最大电磁转矩、起动转矩、额定转矩
（2）最大电磁转矩 Tmax
sk
C1r2 r12 (x1 C1x2 )2
第十章 三相异步电动 机的功率、转矩与运
行性能
第二十章 异步电动机的功率、转矩与运行性能
3)功率因数特性 cos 1 = f ( P2 ) : 空载时: 因此功率因数很低; 空载时:异步电动的 I1 ≈ I 0 ,因此功率因数很低; 随着负载增加: 随着负载增加:I 2 cos 2 ) ↑ cos 1 ↑ ,在额定负载 ( 附近,异步电动机的功率因数达到最大值; 附近,异步电动机的功率因数达到最大值; 如果负载继续增加: 下降开始明显, 如果负载继续增加:转速 n 下降开始明显, 明显 s 增大, 增加, 增大,转子功率因数角 2 = arctan( sX 2 R2 ) 增加, 2 cos 减小, 减小. 减小,引起定子的功率因数 cos 1 减小.
3 pU Tm = ± ' 4π f1 ( X 1 + X 2 )
2 1
R sm = ± ' ( X1 + X 2 )
' 2
式中: 式中:"+"号适用于电动机状态;"-"适用 号适用于电动机状态; 于发电机状态. 于发电机状态.
Tm 与电压的平方 U 12 成正比,而 sm 和 U 1N 无关; 成正比, 无关; 1) ' ' 无关, 2) Tm 与转子回路总电阻大小 ( R2 + R j ) 无关,而 s m
,把
"T-s "曲线
如果给出 U1 , f
及阻抗参数, 及阻抗参数,根据 上式机械特性的参 数表达式画出曲线 便为 " T 曲线. 曲线.
1
s
"
二,固有机械特性
三相异步电动机在电压, 三相异步电动机在电压, 频率为额定不变, 频率为额定不变,定转子回路 不串任何电路元件条件下的机 械特性,称为固有机械(自然) 械特性,称为固有机械(自然) 特性. 特性. 曲线1为电源正序时的;曲线2 曲线1为电源正序时的;曲线2 为电源负序时的曲线. 为电源负序时的曲线. 我们只研究电源正序时的情 况.
异步电动机的功率-转矩及特性
第10章 异步电动机的功率、转矩及特性10-1 功率及转矩一、异步电动机的功率流程关系功率平衡方程式（1） 从等效电路中可以看出，电网输入电功率P 1，一部分消耗在定子电阻R 1，另一部分在R m上。
余下的功率便是通过气隙旋转磁场，利用电磁感应作用传递到转子上的电磁功率P M 。
（2） 再看转子回路，电磁功率除了部分消耗于转子铜耗外p cu2，剩下的就是总机械功率P m 。
（3） 产生有效的机械功率以后，电机就会转动起来，自然产生机械摩擦损耗及附加损耗。
*异步电动机的转子转速低，所以产生的2Fe p 小，正常运行时可以忽略转子产生的Fe p 。
但是启动时需要考虑。
二、功率平衡 (power balance)功率平衡：能量转换：电能→机械能 电源输入功率：11111cos ϕI U m P = 定子铜损： 12111r I m p Cu =定子铁损： m Fe r I m p 201=电磁功率：（借助于电磁感应从定子侧穿过气隙到达转子回路的电磁功率）sr I m p p P P FeCu M ''=--=222111 转子铜损： M Cu sP r I m p =''=22212；滑差功率，s 越小越好。
总机械功率： M Cu M m P s r ss I m p P P )1(122212-='-'=-=净输出功率： ad m m p p P P --=2；异步电动机铭牌功率。
可见： ∑++++-=-=)(21112ad m Cu Fe Cu p p p p p P p P P 式中：∑p 电机总损耗* 转子回路中，'2r 的损耗代表转子铜耗；'21r s s -的损耗代表总机械功率；sr '2的损耗代表电磁功率 *从式'222'12r I m p Cu = 可以说明s 大，转子铜耗大，电机效率受影响。
第10章 三相异步电动机功率、转矩及工作特性
降电压人为机械特性曲线
Tm∝U12；Ts∝U12；n1和sm与电压无关
TL1-恒转矩负载特性、TL2-风机类负载特性
分析
定子电压U1下降后，电动机的起动转矩 和临界转矩都明显降低，对于恒转矩负载， 如原先运行在A点，电网电压由于某种原因 降低，使负载运行至B点，电动机转速n下 降，转差率s增大，转子阻抗角
（2）在 S＜0范围内，n＞ n 1 ，特性在第Ⅱ象 限，电磁转矩为负值，是制动性转矩，电磁功率也 是负值，发电状态。 机械特性在 S＜0 和 S＞0 两个范围内近似对称。
' Tm
（3）在 S ＞1范围内，n＜O，特性在第Ⅳ象限，T ＞0，制动状态，在第Ⅰ象 限电动状态的特性上，B点为额定运行点，其电磁转矩与转速均为额定值。A点，n = n 1 ，T =0,为理想空载运行点；C点是电磁转矩最大点，D点 n =0，转矩为TS，为 起动点。
短路试验又叫堵转试验，使异步电机的转子绕组短路，并 将其转轴卡住，不让其旋转。
实验过程:从 U 1 0.4U N 开始,逐渐降低电压。记录定子绕 组加的端电压、定子电流 I1K 和定子输入功率 P1K 。试验时， 还应量测定子绕组每相电阻 r1 的大小。根据试验数据，画出 异步电动机的短路特性 I1K f (U1 ) 、P1K f (U1 )。
定子回路串入对称电抗的接线图和人为机械特性
3.转子回路串入对称电阻的人为机械特性
Tm 不变，sm 。 Ts随R2 而 ，直到Ts Tm，R2 ，Ts n1不变。
绕线式异步电动机转子回路串入三相对称电阻的接线图和人为机械特性
10.2.5 实用表达式
2 2 R2 R1 R12 X 1 X 2 T R2 2 Tm 2 s ( R1 ) X 1 X 2 s
异步电动机的功率转矩与运行性能课件
02 03
详细描述
异步电动机在泵类负载中的应用广泛，如水泵、油泵等。 其高效、稳定、可靠的运行性能得到了广泛认可。通过合 理的选型和设计，异步电动机能够满足泵类负载的各种需 求，包括流量、扬程、转速等参数的匹配。
总结
异步电动机在泵类负载中的应用具有广泛的实际意义和价 值。
案例二：异步电动机在压缩机负载中的应用
调速方式
异步电动机的调速方式包括变极 调速、变频调速和变转差率调速等。
调速范围
变极调速和变频调速可以实现在较 大范围内的平滑调速，而变转差率 调速只能在较小范围内进行调速。
调速性能
变频调速具有较好的动态性能和稳 态性能，而变极调速和变转差率调 速的性能较差。
异步电动机的制动性能
制动方式
异步电动机的制动方式包 括反接制动、能耗制动和 电容制动等。
异步电动机的转动原理
转动原理
异步电动机的转动原理基于转子导体中的电流与旋转磁场相互作用产生电磁转矩使转子旋转起来。当 转子导体中的电流与磁场相互作用时，根据左手定则，会产生一个垂直于电流和磁场的转矩，这个转 矩就是电磁转矩。
转速特性
异步电动机的转速与电源频率、转子电阻、气隙磁通等因素有关。在忽略摩擦和风阻等机械损耗的情 况下，异步电动机的转速与电源频率和气隙磁通成正比，而与转子电阻成反比。
异步电动机在压缩机负载中的应用对 于提高生产效率和降低运营成本具有 重要意义。
案例三：高效率异步电动机的应用案例
总结词
详细描述
高效率异步电动机在节能减排方面具 有显著优势。
高效率异步电动机相比传统电动机， 具有更高的效率和更低的能耗，因此 在节能减排方面具有显著优势。如某 钢铁企业采用了高效率异步电动机替 代传统电动机，实现了显著的节能效 果，降低了生产成本，提高了企业竞 争力。
异步电机(6)功率转矩和运行特性
三、功率因数特性 cos1 f (P2 )
P2＝0
I1≈ Im＝ I0
cos1 很小 0.2
如图所示
P2↑
I2a↑
I1a ↑
cos1
s↑ n↓
2
tg 1
sx2 r2
cos 2
I1r ↑
cos1
异步电动机的功率、转矩和运行特性
17.3 三相异步电动机的工作特性
四、转矩特性 T2 f (P2 )
Ⅰ象限，TM > 0 。
p发电机状态： S ＜ 0 ，即n > n1；第Ⅲ象
限，形状与电动机相同， TM ＜ 0 。
p电磁制动状态： S > 1，即 n ＜ 0 ；第Ⅰ
象限，为电动机转矩曲线的延长线。
异步电动机的功率、转矩和运行特性
17.2 异步电动机的转矩关系 三、电磁转矩的参数表达式和TM－s曲线
p下降段：近似直线。 s较小 (0~sm)→ r2′/s较大, r1和(x1+Cx2)可 忽略, 分母只有 (Cr2′/s)2， 约去分子中的 r2′/s， TM ∝s。
p同步点： s=0，即 n = n1, TM= 0 。
异步电动机的功率、转矩和运行特性
17.2 异步电动机的转矩关系 三、电磁转矩的参数表达式和TM－s曲线
T2
P2
P2
2n
转速变化不大,且有点下降,故
T 2 f ( P2 ) 是一条稍微上翘的曲线。
60
五、功率因数特性 f (P2 )
如图所示
P2 P2
P1 P2 p
p pCu1 pCu2 pad pFe pm
可变损耗
不变损耗
P2较小↑
η↑
P2较大↑
第8章 异步电动机功率、转矩和运行分析
•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 2π n 磁转矩。上式两边同时除以机械角速度 Ω = 得 60 PM P2 p0 = + Ω Ω Ω 即：M = M 2 + M 0
其中，Ω为机械角速度，单位rad/s； M2为输出转矩，单位N·m； M为电磁转矩，单位N·m； M0为空载转矩，单位N·m。
电动、发电、制动 三种运行状态 。
2008-3-12
南京航空航天大学自动化学院
13
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。
r2′ dM 令： = 0 ⇒ sm = ± ds ′ r12 + ( x1σ + x2σ ) 2
式中，“+”适用于电动机状态，“-”号适用于发电机状态。代入转矩公式，得
气隙旋转磁场中受力形成的转矩。
60 f1 2π n1 2π f1 p ′ ′ ∵ Ω1 = = = , Pδ = m1 E2 I 2 cos ϕ 2 60 60 p Pδ Pδ p p m E ′ I ′ cos ϕ2 ∴M = = = P = 2π f1 2π f1 δ 2π f1 1 2 2 Ω1 p ′ ∵ E1 = E2 = 4.44 f1 N1 K w1Φ m = 2π f1 N1 K w1Φ m 2π
2008-3-12 南京航空航天大学自动化学院 14
(2)当U1、f1不变时，最大转矩与电抗成反比； (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；
s 0 sm n n1 r2
Mm MN 一般为1.6～2.5，越大
(5)过载能力： K m =
故物理表达式：
异步电机原理 功率转矩
2、各功率含义：
(1) 输入功率 P1
P1 = 3 U1I1cos1 =
3 U1LI1Lcos1
(2) 定子铜损耗 pCu1 pCu1 = m1R1I12 = 3R1I12 (3) 铁损耗 pFe（转子铁损耗忽略不计） pFe = m1RmIm2 = 3RmIm2
(4) 电磁功率 Pem Pem = P1－pCu1－pFe Pem = m2 E2 I2cos2 = m1 E2' I2' cos’2 R2' 2 = m1 s I2' 1－s 2 = m1 R2'I2' + m1 s R2'I2' 2 (5) 转子铜损耗 pCu2 pCu2 = m2 R2 I22 = m1 R2' I2' 2 = s Pem
计算公式 P1=m1U1I1cosφ1 pCu1 =m1 I12 R1 pFe=m1 Im2 Rm，在正常运行时，异步电动机的 转速接近同步转速，转子电流频率很低(0.5～ 2)Hz，转子铁耗可以忽略，因此异步电动机的 铁耗可近似认为等于定子铁耗。 Pem= P1-pCu1-pFe =pCu2+PM=m2 I22 R2／s 借助 于气隙中旋转磁场由定子传递给转子的功率 pCu2=m2 I22 R2
异步电机原理 ——3 异步电动机功率、转矩
异步电机的功率和损耗在T型等效电路中的反映
1、功率关系示意：
pCu Pcus1
· I1 Is P Fes p
Fe
p cu 2 p f sP Pcur=P f =Pem·s em 转差功率
+
P
Rs1 R
1
Us 1U
· Im － Rm Rm ＋
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PN
( kW ) 0. 75 1. 1 1. 5 2. 2 3. 0 4. 0 5. 5 7. 5 11 15 18. 5 22 30 37 45 55
nN
D1
L0
Va
( r/m in) 910 940 960
Va ( cm3 ) 2036 2206 2647 2971 4170 5662 9248 9767 17324 18652 20510 23515 31401 34340 43651 55983 71854 76520
SP (W / cm3 )
0. 368 0. 499 0. 567 0. 741 0. 719 0. 706 0. 595 0. 768 0. 635 0. 804 0. 902 0. 936 0. 955 1. 077 1. 031 0. 982 1. 044 1. 176
ST ( 10 - 3N ·m / cm3 )
2. 515 3. 195 3. 820 4. 332 4. 488 5. 216 5. 352 5. 007 5. 737 5. 442 6. 286 6. 087 6. 782 6. 912 6. 459 7. 046 7. 395 7. 414 7. 813
关键词 功率密度 转矩密度 异步电动机 中图分类号 TM343 文献标识码 A 文章编号 1008 - 7281 (2007) 01 - 0001 - 04
Ana lysis of Power and Torque D en sity for the Induction M otor
S u Fengfei and Q iu A ru i Abstract Starting from the definition of motor power and torque density, the paper calculates the motor power and torque density of Y2 range of three2phase induction motors of IP 54 in detail, analyzes and comp rises the calculation results, and give the changing conditions of motor power and torque density of the motor w ith different no. of poles and output. In the paper, the motor power and torque density is about general basic ranges of motor. The result can be a basic reference and has some reference value for research and design of other motors w ith higher motor power and high torque density. Key words Power density, torque density, induction motor.
0 引言
上世纪 80年代 ,国外就提出了功率密度的概 念 。在现代的电机设计中 ,功率密度已经成为一 个极其重要的指标 。在现在的实际应用中 ,人们 总希望使用的电动机体积小 、重量轻 、效率高 (省 电 ) 、价格便宜等 。特别是用于航空航天 、潜艇 、 电动汽车等特殊场合的电动机 ,由于空间的限制 , 希望使用的电动机体积更小 、重量更轻 、效率更 高 ,也就是要求电动机有较高的功率密度或转矩 密度 。
2007年第 第 42卷 (总第
1期 134
期 )
(
EXPLO
S
ION
-
PROO F
ELECTR IC MACH INE)
防爆电机
异步电动机的功率密度与转矩密度分析
苏凤飞 邱阿瑞
清华大学电机工程与应用电子技术系 ,北京 (100084)
摘 要 从电动机功率密度及转矩密度的定义出发 ,以 Y2系列 ( IP54)三相异步电动机的技 术数据为依据 ,对 Y2系列部分型号规格的异步电动机的功率密度及转矩密度进行了详细的计算 , 对计算结果进行了分析和比较 ,并通过图表形式给出了不同极数 、不同功率等级电动机的功率密 度及转矩密度的变化情况 。本文所分析的是一般用途基本系列电动机的功率密度和转矩密度情 况 ,其结果可以用来作为一种基本参照标准 ,对研究与设计其它高功率和高转矩密度电机具有一 定的参考价值 。
ST ( 10 - 3N ·m / cm3 )
1. 242 1. 684 1. 907 2. 492 2. 392 2. 333 1. 959 2. 529 2. 070 2. 621 2. 940 3. 040 3. 092 3. 487 3. 315 3. 158 3. 357 3. 781
表 2 4极电动机的功率密度和转矩密度值
1 功率密度及转矩密度的定义
电动机的功率密度是指单位体积上电动机轴
上所输出的额定功率 ,用公式可表示为SP源自= PN Va(1)
式中 , SP —电动机的功率密度 ; PN —电动机的额
收稿日期 : 20062092261 苏凤飞 男 1981年生 ;清华大学电机系在读硕士 ,研究方向为电机及其控制 1
较电动机的功率密度和转矩密度时 ,通常要与应 用最为广泛的普通异步电动机作比较 。因此 ,有 必要对应用最为广泛的 、作为一般用途基本系列
三相异步电动机的功率密度和转矩密度情况进行
详细分析 ,以其结果作为一种基本的参照数据 ,对 所设计的其它电动机的功率密度和转矩密度进行
对比考核 ,就可衡量其结构设计的先进性 。
260
290 327 368 400 445
L0 (mm ) 180. 0 195. 0 199. 4 223. 8 221. 0 235. 4 267. 0 282. 0 326. 3 351. 3 386. 3 356. 0 373. 9 408. 9 410. 4 445. 5 462. 0 492. 0
Va 的定义与计算方法 ,即电动机所占空间体积为
Va
=
π
D 4
2 1
L0
(2)
ST
= T2N Va
=ΩPN NVa
=ΩSP N
(3)
式中 , ST —电动机的转矩密度 ; T2N —电动机的输 出额定转矩 ;ΩN —电动机额定转速时的机械角速 度。
2 Y2 系列三相异步电动机功率密 度与转矩密度的计算和分析
动机轴上所输出的额定转矩 ,用公式可表示为
表 3、表 4所示 。
表 1 2极电动机的功率密度和转矩密度值
型号
Y2 - 801 - 2 Y2 - 802 - 2 Y2 - 90S - 2 Y2 - 90L - 2 Y2 - 100L - 2 Y2 - 112M - 2 Y2 - 132S1 - 2 Y2 - 132S2 - 2 Y2 - 160M1 - 2 Y2 - 160M2 - 2 Y2 - 160L - 2 Y2 - 180M - 2 Y2 - 200L1 - 2 Y2 - 200L2 - 2 Y2 - 225M - 2 Y2 - 250M - 2 Y2 - 280S - 2 Y2 - 280M - 2
近年来 ,国内外在探索高功率 、高转矩密度电 动机的进程中 ,已经研发了各种新型电动机 ,如开 关磁阻电机 、轴向 、横向磁场永磁电动机 、超导电 动机以及其它特殊结构的电动机等 。在评价这些 新型电动机的性能时 ,其功率密度 /转矩密度已成
为重要的衡量指标之一 。
现在 ,国内外许多电机专家都在积极探索功 率密度这一新的电机结构优化的考核标准 。在比
1
防爆电机
( EXPLOSION
-
PROO F
ELECTR IC MACH INE)
2007年第 第 42卷 (总第
1期 134期
)
定功率 ; Va —电动机铁心与绕组包围的空间体积 , 即定子铁心外表面包括绕组端部所占的总体积 。
对于 Va 的计算 ,不同的文献有不同的计算方 法〔1 - 3〕,反映作者对电动机所占空间体积 Va 有不 同的理解 。本文采用文献 [ 2 ] 对电动机空间体积
2
2007年第 第 42卷 (总第
1期 134
期 )
(
EXPLO
S
ION
-
PROO F
ELECTR IC MACH INE)
防爆电机
表 3 6极电动机的功率密度和转矩密度值
型号
Y2 - 90S - 6 Y2 - 90L - 6 Y2 - 100L - 6 Y2 - 112M - 6 Y2 - 132S - 6 Y2 - 132M1 - 6 Y2 - 132M2 - 6 Y2 - 160M - 6 Y2 - 160L - 6 Y2 - 180L - 6 Y2 - 200L1 - 6 Y2 - 200L2 - 6 Y2 - 225M - 6 Y2 - 250M - 6 Y2 - 280S - 6 Y2 - 280M - 6
PN ( kW ) 0. 75 1. 1 1. 5 2. 2 3. 0 4. 0 5. 5 7. 5
11 15 18. 5 22 30 37 45 55 75 90
nN ( r/m in)
2830
2840 2870 2890 2900
2930
2940 2950
2970
D1 (mm ) 120
130 155 175 210
155 175 210
260
290 327 368 400 445
L0 (mm ) 132. 7 142. 7 148. 0 178. 0 173. 6 203. 6 206. 0 210. 4 250. 4 249. 0 294. 0 299. 0 319. 0 335. 8 347. 6 387. 6 381. 8 419. 6 474. 6