异步电动机功率

(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 动转矩达到最大电磁转矩。
时sm ＝1，起
(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1.0～2.0，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
P2 P pcu1 pFe pcu 2 p pad P p 1 1
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：
P2 P pcu1 pFe pcu 2 p pad P p 1 1
效率为
三相异步电动机的机械特性是 指在一定条件下， 电动机的转速n与 转矩M之间的关系n=f（M）。
由于转速n与转差率s的关 系： ，所以三相异步 电动机 的机械特性也往往用M=f（s）的形 式表示。
机械特性的“软”和“硬”
1. 固有机械特性 2.人为机械特性
8.2 异步电机转矩——转差率曲线 三、异步电动机机械特性
P1
U1
I1
I0
Rm
I2
PM
p Fe
Xm
1 s ' R2 s
8.1 异步电机功率及转矩方程 一、损耗及功率平衡方程
P1
Pδ
PM
P2
pcu_1
pFe
pcu_2
p+ pad
8.1 异步电机功率及转矩方程 一、损耗及功率平衡方程
pcu1
p cu 2
X1
' R2
' X2
异步电动机的功率和损耗有： 输入功率 P m1U 1 I 1 cos1 1
定子铜损 pcu1
2 m1 I1 r1
பைடு நூலகம்
R1
P1
U1
I1
I0
Rm
Xm
I2
PM
定子铁损 pFe
1 s ' R2 s
2 m1 I0 rm
' r2 ' m1 I 22 s
p Fe
电磁功率 Pδ P1 pcu1 pFe
2 '2 ' 转子铜损 pcu2 m2 I 2 r2 m1 I 2 r2 2 1 s ' 1 s ' PM m2 I 2 r2 m1 I 22 r2 机械功率 s s 输出功率 P P pΩ pad 2 M
(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。
8.1 异步电机功率及转矩方程 二、转矩平衡方程
令 p0 pΩ pad 为空载损耗 在式
P2 PM p0 的两边同时除以机械角速度
p0 P P 2 M Ω Ω Ω
M 2 M M0
2n 得 60 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
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
pcu1
R1
X1
p cu 2
' R2
' X2
8.3 异步电动机工作特性 异步电动机工作特性是指：定子电压及频率 为额定时，转速n、定子电流I1 、功率因数 cosψ1 、电磁转矩M、效率η等与输出功率P2 的关系曲线。
工作特性曲线的求取方法：
(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 1. 转速特性n=f (P2 )
8.2 异步电机转矩——转差率曲线 三、异步电动机机械特性
(1)降低定子回路端电压的人为特性
降压时，转矩按电压的 平方降低，而临界转差率不 变，曲线如 图所示。降压后 特性变“软”，启动能力和过 载能力都下降， 负载过大将 停转；若能运转，转速略有 下降，s增大，转子电动 势及 电流增大，使电动机过载。
①起动电流尽量小，以减小对电网的冲击；
②起动转矩尽量大，以缩短起动时间； ③起动设备简单，可靠。
8.4 异步电动机启动方法
一、笼型异步电动机起动方法
1.小容量电动机轻载起动－直接启动（又称全压启 动）：三相异步电动机直接起动是指电动机加额定电 压，定子、 转子回路不串任何电器元件时的起动。
1 s z2 r2 r2 jx2 s
(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
M-s曲线：是指在电源电压U1 、频率f1 确 定的 情况下，利用等效电路参数表述的电磁 转矩与 转差率间的关系曲线。
U1 I st z1 z2 U1
小
1 2 (r1 r2) ( x1 x2 ) 2 s
启动电流
由于正常运行时转差率s 很小（1/s很大），所以 与正常运行相比启动电 流很大，近似等于5～7倍 额定电流。
8.4 异步电动机启动方法
一、笼型异步电动机起动方法
1.小容量电动机轻载起动－直接启动
8.2 异步电机转矩——转差率曲线 三、异步电动机机械特性
(2)转子回路串联电阻的人为特性（绕线式异步）
转子串电阻，Mst、sm变化，而Mm不变，曲线如图所示。 适当 增加转子电阻，可增加启动转矩。
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
（1）sm >s>0范围内。向下倾斜， 为稳定运行工作部分，工作于 这一范围内。近似为一条直线。 （2）1>s>sm 范围内。向上倾斜， 一般不能稳定地工作于这一范 围，是启动的过 渡段。
空载时损耗占比例大，效 率低；随P2 增 加，η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 结论：
8.4 异步电动机启动方法
（1）起动定义：电动机接到电源上，从静止状 态到稳定运行状态的过程。 （2）起动要求：
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
PM ( 1 s )Pδ Pδ M Ω ( 1 s )Ω1 Ω1
式中Ω1为同步机械角速度。 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。
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
(1)s=1(n=0)时的转矩，为起动 转矩Mst ，如图A点所示； (2) 当s=sm 时电机可产生最大 转 矩Mm ，如图B点所示； (3)当电动机运行于额定状态 时 s=sN 时，对应产生的转矩为额 定转矩MN ，如图C点所示；
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
(1)当电机参数确定、f1 不变时，启动转矩正比于电压 的平方； (2)当电机参数确定、U1 不变时，启动转矩随f1 的升高 而变小；
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：
最大转矩与电网电压的平方成正比； 最大转矩近似与漏电抗成反比； 最大转矩的位置可以由转子电阻的大小来调整；
最大转矩的值与转子电阻值没有关系；
异步电动机调节转子电阻时机械特性会发生变化。
8.1 异步电机功率及转矩方程 三、电磁转矩M的物理概念
M：其实质就是转子载流导体在气隙旋转磁场中 受力形成的转矩。 ω1 = p ω1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 一、损耗及功率平衡方程
两个重要关系式
pcu 2 s Pδ
PM 1 s Pδ
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：
力矩常数
8.1 异步电机功率及转矩方程 三、电磁转矩M的物理概念
表明：三相异步电动机的电磁转矩是由主磁通 与 转子电流的有功分量 相互作用 产生的。
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 =1.375Ω、漏抗 x1σ ＝ 2.43Ω、转子电阻的折算值r´2 =1.047Ω、漏 抗归算值x´2σ =4.4Ω、激磁阻抗 rm ＝8.34Ω、激 磁电抗xm ＝82.6Ω，电动机的机械损耗pΩ =100W， 额定负载 时的杂散损耗pad =50W。
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； (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； (5)过载能力： 一般为1.6～2.5，越大 表示过载能力越强
1. 固有机械特性
三相异步电动机的固有机械特性是指定子在额 定电压、 额定频率下、按规定的接线方式接线， 定子、转子回路不 外接电阻（电容或电感）时， 所获得的机械特性曲线。
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。 (1)降低定子回路端电压的人为特性
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 ϕ2 增大，cos ϕ2 迅速下降， 引起cos ϕ1 下降，如图所示。
8.3 异步电动机工作特性 5. 效率特性η=f (P2 )
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 2. 定子电流特性I1 =f (P2 )
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 3. 转矩特性M=f (P2 )
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 4. 定子功率因数特性cosϕ1=f (P2 ) 电机属电感性负载 ，
启动时ψ2 很大，使cos ψ2 很小
启动时I0 很小，主磁通Φm 很小