电机(第二十讲).ppt

电机与拖动基础17.5 7.5 三相异步电动机的功率与转矩三相异步电动机的功率与转矩7.5.1 7.5.1 功率关系功率关系 当三相异步电动机以转速当三相异步电动机以转速 稳定运行时，从电源稳定运行时，从电源输入的功率为输入的功率为定子铜耗为定子铜耗为定子回路的铁耗定子回路的铁耗2 从等值电路看出，传输给转子回路的电磁功率从等值电路看出，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等于转子回路全部电阻上的损耗电磁功率也可表示为电磁功率也可表示为 转子绕组中的铜损耗为转子绕组中的铜损耗为3 电磁功率减去转子铜耗，剩下的就是等效电阻上电磁功率减去转子铜耗，剩下的就是等效电阻上的损耗，而此损耗实际上是电机转轴上总的机械功率，的损耗，而此损耗实际上是电机转轴上总的机械功率，用用 表示。表示。电动机在运行时，会产生轴承以及风阻等摩擦阻转电动机在运行时，会产生轴承以及风阻等摩擦阻转矩，这也要损耗一部分功率，把这部分功率叫做机械损矩，这也要损耗一部分功率，把这部分功率叫做机械损耗，用耗，用 表示。表示。当然除了这些损耗外，还有一些附加损耗当然除了这些损耗外，还有一些附加损耗 ，用，用 表示，表示，这样输出功率为：这样输出功率为：4 从以上功率关系定量分析中看出，异步电动机运从以上功率关系定量分析中看出，异步电动机运行时电磁功率、转子回路铜损耗和机械功率三者之间行时电磁功率、转子回路铜损耗和机械功率三者之间的定量关系是：的定量关系是：57.5.2 7.5.2 功率关系功率关系机械功率机械功率 除以轴的角速度除以轴的角速度 就是电磁转矩就是电磁转矩 ，即：，即：其中其中 为同步角速度。为同步角速度。其中其中 为空载转矩，为空载转矩，为输出转矩为输出转矩。67.5.3 7.5.3 电磁转矩的物理表达式电磁转矩的物理表达式电磁功率电磁功率 除以同步机械角速度除以同步机械角速度 得电磁转矩得电磁转矩转矩系数77.6 7.6 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性 三相异步电动机的机械特性是指在定子电压、频三相异步电动机的机械特性是指在定子电压、频率和参数固定的条件下，电磁转矩率和参数固定的条件下，电磁转矩 与转速与转速 （或转（或转差率差率 ）之间的函数关系。）之间的函数关系。7.6.1 7.6.1 机械特性的参数表达式机械特性的参数表达式 电磁转矩与转子电流的关系为电磁转矩与转子电流的关系为8 异步机等值电路中，由于励磁阻抗比定、转子漏阻抗异步机等值电路中，由于励磁阻抗比定、转子漏阻抗大很多，把大很多，把 型等值电中励磁阻抗这一段电路认为开路型等值电中励磁阻抗这一段电路认为开路9代入上面电磁转矩公式中去，得到代入上面电磁转矩公式中去，得到107.6.2 7.6.2 固有机械特性固有机械特性1 1、固有机械特性曲线、固有机械特性曲线 三相异步电动机在电压、频率均为额定值不变，定、三相异步电动机在电压、频率均为额定值不变，定、转子回路不串入任何电路元件时的机械特性称为固有机转子回路不串入任何电路元件时的机械特性称为固有机械特性。（如下页图示）械特性。（如下页图示）三相异步电动机固有机械特性不是一条直线，且三相异步电动机固有机械特性不是一条直线，且具有如下特点具有如下特点1 1）在）在 ，即，即 的范围内，特性在第的范围内，特性在第象象限，电磁转矩限，电磁转矩 和转速和转速 都为正，从正方向规定判断，都为正，从正方向规定判断，与与 同方向。电动机工作在这范围内是电动状态。同方向。电动机工作在这范围内是电动状态。书上有误书上有误11电源负相序电源正相序122）在）在 范围内，范围内，特性在第，特性在第象限，电磁转矩象限，电磁转矩为负值，是制动性转矩，电磁功率也是负值，是发电状为负值，是制动性转矩，电磁功率也是负值，是发电状态，机械特性在态，机械特性在 和和 两个范围内近似对称。两个范围内近似对称。3 3）在）在 范围内，范围内，特性在第，特性在第象限象限 ，也，也是一种制动状态。是一种制动状态。发电发电制动制动132 2、最大电磁转矩、最大电磁转矩 正、负最大电磁转矩可以从参数表达式求得正、负最大电磁转矩可以从参数表达式求得得到最大电磁转矩得到最大电磁转矩最大转矩对应的转差率称为临界转差率最大转矩对应的转差率称为临界转差率“+”用于电动状用于电动状态态“-”用于发电状用于发电状态态14一般情况下，一般情况下，值不超过值不超过 的的5%5%，可以忽略。这，可以忽略。这样一来，有样一来，有:异步发电机状态和电动机状态的最大电磁转矩绝对值异步发电机状态和电动机状态的最大电磁转矩绝对值可近似认为相等，临界转差率也近似认为相等，机械特性可近似认为相等，临界转差率也近似认为相等，机械特性具有对称性。具有对称性。最大电磁转矩与电压的平方成正比最大电磁转矩与电压的平方成正比，与漏电，与漏电抗抗 成反比；成反比；临界转差率与电阻临界转差率与电阻 成正比成正比，与漏电，与漏电抗抗 成反比，与电压无关。成反比，与电压无关。15 最大电磁转矩与额定电磁转矩的比值即最大转最大电磁转矩与额定电磁转矩的比值即最大转矩倍数，又称矩倍数，又称过载倍数过载倍数，用，用 表示表示一般三相异步电动机一般三相异步电动机 ,起重、冶金用起重、冶金用的异步电动机的异步电动机 。注意：绝对不能让。注意：绝对不能让电动机长期工作在最大转矩处，这样电流过大，电动机长期工作在最大转矩处，这样电流过大，温升超过允许值，将会烧毁电动机，同时在最大温升超过允许值，将会烧毁电动机，同时在最大转矩处运行也不稳定。转矩处运行也不稳定。163 3、启动转矩、启动转矩 电动机启动时，电动机启动时，的电磁转矩称为启动的电磁转矩称为启动转矩，将转矩，将 带入电磁转矩公式，得到启动转矩为带入电磁转矩公式，得到启动转矩为不能称为堵转转矩不能称为堵转转矩 书上有误书上有误启动转矩与额定转矩的比值称为启动转矩倍数启动转矩与额定转矩的比值称为启动转矩倍数 电机启动时，启动转矩大于负载转矩的电机启动时，启动转矩大于负载转矩的1.1-1.2倍就可倍就可以顺利启动。一般异步电动机的启动转矩倍数为以顺利启动。一般异步电动机的启动转矩倍数为0.8-1.2。174 4、稳定运行问题、稳定运行问题 从三相异步电动机机械特性上看，当从三相异步电动机机械特性上看，当 ，机，机械特性下斜，拖动恒转矩负载和泵类负载运行时均能稳械特性下斜，拖动恒转矩负载和泵类负载运行时均能稳定运行。当定运行。当 ，机械特性上翘，拖动恒转矩负载，机械特性上翘，拖动恒转矩负载不能稳定运行。拖动泵类负载时，满足不能稳定运行。拖动泵类负载时，满足 处处 的条件，即可以稳定运行。但是由于这时候转速低，转的条件，即可以稳定运行。但是由于这时候转速低，转差率大，转子电动势差率大，转子电动势 比正常运行时大很多，比正常运行时大很多，造成转子电流、定子电流均很大，因此不能长期运行。造成转子电流、定子电流均很大，因此不能长期运行。因此三相异步电动机可以长期稳定运行在因此三相异步电动机可以长期稳定运行在 范范围内。围内。187.6.3 7.6.3 人为机械特性人为机械特性1 1、降低定子端电压的人为机械特性、降低定子端电压的人为机械特性 从机械特性表达式上我们可以看出我们可以通过从机械特性表达式上我们可以看出我们可以通过改变一些参数使得特性曲线更满足用户的需要改变一些参数使得特性曲线更满足用户的需要，这样这样就得到了我们的人为机械特性曲线就得到了我们的人为机械特性曲线。保持其它量都不变，只改变定子电压的大小，保持其它量都不变，只改变定子电压的大小，研究这种情况下的机械特性。由于异步电机的磁路在研究这种情况下的机械特性。由于异步电机的磁路在额定电压下已有点饱和了，故不宜再升高电压。额定电压下已有点饱和了，故不宜再升高电压。19 从表达式上可以看出从表达式上可以看出,异步电机的同步转速与电压无关异步电机的同步转速与电压无关，不，不同电压的人为机械性都得通过同一个理想空载运行点。同电压的人为机械性都得通过同一个理想空载运行点。电磁转矩电磁转矩与电压平方成正比与电压平方成正比，为此最大转矩以及起动转矩都要随电压平方，为此最大转矩以及起动转矩都要随电压平方的降低而按电压的平方减小。而最大转矩对应的转差率不变。的降低而按电压的平方减小。而最大转矩对应的转差率不变。0.5UN0.8UNUNA202 2、定子回路串接三相对称电阻的人为机械特性、定子回路串接三相对称电阻的人为机械特性串电阻的特点串电阻的特点：213 3、定子回路串接三相对称电抗的人为机械特性、定子回路串接三相对称电抗的人为机械特性串电抗的特点：串电抗的特点：224 4、转子回路串接三相对称电阻的人为机械特性、转子回路串接三相对称电阻的人为机械特性A书上有误书上有误23 绕线式三相异步电动机通过滑环，可以把三相对绕线式三相异步电动机通过滑环，可以把三相对称电阻串入转子回路，鼠笼式异步电动机不能通过该称电阻串入转子回路，鼠笼式异步电动机不能通过该方法改变机械特性。方法改变机械特性。绕线式三相异步电动机最大电磁转矩与电阻无关。绕线式三相异步电动机最大电磁转矩与电阻无关。临界转差率与转子回路的电阻成正比。转子回路串电临界转差率与转子回路的电阻成正比。转子回路串电阻不改变同步转速。阻不改变同步转速。24转子回路串入适当的电阻，可以提高起动转矩转子回路串入适当的电阻，可以提高起动转矩其中其中 若串入转子回路的电阻再增加，则若串入转子回路的电阻再增加，则 了。因此转子回路串电阻增大起动转矩并非是电阻越了。因此转子回路串电阻增大起动转矩并非是电阻越大越好，而是有一个限度。大越好，而是有一个限度。25请思考：请思考：（1）异步电动机的功率流程图？）异步电动机的功率流程图？（2）三相异步电动机转子串电阻时的机械特性？）三相异步电动机转子串电阻时的机械特性？作业：习题作业：习题7.47.4、7.57.526