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1、三相异步电动机运行原理第1页，本讲稿共40页一一.异步电动机负载时的物理情况异步电动机负载时的物理情况 定子绕组接到对称三相电源时，通过对称三相交流电流定子绕组接到对称三相电源时，通过对称三相交流电流 I1A、I1B、I1C，在气，在气隙形成按正弦规律分布，并以同步转速隙形成按正弦规律分布，并以同步转速 n n0 0 旋转的旋转磁通势旋转的旋转磁通势 F F1 1，建立气隙主磁，建立气隙主磁场场 B Bm m。这个旋转磁场切割定、转子绕组，分别在定、转子绕组内感应出：。这个旋转磁场切割定、转子绕组，分别在定、转子绕组内感应出：对称定子电动势对称定子电动势 E E1A1A、E E1B1B、E E
2、1C1C 。对称转子电动势对称转子电动势 E E2a2a、E E2b2b、E E2c2c。若转子回路闭合若转子回路闭合,转子回路中流过对称三相电流转子回路中流过对称三相电流 I I2a2a、I I2b2b、I I2c.2c.在气隙磁场和在气隙磁场和转子电流的相互作用下，产生电磁转矩，使转子顺旋转磁场方向转动。转子电流的相互作用下，产生电磁转矩，使转子顺旋转磁场方向转动。1.1.空载情况下空载情况下电机转矩很小，转速接近同步转速，即电机转矩很小，转速接近同步转速，即n n n n0 0 E E2s 2s 0 0 I I2 2 0 0故异步电动机空载运行时，建立气隙磁场故异步电动机空载运行时，建立
3、气隙磁场 B Bm m 的励磁磁通势的励磁磁通势 F Fm0m0就是定子上的三相基波合成磁通势就是定子上的三相基波合成磁通势 F F1010，即，即 F Fm0 m0=F=F1010第2页，本讲稿共40页2.2.异步电动机带有机械负载异步电动机带有机械负载 转速就会降低，即转速就会降低，即n nn n n n n0 0 的范围，的范围，s s 处于处于 -s0-s1s1，机械输出功率为负，表明实际机械功率输入，即异步电机从轴上吸收，机械输出功率为负，表明实际机械功率输入，即异步电机从轴上吸收机械功率。机械功率。转子机械功率输入转子机械功率输入 +定子输入的电磁功率定子输入的电磁功率=转子铜耗转
4、子铜耗（四）等效电路的简化（四）等效电路的简化 常把励磁支路移到输入端，使电路简化为单纯的并联电路，这种等效电路称为异步电动常把励磁支路移到输入端，使电路简化为单纯的并联电路，这种等效电路称为异步电动机近似的等效电路。机近似的等效电路。异步电动机简化等值电路（图异步电动机简化等值电路（图4-144-14）第27页，本讲稿共40页第三节第三节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三相异步电动机的机电能量转换过程为：三相异步电动机的机电能量转换过程为：*由定子绕组输入电功率，由定子绕组输入电功率，*电磁功率在定子绕组中发生，电磁功率在定子绕组中发生，*然后经由气隙送给转子，然后经由气
5、隙送给转子，*扣除损耗以后，通过转子轴上输出机械功率扣除损耗以后，通过转子轴上输出机械功率一一.功率转换过程功率转换过程规定：规定：*U1-定子相电压；定子相电压；*I1-定子相电流；定子相电流；*j j1-定子功率因数角；定子功率因数角；*j j2-转子功率因数角。转子功率因数角。第28页，本讲稿共40页1.1.从定子绕组输入电动机的功率从定子绕组输入电动机的功率2.2.一小部分消耗在定子电阻上的定子铜耗一小部分消耗在定子电阻上的定子铜耗3.3.一小部分消耗在定子铁心中的铁耗一小部分消耗在定子铁心中的铁耗4.4.异步电动机的电磁功率异步电动机的电磁功率余下的由定子传送到转子，这就是异步电动机
6、的电磁功率余下的由定子传送到转子，这就是异步电动机的电磁功率5.5.转子电阻上发生了转子铜耗转子电阻上发生了转子铜耗由于正常运行时转差率很小，所以转子的铁耗可以略去不计由于正常运行时转差率很小，所以转子的铁耗可以略去不计.6.6.余下是使转子产生旋转运动的总机械功率余下是使转子产生旋转运动的总机械功率扣除机械损耗扣除机械损耗 p pmec mec 和附加损耗和附加损耗 p pD,D,最终为转子轴上输出净机械功率最终为转子轴上输出净机械功率P P2 2第29页，本讲稿共40页异步电动机的功率图异步电动机的功率图 如果异步电动机的转差率较大，则如果异步电动机的转差率较大，则 f f2 2 较大，就
7、应该考虑转子铁耗，铁较大，就应该考虑转子铁耗，铁耗包括涡流损耗和磁滞损耗两部分耗包括涡流损耗和磁滞损耗两部分.在小型异步电动机中，满载时附加损耗在小型异步电动机中，满载时附加损耗 p pD D 可达输出功率的可达输出功率的 1%1%3%,3%,或或更大些更大些.第30页，本讲稿共40页异步电动机的工作特性异步电动机的工作特性在额定电压和额定频率运行的情况下，在额定电压和额定频率运行的情况下，*电动机的转速电动机的转速 n、*定子电流定子电流 I1、*功率因数功率因数cosj j1、*电磁转矩电磁转矩Tem、*效率效率 h h 等等与输出功率与输出功率 P2 的关系的关系,即即 U1=UN，f=
8、fn 时的时的第四节第四节三相异步电动机的工作特性及测取三相异步电动机的工作特性及测取方法方法*转速特性转速特性 *定子电流特性定子电流特性 *功率因数特性功率因数特性 *电磁转矩特性电磁转矩特性 *效率特性效率特性第31页，本讲稿共40页(一一)转速特性转速特性 输出功率变化时转速变化的曲线输出功率变化时转速变化的曲线 n=f(P2),转差率转差率 s、转子铜耗、转子铜耗 Pcu2 和电磁和电磁功率功率 Pem 的关系式的关系式一一.工作特性的分析工作特性的分析 负载增大时，必使转速略有下降，转子电势负载增大时，必使转速略有下降，转子电势 E2s 增大，所以转子电流增大，所以转子电流 I2增
9、增大，以产生更大一点的电磁转矩和负载转矩平衡大，以产生更大一点的电磁转矩和负载转矩平衡.因此随着输出功率因此随着输出功率 P2的增大，的增大，转差率转差率 s 也增大，则转速稍有下降，所以异步电动机的转速特性为一条稍向下也增大，则转速稍有下降，所以异步电动机的转速特性为一条稍向下倾斜的曲线倾斜的曲线.(二二)定子电流特性定子电流特性定子电流的变化曲线定子电流的变化曲线 I I1 1=f(P=f(P2 2)定子电流几乎随定子电流几乎随 P P2 2 按正比例增加按正比例增加第32页，本讲稿共40页(三三)功率因数特性功率因数特性定子功率因数的变化曲线定子功率因数的变化曲线 cos cos j j
10、1 1=f(P=f(P2 2)(2)(2)负载增加时负载增加时转子电流的有功分量增加，使功率因数提高，转子电流的有功分量增加，使功率因数提高，3)3)接近额定负载时接近额定负载时功率因数达到最大功率因数达到最大(1)(1)空载时空载时定子电流定子电流 I I1 1 主要用于无功励磁，所以功率因数很低，约为主要用于无功励磁，所以功率因数很低，约为 0.10.1 0.20.2(4)(4)负载超过额定值时负载超过额定值时s s 值就会变得较大，使转子电流中得无功分量增加，因而使电动机定子功率因数值就会变得较大，使转子电流中得无功分量增加，因而使电动机定子功率因数又重新下降了又重新下降了.第33页，本
11、讲稿共40页(四四)电磁转矩特性电磁转矩特性电磁转矩特性电磁转矩特性 T Tem em=f(P=f(P2 2)接近于一条斜率为接近于一条斜率为 1/1/W W 的直线的直线(五五)效率特性效率特性异步电动机的效率为异步电动机的效率为当可变损耗等于不变损耗时，异步电动机的效率达到最大值当可变损耗等于不变损耗时，异步电动机的效率达到最大值.中小型异步电机的最大效率出现在大约为中小型异步电机的最大效率出现在大约为3/43/4的额定负载时的额定负载时.第34页，本讲稿共40页第五节第五节三相异步电动机参数的测定三相异步电动机参数的测定*空载试验空载试验 *励磁参数与铁耗及机械损耗的确定励磁参数与铁耗及
12、机械损耗的确定 通过空载试验可以测定异步电动机的励磁参数，异步电动机的励磁参数决通过空载试验可以测定异步电动机的励磁参数，异步电动机的励磁参数决定于电机主磁路的饱和程度，所以是一种非线性参数；通过短路试验可以测定定于电机主磁路的饱和程度，所以是一种非线性参数；通过短路试验可以测定异步电动机的短路参数异步电动机的短路参数.异步电动机的短路参数基本上与电机的饱和程度无关，是一种线性参数异步电动机的短路参数基本上与电机的饱和程度无关，是一种线性参数.一一.空载试验与励磁参数的确定空载试验与励磁参数的确定(一一)空载试验空载试验1.1.异步电动机空载运行异步电动机空载运行指在额定电压和额定频率下，轴上
13、不带任何负载的运行状态指在额定电压和额定频率下，轴上不带任何负载的运行状态.第35页，本讲稿共40页2.2.空载试验电路空载试验电路异步电动机空载试验电路（异步电动机空载试验电路（图图4-tem4-tem ）空载特性曲线（空载特性曲线（图图4-204-20）定子绕组上施加频率为额定值的对称三相电压，从定子绕组上施加频率为额定值的对称三相电压，从 (1.10(1.10 1.30)1.30)额定电压值开始调节电源电压，逐渐降额定电压值开始调节电源电压，逐渐降低到可能使转速发生明显变化的最低电压值为止低到可能使转速发生明显变化的最低电压值为止.每次记录端电压、空载电流、空载功率和转速，根据每次记录端
14、电压、空载电流、空载功率和转速，根据记录数据，绘制电动机的空载特性曲线记录数据，绘制电动机的空载特性曲线.3.3.空载试验的过程空载试验的过程第36页，本讲稿共40页(二二)励磁参数与铁耗及机械损耗的确定励磁参数与铁耗及机械损耗的确定 从空载特性可确定从空载特性可确定,计算工作特性所需等值电路中的励磁参数、铁耗和机械计算工作特性所需等值电路中的励磁参数、铁耗和机械损耗损耗.1.1.机械损耗和铁耗的分离机械损耗和铁耗的分离空载试验时输入电动机的损耗有：空载试验时输入电动机的损耗有：定子铜耗、铁耗和机械损耗定子铜耗、铁耗和机械损耗(4-58)其中定子铜耗和铁耗与电压大小有关，而机械损耗仅与转速有关
15、上式改写为其中定子铜耗和铁耗与电压大小有关，而机械损耗仅与转速有关上式改写为:(4-59)由于可认为铁耗与磁密平方成正比，因而铁耗与端电压平方成正比，由于可认为铁耗与磁密平方成正比，因而铁耗与端电压平方成正比，绘制曲线绘制曲线 p pFe Fe+p+pmec mec=f(U=f(U1 12 2)第37页，本讲稿共40页机械损耗与铁耗的分离（机械损耗与铁耗的分离（图图4-214-21）作曲线延长线相交于直轴于作曲线延长线相交于直轴于 00点，过点，过 00作作一水平虚线将曲线的纵坐标分为两部分，一水平虚线将曲线的纵坐标分为两部分，由于空载状态下电动机的转速由于空载状态下电动机的转速 n n 接近
16、接近 n n0 0，可以认为机械损耗是恒值可以认为机械损耗是恒值.所以虚线下部纵坐标表示与电压大小无关的机所以虚线下部纵坐标表示与电压大小无关的机械损耗，虚线上部纵坐标表示对应于某个电压械损耗，虚线上部纵坐标表示对应于某个电压 U U1 1 的铁耗的铁耗.(2)(2)励磁参数计算公式励磁参数计算公式2.2.励磁参数的确定励磁参数的确定(1)(1)空载试验时的等效电路空载试验时的等效电路第38页，本讲稿共40页第六节第六节三相异步电动机转矩与转差率的关系三相异步电动机转矩与转差率的关系电磁转矩公式：电磁转矩公式：由三相异步电动机的近似等效电路得：由三相异步电动机的近似等效电路得：可以绘出异步电动
17、机的可以绘出异步电动机的 T Temem-s-s 曲线，曲线，异步电动机的异步电动机的 T Temem-s-s 曲线曲线(图图4-254-25)第39页，本讲稿共40页 在某一转差率在某一转差率 s sm m 时，转矩有一最大值时，转矩有一最大值 T TemMemM，称为异步电动机的最大转矩。，称为异步电动机的最大转矩。令令 dTdTemem/ds=0/ds=0，可求出产生，可求出产生 T TemM emM 的转差率的转差率 s sm m称为临界转差率，对应的转矩为称为临界转差率，对应的转矩为最大转矩最大转矩.考虑到考虑到 r r1 1(x(x1 1+x+x2 2),),可近似有可近似有和和可以看出可以看出:(1)(1)当电动机各参数及电源频率不变时，当电动机各参数及电源频率不变时，T TemM emM 正比于正比于 U U1 12 2，s sm m与与 U U1 1无关并保持不变无关并保持不变(2)(2)当电源频率及电压不变时，当电源频率及电压不变时，s sm m 和和 T TemM emM 近似地与（近似地与（x x1 1+x+x2 2)成反比成反比(3)TemM与与r2之之值值无关，无关，sm与与r2成正比成正比第40页，本讲稿共40页