电机学 华中科大课件 - Ch5-3 课件

2005-5第5章异步电机5.6异步电动机的参数测定异步电机的电磁转矩笼型转子的相数和极对数异步电动机的功率、转矩平衡方程式异步电动机的工作特性异步电动机的参数测定2005-5第5章异步电机2如变压器一样，对于已制成的异步电机可以通过空载试验和短路试验来测定其参数。试验目的：测定励磁电阻Rm、励磁电抗Xm、铁耗pFe、机械损耗pmec。试验方法：试验时电机轴上不带负载，用三相调压器对电机供电，使定子端电压从(1.1～1.3)UN开始，逐渐降低电压，空载电流逐渐减少，直到电动机转速发生明显下降，空载电流明显回升为止。在这个过程中，记录电动机的端电压U1、空载电流I0、空载损耗p0、转速n。绘制空载特性曲线如图所示。一、空载试验5.6异步电动机的参数测定2005-5第5章异步电机3由于异步电动机空载运行时转子电流小，转子铜耗可以忽略不计。在这种情况下，定子输入功率消耗在定子铜耗m1I02R1、铁耗pFe、机械损耗pmec，空载附加损耗pad0上p0=m1I02R1+pFe+pmec+pad0从输入功率p0中扣除定子铜耗，得p'0p'0=p0-m1I02R=pFe+pmec+pad05.6异步电动机的参数测定2005-5第5章异步电机41、机械损耗的求法损耗分离：在p'0的三项损耗中，机械损耗pmec与电压U1无关，在电动机转速变化不大时，可以认为是常数。pFe+pad0可以近似认为与磁密的平方成正比，因而可近似认为与电压的平方成正比。故p'0与U12的关系曲线近似为一直线。其延长线与纵轴交点即为机械损耗pmec。空载附加损耗相对较小，可以用其它试验将之与铁耗分离，也可根据统计值估计pad0，从而得到铁耗pFe。2005-5第5章异步电机52、空载等效阻抗计算：Z0=U1／I0R0=p0／3I02X0=(Z02-R02)1/2由于电动机空载，s≈0，转子支路近似开路，则X0=Xm＋X1σXm=X0－X1σ式中，定子漏电抗X1σ将由短路试验测出。在已知额定电压下铁耗pFe的情况下，励磁电阻Rm=pFe／3I022005-5第5章异步电机6二、短路试验1.试验目的：测定短路阻抗、转子电阻、定、转子漏抗。2.试验方法：将转子堵住，在定子端施加电压，从0.4UN开始逐渐降低，记录定子绕组端电压Uk、定子电流Ik、定子端输入功率Pk，作出异步电机的短路特性Ik=f(Uk)，Pk=f(Uk)，如图所示。根据短路特性曲线，取额定电流点的Uk(相电压)、Ik(相电流)、Pk(三相短路损耗)。2005-5第5章异步电机73.短路等效阻抗计算Zk=Uk／IkRk=Pk／3Ik2Xk=(Zk2-Rk2)1/2根据短路时的等效电路，由于XmRm，忽略Rm，并近似认为X'1σ=X2σ。考虑到X0=Xm+X1σ(空载试验)，可推导出对于大中型异步电机，由于Xm很大，励磁支路可以近似认为开路，这时Rk=R1+R'2X'1σ=X2σ=Xk／2k001k2XXXRRRk2σ1σ21XXX2005-5第5章异步电机5.7笼型转子的相数和极对数设转子总导条数为Z2(即转子槽数)，它在转子圆周上均匀分布，导条两端被端环短路，整个结构是对称的。当一极对数为p的旋转磁场Bm在气隙中旋转时，它依次切割转子各导条，于是构成了一个对称的Z2相电动势系统，该电动势作用在结构对称的笼型绕组上，产生对称的Z2相电流。笼型转子相数等于转子导条数，即m2=Z2。每相只有一根导条，故匝数等于1/2匝，绕组系数为1，即N2=1/2，kN2=1。笼型转子的极对数始终等于定子的极对数p。2005-5第5章异步电机95.7笼型转子的相数和极对数Bm相对于定子转速为n1，以n2=(n1-n)转速切割转子导条。e2s与Bm成正比，故e2s与Bm波过零点相同，幅值相差固定倍数。每根导条功率因数角为φ2，导条中电流i2s波滞后于e2s波φ2相位差。转子磁动势F2亦为正弦波，以转速n1相对于定子旋转。2005-5第5章异步电机5.8异步电动机功率、转矩平衡方程式一、功率平衡方程式异步电机的功率和损耗在T型等效电路中的反映如图所示。2005-5第5章异步电机11名称符号计算公式输入电功率P1P1=m1U1I1cosφ1定子绕组铜耗pCu1pCu1=m1I12R1铁耗pFepFe=m1I02Rm，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。电磁功率PemPem=P1-pCu1-pFe=pCu2+Pmec=m2I22R2／s借助于气隙中旋转磁场由定子传递给转子的功率转子绕组铜耗pCu1pCu2=m2I22R25.8异步电动机的功率、转矩平衡方程式2005-5第5章异步电机12名称符号计算公式总机械损耗PmecPmec=m2I22R2(1-s)／s机械损耗pmec包括轴承摩擦损耗和通风损耗，主要与转速有关附加损耗pad难以准确计算，通常估算约为电机额定功率的0.5%～1%。输出机械功率P2转子轴上输出的机械功率5.8异步电动机的功率、转矩平衡方程2005-5第5章异步电机13功率平衡方程为：P1=Pem+pcu1+pFePem=pcu2+Pmec机械功率平衡方程式：Pmec=P2+pmec+pad电磁功率、转子绕组回路铜耗、总机械功率三者之间的关系为：Pem：pcu2：Pmec=1：s：(1-s)5.8异步电动机的功率、转矩平衡方程2005-5第5章异步电机14二、转矩平衡方程式异步电动机机械功率平衡关系式Pmec=P2+pmec+pad的两边同除以转子机械角速度Ω=2πn/60，即得对应的转矩平衡方程式。Tem=T2+T0Tem=Pmec／Ω为电磁转矩；T2=P2／Ω为负载制动转矩；T0=(pmec+pad+p0)／Ω为空载制动转矩。5.8异步电动机的功率、转矩平衡方程2005-5第5章异步电机15Tem=Pmec/Ω=Pmec/(1-s)Ω1=Pem/Ω1式中，Ω1=2πn1/60为同步角速度。上式说明，电磁转矩等于电磁功率除以同步机械角速度，也等于总机械功率除以转子机械角速度。三、效率η=(P2／P1)×100％5.8异步电动机的功率、转矩平衡方程2005-5第5章异步电机5.9异步电机的电磁转矩一、物理表达式异步电机电磁转矩的物理表达式描述了电磁转矩与主磁通、转子有功电流的关系。Tem=CTΦmI2aCT为与电机结构有关的常数；I2a=I2cosφ2为转子电流的有功分量。2005-5第5章异步电机5.9异步电机的电磁转矩二、参数表达式异步电机电磁转矩的参数表达式描述了电磁转矩22σ1σ221122111emem2XXsRRfsRpUmPT1.Tem与U12成正比。2.f1↑→Tem↓。3.漏电抗Xk↑→Tem↓。2005-5第5章异步电机181.Tem-s曲线在电压U1、频率f1为常数时，电机的参数可以认为是常数，电磁转矩仅与s有关，其关系曲线Tem=f(s)如图所示。5.9电磁转矩的三种表达式1.Tem全曲线与U12成正比。2005-5第5章异步电机192.三个特殊点①同步点：s=0，n=n1，旋转磁场相对于转子静止，Tem=0。②最大转矩点：s=sm，临界转差率sm，特点是与R2成正比，与Xk成反比。Tmax的特点是与R2无关。过载倍数22σ1σ2111211max22σ1σ212m4XXRRfpUmTXXRRskM=Tmax／TNTN为额定负载转矩TN=PN/ΩNkM2005-5第5章异步电机202.三个特殊点③起动点：s=1，n=0，转子静止，Tem=Tst。起动转矩倍数kst=Tst／TN一般kst=1.0～2.0，特殊用途一般kst=2.8～4.02005-5第5章异步电机5.10异步电动机的工作特性异步电动机的工作特性是指在额定电压、额定频率下异步电动机的转速n、效率η、功率因数cosφ1、输出转矩T2、定子电流I1与输出功率P2的关系曲线。异步电动机的工作特性可以用计算方法获得。在已知等效电路各参数、机械损耗、附加损耗的情况下，给定一系列的转差s，可以由计算得到工作特性。对于已制成的异步电动机，其工作特性也可以通过试验求得。2005-5第5章异步电机225.10异步电动机的工作特性