电机与拖动基础第七章 异步电动机原理(第三部分)

7.4.4转子绕组频率的折合•在频率折合中除了电流有效值不变外，转子功率因数角2也不变。s2I)f(E2s2R2jX2s频率折合122222222222222222(s)()sssEsEEIIRRXRXXs2222222arctanarctanarctan/sXsXφRRXRs2I)f(E12(1-s)R2/sjX2R2转子绕组折合转子绕组折合后：22221'''(')REIjXEs绕组折合1122342'22dpNkFIp转子旋转磁通势：转子回路的电压方程式：定转子电流关系：120III120FFF22'R2(1-s)'/Rs2I21()Ef2'jX2I)f(E12(1-s)R2/sjX2R27.4.5基本方程式、等效电路、相量图•转子旋转时的基本方程式0212122220111111'')''('')()(IIIEEjXsRIEjXRIEjXRIEUmm31U1I0I2'IR1jX1R’2jX’2RmjXm21'EE2'Rs)s1(•三相异步电动机的电磁关系7.4.5基本方程式和等效电路47.5三相异步电动机的功率与转矩7.5.1功率关系电源输入的功率：定子铜损耗：1111cos3IUP21113CupIR铁损耗：2103FeFemppIR余下的大部分功率借助气隙磁场的作用，从定子通过气隙传送到转子，这部分功率称为电磁功率PM5M1Cu1FePPpp在正常运行时，转子铁损耗很小，可忽略不计，因此只计定子铁损耗：7.5.1功率关系2M1Cu1Fe222222(1s)PPpp3IRRsR3Is•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。222222222213cos3coscosMeiPEIkEIkmEI•电磁功率也可表示为•转子绕组中的铜损耗：2Cu222Mp3IRsP23iekkm61U1I0I2'IR1jX1R’2jX’2RmjXm21'EE2'Rs)s1(7.5.1功率关系等效电阻上的损耗实际上是传输给电机转轴上的机械功率Pm-=2222mMCu222222M1sRPPp3I3IR3IR(1s)Psssm2CuFe1Cu1smm2pppppPppPP1I0I2'IR1jX1R’2jX’2RmjXm12EE'2'Rs)s1(1U7•机械损耗pm•附加损耗ps：大型电机约为额定功率的0.5%，小型电机可达1～3%或更大转轴上输出的机械功率P2传输给电机转轴上的机械功率Pm7.5.1功率关系•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的关系：)1(::1::2ssPpPmCuMP1PMPmP2pCu1pFepCu2pm+ps若电磁功率一定，转差率s越小，转子回路铜损耗越小，机械功率越大。电机运行时，若s大，则效率一定不高。8Cu2MpsPmMP(1s)P7.5.2转矩关系电磁转矩mPT0sm0pppTP2=Pm-pm-ps等式两边同除Ω：smm2ppPP输出转矩:T2=T-T0T0为空载转矩：Ω1:同步角速度911(1)22(1)6060mMMPsPPnns10117.6三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性是指在定子电压、频率和电动机参数固定的条件下，电磁转矩T与转速n（或转差率s）之间的函数关系。7.6.1机械特性的参数表达式22122112)XX(sRRUI12励磁支路视为开路：1U1I0I2'IR1jX1R’2jX’2RmjXm21'EE2'Rs)s1(7.6.1机械特性的参数表达式2212212112R3Us2πnRR(XX)60s2212221112R3pUsR2πfR(XX)s固定U1、f1及阻抗等参数，便得到三相异步电动机的机械特性T=f(s)。13222113260MRIPsTn22122112)XX(sRRUI7.6.2固有机械特性1.固有机械特性曲线1)在0S≤1，即0＜n≤n1的范围内，特性在第Ⅰ象限，电磁转矩T和转速n都为正，T与n同方向，电动机工作在电动状态2)在s＜0范围内，n＞n1，特性在第Ⅱ象限，电磁转矩为负值，是制动性转矩，电磁功率是负值，是发电状态。3）在s＞1范围内，n＜0，特性在第Ⅳ象限，T＞0，是制动状态。三相异步电动机在电压、频率均为额定值，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械特性。曲线1为电源正相序，曲线2为负相序。14•特点A点：理想空载运行点，n=n1,s=0，T=0。B点：额定运行点，T=TN，n=nN，s=sN。7.6.2固有机械特性C点：电磁转矩最大点,T=Tm,转差率为临界转差率s=sm。0dsdT221222111232()RpUsTRfRXXs221212mXXRRs可得临界转差率sm：“+”号适用于电动机状态，“-”号适用于发电机状态。152122111123122[()]mpUTfRRXX7.6.2固有机械特性•一般情况下，R12值不超过(X1+X’2)2的5%，可以忽略211123122()mpUTfXX16212mRsXX固有机械特性具有对称性•最大电磁转矩与额定电磁转矩的比值即最大转矩倍数，又称过载倍数λNmTT•一般三相异步电动机λ=1.6～2.2，起重、冶金用的异步电动机λ=2.2～2.8。7.6.2固有机械特性212221121232[()()]spURTπfRRXXD点：起动点，n=0，s=1，转矩为TS（堵转转矩）。17TS与电压平方成正比，而且转子电阻越大，堵转转矩越大，漏电抗越大，堵转转矩越小。堵转转矩Ts与额定转矩TN的比值称为堵转转矩倍数：NsTTTKTS大于负载转矩的(1.1～1.2)倍才可顺利起动。一般异步电动机起动转矩倍数KT=0.8～1.2。7.6.2固有机械特性18212221121232[()()]spURTπfRRXX•堵转转矩1920217.6.3人为机械特性1.降低定子端电压的人为机械特性Tsnsm0.5UN0.8UNUNTm0n10.25Tm0.64Tm只改变定子电压Ul的大小，其他参数不变。1160fnp212221121232[()()]spURTfRRXX•0.64Ts•0.25TsTs22221222111232()RpUsTRfRXXs•n1、sm不变，Ts、Tm都随U1减小而减小。212mRsXX211123122()mpUTfXX2．定子回路串入三相对称电阻的人为机械特性•其他条件不变，改变定子回路电阻。Ts0n10nRR=03.定子回路串入三相对称电抗的人为机械特性与串电阻类似，n1不变，Ts、Tm、sm都减小，不消耗有功功率。•n1不变，Ts、Tm、sm都随定子电阻值增加而减小。1160fnp2122111123122[(+)()()]mpUTfRRRRXX222112()mRsRRXX212221121232[()()]spURTfRRRXX7.6.3人为机械特性234．转子回路串入三相对称电阻的人为机械特性•绕线式三相异步电动机通过滑环将三相对称电阻串入转子回路2121smsmRRsXXTT•n1、Tm不变。临界转差率sm，Ts增大。•串的电阻合适：1160fnp21222112123(2[(+)()]ssspURRTfRRRXX）247.6.3人为机械特性211123122()mpUTfXX212smRRsXX作业习题：7.4、7.725思考题7.1、7.8、7.10、7.11、7.13、7.27