三相异步电动机工作原理及运行分析2

三相异步电动机工作原理及运行分析(2)复习旧课要点——1.三相异步电动机的工作原理电动机运行、发电机运行、制动状态下运行2.三相异步电动机的功率和转矩平衡关系功率、损耗的含义；功率平衡关系；转矩平衡方程空载时，转子电流很小，转子铜耗很小，转差率接近0,转子转速接近同步转速。随着负载的增大，转速会略有下降，这样旋转磁场便以较大的转差切割转子导体，使转子导体中的感应电动势及电流增加，转子电流的增加，会产生较大的电磁转矩，从而与机械阻力转矩相平衡。1nnn转速特性曲线是一条微微下倾的曲线。随着负载的增大，转子电流增大，（转子铜耗）和（电磁功率）也相应增大。但是，转子铜耗与转子电流的平方成正比，而电磁功率近似与转子电流的一次方成正比，转子铜耗比电磁功率增大的快。所以，随着负载的增大，转差率s也增大，即转速n稍有下降。2cuMpsP2、转矩特性从空载到额定负载之间，空载转矩T0可认为不变，则转矩特性为一条直线。实际上，随着P2的增加，电动机的转速略有下降，所以，转矩特性是一条比直线略有上翘的曲线。2()TfP3、定子电流特性空载运行时，转子电流近似为0，此时定子电流几乎全部为励磁电流。励磁电流是定子电流中用来产生旋转磁场主磁通的电流分量；定子电流中的另一部分称为定子电流的有功分量，定子电流的有功分量用来与转子电流相平衡。当负载增加以后，输出功率增大，转子转速下降，转子电流增加，以产生足够的电磁转矩与负载转矩相平衡，通过电磁感应的关系，定子电流也随着增加，输入功率增大，从而满足功率平衡方程要求。1I4.功率因素特性三相异步电动机在额定电压及额定频率下，输出功率变化时，定子功率因数的变化规律曲线称为功率因数特性。2P1cos)(cos21Pf空载运行时，定子电流中的大部分是励磁电流，由于励磁电流中的主要成分是无功的磁化电流，所以空载时的功率因素很低。小于0.2。加上负载后，由于要输出一定的机械功率，因此，定子电流中的有功分量增加，电动机的功率因素逐渐提高。一般电动机在额定功率附近，功率因素将达到最大数值。5.效率特性三相异步电动机在额定电压及额定频率下，输出功率变化时，效率的变化规律曲线为效率特性。三相异步电动机的效率为输出功率与输入功率之比。2P)(2PfPPPPP2212空载时，输出功率为0，效率为0。随着负载的增大，效率也相应增大。异步电动机在运行过程中的转速及气隙磁通是近似不变的，故机械损耗和定子铁耗之和基本上是常数，称为不变损耗；定、转子铜耗与电流平方成正比，随电流的变化而变化，称为可变损耗。当不变损耗与可变损耗相等时，出现最大效率。出现最大效率后，若负载继续增大，电动机的效率就要下降。四、三相异步电动机的机械特性异步电动机输出机械功率主要表现在输出转矩和转速上，因此转速或转差率是异步电动机的基本变量之一。当三相异步电动机的外加定子电压及频率不变，转差率s变化时，电磁转矩的变化规律曲线称为机械特性。通过数学分析，可以得到用参数表示的电磁转矩的计算公式如下：T)(sfT式中—极对数;—电动机相电压；—定子频率；、—定子绕组的电阻和电抗；、—转子绕组的折算电阻和电抗。])()/[(2/3221211221xxsrrfsrpUTp1U1f1r1x2r2x以下插入电机的折算折算三相异步电动机的等效电路和相量图频率折算就是用一个等效的转子电路代替实际旋转的转子系统,而等效的转子回路应与定子电路有相同的频率。一、频率折算在折算的过程中，电机的电磁效应不变，因而有两个条件：一个是保持转子磁动势不变；二是转子回路的功率不变。转子回路电流212s2s2222s2s22222EEsEEI====-sZR+jXR+jsXR+jX+Rs.F,,Rss,不变同时保持转子磁动势为定子频率就可以将转子频率折算电阻在转子回路中串联一个用一个不转的转子并且可见221222222s222I)sXj(REsI)jX(REUs2Rss1实际的旋转转子轴上有机械损耗和机械功率输出。频率折算后，转子静止，没有机械损耗和机械功率输出，但电路中多了一个附加电阻。根据能量守恒关系，该电阻消耗的功率等效机械损耗和机械功率之和——总的机械功率。21Rss从等效电路角度，可以把看成是异步电动机的”电阻负载”，其上的压降可以看成是转子回路的端电压:二、绕组折算。。k、Nmk、Nmww同本相折算的方法与变压器基组的实际转子绕及取代等效转子及绕组相同的定子绕组折算就是用一个和222111122EEkEei22kII2222XkkXRkkReiei等效电路一、绕组后的基本方程111111XIjRIEU222222XIjRIEU021III12EE01I)jXR(Emm2221RssIUT型等效电路和简化等效电路由基本方程可以作出等效电路:T型等效电路简化等效电路当异步电机的定子电压、频率及各参数都为定值时，改变转差率s的大小，根据用参数表示的电磁转矩计算公式可算出相应的电磁转矩T，可作出机械特性曲线，如图所示。由图可见，当1≥s0时，电磁转矩和转子的转速都为正，转子转速小于磁场的同步转速，电机处于电动机运行状态；当s0时，转子的转速为正，转子转速大于磁场的同步转速，电磁转矩为负，电机处于发电机运行状态；当s1时，转子的转速为负，电磁转矩为正，电机处于制动运行状态。通过机械特性曲线，可以看到三相异步电动机具有以下一些特点。(1)在起动的瞬间，即s=1时的电磁转矩称为起动转矩。通过数学分析的方法可知，起动时，电动机的起动电流很大，但转子功率因数很小，而，故起动转矩并不很大。stT22cosICTmT(2)如果转子达到同步转速，即s=0，则转子电流I2=0，此时的电磁转矩T=0。(3)当转差率s达到某一值时，电磁转矩达到最大值，称为最大转矩,对应于此时的转差率称为临界转差率，一般异步电动机的0.04～0.14。通过数学分析的方法可得到临界转差率和最大转矩的数学表达式如下：可见，三相异步电动机的最大转矩与电网电压的平方成正比，最大转矩与转子电阻无关；临界转差率与转子电阻成正比。mTmsmsmsmT])([43221211121xxrrfpUTm221212xxrrsm(4)转子电阻对曲线的影响。异步电机转子回路中的电阻不同，其相应的机械特性曲线的形状也不同，起动转矩的大小也不同。当1时，随着转子电阻的增加，起动转矩变大；要使起动转矩达到最大转矩，则=1，即：此时在转子回路中应串入电阻的折算值为。若转子回路串入的电阻超过该值，l，说明电动机的起动转矩变小。)(sfT)(sfTmsmstTTms1)(221212xxrrrsstm2221121)((rxxrrrstms(5)对应于额定负载时转矩称为额定转矩，相应的转差率称为额定转差率。NTNs(6)最大转矩与额定转矩之比，称为电动机的过载能力，它是衡量电动机过载能力的一个重要指标。一般三相异步电动机的过载能力=2～2.2。mKNmmTTK(7)起动转矩与额定转矩之比，称为电动机起动转矩倍数希望尽量大一些为好。JO2系列电动机的0.9～2，Y系列电动机的1.8～2.2。stKNststTTKstK习题一、填空题1.三相感应电动机，如使起动转矩到达最大，此时=()2.感应电动机起动时，转差率()，此时转子电流的值()，（）因此起动转矩()。mss2I2cos3.感应电动机最大转矩公式().二、判断：1.三相感应电动机的功率因数总是滞后的。（）2.三相感应电动机的起动电流很大，所以其起动转矩也很大。（）3.感应电动机空载运行时的功率因数很高。（）三、问答题：1.普通笼型感应电动机在额定电压下起动时，为什么起动电流很大，而起动转矩并不大？答案一、1.12.1，很大，很小，不大3.二、判断题：1.答:对2答错])([43221211121xxrrfpUTm3.答错三、问答题：1.答起动时，，旋转磁场以同步速度切割转子，在短路的转子绕组中感应很大的电动势和电流，引起与它平衡的定子电流的负载分量急剧增加，以致定子电流很大；起动时，s=1,很小，电动机的等效阻抗很小，所以起动电流很大。由于，当s=1、f2=f1时，使转子功率因数角接近，很小，并不大；另外，因起动电流很大，定子绕组漏抗压降大，使感应电动势E1减小，与之成正比的也减小。起动时，减小，并不大，使得起动转矩并不大。0n1ssR222cosICTmT222arctanRX902cos22cosImm22cosI