Chpt三相異步電動(dòng)機(jī)的功率與轉(zhuǎn)矩實(shí)用實(shí)用教案

1、功率(gngl)流圖能量轉(zhuǎn)換關(guān)系功率關(guān)系16-3異步電動(dòng)機(jī)的功率(gngl)傳遞與損耗第1頁/共15頁第一頁，共16頁。根據(jù)異步機(jī)的 T 形等效電路來分析?？傒斎牍β士傒斎牍β?P， 11111cosIUmP (5.3-45) 1m 是定子相數(shù)；1U 、1I ：定子的相電壓和相電流，1cos是定子的功率因數(shù)。 1P進(jìn)入電動(dòng)機(jī)后，首先在定子上消耗一小部分定子銅損定子銅損1cup 211 1 1Cupm I r。 (5.3-46) 另一部分損耗是鐵損耗鐵損耗Fep ，在等效電路上是mr 上消耗的有功功率，mFerImp201 (5.3-47) 經(jīng)過氣隙傳到轉(zhuǎn)子上去的電磁功率電磁功率 11McuFe

2、PPpp (5.3-48) 由等效電路可知， 傳到轉(zhuǎn)子上的電磁功率就是轉(zhuǎn)子消耗的有功功率，或者說是電阻2r s上的有功功率： 1222cosMPm E I 或 srImPM22 21 (5.3-49，50) 16-4異步電動(dòng)機(jī)的功率傳遞(chund)與損耗第2頁/共15頁第二頁，共16頁。PM進(jìn)入轉(zhuǎn)子后， 在轉(zhuǎn)子電阻2r上產(chǎn)生轉(zhuǎn)子銅損耗2cup。 電磁功率減掉轉(zhuǎn)子銅損耗，余下部分全部轉(zhuǎn)換為機(jī)械功率，稱為總機(jī)械總機(jī)械功率功率mP： 2mMcuPPp (5.3-51) 轉(zhuǎn)子銅損銅損是轉(zhuǎn)子電阻2r所消耗的功率，它的表達(dá)式有 221 22Cupm I r (5.3-52) 由轉(zhuǎn)子上的電磁功率，可得 2

3、CuMpsP (5.3-53) 式(5.3-53)表明轉(zhuǎn)子銅損耗僅占電磁功率的很小一部分(對(duì)應(yīng) s的那部分)，有時(shí)把它稱為轉(zhuǎn)差功率轉(zhuǎn)差功率。總機(jī)械功率mP可以表示為 (1)mMMMPPsPs P (5.3-54) 說明mP占MP大部分(對(duì)應(yīng) 1-s 的那部分)。式(5.3-50)代入式(5.3-54) 21 221msPm Irs (5.3-55) 式(5.3-55)表明總機(jī)械功率總機(jī)械功率是等效電路中電阻電阻2(1) s r s上對(duì)應(yīng)的有功功率。 16-5異步電動(dòng)機(jī)的功率傳遞(chund)與損耗第3頁/共15頁第三頁，共16頁?？倷C(jī)械功率在輸出之前還要消耗掉機(jī)機(jī)械械損損耗耗 pm和附附加加損

4、損耗耗 pa。機(jī)械損耗主要由電機(jī)的軸承摩擦和風(fēng)阻摩擦構(gòu)成， 繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)還包括電刷摩擦損耗。 附加損耗是由磁場(chǎng)中的高次諧波磁通和漏磁通等引起的損耗，這部分損耗不好計(jì)算，在小電機(jī)中滿載時(shí)能占到額定功率的 13，在大型電機(jī)中所占比例小些，通常在 0.5%左右?？倷C(jī)械功率mP減掉機(jī)械摩擦損耗mp和附加損耗addp之后， 才是電機(jī)軸上的輸輸出出功功率率2P， 因此有 2mmaddPPpp (5.3-55) 1rmP2I1Pmx2r0I1x2xmr1IMP21srs1CuP2CuPFeP(a)等效電路(b)功率流程1cupFep2cupmapp1PMPmP2P16-6電磁(dinc)轉(zhuǎn)矩第4頁/共

5、15頁第四頁，共16頁。異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩是指轉(zhuǎn)子電流與主磁通相互作用產(chǎn)生電磁力形成的總轉(zhuǎn)矩。 若從轉(zhuǎn)子產(chǎn)生機(jī)械功率角度出發(fā)，電磁轉(zhuǎn)矩等于異步電動(dòng)機(jī)總總機(jī)械功率機(jī)械功率 Pm除以轉(zhuǎn)子的除以轉(zhuǎn)子的機(jī)械機(jī)械角速度角速度，即 /emTP (5.3-56) 式中，eT 為電磁轉(zhuǎn)矩，是轉(zhuǎn)子的機(jī)械角速度。如果把式(5.3-53)和1(1) s 代入上式，可得 11(1)(1)mMMePs PPTs (5.3-57) 式中，1 是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的機(jī)械角速度，也稱同步角速度。因此電磁轉(zhuǎn)矩也可以用電磁功率 PM除以同步角速度獲得。 2 電磁(dinc)轉(zhuǎn)矩 16-7電磁(dinc)轉(zhuǎn)矩第5頁/共15頁第五頁

6、，共16頁。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的112/pfn ，再考慮到電磁功率的表達(dá)式(1m=3)，可得 222111122223cos2/603 2coscos2MepdpmTmPE ITnn k WICI (5.3-59) 式中113 22TpdpCn k W，稱為異步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)。 16-8電磁(dinc)轉(zhuǎn)矩第6頁/共15頁第六頁，共16頁。3 比較直流電機(jī)的電磁(dinc)轉(zhuǎn)矩和交流感應(yīng)電機(jī)的電磁(dinc)轉(zhuǎn)矩對(duì)交流異步電機(jī) 電磁轉(zhuǎn)矩等于異步電動(dòng)機(jī)總機(jī)械功率總機(jī)械功率 Pm除以轉(zhuǎn)子的角速度除以轉(zhuǎn)子的角速度，即 /emTP 1/eMTP 221cosMeTmPTCI, 113 22TpdpCn k W

7、1) 穩(wěn)態(tài)公式，沒有講動(dòng)態(tài)公式； 2) m與2I不正交；m由1I與2I產(chǎn)生；決定2I的要素有多個(gè)。 （由此知,轉(zhuǎn)矩控制的復(fù)雜性） 16-9電磁(dinc)轉(zhuǎn)矩第7頁/共15頁第七頁，共16頁。他激直流電機(jī)的電磁(dinc)轉(zhuǎn)矩:,1T(3.1 13)222(3.1 13 )2.paeeav iaTapn NIDTNTNB lICIaan NCbaConst 1)1)無穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)之分；2)2)與IaIa之間獨(dú)立（正交）( (消除電樞反應(yīng)(fnyng)(fnyng)條件下) )。 電樞繞組的運(yùn)動(dòng)方向(fngxing)與磁密的方向(fngxing)成正交，根據(jù)左手原理， N根導(dǎo)體的總電磁轉(zhuǎn)矩： 16

8、-10電磁轉(zhuǎn)矩第8頁/共15頁第八頁，共16頁。.1/21/2,/$2.51/21/2(3.11)TTeeei ConstmpmTTTrSSrePprSSrWWTnTnni i LiLLLiiiiii場(chǎng)轉(zhuǎn)是 的函數(shù)磁能量方程矩方程交流感應(yīng)(gnyng)電機(jī)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩（了解）16-11轉(zhuǎn)矩平衡(pnghng)關(guān)系第9頁/共15頁第九頁，共16頁。4 轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系(gun x)(與直流機(jī)的轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系(gun x)相同)帶負(fù)載帶負(fù)載穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行運(yùn)行時(shí)，拖動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)的是電磁轉(zhuǎn)矩eT ，即是轉(zhuǎn)子電流在磁場(chǎng)中受力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。此外，系統(tǒng)上有兩個(gè)阻轉(zhuǎn)矩阻轉(zhuǎn)矩，一個(gè)阻轉(zhuǎn)矩是輸出到負(fù)載上的輸出轉(zhuǎn)矩2T ，它等于

9、輸出功率2P 除以轉(zhuǎn)子角速度，即 22PT (5.3-60) 另一個(gè)阻轉(zhuǎn)矩是電機(jī)的空載摩擦轉(zhuǎn)矩0T ，是電機(jī)風(fēng)阻摩擦、軸承摩擦及附加損耗等對(duì)應(yīng)的空載阻轉(zhuǎn)矩， 0maddppT (5.3-61) 同直流電機(jī)，定義02LTTT，因此，在電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)矩平衡式 02eLTTTT (5.3-62) 于是，有公式(3.2-1),(3.2-4)所示的動(dòng)力學(xué)方程 eLdTTJdt ，2375eLGD dnTTdt 16-12異步電動(dòng)機(jī)的主要(zhyo)額定值第10頁/共15頁第十頁，共16頁。5. 5. 三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌(mngpi)(mngpi)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)額定功率額定功率PN電動(dòng)

10、機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)軸上輸出的機(jī)械電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)軸上輸出的機(jī)械(jxi)功率功率,單位單位kW額定電壓額定電壓UN 在額定運(yùn)行狀態(tài)在額定運(yùn)行狀態(tài)(zhungti)下，電網(wǎng)加在定子繞組的線電壓，單位下，電網(wǎng)加在定子繞組的線電壓，單位 V。如。如220/380V，表明定子繞組采用，表明定子繞組采用/Y接法。接法。額定電流額定電流IN 電動(dòng)機(jī)在額定電壓下使用，輸出額定功率時(shí)電動(dòng)機(jī)在額定電壓下使用，輸出額定功率時(shí),定子繞組中的線電流定子繞組中的線電流,單位單位 A。如如10.35/5.9V，表明定子繞組采用，表明定子繞組采用/Y接法。接法。額定頻率額定頻率fN 我國(guó)的電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)頻率為我國(guó)的電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)頻率為

11、50Hz額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速nN 電動(dòng)機(jī)在額定電壓、額定頻率及額定功率下的電動(dòng)機(jī)在額定電壓、額定頻率及額定功率下的 轉(zhuǎn)速，單位轉(zhuǎn)速，單位 r/min。對(duì)應(yīng)有額定轉(zhuǎn)差率對(duì)應(yīng)有額定轉(zhuǎn)差率SN。此外，銘牌上還標(biāo)明此外，銘牌上還標(biāo)明繞組的相數(shù)與接法繞組的相數(shù)與接法（星形還是三角形星形還是三角形）、）、絕緣等級(jí)絕緣等級(jí)及及允許溫升允許溫升等。對(duì)繞線轉(zhuǎn)子等。對(duì)繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)，還標(biāo)明異步電動(dòng)機(jī)，還標(biāo)明轉(zhuǎn)子的額定電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)子的額定電動(dòng)勢(shì)及及額定電流額定電流。一般不標(biāo)在電動(dòng)機(jī)銘牌上的幾個(gè)額定值有：一般不標(biāo)在電動(dòng)機(jī)銘牌上的幾個(gè)額定值有：額定功率因數(shù)額定功率因數(shù)cosN 額定負(fù)載時(shí)，定子邊的功率因數(shù)額定負(fù)載時(shí)，定子邊

12、的功率因數(shù) 額定效率額定效率N 電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)的效率。電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)的效率。 額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩TN。 16-13例第11頁/共15頁第十一頁，共16頁。例題例題 5.3-3 已知一臺(tái)三相 50Hz、Y 型接線的異步電動(dòng)機(jī)，額定電壓1NU=380V，額定電流NI =190A，額定功率NP =100kW，額定轉(zhuǎn)速Nn =950 r/min，在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，機(jī)械摩擦損耗mp =1kW，忽略鐵損和附加損耗。求額定運(yùn)行時(shí)，(1)額定轉(zhuǎn)差率Ns； （2）電磁功率MP； （3）轉(zhuǎn)子銅耗2Cup； （4）電磁轉(zhuǎn)矩eNT、輸出轉(zhuǎn)矩2NT；(5)額定運(yùn)行時(shí)的功率因數(shù)。 15-14例第12頁/共15頁第

13、十二頁，共16頁。解解：(1)額定轉(zhuǎn)差率Ns 11(1000950)/10000.05NNnnsn 式中，判斷1n 為 1000r/min。 (2)額定運(yùn)行時(shí)的電磁功率: 已知22MmcuPPpp，2CuMpsP 所以，2MmNMPPps P 2100 1106.311 0.05mMNPpPkWs (3)額定運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子銅損耗2Cup 20.05 106.35.3CuNMps PkW 16-15例第13頁/共15頁第十三頁，共16頁。 (4) 電磁轉(zhuǎn)矩eNT、輸出轉(zhuǎn)矩2NT 11609550 106.31015.221000MMeNPPTNmn 2609550 1001005.32950NNNNNPPTNmn (5) 額定運(yùn)行時(shí)定子銅損為2211 1 13 1900.077,58Cupm I rkW 額定運(yùn)行時(shí)輸入功率為 11109,3007580116.88NMcuFePPPppkW 此時(shí)的功率因數(shù) cos/( 3)116880/( 3380 190)0.93NNNNPU I 16-16END第14頁/共15頁第十四頁，共16頁。感謝您的欣賞(xnshng)！第15頁/共15頁第十五頁，共16頁。NoImage內(nèi)容(nirng)總結(jié)功率流圖。3 比較直流