三相異步電動機的功率和轉(zhuǎn)矩

1、精品三相異步電動機的功率和轉(zhuǎn)矩異步電動機的機電能量轉(zhuǎn)換過程和直流電動機相似。其機電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵在于作為耦合介質(zhì)的磁場對電系統(tǒng)和機械系統(tǒng)的作用和反作用。在直流電機中， 這種磁場由定、 轉(zhuǎn)子雙邊的電流共同激勵，而異步電機的耦合介質(zhì)磁場僅由定子一邊的電流來建立。這種特殊性表現(xiàn)為直流電機的氣隙磁場是隨負載而變化，由此發(fā)生了所謂電樞反應(yīng)的問題，而異步電機的氣隙磁場基本上與負載無關(guān)，故無電樞反應(yīng)可言。盡管如此， 異步電動機由定子繞組輸入電功率，從轉(zhuǎn)子軸輸出機械功率的總過程和直流電動機還是一樣的。不過在異步電動機中的電磁功率卻在定子繞組中發(fā)生，然后經(jīng)由氣隙送給轉(zhuǎn)子，扣除一些損耗以后，在軸上輸出。在機電能量

2、轉(zhuǎn)換過程中，不可避免地要產(chǎn)生一些損耗，其種類和性質(zhì)也和直流電機相似，這里不再分析。下面僅就功率轉(zhuǎn)換過程加以說明，然后導出功率方程式和相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩方程式。一、功率轉(zhuǎn)換過程異步電動機在負載時，由電源供給的、從定子繞組輸入電動機的功率為P1 ，從圖 4 12 所示的等值電路可看出，P1 的一小部分消耗于定子電阻上的定于銅耗PCu1 ，又一小部分消耗于定子鐵心中的鐵耗，余下的大部分電功率借助于氣隙旋轉(zhuǎn)磁場由定子傳送到轉(zhuǎn)子，這部分功率就是異步電動機的電磁功率。它和直流電機中的電磁功率稍有不同。前者是靠電磁作用而傳遞的功率，后者由電磁作用而轉(zhuǎn)換的功率。異步電動機中的電磁功率傳送到轉(zhuǎn)子以后，必伴生轉(zhuǎn)子電流，有

3、電流在轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)通過，在轉(zhuǎn)子電阻上又發(fā)生了轉(zhuǎn)子銅耗Cu2 。在氣隙旋轉(zhuǎn)磁場傳遞電磁功率的過程中，與轉(zhuǎn)子鐵心存在著相對運動， 旋轉(zhuǎn)磁場切割著轉(zhuǎn)子鐵心，理應(yīng)引起轉(zhuǎn)子的鐵心中的鐵耗，但實際上由于異步電動機在正常運行時，轉(zhuǎn)差率很小， 即氣隙旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子鐵心相對運動很小，以致轉(zhuǎn)子鐵心中磁通變化頻率很低，通常僅1 3Hz s，所以轉(zhuǎn)子的鐵耗可以略去不計。這樣從感謝下載載精品定子傳遞到轉(zhuǎn)子的電磁功率僅須扣除轉(zhuǎn)子鋼耗，便是使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動的總機械功率p mec 。總機械功率補償了機械損耗p ，。和附加損耗p ，就由軸上輸出凈機械功率戶： 。這個異步電動機功率和能量轉(zhuǎn)換的關(guān)系，可形象地用功率圖來表示，如圖4

4、 17所示。如果異步電動機的轉(zhuǎn)差率較大，則f 2 較大，那就應(yīng)該考慮轉(zhuǎn)子鐵耗，鐵耗包括渦流損耗和磁滯損耗兩部分。鐵心中的渦流， 除引起損耗之外，還與主磁場相作用產(chǎn)生拖動轉(zhuǎn)矩和機械功率，正如轉(zhuǎn)子上點擊演示的導條中的電流一樣。轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)的磁滯現(xiàn)象也會形成微弱的磁滯轉(zhuǎn)矩和機械功率。有些微型電動機和控制電動機就是用這種渦流與磁滯的作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩與功率的( 見第六章磁滯同步電動機 )。附加損耗亦產(chǎn)生制動的附加轉(zhuǎn)矩，因而消耗電動機軸上的機械功率。P 的大小與氣隙大小及一些工藝因素關(guān)系極大，和直流機一樣，是堆于準確計算的。在小型異步電動機中，滿載時 P 可達輸出功率的1 3% ，或更大些。在大型異步電動機中約

5、為輸出功率的0.5 。二、功率方程式根據(jù)上述功率轉(zhuǎn)換過程，可建立功率方程式如下：P1 - p Cu1 - p Fe = P em感謝下載載精品P1 =m 1U1 cos 1p Cu1 =m 1I21 r1p Fe=m 1 I2 m rmPem =m 1 E2I2 cos 2=m 1I2 2r2 / s式中U 1定子相電壓，I1定子相電流，1 一定子功率因數(shù)角，2轉(zhuǎn)子功率因數(shù)角。由 p Cu2= s P em 可知，異步電機的轉(zhuǎn)速n 愈低，轉(zhuǎn)差率 c 愈大，或者說轉(zhuǎn)差功率s Pem ，愈大，轉(zhuǎn)子銅耗就愈大。當異步電機處于電磁制動狀態(tài)時，s > 1轉(zhuǎn)子銅耗大于電磁功率，故由定子傳送到轉(zhuǎn)子的電

6、磁功率都消耗于轉(zhuǎn)子銅耗還不夠，還應(yīng)從軸上輸入機械功率去補償。這里再次說明，異步電機處于電磁制動狀態(tài)時，從電源和轉(zhuǎn)軸兩方面輸入功率，而消耗于轉(zhuǎn)子電阻上?？倷C械功率Pmwc 為mec= PemPCu2=m1I22r2/ s - m1I2 2r2= (1 s ) PemP三、轉(zhuǎn)矩方程式由于在電機穩(wěn)態(tài)運行時，機械功率等于相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩與機械角速度的乘積。把機械功率的感謝下載載精品方程式 Pmec =P 2+ p mec +P ，兩邊除以轉(zhuǎn)子的機械角速度就可以得出相應(yīng)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩方程式Tem =T 2+T mec + TT2 +T 0這也是穩(wěn)態(tài)時電動機轉(zhuǎn)矩平衡規(guī)律。電動機產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩減去對應(yīng)的機械損耗和附加損

7、耗的轉(zhuǎn)矩，或者稍微粗略地說減去空載轉(zhuǎn)矩T0- 之后，就是電動機軸上的輸出機械轉(zhuǎn)矩。但這里必須注意到異步電動機與直流電動機中轉(zhuǎn)矩與功率對應(yīng)情況稍有不同。在直流電機中 總機械功率由全部電磁功率轉(zhuǎn)換而來，所以總的機械轉(zhuǎn)矩(負載轉(zhuǎn)矩加空載轉(zhuǎn)矩 )就是與電磁轉(zhuǎn)矩相平衡， 轉(zhuǎn)矩與功率一一對應(yīng)是無疑的，但在異步電動機中， 一方面總機械功率與電磁功率還相差一個數(shù)值不大的轉(zhuǎn)子銅損耗，另一方面， 又必須符合穩(wěn)態(tài)的轉(zhuǎn)矩平衡規(guī)律，即電磁轉(zhuǎn)矩與總的機械轉(zhuǎn)矩相平衡。 這樣就找不到一一對應(yīng)的關(guān)系，好象在功率與轉(zhuǎn)矩之間的平衡關(guān)系之間存在著矛盾。 實質(zhì)只要注意到異步電動機的特性，即其中存在著兩個轉(zhuǎn)速，一個是旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速， 另

8、一個是轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，就可以洞悉其物理本質(zhì)而感到不足為奇了，下面說明這個問題：由總機械功率公式可知Pmec =(1-s)P em =nP em / n 0 = Pem / 說明，總機械功率除以轉(zhuǎn)子的機械角速度與電磁功率除以旋轉(zhuǎn)磁場的同步角速度相等?？傻眠@種關(guān)系表明， 電磁轉(zhuǎn)矩Tem 既可以用轉(zhuǎn)子的總機械功率除以轉(zhuǎn)子機械角速度來計算，也可感謝下載載精品以用電磁功率除以同步角速度來計算。前者從轉(zhuǎn)子本身產(chǎn)生機械功率這一概念導出，由于轉(zhuǎn)子本身的機械角速度為，所以 Tem = P em / ，后者則從旋轉(zhuǎn)磁場對轉(zhuǎn)子作功這一概念出發(fā)，由于旋轉(zhuǎn)磁場以同步角速度0 旋轉(zhuǎn)而拖動轉(zhuǎn)子，旋轉(zhuǎn)磁場每秒所作的功，即通過氣隙送到轉(zhuǎn)子的總功率為 Pem，所以 Tem= Pem/ 。這種物理情況如圖 4-18 所示。0四，電磁轉(zhuǎn)矩公式(一 )由電磁功率導出關(guān)于異步電動機電磁轉(zhuǎn)矩公式，也可以象直流電動機那樣，根據(jù)電磁力定律，用積分方法導出。這種方法讀者可參閱有關(guān)電機學的書籍。這里我們首先十分簡單地從等效電路和相量圖來推導。由式前面的結(jié)果，可得把歸算過的轉(zhuǎn)子電動