異步電動(dòng)機(jī)基本原理

1、 第五章第五章 異步電動(dòng)機(jī)基本原理異步電動(dòng)機(jī)基本原理本章教學(xué)目的本章教學(xué)目的n1. 深入理解并掌握綜合表達(dá)三相異步電動(dòng)機(jī)電磁關(guān)系的基本方程式、等值電路和相量圖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理，轉(zhuǎn)子繞組折算和頻率折算；n2. 掌握異步電動(dòng)機(jī)中的功率和轉(zhuǎn)矩平衡方程式，各個(gè)功率之間的相互關(guān)系，電磁轉(zhuǎn)矩的物理表達(dá)式；重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)和難點(diǎn)n重點(diǎn)：重點(diǎn)：n1.三相異步電動(dòng)機(jī)空載和負(fù)載運(yùn)行時(shí)的基本電磁關(guān)系，掌握基本方程式、等值電路和相量圖三種分析方法，并注意與變壓器的對(duì)比，著重分析轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)后的情況，轉(zhuǎn)子繞組折算和頻率折算；n2.掌握異步電動(dòng)機(jī)功率與轉(zhuǎn)矩的平衡關(guān)系、電磁轉(zhuǎn)矩的表達(dá)式。n難點(diǎn)：難點(diǎn)：n轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)

2、的基本電磁關(guān)系。 一、異步電動(dòng)機(jī)負(fù)載時(shí)的物理情況一、異步電動(dòng)機(jī)負(fù)載時(shí)的物理情況 當(dāng)三相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組接到對(duì)稱三相電源當(dāng)三相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組接到對(duì)稱三相電源時(shí)，定子繞組中就通過(guò)對(duì)稱三相交流電流時(shí)，定子繞組中就通過(guò)對(duì)稱三相交流電流 ，這個(gè)對(duì)稱三相交流電流將在氣隙內(nèi)形成按正弦規(guī)律分這個(gè)對(duì)稱三相交流電流將在氣隙內(nèi)形成按正弦規(guī)律分布，并以同步轉(zhuǎn)速布，并以同步轉(zhuǎn)速 旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì) 。由旋轉(zhuǎn)磁。由旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)動(dòng)勢(shì) 建立氣隙主磁場(chǎng)建立氣隙主磁場(chǎng) 。這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割定、。這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割定、轉(zhuǎn)子繞組，分別在定、轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)感應(yīng)出對(duì)稱定子電轉(zhuǎn)子繞組，分別在定、轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)感應(yīng)出對(duì)稱定子電動(dòng)勢(shì)

3、和轉(zhuǎn)子電動(dòng)動(dòng)勢(shì)和轉(zhuǎn)子電動(dòng) 5-1 三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的電磁過(guò)程三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的電磁過(guò)程1AI1BI1CI0n1F1FmB勢(shì)。即 、 、 和 、 、 1AE1BE1CE2aE2bE2cE若轉(zhuǎn)子繞組閉合，轉(zhuǎn)子回路有對(duì)稱三相電流 2aI2cI2bI 、 通過(guò)，于是在氣隙磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子電流的相互作用下，產(chǎn)生了電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子順旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)。在空載情況下，異步電動(dòng)機(jī)所受阻轉(zhuǎn)矩很小，則其轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速，即 ，在這樣情況下，可以認(rèn)為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)不切割轉(zhuǎn)子繞組，則 （下標(biāo)S表示轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)的頻率與定子電動(dòng)勢(shì)的頻率不同），0nn20sE20I n異步電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系為：異步電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系

4、為：11110002s20mmEUIFFEI （相電壓）（相電流）（主磁通）當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)帶上負(fù)載后，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速就會(huì)降低，即 ，相對(duì)轉(zhuǎn)速增大，此時(shí)不能再認(rèn)為 、 ，而且 也形成了磁動(dòng)勢(shì) 。0nn20sE20I 2I2F2F 的性質(zhì)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行有重要影響（一）轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)的分析1、 的旋轉(zhuǎn)方向：與定子磁動(dòng)勢(shì) 旋轉(zhuǎn)方向相同2、 轉(zhuǎn)速的大小2F1F2Fn轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子中的感應(yīng)電勢(shì)和轉(zhuǎn)子電流頻率是與定子電流頻率相同；當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為n，而氣隙中旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速為n0，兩者轉(zhuǎn)向相同，轉(zhuǎn)速差為n= ，則旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是以n的相對(duì)轉(zhuǎn)速切割轉(zhuǎn)子繞組。對(duì)于繞線式異步電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子與定子有相同的相數(shù)和極對(duì)數(shù)，所以

5、，在轉(zhuǎn)子電路中產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)和電流的頻率為：（ ）0nn1111126060)(60fsnnnpnnnpnpf01016060pnfnfp轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì) 相對(duì)于轉(zhuǎn)子本身的轉(zhuǎn)速為/021200006060nnffnsn snnnnppn 2F轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì) 相對(duì)于定子本身的轉(zhuǎn)速為2F200nnnnnnn 與 在空間保持相對(duì)靜止，兩者之間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)。2F1F（二）磁動(dòng)勢(shì)平衡氣隙中合成磁勢(shì)為：120mmmFFFF12()mFFF 主主磁通 分別與定、轉(zhuǎn)子繞組交鏈，產(chǎn)生： 1、定子繞組每相基波感應(yīng)電勢(shì)的有效值為：式中N1、kw1分別為定子每相繞組的串聯(lián)匝數(shù)和基波繞組系數(shù)。2、轉(zhuǎn)子繞組每相基波感應(yīng)電勢(shì)的有效值為

6、： 式中N2、kw2分別為轉(zhuǎn)子每相繞組的串聯(lián)匝數(shù)和基波繞組系數(shù)。11114.44wmEjf N k 2s2221224.444.44wmwmEjf N kjf N ks （三）電磁關(guān)系m此外，定子、轉(zhuǎn)子電流 和 分別產(chǎn)生漏電動(dòng)勢(shì)111114.44wEjf N k 2 s222212224.444.44wswsEjf N kjf N ks1I2I異步電動(dòng)機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系11111 1112s222 222mmssxxxxxxxxxxxxxxEUII rxvcccFEFEFII rEccc 111mmm0.92wN kFIp22222m0.92wN kFIp二、基本方程式（一）磁動(dòng)勢(shì)平衡方程

7、式12mFFF11111m0.92wN kFIp11221112112mmmm222wwwN kN kN kIIIppp22212m111mwwN kIIImN k/12m1m2/2111222()1iwiwIIIIIIIkm N kkm N k 異步電動(dòng)機(jī)的電流比（二）電動(dòng)勢(shì)平衡方程式1111 12222() ()()()ssUEEI rEEI rR 其中，1()m mm mmEI ZI rjx11 1222ssEjI xEjI x2222212224.444.44swwEf N ksf N k21221222222,4.44.wsfsfffEf N kEEsE1當(dāng)轉(zhuǎn)子不動(dòng)

8、時(shí)，n=0，s=1，用表示轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)漏電動(dòng)勢(shì)的有效值則轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的漏電動(dòng)勢(shì)222222,2ssxf LxvvvvvsEE s同理 1111 111 11 111 1222222112()()1smmmmmmiUEEI rEjI xI rEI zEE sIrRjI x sEIrjxI ZIIIk 1111 12222() ()()()ssUEEI rEEI rR 異步電動(dòng)機(jī)負(fù)載時(shí)的方程式為：異步電動(dòng)機(jī)負(fù)載時(shí)的方程式為：5-2 三相異步電動(dòng)機(jī)的等效電路及相量圖三相異步電動(dòng)機(jī)的等效電路及相量圖n 與變壓器相似，異步電動(dòng)機(jī)定、轉(zhuǎn)子之間沒(méi)有電的聯(lián)系，只有磁的耦合。為了工程計(jì)算方便，在不改變電動(dòng)

9、機(jī)的電磁性能的條件下，將無(wú)電的聯(lián)系的定、轉(zhuǎn)子電路變換成純電路的等值電路，就要進(jìn)行轉(zhuǎn)子繞組的歸算。異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子頻率 與定子頻率 不同，進(jìn)行歸算時(shí)，除了和變壓器一樣要進(jìn)行繞組歸算以外，必須先將頻率歸算。1f2f（一）頻率歸算（一）頻率歸算 所謂頻率歸算就是指保持整個(gè)電磁系統(tǒng)的電磁性能不變，把一種頻率的參數(shù)及有關(guān)物理量換算成另一種頻率的參數(shù)及有關(guān)物理量。就異步電動(dòng)機(jī)而言，須將轉(zhuǎn)子電路中的參數(shù)歸算為定子頻率下的參數(shù)。n轉(zhuǎn)子繞組頻率折算的目的：轉(zhuǎn)子繞組頻率折算的目的： 把定、轉(zhuǎn)子兩個(gè)不同頻率的電路轉(zhuǎn)換成同一頻率的電路。n轉(zhuǎn)子繞組頻率的折算方法：轉(zhuǎn)子繞組頻率的折算方法： 用一個(gè)等效的靜止轉(zhuǎn)子代替實(shí)際轉(zhuǎn)

10、動(dòng)的轉(zhuǎn)子。（ ）n等效原則：等效原則： 1、保持轉(zhuǎn)子磁勢(shì)F2的不變（轉(zhuǎn)速、幅值、空間位移角）即保持2大小、相位不變。 2、等效的轉(zhuǎn)子電路的電磁性能不變（有功功率、無(wú)功功率、銅耗）222220.92wN kmFIp2121,1fsfffs若想即頻率折算：n式中2、2s、x2s分別為異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子的每相電流、電勢(shì)和漏阻抗，它們的頻率為2；n 、2、x2分別為異步電動(dòng)機(jī)靜止時(shí)的轉(zhuǎn)子每相電流、電勢(shì)和漏阻抗，它們的頻率為 1。2222222/2222ssEsEIrjxrjsxEIrjxs/2I222222222222222222(/ )()SEEIIrsxrx sxsxarctgarctgrrs而

11、 的有效值和相位角均與 相等。/2I2I所以要用靜止的轉(zhuǎn)子電路代替實(shí)際的轉(zhuǎn)子電路，除改變與頻率有關(guān)的參數(shù)和電動(dòng)勢(shì)外，只要用 去代替 ，就可達(dá)到保持 不變的目的。2/rs2r22IF、說(shuō)明：n只要用r2/s 代替r2 ，就可使轉(zhuǎn)子電流的大小和相位保持不變，即轉(zhuǎn)子磁勢(shì)的大小和空間相位保持不變，實(shí)現(xiàn)用靜止電路代替實(shí)際旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子電路。電阻r2/s 稱為等效靜止轉(zhuǎn)子電阻，也可表示成： n (3-36)n式中 稱為附加電阻。2221rssrsr21rss分析n頻率折算后，轉(zhuǎn)子回路電阻由兩部分組成，第一部分r2是轉(zhuǎn)子繞組一相的實(shí)際電阻，其上產(chǎn)生的損耗就是轉(zhuǎn)子電路的銅損 ；第二部分 是附加電阻，其上產(chǎn)生的損耗

12、 是虛擬損耗，實(shí)際轉(zhuǎn)子中并不 存在，但它卻是表征實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子的總機(jī)械功率。2222rIm21rss22221rssIm頻率折算后異步機(jī)的等值電路 經(jīng)頻率折算后的異步電動(dòng)機(jī)等值電路n轉(zhuǎn)子繞組折算的方法轉(zhuǎn)子繞組折算的方法是： 用一個(gè)相數(shù)為m1、匝數(shù)為N1kw1的繞組，代替原來(lái)的轉(zhuǎn)子繞組（轉(zhuǎn)子繞組原來(lái)的相數(shù)為m2，匝數(shù)為N2kw2）。（二）繞組歸算（二）繞組歸算n根據(jù)折算前后電動(dòng)機(jī)磁勢(shì)平衡關(guān)系不變的原則，有： n則： 為異步電動(dòng)機(jī)的電流比。222221119 . 029 . 02IpkNmIpkNmww2211122221IkIkNmkNmIiww222111wwikNmkNmk 轉(zhuǎn)子電流n由轉(zhuǎn)子

13、總視在功率保持不變，得出：n式中ke為電勢(shì)比： 轉(zhuǎn)子電勢(shì)2211wwekNkNk /122222/1122222wewm E Im E IN kEEk EN k212222111112211114.444.441wmwwmwwwebbbbbbbbbbbbbbbEjf N kN kjf N kN kN kEEN kbk 又因?yàn)?1122211221weeweN kEEk EkEEN kk所以轉(zhuǎn)子電阻、轉(zhuǎn)子電抗、轉(zhuǎn)子漏阻抗/2/21 2222 2/1111122222222wweiwwm I rm I rN km N krrk k rN km N k222222rkkrxkkxzkkzieieie

14、（三）基本方程式、等值電路、相量n折算后的基本方程式111 1/22 2222 22 2/12/12111()mm mUEI zssEI rIjxI rI zssIIIEEEI z /2（） （r）（）等值電路n轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的T形等值電路討論1n當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)空載時(shí)： 等值電路中的轉(zhuǎn)子回路相當(dāng)于開(kāi)路，轉(zhuǎn)子電流為 因此功率因數(shù)很低。 2010rsssnn，/210mIII，討論2n當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)：n這時(shí)的轉(zhuǎn)子電流主要由 決定，轉(zhuǎn)子電路基本上為電阻性電路，所以電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)較高。22222222)(.060.015xsrEIxrsssssnnNNN，而），（一般，sr2討論3n當(dāng)異

15、步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)瞬間：n 電動(dòng)機(jī)沒(méi)有輸出， 相當(dāng)于短路，這時(shí)啟動(dòng)電流（堵轉(zhuǎn)電流）都很大，功率因數(shù)也較低。，01102rsssn21rss討論4n異步發(fā)電機(jī)運(yùn)行異步電機(jī)作發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速0,0/,nnss /2此 時(shí) 附 加 電 阻 (1-s)r是 負(fù) 值其 代 表 的 機(jī) 械 功 率 也 是 一 個(gè) 負(fù) 值 ,即 這 時(shí) 是 輸 入 機(jī) 械 功 率 .討論5n異步電機(jī)作電磁制動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行異步電機(jī)處于電磁制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)子反旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向旋轉(zhuǎn)，即轉(zhuǎn)差率S1,產(chǎn)生的機(jī)械功率也是負(fù)值,表明異步電機(jī)吸收電功率的同時(shí)吸收機(jī)械功率,對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)起制動(dòng)作用.異步電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)化等值電路n為了簡(jiǎn)化計(jì)算，將T形等值電路中

16、的勵(lì)磁支路左移到輸入端，使電路簡(jiǎn)化成單純的并聯(lián)電路作業(yè)：作業(yè)：5-13、5-17思考題：思考題：5-5-5、5-7 5-3 三相異步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩三相異步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩一、功率轉(zhuǎn)換過(guò)程一、功率轉(zhuǎn)換過(guò)程 異步電動(dòng)機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)，由電源供給、異步電動(dòng)機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)，由電源供給、從定子繞組輸入的電功率從定子繞組輸入的電功率P1，一小部分消耗，一小部分消耗在定子電阻銅耗在定子電阻銅耗Pcu1和定子鐵心鐵耗和定子鐵心鐵耗PFe上，上，余下的大部分電功率借助于氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)由余下的大部分電功率借助于氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)由定子傳送到轉(zhuǎn)子，這部分功率就是異步電動(dòng)定子傳送到轉(zhuǎn)子，這部分功率就是異步電動(dòng)機(jī)的電磁功率機(jī)的

17、電磁功率Pem，Pem傳送到轉(zhuǎn)子后，必伴傳送到轉(zhuǎn)子后，必伴生轉(zhuǎn)子電流，電流在轉(zhuǎn)子繞組中通過(guò)，在轉(zhuǎn)生轉(zhuǎn)子電流，電流在轉(zhuǎn)子繞組中通過(guò)，在轉(zhuǎn)子電阻上產(chǎn)生轉(zhuǎn)子銅耗子電阻上產(chǎn)生轉(zhuǎn)子銅耗Pcu2， 剩下的全部轉(zhuǎn)換成使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的總機(jī)剩下的全部轉(zhuǎn)換成使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的總機(jī)械功率，用械功率，用Pmec表示，而總機(jī)械功率中扣除電表示，而總機(jī)械功率中扣除電動(dòng)機(jī)因旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的機(jī)械摩擦損耗動(dòng)機(jī)因旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的機(jī)械摩擦損耗pmec以及成以及成因較復(fù)雜的附加損耗因較復(fù)雜的附加損耗p?之后，剩下的就是電之后，剩下的就是電動(dòng)機(jī)軸上輸出的機(jī)械功率，用動(dòng)機(jī)軸上輸出的機(jī)械功率，用P2表示。表示。n異步電動(dòng)機(jī)功率流程圖111

18、111 112211 1 11 1221 mm11cos3cos33CuFemmemCuFePmU IU Ipm I rI rpm I rI rPPppn二、功率平衡方程式二、功率平衡方程式n轉(zhuǎn)子側(cè)的功率平衡方程式：2212222222222222222cos3cos3313(1)emCuemmecemCuemmecmecrPm E IE IIspI rsPsPPpIrs PsPPpp 附加損耗np? 為附加損耗，一般很難用公式計(jì)算，通常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估算，對(duì)于大型異步電動(dòng)機(jī)約為0.5%PN；對(duì)于中、小型異步電動(dòng)機(jī)約為(13)%PN。值得一提的是，由于轉(zhuǎn)子鐵芯中的磁通變化頻率f2在電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)很

19、低，轉(zhuǎn)子鐵損很小，故可忽略不計(jì)。三、轉(zhuǎn)矩平衡方程式n電磁轉(zhuǎn)矩T為總機(jī)械功率Pmec除以轉(zhuǎn)子機(jī)械角速度，所以有：n轉(zhuǎn)矩平衡方程式為： (3-56) nT2=P2/為電動(dòng)機(jī)軸上輸出轉(zhuǎn)矩；nT0=(pmec+ p? )/為電動(dòng)機(jī)的空載轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩的單位為：牛米（Nm）。2mecmecPppP20emTTT各轉(zhuǎn)矩表達(dá)式n 為同步機(jī)械角速度。000022220(1)9.559.552(1)609.552609.55260mecememememmecmecmecmecPs PPPPPTnsnnPPPTnnppppppTnn00260n 四、電磁轉(zhuǎn)矩公式四、電磁轉(zhuǎn)矩公式22221111221111122211

20、coscos22cos)(4.44602cosICIkNpmpfIkNfmnIEmPTmTmwmwem5-4 異步電動(dòng)機(jī)工作特性及參數(shù)測(cè)定異步電動(dòng)機(jī)工作特性及參數(shù)測(cè)定n1.異步電動(dòng)機(jī)工作特性 工作特性，它能反映異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行情況，是合理選擇、使用電動(dòng)機(jī)的依據(jù)。異步電動(dòng)機(jī)的工作特性是指電動(dòng)機(jī)在額定電壓U1N、額定頻率1N運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n、定子電流I1、定子功率因數(shù)cos1、磁轉(zhuǎn)矩T、效率隨輸出功率P2的變化曲線。曲線 三相異步電動(dòng)機(jī)工作性（1）轉(zhuǎn)速特性n=(P2)n定性分析： 異步電動(dòng)機(jī)空載時(shí)，轉(zhuǎn)速nn0當(dāng)隨著負(fù)載P2增大轉(zhuǎn)速n略降轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)E2s增大轉(zhuǎn)子電流I2s增大電磁轉(zhuǎn)矩增大以平衡負(fù)

21、載轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)速特性n=(P2)如圖曲線1所示為一條略微下降的曲線。（2）定子電流特性I1=(P2)n定性分析： 異步電動(dòng)機(jī)空載時(shí)，轉(zhuǎn)速n n0 ，轉(zhuǎn)差率s0，轉(zhuǎn)子電流I20，I1Im較小，當(dāng)隨著負(fù)載P2增大轉(zhuǎn)子n下降轉(zhuǎn)子電流I2增大定子電流I1增大以補(bǔ)償轉(zhuǎn)子電流所產(chǎn)生磁勢(shì)的影響，維持磁勢(shì)平衡。定子電流特性I1=(P2)如圖曲線2所示為一條由Im 開(kāi)始逐漸上升的曲線。（3）定子功率因數(shù)特性cos1=(P2)n定性分析： 異步電動(dòng)機(jī)空載時(shí)，由于空載電流中主要是無(wú)功電流分量，此時(shí)的功率因數(shù)很低，cos1=cos00.2左右，當(dāng)隨著負(fù)載P2增大定子電流I1有功電流分量增大功率因數(shù)提高，直至P2=PN，功

22、率因數(shù)達(dá)最高cos1=cos1max；當(dāng)負(fù)載P2PN繼續(xù)增大轉(zhuǎn)差率s增大轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)與電流的相位角2增大定子功率因數(shù)cos1開(kāi)始減小。定子功率因數(shù)特性cos1=(P2)如圖曲線3所示的曲線。（4）輸出轉(zhuǎn)矩特性T2=(P2)n定性分析： 異步電動(dòng)機(jī)空載時(shí)，輸出轉(zhuǎn)矩Tem=T0，當(dāng)負(fù)載P2增大，由于轉(zhuǎn)速變化不大，P2Tem輸出轉(zhuǎn)矩隨著P2增大而增大，輸出轉(zhuǎn)矩特性Tem=(P2)如圖曲線4所示為一條過(guò)原點(diǎn)的近似直線的曲線。2200emPTTTTn三相異步電動(dòng)機(jī)的效率為：n異步電動(dòng)機(jī)的總損耗：%100)1 (%100%10021112pPpPpPPPadmCuFeCupppppp21（5）效率特性=(

23、P2)效率特性 空載時(shí)，輸出功率P2=0，所以效率=0，當(dāng)隨著負(fù)載P2增大效率增大，普通異步電動(dòng)機(jī)在P2=0.75時(shí)效率最大=max；當(dāng)負(fù)載P2繼續(xù)增大效率反而下降，效率特性=(P2)如圖曲線5所示的曲線。n定性分析：n 異步電動(dòng)機(jī)從空載到負(fù)載運(yùn)行時(shí)，主磁通m和轉(zhuǎn)速n變化較小，所以鐵損pFe和機(jī)械損耗pmec變化很小，這兩種損耗之和是異步電動(dòng)機(jī)的不變損耗，而定、轉(zhuǎn)子銅損pCu與負(fù)載電流平方成正比，它隨負(fù)載變化而變化，是異步電動(dòng)機(jī)的可變損耗。與變壓器相似，當(dāng)不變損耗與可變損耗相等時(shí)，效率為最高。n 說(shuō)明：n對(duì)中、小型異步電動(dòng)機(jī)，工作特性可用直接負(fù)載法測(cè)出，對(duì)大容量異步電動(dòng)機(jī)由于受設(shè)備等因數(shù)的限制

24、，工作特性的取得可通過(guò)空載、短路實(shí)驗(yàn)測(cè)出電動(dòng)機(jī)參數(shù)，再利用等值電路計(jì)算求得。 5-5 異步電動(dòng)機(jī)參數(shù)測(cè)定異步電動(dòng)機(jī)參數(shù)測(cè)定n（1）空載試驗(yàn)n試驗(yàn)時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)定子通過(guò)調(diào)壓器接三相交流電源，轉(zhuǎn)子軸上不帶負(fù)載，加額定電壓使電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在空載狀態(tài)，穩(wěn)定運(yùn)行一段時(shí)間后，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械損耗達(dá)到穩(wěn)定值，然后調(diào)節(jié)調(diào)壓器使定子電壓從(1.11.3)UN開(kāi)始，逐漸下調(diào)直至電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速有明顯變化為止，注意試驗(yàn)時(shí)一定要含U1N這一點(diǎn)。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)作出P0=(U1)和I0=(U1)曲線。三相異步電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)接線圖三相異步電動(dòng)機(jī)空載特性說(shuō)明1n由于電動(dòng)機(jī)空載時(shí)，轉(zhuǎn)速nn0，轉(zhuǎn)子電流I20，轉(zhuǎn)子銅損pCu0，可忽略轉(zhuǎn)子銅損，這時(shí)

25、電動(dòng)機(jī)的空載損耗為：n在輸入功率P0中扣除定子銅損后，剩下的功率為P0，則有：n式中有三部分：鐵損、機(jī)械損耗和附加損耗，其中機(jī)械損耗pm只與轉(zhuǎn)速大小有關(guān)，而與電壓U1大小無(wú)關(guān)。admFeadmFeCuppprImppppP120110admFeCuppppPP100說(shuō)明2n鐵損pFe和空載附加損耗pad則與磁通的平方成正比，即與U12成正比。為了從P0中分離機(jī)械損耗pm，作P0=(U12)曲線，將圖中的曲線延長(zhǎng)與縱坐標(biāo)軸相交與0點(diǎn)，再通過(guò)0點(diǎn)作與橫坐標(biāo)軸的水平虛線，將與電壓無(wú)關(guān)的機(jī)械損耗pm從P0中分離，虛線之上是pFe+pad，虛線之下是pm。若想精確測(cè)得勵(lì)磁參數(shù)，還需將鐵損和空載附加損耗分

26、離。一般可近似認(rèn)為：FeadFemCupppppP10n電動(dòng)機(jī)空載時(shí)，轉(zhuǎn)速nn1，轉(zhuǎn)差率s0， “T”形等值電路中的附加電阻 ，轉(zhuǎn)子可認(rèn)為開(kāi)路，這樣就有： n式中r1為定子電阻，可用電橋測(cè)得；x1為定子漏電抗，可從堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)測(cè)得。221010mmmmmxrzrrrxxx說(shuō)明3n根據(jù)電壓U1=U1N時(shí)，測(cè)得的空載試驗(yàn)數(shù)據(jù)P0和I0可計(jì)算參數(shù)：n式中U1N、I10分別為額定相電壓和相電流；P0為測(cè)得的三相功率；P0、I0應(yīng)取額定電壓所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。1m1010Fem21022mmm3NUxxxIPrIzxr三相異步電動(dòng)機(jī)的P0=f(U12)曲線三相異步電動(dòng)機(jī)短路特性n（2）短路試驗(yàn)n短路試驗(yàn)是在電動(dòng)機(jī)

27、轉(zhuǎn)子堵住不轉(zhuǎn)動(dòng)的條件下進(jìn)行的，故又稱堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)。試驗(yàn)接線與空載實(shí)驗(yàn)相同，只是電流表和功率表的電流線圈量程要變大，對(duì)于繞線式轉(zhuǎn)子，應(yīng)將轉(zhuǎn)子繞組短路。堵轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)可測(cè)得短路參數(shù)（rk、xk、zk）、定轉(zhuǎn)子銅損。試驗(yàn)時(shí)，由于轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)，加在定子繞組上的電壓要降低，與變壓器短路試驗(yàn)相似，n根據(jù)堵轉(zhuǎn)時(shí)的等值電路，機(jī)械損耗pm=0，鐵損pFe和附加損耗pad都很小，可忽略，則輸入功率Pk都消耗在定、轉(zhuǎn)子的電阻上，即： n式中rk=r1+r2為短路電阻，從而有： kkkkrIrrImP221213)(221223kkkkkkkkkkrzxIUzrrrIPr、n對(duì)于大、中型異步電動(dòng)機(jī)，一般可近似認(rèn)為： 第十章第十章

28、三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 及各種運(yùn)行狀態(tài)及各種運(yùn)行狀態(tài)本章教學(xué)目的：本章教學(xué)目的：1、掌握異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的三種表達(dá)式、掌握異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的三種表達(dá)式2、掌握異步電動(dòng)機(jī)固有機(jī)械特性與人為機(jī)械、掌握異步電動(dòng)機(jī)固有機(jī)械特性與人為機(jī)械特性及曲線畫(huà)法特性及曲線畫(huà)法3、掌握異步電動(dòng)機(jī)的各種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)計(jì)算、掌握異步電動(dòng)機(jī)的各種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)計(jì)算4、掌握調(diào)速及制動(dòng)電阻計(jì)算、掌握調(diào)速及制動(dòng)電阻計(jì)算重點(diǎn)和難點(diǎn)：重點(diǎn)和難點(diǎn)：重點(diǎn)：重點(diǎn)：1、運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)及其制動(dòng)電阻計(jì)算、運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)及其制動(dòng)電阻計(jì)算 2、調(diào)速電阻計(jì)算、調(diào)速電阻計(jì)算難點(diǎn)：難點(diǎn)：1、運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)分析及其制動(dòng)電阻、運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)分析及其制動(dòng)電阻 計(jì)算

29、計(jì)算 2、調(diào)速電阻推導(dǎo)公式、調(diào)速電阻推導(dǎo)公式 10-1 異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性n三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是指在電動(dòng)機(jī)定子電壓、頻率以及繞組參數(shù)一定的條件下，電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)差率的關(guān)系，即n=(T)或s=(T)。n機(jī)械特性可用函數(shù)表示，也可用曲線表示，用函數(shù)表示時(shí)，有三種表達(dá)式：物理表達(dá)式、參數(shù)表達(dá)式和實(shí)用表達(dá)式。1.異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性三種表達(dá)式n（1）物理表達(dá)式n電磁轉(zhuǎn)矩為：22221111221111122211coscos22cos)(4.44602cosICIkNpmpfIkNfmnIEmPTmTmwmwem分析物理表達(dá)式n異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩系數(shù)：n轉(zhuǎn)子電流折算值：n

30、轉(zhuǎn)子功率因數(shù)： 物理表達(dá)式它反映了不同轉(zhuǎn)速時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩T與主磁通m以及轉(zhuǎn)子電流有功分量I2cos2之間的關(guān)系，此表達(dá)式一般用來(lái)定性分析在不同運(yùn)行狀態(tài)下的轉(zhuǎn)矩大小和性質(zhì)。2111wTkNpmC 222222)(cosxsrsr（2）參數(shù)表達(dá)式n異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T與定子每相電壓U1平方成正比，若電源電壓波動(dòng)大，會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)矩造成很大影響。221221121122211232xxsrrfsrpUpfsrImPTem機(jī)械特性曲線n在電壓、頻率及繞組參數(shù)一定的條件下，電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)差率s之間的關(guān)系可用曲線表示如圖所示。異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性最大轉(zhuǎn)矩Tmn最大轉(zhuǎn)矩Tm是T=（s）的極值點(diǎn)，最大轉(zhuǎn)矩為：n最大轉(zhuǎn)矩對(duì)

31、應(yīng)的臨界轉(zhuǎn)差率為：兩式中“+”為電動(dòng)狀態(tài)（特性在第象限）；“-”為制動(dòng)狀態(tài)（特性在第象限）。221211121)(43xxrrfpUTm221212)(xxrrsm最大轉(zhuǎn)矩近似表達(dá)式n通常情況下， 可忽略r1，則有：n最大轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比值稱為過(guò)載倍數(shù)，其值大小反映電動(dòng)機(jī)過(guò)載能力，用m表示，即：n一般異步電動(dòng)機(jī)過(guò)載倍數(shù)m=1.52.2。22121)(xxr)(4321121212xxfpUTxxrsmmNmmTT起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tstn起動(dòng)瞬間n=0或s=1時(shí)，電動(dòng)機(jī)相當(dāng)于堵轉(zhuǎn)，這一時(shí)刻的電磁轉(zhuǎn)矩稱為起動(dòng)轉(zhuǎn)矩或堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，用Tst表示，則有：n起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比值稱為起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)或堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)，用

32、kst表示，則有：n一般普通異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)為0.81.2。221221122123xxrrfrpUTstNststTTk（3）實(shí)用表達(dá)式n實(shí)用表達(dá)式：n認(rèn)為 ，一般異步電動(dòng)機(jī)的 ，在任何s值時(shí)都有： ，而 ， 可以忽略，簡(jiǎn)化得：ssrsrssrsrsrsrrsrssrrrTTmmmmmmm2121222212222122122221rr2 . 01 . 0 ms0)(2mss2ssssmm22msssssTTmmm2臨界轉(zhuǎn)差率n臨界轉(zhuǎn)差率：n當(dāng)拖動(dòng)額定負(fù)載時(shí)，TL=TN臨界轉(zhuǎn)差率為：n額定轉(zhuǎn)矩為：n從產(chǎn)品目錄查出該異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)PN、nN、m應(yīng)用實(shí)用公式就可方便得出機(jī)械特性表達(dá)式。1

33、2LNmLNmmTTTTss12mmNmss)(min)/()(55. 92mNrnWPTTNNNN2.固有機(jī)械特性n異步電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性是指U1=U1N， 1=1N，定子三相繞組按規(guī)定方式連接，定子和轉(zhuǎn)子電路中不外接任何元件時(shí)測(cè)得的機(jī)械特性n =（T）或T=（s）曲線。n對(duì)于同一臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)有正轉(zhuǎn)（曲線1）和反轉(zhuǎn)（曲線2）兩條固有機(jī)械特性。三相異步電動(dòng)機(jī)固有機(jī)械特性說(shuō)明特性上的各特殊點(diǎn)1n(1)同步轉(zhuǎn)速點(diǎn)A 同步轉(zhuǎn)速點(diǎn)又稱理想空載點(diǎn)，在該點(diǎn)處：s=1，n=n1，T=0，E2s=0，I2=0，I1=I0，電動(dòng)機(jī)處于理想空載狀態(tài)。n(2)額定運(yùn)行點(diǎn)B 在該點(diǎn)處：n=nN，T=TN，I1=I1

34、N，I2=I2N，P2=PN，電動(dòng)機(jī)處于額定運(yùn)行狀態(tài)。說(shuō)明特性上的各特殊點(diǎn)2n(3)臨界點(diǎn)C 在該點(diǎn)處：s=sm，T=Tm，對(duì)應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩是電動(dòng)機(jī)所能提供的最大轉(zhuǎn)矩。Tm是異步電動(dòng)機(jī)回饋制動(dòng)狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的最大轉(zhuǎn)矩，若忽略r1的影響時(shí)，有T m=Tm。n(4)起動(dòng)點(diǎn)D 在該點(diǎn)處：s=1，n=0，T=Tst，I=Ist。3.人為機(jī)械特性n異步電動(dòng)機(jī)的人為機(jī)械特性是指人為改變電動(dòng)機(jī)的電氣參數(shù)而得到的機(jī)械特性。n由參數(shù)表達(dá)式可知，改變定子電壓U1、定子頻率f1、極對(duì)數(shù)p、定子回路電阻r1和電抗x1、轉(zhuǎn)子回路電阻r2和電抗x2，都可得到不同的人為機(jī)械特性。（1）降低定子電壓的人為機(jī)械特性n在參數(shù)表達(dá)式中，保持其它參數(shù)不變，只改變定子電壓U1的大小，可得改變定子電壓的人為機(jī)械特性。n討論電壓在額定值以下范圍調(diào)節(jié)的人為特性（為什么？）降電壓人為機(jī)械特性曲線nTmU12；TstU12；n1和sm與電壓無(wú)關(guān)TL1-恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性、TL2-風(fēng)機(jī)類負(fù)載特性分析1：n定子電壓U1下降后，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和臨界轉(zhuǎn)矩都明顯降低，對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，如原先運(yùn)行在A點(diǎn)，電網(wǎng)電壓由于某種原因降低，使負(fù)載運(yùn)行至B點(diǎn)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n下降，