【正文】 電動機 T形等值電路 異步電動機 簡化等值電路 三相異步電動機負(fù)載運行 123 異步電動機的相量圖 異步電動機的相量圖與變壓器副邊接入純電阻負(fù)載時的相量圖相似，如 圖 。 從相量圖可見，定子電流 滯 后外加電壓 一個 角，故三 相異步電動機對電源來講是一 個感性負(fù)載，它從電網(wǎng)吸收來 的功率絕大部分消耗在轉(zhuǎn)子電 路中的模擬機械負(fù)載的等效電 阻 上，它是一有功分 量，另一小部分功率是異步電 動機建立磁場所需的無功分量。 1I?1U?1?SrS 2)1( ??圖 異步電動機相量圖 三相異步電動機負(fù)載運行 124 利用等值電路計算異步電動機運行特性時，必須首先知道電機的激磁參數(shù) 、 和短路參數(shù) 、 、 、 這些參數(shù)可通過空載試驗和短路試驗求得。 空載試驗 1 空載試驗的目的 測空載時的 I0、 P0，求得異步電動機的激磁參數(shù) 、 、 ，機械損耗 和鐵耗 。 三相異步電動機參數(shù)的測定 mr mX 1r 2r? 1X2X?mr mXmZ jP FeP 三相異步電動機負(fù)載運行 125 圖 三相異步電動機空載試驗接線圖 三相異步電動機負(fù)載運行 126 圖 異步電動機空載特性 圖 鐵耗和機械損耗的分離 三相異步電動機負(fù)載運行 127 圖 三相異步電動機負(fù)載運行 128 4 激磁參數(shù)的計算 根據(jù)空載試驗，取 時的 和 ，可求得： 式中 U0 —— 相電壓 ,V ； I0 —— 相電流 ,A ； P0 —— 一相的功率 ,W 。 NUUU ?? 10 0I 0P0010 IUZZZ m ???)( 202210 ImPrrr m ???202022 rZXXX m ????() 三相異步電動機負(fù)載運行 129 空載時， s≈0， I≈0， (1s)r2/s→∞ ，轉(zhuǎn)子可認(rèn)為開路，可求出激磁參數(shù)。 式 ()中的電壓、電流、阻抗均為一相之值，計算時應(yīng)特別注意。 10 XXX m ??)( 201 ImPr Fem ?22mmm XrZ ??() 三相異步電動機負(fù)載運行 130 圖 圖 三相異步電動機負(fù)載運行 131 三相異步電動機短路試驗接線圖 圖 異步電動機短路特性 三相異步電動機負(fù)載運行 132 圖 三相異步電動機負(fù)載運行 133 于是可得短路參數(shù)： 定子電阻 可直接 測得，那么 一般 1r12 rrr k ???kkk IUZ ?)( 2121 kkk ImPrrr ????2221 kkk rZXXX ?????12 rrr k ???212 kXXX ???圖 異步電動機短路等效電路 三相異步電動機負(fù)載運行 134 異步電動機功率及損耗 異步電動機運行時，定子從電網(wǎng)吸收電功率，通過氣隙旋轉(zhuǎn)磁場的作用，轉(zhuǎn)子向拖動的機械負(fù)載輸出機械功率。異步電動機在能量轉(zhuǎn)換過程中不可避免地會產(chǎn)生各種損耗，可用異步電動機 T形等值電路中電流流經(jīng)各電阻產(chǎn)生的損耗來表示，如 圖 。根據(jù)能量守恒定律，輸入功率應(yīng)等于輸出功率加上總損耗，則 三相異步電動機功率和轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系 功率平衡關(guān)系 三相異步電動機功率和轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系 135 圖 功率、損耗分布電路 三相異步電動機功率和轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系 136 (1) 電動機輸入功率 (2) 定子銅耗 (3) 定子鐵耗 因正常運行時轉(zhuǎn)子頻率很小，轉(zhuǎn)子鐵耗 PFe很小，常忽略不計。 (4) 電磁功率 11111111 c o s3c o s ?? LL IUIUmP ??12111 rImP cu ?mFeFeFeFe rImPPPP 202221 ????22212221 c o s ?IEmSrImP M ??????（ ） （ ） （ ） （ ） 三相異步電動機功率和轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系 137 (5) 轉(zhuǎn)子銅耗 (6) 轉(zhuǎn)軸上的總機械功率 (7) 電動機軸上輸出的機械功率 (8) 空載損耗 222222212 rImrImP cu ????SSrImPPPP sj )1(22212 ????????11111112 c o s3c o s ???? LL IUIUmp ??sj PPP ??0（ ） （ ） （ ） （ ） 三相異步電動機功率和轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系 138 式中 U1—— 相電壓 ,V； I1—— 相電流 ,A； U1L—— 線電壓 ,V； I1L—— 線電流 ,A。 —— 轉(zhuǎn)子折算后的相電動勢； —— 與 的相位差角； Pj —— 機械損耗，指電機旋轉(zhuǎn)時軸承的摩擦和空 氣阻力產(chǎn)生的損耗； Ps —— 附加損耗。 1?2E?1U? 1I? 三相異步電動機功率和轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系 139 異步電動機功率平衡關(guān)系 1 功率平衡方程式 圖 ，可從圖中得出功率平衡方程式為： 02 PPP ?? ?2cuM PPP ???FecuM PPPP ??? 11sj PPP ??0（ ） 圖 異步電動機功率流程示意圖 三相異步電動機功率和轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系 140 2 功率間的關(guān)系 上式表明：通過氣隙傳遞給轉(zhuǎn)子的電磁功率 Pem，一部分轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械功率 ，另一部分轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)子銅耗 又稱轉(zhuǎn)差功率。電機正常運行時s較小 ， 很小 ,效率較高。 MPSP )1( ???Mcu SPP ?2)~( ?NS 2cuPSSrrPP Mcu ???? 222SSrrS SPP M ?????? 11 22?)()1(2 SSPP cu ??? 三相異步電動機功率和轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系 141 當(dāng)異步電動機穩(wěn)定運行時，電動機產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩 T起驅(qū)動作用，它與電動機的空載制動轉(zhuǎn)矩 T0和負(fù)載的反作用轉(zhuǎn)矩 T2相平衡，即 （ ） 也可根據(jù)異步電動機的功率平衡方程式 左右兩邊同除以轉(zhuǎn)子的機械角速度 ω，得到轉(zhuǎn)矩平衡方程式。 式中 T —— 電動機電磁轉(zhuǎn)矩，起拖動作用， 20 TTT ??20 PPP M E C ??nPPT M E CM E C ?? ? 異步電動機轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系 三相異步電動機功率和轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系 142 T0 —— 電動機空載轉(zhuǎn)矩，起制動作用， 。 T2 —— 電動機輸出機械轉(zhuǎn)矩，它的大小與負(fù)載轉(zhuǎn)矩 TL 相等 (T2 = TL)，但方向相反， TL起制動作用 , 。 T也可從電磁功率中導(dǎo)出。根據(jù)機械角速度 ω=2πn/60,同步角速度 ω1=2πn1/60， n=(1s)n1,則 ω=(1s)ω nPPT 000 ?? ?nPPT 222 ?? ?)(11)1( ???emM E CM E C PSPPT ???? 三相異步電動機功率和轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系 143 可見， T 與 PM 成正比。電磁轉(zhuǎn)矩既等于機械功率 除以機械角速度 ω，同時它也等于電磁功率 PM 除以同步角速度 ω1。 【 例 】 一臺三相異步電動機額定數(shù)據(jù)為 : PN =11 kW， UN =380 V， ， ， Ps=30 W。求額定運行時： (1) 轉(zhuǎn)差率 ； (2) 電磁功率 ； (3) 電磁轉(zhuǎn)矩 ； (4) 轉(zhuǎn)子銅耗 ； (5) 輸出轉(zhuǎn)矩 T2 ； (6) 空載轉(zhuǎn)矩 T0 。 ?Pm in/.1 4 5 9 rn N ? Hzf 501?WP j 11 0?NSemPNT2cuP 三相異步電動機功率和轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系 144 異步電動機的工作特性 三相異步電動機功率和轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系 145 圖 異步電動機工作特性曲線 三相異步電動機功率和轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系 146 圖 圖 三相異步電動機功率和轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系 147 圖 三相異步電動機功率和轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系 148 圖 三相異步電動機功率和轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系 149 單相異步電動機是由單相交流電源供電的異步電動機，可直接用于市電。由于它具有結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉、運行可靠、振動小、噪聲低、維護方便等特點，因而廣泛應(yīng)用于電子儀器、醫(yī)療設(shè)備、教學(xué)儀器及家用電器等方面，如電風(fēng)扇、洗衣機、電冰箱、空調(diào)、吸塵器、微波爐、電動工具、水泵等設(shè)備中。但與同容量的三相異步電動機相比，單相異步電動機體積大、運行性能差，因此一般僅制成小容量的，功率從幾瓦到幾百瓦。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，單相異步電動機體積不斷縮小，性能不斷改善，目前我國生產(chǎn)的單相異步電動機功率可達幾千瓦。 單相異步電動機 單相異步電動機 150 單相異步電動機采用籠型轉(zhuǎn)子，定子繞組為單相工作繞組。但為起動的需要，定子還裝設(shè)有起動繞組，其作用是產(chǎn)生起動轉(zhuǎn)矩，一般只在起動時接入，起動后自動從電源上切除。也有一些單相異步電動機在運行時起動繞組也接入電源，這種電動機實質(zhì)上相當(dāng)于一臺兩相電動機。但由于它接在單相電源上，故仍稱為單相異步電動機。 圖 圖。 單相異步電動機 151 圖 單相異步電動機的結(jié)構(gòu) 單相異步電動機 152 單相異步電動機的脈振磁場 單相異步電動機定子上若只有一套主繞組 ，當(dāng)外加單相正弦交流電源后，便有單相正弦交流電流 流過，于是在氣隙中產(chǎn)生一脈振磁場。根據(jù)右手螺旋定則可得出磁場分布如 圖 (a)、 (b)所示。從圖中可見，任何時刻該磁場的軸線位置在空間并不移動，始終保持不變，只是磁場的大小和方向隨時間按正弦規(guī)律作周期性變化，如 圖 (c)所示，這樣的磁場稱為脈振磁場 (或稱交變磁場 )?？梢姡瑔蜗喈惒诫妱訖C的磁場與三相異步電動機的磁場截然不同，但是可以利用三相異步電動機原理來分析單相異步電動機的特點。 21 UU ?1I? 單相異步電動機工作原理 單相異步電動機 153 任一瞬間一個脈振磁場可分解為大小相等、轉(zhuǎn)速相同、轉(zhuǎn)向相反的兩個旋轉(zhuǎn)磁場 ，如 圖 (c)所示。每個旋轉(zhuǎn)磁場的磁通是恒定的，等于脈振磁通最大值的一半，即 。 凡與電動機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相同的磁場稱為正向旋轉(zhuǎn)磁場，以 表示；與電動機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反的磁場稱為逆向旋轉(zhuǎn)磁場，以 表示。 ?? ?? ?? 和2????? ????????圖 單相繞組產(chǎn)生的脈振磁場 (a) 正半周； (b) 負(fù)半周； (c) 脈振磁動勢變化曲線 單相異步電動機 154 （ ） 單相異步電動機 155 此時，對逆向磁場 而言，轉(zhuǎn)差率