【正文】 的相量圖如圖所示 電機與拖動教案 第四章 三相異步電動機 47三相異步電機的功率和轉矩 ? 一．功率平衡方程式 ? 三相異步電機以轉速ｎ穩(wěn)定運行時，定子繞組從電源輸入的電功率 為 ? 從等效電路可以看出， 的一小部分消耗于定子繞組銅損耗 ? 有一部分消耗于定子鐵芯的鐵損耗 ? 余下的大部分功率通過氣隙旋轉磁場，利用電磁感應作用由定子傳給轉子的全部功率，稱為電磁功率 ?c o s3 111 IUP ?1211 3 rIp cu ?1P1PmmFe rIp 23?emPFecuem PPPP ??? 11電機與拖動教案 第四章 三相異步電動機 等于轉子回路全部電阻上的損耗 ? 也可表示為 ? 轉子繞組的銅損耗 ? 又稱轉差功率 ? 轉子鐵損耗由于 很低，可以忽略不計。為此，電磁功率 減去轉子銅損耗 ，剩下的轉化為總機械功率 ，即 emP)1(33 39。239。2239。239。2239。2 rS SrISrIP em ????2222239。239。2 c o sc o s3 ?? IEmIEP em ??emcu SPrIP ?? 39。2239。22 32femP 2CuPmecpemCuemm e c PSPPP )1( ????電機與拖動教案 第四章 三相異步電動機 ? 總機械功率使電動機轉動，產生軸承摩擦和風阻損耗等機械損耗，另外，還有一些附加損耗，一般把 稱為電動機的空載損耗 ， 中扣除 即為軸上輸出的功率 ? 以上功率關系可用功率流程圖表示，由以上公式或功率流程圖可得電動機總的功率平衡方程式 ?? PPmec0P mecP 0P02 )( PPPPPP m e cm e cm e c ????? ?)( 21112 ????????? ? PPPPPPPPP m e cCuFeCu電機與拖動教案 第四章 三相異步電動機 異步電動機功率流程圖 電機與拖動教案 第四章 三相異步電動機 二、轉矩平衡方程式 ? 將功率關系式 ? 的兩邊同時除以轉子機械角速度 ，則得到轉矩平衡方程式 ? 即 ? 式中 = — 電動機軸上的輸出功率 ? — 對應于機械損耗和附加損耗的轉矩，稱為空載轉矩 ? — 對應總機械功率的轉矩，稱為電磁轉矩 ? 可見，電磁轉矩Ｔ等于總機械功率 除以轉子機械角速度，也等于電磁功率 除以同步機械角速度，前者是從轉子本身產生機械功率導出的，而后者是從旋轉磁場做功的這一概念得出的。 02 PPPm e c ???????? 02PPPm ec02 TTT ??2T ?2P?? 00 pT?? mecTTmecPemP電機與拖動教案 第四章 三相異步電動機 三．電磁轉矩公式 ? 式中 稱為轉矩常數。 ? 可見，異步電機的轉矩公式與直流電機的極為相似。 2 111 wMJkNpmC ?239。2239。21111239。211110239。239。210222239。2239。2100c o sc o s)2(2c o s)2(260c o s602c o s)1(????????????ICIkNpmpfIkNfmppnIEmnIEmSrImPTmMJmwmwemem?????????電機與拖動教案 第四章 三相異步電動機 四、工作特性及其測取方法 ? 異步電機的工作特性是指在額定電壓和額定頻率下，電動機的轉速 、定子電流 、功率因數 、電磁轉矩 、效率 與輸出功率 的關系。 ? 工作特性可以通過電動機直接加負載試驗測得，或者利用等效電路計算而得，圖 5－９為三相異步電機的工作特性曲線，下面分別加以說明。 n 1I1?COS emT ?2P電機與拖動教案 第四章 三相異步電動機 異步電動機的工作特性 1.. ITn2Pn?1c o s ?1IT1c o s ?? 、電機與拖動教案 第四章 三相異步電動機 (一 )．轉速特性 ? 因為 ，電動機空載時，轉速ｎ接近同步轉速 ，Ｓ很小，隨著負載的增加，轉速ｎ略有下降，Ｓ略微上升，使轉子電動勢 增大，轉子電流 增大，以產生更大的電磁轉矩與負載轉矩相平衡，所以，隨著輸出功率的增大，轉速特性是一條稍微下降的曲線，一般異步電動機額度負載時的轉差率為１．５～５．０％，相應的轉速為 。 0)1( nSn ??0n22 SEE S ? sI20)~9 8 ( n)( 2Pfn ?電機與拖動教案 第四章 三相異步電動機 二．定子電流特性 ? 定子電流 ,空載時，轉子電流 ，定子電流幾乎全部是勵磁電流 ，隨著負載加大，轉速下降，轉子電流 增大，相應 必增大，定子電流近似隨 按比例增加，如圖 5－９所示。 )( 21 PfI ?)( * 239。**1 III m ???0*39。2 ?I*mI39。2I1I2P電機與拖動教案 第四章 三相異步電動機 三：功率因數特性 ? 異步電動機對電源來說是個感性負載，功率因數總是滯后的，運行時必須從電網吸取感性無功功率?？蛰d時，定子電流幾乎全部是無功的磁化電流，所以 很低，約為０．１～０．２。隨著負載的增加，轉子電流中的有功分量增加，定子中的有功分量隨之增加，使功率因數提高，在接近額定負載時，功率因數達到最高，負載再增大時，由于轉速ｎ下降明顯，Ｓ值變得較大，轉子功率因數角 變大，使 和 又開 始下降。 )(c o s 21 Pf???cos2212 rSXtg ???2cos? 1cos?電機與拖動教案 第四章 三相異步電動機 四．電磁轉矩特性 ? 穩(wěn)態(tài)運行時，異步電機的電磁轉矩 ? 由于負載不超過額定值時，轉速ｎ和機械角速度 變化很小，而空載轉矩 又近似不變，所以 隨 的增大而增大，近似直線關系。 ????? 2020PTTTTem)( 2PfTem ?? 0TemT 2P電機與拖動教案 第四章 三相異步電動機 五． 效率特性 ? 異步電動機的效率為 ? 異步電動機的損耗也可分為不變損耗和可變損耗兩部分。電動機從空載到滿載運行，由于主磁通和轉速變化很小，鐵耗和機械損耗近似不變，稱為不變損耗。而定、轉子銅耗和附加損耗是隨負載而變化的，稱為可變損耗?？蛰d時， ,隨著 增加，可變損耗增加很慢， 上升很快，直到當可變損耗等于不變損耗時，效率最高。若負載繼續(xù)增大，銅損耗增加很快，效率反而下降。對中小型異步電動機，最高效率大約出現在 時，電動機越大，效率越高，一般為 74~94%之間。 ?????? PPPPP212 1?)( 2Pf??0,02 ?? ?P 2P ?電機與拖動教案 第四章 三相異步電動機 三相異步電動機轉矩與轉差率的關系 ? 電磁轉矩 與轉差率 S都是異步電機重要的物理量，它們兩者之間的關系對分析電動機的運行很重要，也是我們后面要研究的轉速 n與電磁轉矩 關系曲線（機械特性）的基礎。 emTemT電機與拖動教案 第四章 三相異步電動機 ? 已知 ? 由近似等效電路可得 ? 代入 公式，得 SrImTem39。239。2101??239。21239。21139。2)()( XXSrrUI????239。21239。2139。22101)()( XXSrrSrUmTem?????emT電機與拖動教案 第四章 三相異步電動機 異步電機的 — Ｓ的曲線 emT電機與拖動教案 第四章 三相異步電動機 ? 時，轉矩具有最大值 和 的公式可由求極值的方法求得：即使 ，可得 ? 稱為臨界轉差率。 ? 代入 公式可得最大轉矩 ? 式中“ +”對應于電動機狀態(tài)，“－”對應于發(fā)電機狀態(tài)。 mSS ? ,emMT mSemMT0?dSdT em239。212139。2)( XXrrSm ????emT emMT])([2 239。212112101XXrrUmTe m M ???????電機與拖動教案 第四章 三相異步電動機 ? 由于 ，忽略 可得近似公式 ? 由此可得以下結論： ? （ 1） 參數和頻率不變時， 與 成正比，而 與 無關； ? （ 2） 電壓和頻率不變時， 與 均近似與 成反比； ? （ 3） 與 之值無關，而 則與 成反比。 )( 39。211 XXr ??? 1r)(2 39。21021139。2139。2XXUmTXXrSe m Mm???????emMT 2U mS1UmS emMT 39。21 XX ?emMT 39。2r mS 39。2