第15章__三相异步电动机的功率、转矩和运行特性

第十章 三相异步电动 机的功率、转矩与运 行性能

本章主要内容第一节 三相异步电动机的功率与转矩平衡关系第二节 三相异步电动机的电磁转矩及机械特性

第三节 三相异步电动机的工作特性第四节 三相异步电动机的参数测定

第一节 三相异步电动机的功 率与转矩平衡关系1.功率平衡方程电源输入的电功率P 3U1I1 cos 1 1

定子绕组铜耗pCu1 3I12 r13

1.功率平衡方程铁心损耗

p Fe p Fe1 3I r

2 0 m

为什么电机铁耗只考虑定子侧铁耗，而 不考虑转子铁耗？ 铁耗包括磁滞损耗和涡流损耗，电动机 正常运行时转子电势频率很低，2-3周/秒， 所以铁耗主要集中在定子中，转子铁耗可忽 略。

1.功率平衡方程电磁功率：通过电磁感应从定子侧传递到 转子侧的功率。

输入电功率 P1 减去 pCu1 和 pFe 后， 余下的功率即为电磁功率。

Pem P pCu1 pFe 1也可表示为：

r2 Pem 3E2 I 2 cos 2 3I 2 S2

1.功率平衡方程电磁功率 3I 2 2 r2 pCu 2 1 s 2 r2 2 Pem 3I 2 3I 2 (r2 r2 ) s s s s

转子铜耗

pCu 2

2 r2 3I 21 s Pm 3I 2 ( r2 ) s2

附加电阻上的损耗

注意：附加电阻上的损耗即为电机输出的总 机械功率。6

1.功率平衡方程总机械功率 电磁功率Pem扣除转子铜耗pcu2后，即为消耗在 附加电阻 上的功率(总机械功率):

Pm Pem pCu 2

1 s 3I 2 ( r2 ) s2

1.功率平衡方程电磁功率也可表示为：

Pem pcu 2 Pm结论：电磁功率等于转子铜耗和电机输出的总 机械功率之和。 转子铜耗与电磁功率的关系

pcu 2 sPem8

1.功率平衡方程 几个重要功率关系转差功率—转子铜耗

r2 Pcu 2 Pem 3I 2 s s2

pcu 2 sPem转子铜耗与转差有关，转差越大，铜耗越大。 电机正常运行时，s不大，所以铜耗也小。9

1.功率平衡方程 几个重要功率关系 Pcu 2 2 r2 Pem 3I 2 s s1 s P 3I 2 r2 m s2

电磁功率与总机械功率的关系

r2 pCu 2 1 s 2 Pem 3I 2 3I 2 (r2 r2 ) Pem pcu 2 Pm s s s2

1 s Pm (1 s) Pem Pm 3I 2 r2 s210

1.功率平衡方程转子铜耗与电磁功率的关系：

pCu 2 sPem总机械功率与电磁功率的关系：

Pm (1 s) Pem电磁功率、总机械功率与转子铜耗的关系：

Pem : P : pCu m

2

1:(1 s s ):11

1.功率平衡方程 几个重要关系

pcu 2 s Pem

Pm 1 s Pem

结论：从气隙传递到转子的电磁功率分为两部分，一 小部分为转子铜损耗，绝大部分转变为总机械功率。 转差率越大，转子铜损耗就越多，电机效率越低。因 此正常运行时电机的转差

率均很小。12

1.功率平衡方程机械损耗：轴承以及风阻等摩擦阻转矩，这也要 损耗一部分功率，用 pm 表示。 附加损耗：定、转子开槽和定、转子磁动势中的 谐波磁动势等产生的损耗，用 p s 表示， p s 一般 不易计算，往往根据经验估算。

在大型异步电动机中，p s 约为输出额定功率的 0.5%,小型异步电动机满载时， p s 可达输出额定 功率的1%-3%或更大。13

1.功率平衡方程电机转轴输出的机械功率 总机械功率减去机械损耗和附加损耗，才是 转轴上真正输出的机械功率，用 P2 表示：

P2 Pm pm ps电机功率平衡方程

P2 P pCu1 pFe pCu 2 pm ps 114

1.功率平衡方程

图10-1 异步电动机功率流程图15

2.转矩平衡方程功率平衡方程式

P2 Pm pm ps P2 Pm pm ps

转矩平衡方程式2 n 60

T2 T T0

—转子机械角速度

Pm T —电磁转矩 P2 T2 —输出转矩 pm ps T0

—与负载无关的空载转矩

2.转矩平衡方程电磁转矩Pm Pem Pem Pem Pem T (1 s) (1 s) 2 n 60 2 n1 60 1

同步角速度

2 n1 2 60 f1 2 f1 1 1 60 60 p p p

电磁转矩既可通过机械功率求出，也可通过 电磁功率求出。

机械功率求电磁转矩---机械角速度电磁功率求电磁转矩---同步角速度17

1、为什么异步电动机正常运行时转差率很小？异 步电动机的运行效率与转速有无关系？ 转速高，效率高， 铜耗随转差率增大而增大。 2、电磁转矩与电磁功率有什么关系？电磁转矩与 机械功率有什么关系？

同步角速度，机械角速度

第二节 三相异步电动机的电磁 转矩及机械特性1.电磁转矩表达式(1)物理表达式

r2 电磁功率： Pem m1 E2 I 2 cos 2 m1 I 2 s2

电磁转矩为：Pem Pem p p T m1 E2 I 2 cos 2 m1 4.44 f1 N1k w1 m I 2 cos 2 1 1 / p 1 2 f1 =CT m I 2 cos 219