異步電機等效電路的簡化

1、電機學 第五章 異步電機15.6 異步電機等效電路的簡化異步電機等效電路的簡化“T型型”準確地表示一臺異步電機準確地表示一臺異步電機簡化計算，常將簡化計算，常將T T型型電路的勵磁支路前移電路的勵磁支路前移l變壓器：變壓器：Z Z* *m m5050，I I* *0 0 0.050.05，Z Z* *1 10.050.05l感應電機：感應電機：Z Z* *m m33，I I* *0 00.250.25，X X* *1 10.050.05勵磁電路直接移到電源端將引起較大誤差，特別是對小勵磁電路直接移到電源端將引起較大誤差，特別是對小型電機，常不能滿足工程計算的精確度。型電機，常不能滿足工程計算的

2、精確度。為消除誤差，引入一個為消除誤差，引入一個校正系數校正系數1 1，對電路作必要修正，對電路作必要修正，使使形等效電路和形等效電路和T T形等效電路完全等效。形等效電路完全等效。電機學 第五章 異步電機21 1、型等效電路型等效電路( (準確的準確的型等效電路）型等效電路）（較準確的等效電路）（較準確的等效電路）電機學 第五章 異步電機32、簡化等效電路、簡化等效電路n 對于容量大于對于容量大于100kW100kW的異步電機，有的異步電機，有1 111。則有。則有u簡化等效電路求得的定子、轉子電流，比簡化等效電路求得的定子、轉子電流，比T T型電路求得的值偏型電路求得的值偏大，有一定誤差，

3、且電機容量越小，誤差越大。大，有一定誤差，且電機容量越小，誤差越大。u分析小型電機還是選用分析小型電機還是選用T T型電路較好；大電機，尤其是在進行型電路較好；大電機，尤其是在進行電力系統(tǒng)計算中，使用近似電路可以大大簡化計算，且偏差也電力系統(tǒng)計算中，使用近似電路可以大大簡化計算，且偏差也可在允許范圍內?？稍谠试S范圍內。電機學 第五章 異步電機4電機學 第五章 異步電機5電機學 第五章 異步電機6電機學 第五章 異步電機7電機學 第五章 異步電機8電機學 第五章 異步電機95.7 異步電機參數的測定異步電機參數的測定1 1、試驗目的：測取、試驗目的：測取 和和一、空載（空轉）試驗一、空載（空轉）

4、試驗mmXR ,mecFepp ,2 2、試驗方法：、試驗方法：定子三相繞組與三相電源（三相調壓器）接通；定子三相繞組與三相電源（三相調壓器）接通；轉子空載（不帶任何機械負載）；轉子空載（不帶任何機械負載）；定子端電壓從定子端電壓從(1.1(1.11.3)U1.3)UN N下調下調0.2U0.2UN N；記錄記錄U U1 1、I I0 0，P P0 0，n n（nnnn1 1變化應很小，除去轉速變變化應很小，除去轉速變動大的數據），繪制曲線動大的數據），繪制曲線電機學 第五章 異步電機103、數據分析、數據分析n 注意：注意：nnnn1 1s0Is0I2 2很小，很小，I I2 20 0 轉子

5、銅耗轉子銅耗p pCu2Cu2忽略不計忽略不計n 調節(jié)過程：調節(jié)過程：U U1 1II1 1II0 0n P P0 0=f(U=f(U1 1) )n I I0 0 =f(U=f(U1 1) )電機學 第五章 異步電機110120102admecFeCupppRImPp忽略空載轉子繞組損耗0120100admecFepppRImPP機械損耗，轉子轉動，會有機械損耗，轉子轉動，會有摩擦阻力、風阻等，消耗的摩擦阻力、風阻等，消耗的功率功率附加損耗（雜散損耗），鐵心有附加損耗（雜散損耗），鐵心有齒槽、磁場中的高次諧波，產生齒槽、磁場中的高次諧波，產生阻力矩，消耗的功率。（大型阻力矩，消耗的功率。（大型

6、0.5PN；小型；小型(1-3)PN ）21020UppBppadFemadFenU1無關，決定于與mecpmecmecpUp，則只有延長空載損耗線至：分離機械損耗01直線電機學 第五章 異步電機12補充：分離補充：分離p pFeFe和和p pad0ad0的方法的方法n 如果要求進一步把如果要求進一步把p pFeFe和和p pad0ad0分開，需用另一臺輔助電分開，需用另一臺輔助電動機把感應電動機的轉子拖到同步轉速動機把感應電動機的轉子拖到同步轉速n n1 1，進行試驗。，進行試驗。此時此時n=nn=n1 1；s=0s=0；I I2 2=0=0，轉子的機械損耗和空載附加損，轉子的機械損耗和空載

7、附加損耗全由輔助電動機供給，定子電流純?yōu)閯畲烹娏骱娜奢o助電動機供給，定子電流純?yōu)閯畲烹娏鱅 Im m。n 所以把此時定子輸入功率減去此時的定子銅耗便得鐵所以把此時定子輸入功率減去此時的定子銅耗便得鐵耗耗p pFeFe。FeCupRImPpP1201010電機學 第五章 異步電機134、參數計算、參數計算2020020100000RZXImpRIUZ1010XXXXXXmm電動機空載，轉子支路近似開路電動機空載，轉子支路近似開路定子漏抗短定子漏抗短路試驗測得路試驗測得201ImpRFem空載時的額定相空載時的額定相電壓及相電流電壓及相電流電機學 第五章 異步電機14二、短路（堵轉）試驗二、短路

8、（堵轉）試驗1.1. 試驗目的：測量試驗目的：測量Z ZK K=R=RK K+jX+jXK K ；轉子電阻；定、轉子漏；轉子電阻；定、轉子漏抗?？?。2.2. 試驗方法：試驗方法：定子加電壓定子加電壓(U(Uk k=0.4U=0.4U1N1N) )逐漸降低；逐漸降低；轉子堵轉；轉子堵轉；記錄記錄U Uk k、I Ik k，P Pk k，繪制曲線，繪制曲線I Ik k=f(U=f(Uk k) )、P Pk k=f(U=f(Uk k) ) 3.3. 試驗等效電路試驗等效電路1R 1X 2X2R mRmXn=0;s=1n=0;s=1R RK K+jX+jXk k電機學 第五章 異步電機154、數據分析

9、、數據分析2221 , ,kkkkkkkkkRZXImPRIUZ1R 1X 2X2R mRmXR RK K+jX+jXk k)()(222211XXjRXjRjXjXRjXRZmmkkk0UmmmkRRX很低，鐵耗忽略：所加電機學 第五章 異步電機1622222222212222221)()(XXRXXXRXXXXXRXRRRmmmkmmk211XX）對于一般電機，（)()(222211XXjRXjRjXjXRjXRZmmkkk實部虛部實部虛部分開：分開：1010XXXXXXmm利用空載利用空載試驗試驗kkmXXXRRRxx21221212，忽略勵磁回路的影響）對大型電機，有（1X2X1R2R

10、電機學 第五章 異步電機175 5、關于短路試驗的說明、關于短路試驗的說明n 在正常工作范圍內，定、轉子的漏抗基本為一常值。但當高在正常工作范圍內，定、轉子的漏抗基本為一常值。但當高轉差時轉差時( (例如起動時例如起動時) )，定、轉子電流將比額定值大很多，此，定、轉子電流將比額定值大很多，此時漏磁磁路中的鐵磁部分將達到飽和，從而使總的漏磁磁阻時漏磁磁路中的鐵磁部分將達到飽和，從而使總的漏磁磁阻變大，漏抗變小。變大，漏抗變小。在開始飽和時，在開始飽和時，X Xk k隨電流的增加迅速下隨電流的增加迅速下降，降，而到電流很大、飽和程度很高時，則基本上而到電流很大、飽和程度很高時，則基本上不變。不變

11、。故在進行故在進行堵轉試驗時，應力求測得堵轉試驗時，應力求測得I Ik k=I=I1N1N、I Ik k=(2=(23)I3)I1N1N和和U Uk k=U=U1N1N三點三點數據。然后分別計算不同飽和程度時的漏抗值。數據。然后分別計算不同飽和程度時的漏抗值。u計算工作特性時，計算工作特性時， I Ik k=I=I1N1N ；u計算起動特性時，計算起動特性時， U Uk k=U=U1N1N時的值；時的值；u計算最大轉矩時，采用對應于計算最大轉矩時，采用對應于(23)I(23)I1N1N時的漏抗值；時的漏抗值；n 這樣可使計算結果接近于實際情況。這樣可使計算結果接近于實際情況。電機學 第五章 異

12、步電機18和和p234p234例例5.45.4類似類似電機學 第五章 異步電機19電機學 第五章 異步電機205.9 5.9 異步電動機的功率、轉矩平衡方程異步電動機的功率、轉矩平衡方程 一、功率平衡關系一、功率平衡關系電機學 第五章 異步電機21輸入功率輸入功率11111cosIUmP 定子銅損定子銅損12111RImpCu定子鐵損定子鐵損mFeRImp2011 1、異步電動機從電源獲取電功率，即輸入功率、異步電動機從電源獲取電功率，即輸入功率2 2、輸入功率首先經定子繞組產生定子銅耗、輸入功率首先經定子繞組產生定子銅耗3 3、旋轉磁場掠過定轉子鐵心，產生鐵耗、旋轉磁場掠過定轉子鐵心，產生鐵

13、耗 轉子鐵心與旋轉磁場相對轉速為轉子鐵心與旋轉磁場相對轉速為snsn1 1較小，故轉子鐵耗忽略；較小，故轉子鐵耗忽略；定子鐵心與旋轉磁場相對轉速為定子鐵心與旋轉磁場相對轉速為n n1 1較大；較大；鐵耗主要為定子鐵耗鐵耗主要為定子鐵耗 電機學 第五章 異步電機224 4、剩余功率將通過氣隙磁場感應到轉子繞組，此功率稱為、剩余功率將通過氣隙磁場感應到轉子繞組，此功率稱為電磁功率電磁功率電磁功率電磁功率2221222122211C1coscosIEmIEmsRImppPPFeuem轉子銅損轉子銅損emCusPRImRImp222122222總機械功率總機械功率emCuemmecPsRssImRss

14、ImpPP)1 (112221222225 5、電磁功率、電磁功率P Pemem首先提供轉子銅耗首先提供轉子銅耗6 6、剩余的電磁功率全部轉化為機械功率、剩余的電磁功率全部轉化為機械功率電機學 第五章 異步電機237 7、總機械功率克服機械損耗、總機械功率克服機械損耗p pmecmec、附加損耗、附加損耗p pad0ad0，其余功率，其余功率為輸出的機械功率為輸出的機械功率轉軸輸出功率轉軸輸出功率02admecmecppPPpPpppppPPadmeccuFecu202121021admeccuFecupppppp異步電機總異步電機總功率式：功率式：電機總損耗：電機總損耗：在電機參數和轉差率在

15、電機參數和轉差率s已知的已知的情況下，利用等效電路計算情況下，利用等效電路計算出各個電流，再進一步計算出各個電流，再進一步計算各個功率。各個功率。電機學 第五章 異步電機24 功率功率流程圖流程圖p pCu1Cu1P Pememp pFe1Fe1p pCu2Cu2p padadp pmecmecP P2 2P P1 1異步電動機的功率平衡方程：異步電動機的功率平衡方程：pPpppppPPFecucuadmec21221admecFecucupppppppPP2121電機學 第五章 異步電機25 各功率間的重要關系式：各功率間的重要關系式：ssRRPpemCu)/(222ssRRssPPemme

16、c1122emmecPsP)1 ( emCusPp2orn上式說明：異步電動機有上式說明：異步電動機有s s存在：轉子有銅耗。正常運行異步存在：轉子有銅耗。正常運行異步電動機，電動機，nnnn1 1，s s很小很小銅耗很小。銅耗很小。n異步電機的轉速異步電機的轉速nn，轉差率，轉差率s s愈大，愈大，sPsPemem愈大。愈大。n當異步電機處于電磁制動狀態(tài)時：當異步電機處于電磁制動狀態(tài)時：ns s1 1，p pCu2Cu2PPemem，從定子傳遞到轉子的電磁功率都消耗于轉子銅，從定子傳遞到轉子的電磁功率都消耗于轉子銅耗還不夠，還應從軸上輸入機械功率去補償；耗還不夠，還應從軸上輸入機械功率去補償

17、；n當當s s1 1，P Pmecmec0n0 00；電磁轉矩方向與轉速方向電磁轉矩方向與轉速方向一致；驅動轉矩一致；驅動轉矩;電動機電動機Motor sn1 T1 n0;電磁轉矩方向與轉速方電磁轉矩方向與轉速方向相反；制動轉矩向相反；制動轉矩;制制動運行動運行Breaking 起起動動點點n=n1，無電磁感應，無電磁感應作用，作用，Tem=0電機學 第五章 異步電機37在電源電壓在電源電壓U U1 1和轉子電阻和轉子電阻R R2 2 一定的情況下，轉矩與轉差率的一定的情況下，轉矩與轉差率的關系曲線關系曲線 T Temem=f(s)=f(s)或轉速與轉矩的關系曲線或轉速與轉矩的關系曲線n=f(

18、Tn=f(Temem) )，稱為，稱為電動機的機械特性曲線。電動機的機械特性曲線。三種運行狀態(tài)：電動，發(fā)電，制動三種運行狀態(tài)：電動，發(fā)電，制動s=0,n=ns=0,n=n1 1 ,e,e2 2=i=i2 2=0=0，T Temem=0=0s s較小時，較小時，T Temem與與s s近似成正比；近似成正比；s s很大很大時，時，T Temem與與s s成反比成反比( (以雙曲線為漸近以雙曲線為漸近線線) )，有最大轉矩，有最大轉矩T Tmaxmax存在。存在。s=0s=0 ，T Temem ，e e2 2 , , i i2 2 （ s s較小時，較小時，T Temem表達式分母中表達式分母中R

19、 R2 2/s/s 值很大，可值很大，可忽略忽略X X11+X+X22，故，故s s ，T Temem ）；）；s s繼續(xù)繼續(xù) ，T Temem 不多；不多；s s較大時，較大時，s s ,T,Temem , ,( (s s較大時，分母中較大時，分母中R R2 2/s/s 值變小，值變小，X X遠大于遠大于R R，X X11+X+X22成為成為主要部分，故主要部分，故s s ，T Temem 不多不多；s s較大較大時，時，T Temem= =T Tmaxmax后，后，s s ,T,Temem ）221221122112XXsRRfsRpUmTem電機學 第五章 異步電機38上述分析的簡單描述

20、：上述分析的簡單描述：s=0s=0T Temem=0=0T Temem i i2 2 ss221221122112XXsRRfsRpUmTemT Tmaxmax達達到到ssT Temem ssX X11+X+X22成為成為主要部分主要部分電機學 第五章 異步電機393 3、最大轉矩、最大轉矩n 異步電動機的機械特性曲線異步電動機的機械特性曲線T-sT-s上有一個最高點，稱為最上有一個最高點，稱為最大轉矩或臨界轉矩。大轉矩或臨界轉矩。n 最大轉矩可以根據高等數學中求極值的方法求得，最大轉矩可以根據高等數學中求極值的方法求得，求導求導2212211221112XXsRRfsRpUmPTemem0d

21、sdTem最大轉矩最大轉矩臨界轉差率臨界轉差率221212)(XXRRsm)(42212111211maxXXRRfpUmT電機學 第五章 異步電機40n + +號表示電動機狀態(tài)，號表示電動機狀態(tài)，- -號表示發(fā)電機狀態(tài)號表示發(fā)電機狀態(tài)n 通常通常 ，故，故R R1 12 2可略去，上兩式簡化為可略去，上兩式簡化為22121)(XXR)(4211211max212XXfpUmTXXRsm討論討論221212)(XXRRsm)(42212111211maxXXRRfpUmT電機學 第五章 異步電機41討論討論 T TmaxmaxUU1 12 2；s sm m與與U U1 1無關；無關； T Tm

22、axmax與與R R 2 2沒有關系；沒有關系；s s與與R R 2 2有關，有關，s sR R 2 2 ；T Tmaxmax的位置可以由轉子電的位置可以由轉子電阻的大小來調整（串入阻的大小來調整（串入R Rststssm mTTemem=f(s=f(s) )左移；左移；R Rstst串入串入的合適，可使的合適，可使T Tstst=T=Tmaxmax ）；）； T Tmaxmax(1/(1/X Xk k) )； T TmaxmaxUU1 12 2/f/f1 1X Xk k；XXk k=2=2fNfN2 2 ff1 1TTmaxmax(1/f(1/f1 12 2) )；s smm(1/f(1/f

23、1 1) )(4211211max212XXfpUmTXXRsm電機學 第五章 異步電機424 4、過載能力、過載能力k kM Mn 最大轉矩與額定轉矩之比最大轉矩與額定轉矩之比n 普通電機普通電機k kM M=1.8=1.82.52.5，起重、冶金等起重、冶金等制造成制造成k kM M=2.7=2.73.73.7。NMTTkmaxl最大電磁轉矩對電動機來說具有重要意義，異步電動機運最大電磁轉矩對電動機來說具有重要意義，異步電動機運行時，若負載短時突然增大，隨后又恢復正常負載：行時，若負載短時突然增大，隨后又恢復正常負載：總制動轉矩總制動轉矩(T(T0 0+T+T2 2)T)T)Tmaxmax

24、，則電動機停轉。，則電動機停轉。l可見可見T Tmaxmax愈大，電動機短時過載能力越強。愈大，電動機短時過載能力越強。電機學 第五章 異步電機435 5、起動轉矩、起動轉矩 n 起動轉矩則是起動瞬間電動機的電磁轉矩起動轉矩則是起動瞬間電動機的電磁轉矩n 起動瞬間起動瞬間n=0n=0或或s=1s=1時，電動機相當于堵轉，這一時刻時，電動機相當于堵轉，這一時刻的電磁轉矩稱為起動轉矩或堵轉轉矩，用的電磁轉矩稱為起動轉矩或堵轉轉矩，用T Tstst表示，則表示，則有有221221122112XXRRfRpUmTst2212211221112XXsRRfsRpUmPTemem令令s=1s=1電機學 第

25、五章 異步電機441.1. T TststUU1 12 2; T; Tstst反比于反比于f f1 12.2. U U1 12 2、f f1 1不不變變，(X(X1 1 +X+X2 2 )T)Tstst 3.3. 若要求起動時，電磁轉矩達到最大，令若要求起動時，電磁轉矩達到最大，令s sm m1 1uR R2 2+R Rstst =X=X1 1 +X+X2 2 4.4. 對繞線式電動機當轉子回路串電阻對繞線式電動機當轉子回路串電阻R Rstst，且，且R R2 2+R Rstst =X=X1 1 +X+X2 2 時，起動轉矩等于最大電磁轉矩。時，起動轉矩等于最大電磁轉矩。5.5. 籠型不能串電

26、阻啟動籠型不能串電阻啟動, ,T Tstst大小不能改變。大小不能改變。221221122112XXRRfRpUmTst討論：討論：212XXRsm)(kk1;2ie2kstkstXRRXRR若不限制的串入若不限制的串入R RststTTemem先先后后電機學 第五章 異步電機45起動轉矩倍數起動轉矩倍數n起動轉矩與額定轉矩的比值稱為起動轉矩倍數或堵轉轉矩起動轉矩與額定轉矩的比值稱為起動轉矩倍數或堵轉轉矩倍數倍數n一般普通異步電動機起動轉矩倍數為一般普通異步電動機起動轉矩倍數為0.80.81.21.2；籠型；籠型1.01.02.02.0；對起重、冶金等特殊用途的電動機，則要求；對起重、冶金等特

27、殊用途的電動機，則要求2.82.84.04.0nk kstst：反映電機起動負載的能力，：反映電機起動負載的能力，k kstst大大電動機起動快電動機起動快。 NststTTk 電機學 第五章 異步電機46 T Temem=f(s=f(s) )曲線上的重點四個點：曲線上的重點四個點：（結合（結合pptpptp37p37的機械特性分析復習）的機械特性分析復習）T TN NT TststT Tmaxmaxs sm ms sN N1 1電機學 第五章 異步電機47三、實用表達式三、實用表達式n 通過銘牌數據求取電動機電磁轉矩通過銘牌數據求取電動機電磁轉矩T Temem的方法。的方法。n 已知電機的額

28、定功率已知電機的額定功率P PN N、額定轉速、額定轉速n nN N、過載能力、過載能力k kM M212XXRsm)(4211211XXfpUmTm電機學 第五章 異步電機482212211221112XXsRRfsRpUmPTemem實用表達式實用表達式電機學 第五章 異步電機49（1）已知）已知P PN N、n nN N，求額定輸出轉矩，求額定輸出轉矩T TN NmNnPnPPTNNNNNNN955060/1010332NmTkTmax11nnnsNN忽略空載轉矩，有忽略空載轉矩，有NmmNemNssssTTTmax2NmTTkmax2NmmNssss（2）k km m求最大電磁轉矩求最

29、大電磁轉矩T Tmaxmaxn利用實用表達式求利用實用表達式求Tem和和sm；進而得到；進而得到Tem=f(s) 特性曲特性曲線線電機學 第五章 異步電機50（3 3）求臨界轉差）求臨界轉差（4 4）將上述）將上述T Tmaxmax、s sm m帶入帶入 ，并假定，并假定s s0.010.01，0.020.02求取對應的求取對應的T Temem，作，作T Temem=f(s=f(s) )。)1(2mmNmkkssmmemssssTT2maxn 通常通常s sm m0.080.080.200.20，s sN N0.020.060.020.06；s sm m/ss/s/ss/sm m。忽略。忽略s

30、/ss/sm m項，得到簡化實用公式：項，得到簡化實用公式：memssTT2max適用適用s sN N附近區(qū)域附近區(qū)域電機學 第五章 異步電機515.65.6電機學 第五章 異步電機52電機學 第五章 異步電機53電機學 第五章 異步電機54電機學 第五章 異步電機55電機學 第五章 異步電機56例：一臺繞線異步電動機，從產品目錄中，查的部分數據：例：一臺繞線異步電動機，從產品目錄中，查的部分數據：P PN N20kW20kW、U UN N380V380V、定子、定子、I IN N45.5A45.5A、n nN N730r/min730r/min、k kT T2 2，試作出，試作出T Teme

31、mf f（s s）。）。n 解：解：mNnPTNNN6 .26173020955095500267. 075073075011nnnsNNNmTTkmax22NmmNssss)1(or2mmNmkkss)(0071. 01 . 0增根orsmmmemssssTT2max電機學 第五章 異步電機57mNTssTTstmmst6 .10312maxmNTkTNm2 .52326 .261maxmTsemN6 .418,05. 0emNTsbNN6 .261,0267. 00, 0emTsamNTsdm2 .523, 1 . 0maxmNTscst6 .103, 1mTsemN246, 4 . 0f

32、a ab bd dc c（為準確，再計算（為準確，再計算e e、f f兩點）兩點）1 10.10.1s sT Temem0.02670.0267mmemssssTT2max電機學 第五章 異步電機58本階段作業(yè)本階段作業(yè)（藍色必做）（藍色必做）n 5-11n 5-13 再加一問，若輸入同樣功率，物理再加一問，若輸入同樣功率，物理量如何變化？量如何變化？n 5-31n 5-32n 5-37電機學 第五章 異步電機59 先畫幾個機械特性先畫幾個機械特性1、三相異步電動機的固有機械特性、三相異步電動機的固有機械特性sn0nNsNnmsm10TNTstTmaxTemABCD電機學 第五章 異步電機60

33、2、三相異步電動機降壓時的機械特性、三相異步電動機降壓時的機械特性snsm10TLUN0TstTmaxTemn1A0.8UN0.64Tst0.64Tmax電機學 第五章 異步電機613、轉子回路串電阻時的機械特性、轉子回路串電阻時的機械特性R2+Rs3Tst2sm2R2+Rs2Tst1sm1R2+Rs11 0TstTmTems n0n1smR2電機學 第五章 異步電機624、定子串接電抗器時的機械特性、定子串接電抗器時的機械特性1 0TmTemsms n0n1T Tmm xstsm電機學 第五章 異步電機635.11 異步電動機工作特性異步電動機工作特性n 異步電動機的工作特性是指定子繞組加額

34、定電壓異步電動機的工作特性是指定子繞組加額定電壓U UN N及及額定頻率額定頻率f f1 1，隨著軸上拖動的機械負載變化（反映為，隨著軸上拖動的機械負載變化（反映為輸出功率輸出功率P P2 2變化），電動機的主要物理量（轉差率變化），電動機的主要物理量（轉差率s s或轉速或轉速n n，輸出轉矩，輸出轉矩T T2 2, ,定子電流定子電流I I1 1，效率，效率 ，功率因，功率因數數coscos 1 1等）的關系曲線。等）的關系曲線。n 能反映異步電動機的運行情況，是合理選擇、使用電能反映異步電動機的運行情況，是合理選擇、使用電動機的依據。動機的依據。電機學 第五章 異步電機64P P2 2*

35、*一、轉差率特性一、轉差率特性 s=f(Ps=f(P2 2) )n方法一：方法一： 空載運行，空載運行，P P2 2=0=0，s s 0, n0, n n n1 1。 在在00，s sm m 區(qū)域，區(qū)域，T T2 2 T Temem s, s, P P2 2 T T2 2n n sn sn s(1-s)n s(1-s)n1 1 P P2 2 ,s,s ,n,n 。us=f(s=f(P P2 2) )曲線略有上翹的曲線。曲線略有上翹的曲線。特性較硬。特性較硬。n 方法二：方法二：u隨著負載功率的增加，轉子電隨著負載功率的增加，轉子電流增大，故轉差率隨輸出功率流增大，故轉差率隨輸出功率增大而增大。

36、增大而增大。 221M1222112221em2CucosICIRm=TIRm=PP=s電機學 第五章 異步電機65二、效率特性二、效率特性其中：其中：P P2 2=P=P1 1-p-pcu1cu1-p-pFeFe-p-pcu2cu2-p-pmecmec-p-padad=P=P1 1- - p pv空載運行：空載運行：P P2 2=0=0， =0=0；只有鐵耗和機械損耗；只有鐵耗和機械損耗；)(2PfpPpPP2121v不變損耗不變損耗p pFeFe、p pmecmec：從從空載到額定負載運行空載到額定負載運行，因，因 m m基基本不變，本不變，p pFeFe基本不變；基本不變；n n基本不變

37、基本不變, ,機械損耗機械損耗p pmecmec近似不近似不變。變。 v可變損耗可變損耗p pcu1cu1、p pcu2cu2、p padad：p pcu1cu1、p pcu2cu2隨著負載的變化而隨著負載的變化而變化（變化（I I1 12 2、I I2 22 2 ）；）；p padad也隨負載增加而增加。也隨負載增加而增加。電機學 第五章 異步電機66n P P2 2從從0 0開始增加，總開始增加，總損耗損耗 p p增加較慢，增加較慢， 上升很快上升很快n 不變損耗可變損耗，即不變損耗可變損耗，即p pFeFe+p+pmecmec= =p pcu2cu2+ +p pcu1cu1+p+pad

38、ad ， 達達到最大值；到最大值；n P P2 2繼續(xù)增加，繼續(xù)增加，定轉子銅耗定轉子銅耗增加增加很快，很快， 反而下降。反而下降。電機學 第五章 異步電機67某系列異步電機額定效率和容量關系某系列異步電機額定效率和容量關系容量容量 N N10kW以下以下7487，10100kW87921001000kW8494，l異步電動機額定效率異步電動機額定效率 N N在在74-94%74-94%之間之間; ;l最大效率發(fā)生在最大效率發(fā)生在(0.7-1.0)P(0.7-1.0)PN N。l電機容量越大，一般電機容量越大，一般 就越高。就越高。電機學 第五章 異步電機68三、功率因數特性三、功率因數特性n

39、 異步電動機必須從電網吸收滯后的電流來勵磁和滿足漏異步電動機必須從電網吸收滯后的電流來勵磁和滿足漏電抗的需要，其功率因數永遠小于電抗的需要，其功率因數永遠小于1 1。1.1. 空載時，定子電流基本上用來產生主磁通空載時，定子電流基本上用來產生主磁通( (I I1 1=I=Im m) )用于無用于無功勵磁功勵磁，有功功率很小，功率因數也很低，通常小于，有功功率很小，功率因數也很低，通常小于0.20.2。2.2. 隨著負載電流增大，輸入電流（定子電流）中的有功分隨著負載電流增大，輸入電流（定子電流）中的有功分量也增大，功率因數量也增大，功率因數coscos 1 1增大。增大。 3.3. 在額定功率

40、附近，功率因數達到最大值。在額定功率附近，功率因數達到最大值。 4.4. 超過超過P PN N后負載繼續(xù)后負載繼續(xù) cos cos 2 2(轉子無功電流分量轉子無功電流分量定子與之平衡的無功定子與之平衡的無功電流分量電流分量)cos)cos 1 1下降。下降。)(cos21Pf2222sXarcRtgsP轉子回路阻抗角曲線見下頁曲線見下頁電機學 第五章 異步電機69四、轉矩特性四、轉矩特性1.1. 異步電動機的輸出轉矩：異步電動機的輸出轉矩： 2.2. 轉速的變換范圍很小，從空載到滿載，轉速略有下降。轉速的變換范圍很小，從空載到滿載，轉速略有下降。 3.3. 轉矩曲線為一個上翹的曲線。（近似直

41、線）轉矩曲線為一個上翹的曲線。（近似直線） )(22PfT 602222nPPT過過P P* *2 21 1；T T* *2 21 1點點電機學 第五章 異步電機70五、電流特性五、電流特性1.1. 異步電動機定子電流：異步電動機定子電流：2.2. 空載時空載時I I2 2 =0=0，I I1 1= =I I0 0為勵磁電流，為勵磁電流，電流很小，隨著負載電流電流很小，隨著負載電流I I2 2 增大，電機的輸入電流增大，電機的輸入電流I I1L1L增大，故增大，故I I1 1增大。增大。3.3. I I2 2 與輸出功率與輸出功率P P2 2不成正比，不成正比，I I1 1與輸出功率呈非線性關

42、系。與輸出功率呈非線性關系。相量和21IIImI I1 1=f(=f(P P2 2) )過過P P* *2 21 1；I I* *2 21 1點點電機學 第五章 異步電機71注意事項：注意事項：n 避免避免“大馬拉小車大馬拉小車”和和“小馬拉大車小馬拉大車”u異步電機的效率和功率因數都在額定負載附近達到最大異步電機的效率和功率因數都在額定負載附近達到最大值，因此選用電動機時應使電動機的容量與負載相匹配，值，因此選用電動機時應使電動機的容量與負載相匹配，以使電動機經濟、合理和安全地使用。以使電動機經濟、合理和安全地使用。u若電機容量大，長期輕載（一般指若電機容量大，長期輕載（一般指0.5PN0.

43、5PN以下），不經以下），不經濟。濟。u若電機容量過小，長期過載，會使電機溫升超過允許值，若電機容量過小，長期過載，會使電機溫升超過允許值，影響電機壽命，損壞電機。影響電機壽命，損壞電機。電機學 第五章 異步電機725.12 5.12 三相三相異步電動機的起動異步電動機的起動n 當異步電動機投入電網時，電動機從靜止狀態(tài)轉動起當異步電動機投入電網時，電動機從靜止狀態(tài)轉動起來，然后升速到達穩(wěn)定運行的轉速，這個過程稱為起來，然后升速到達穩(wěn)定運行的轉速，這個過程稱為起動過程，簡稱起動。動過程，簡稱起動。n 起動過程中電流一般較大，為了避免電機在起動過程起動過程中電流一般較大，為了避免電機在起動過程中損

44、壞和降低起動電流對電網的影響，一般希望起動中損壞和降低起動電流對電網的影響，一般希望起動過程越快越好。過程越快越好。 n 衡量電動機起動性能有下面指標：衡量電動機起動性能有下面指標：1.1.起動電流倍數：起動電流倍數：k kI I=I=Istst/I/IN N，盡可能小，盡可能小2.2.起動轉矩倍數：起動轉矩倍數：k kstst=T=Tstst/T/TN N，盡可能大，盡可能大3.3.起動時間短起動時間短4.4.起動設備盡可能簡單、經濟、便于操作。起動設備盡可能簡單、經濟、便于操作。一、起動過程一、起動過程電機學 第五章 異步電機73a)a) 起動電流起動電流I Istst1.1.n=0,s=

45、1,n=0,s=1,異步電機對電網呈現短路阻抗異步電機對電網呈現短路阻抗Z ZK K，流過它，流過它的穩(wěn)態(tài)電流稱起動電流。的穩(wěn)態(tài)電流稱起動電流。2.2.利用簡化等效電路，忽略勵磁支路，則起動電流為利用簡化等效電路，忽略勵磁支路，則起動電流為kstZUXXRRUI12212211)()(s=1s=1電機學 第五章 異步電機74后果：后果：u這樣大的起動電流流過電網將引起瞬間線路壓降，使這樣大的起動電流流過電網將引起瞬間線路壓降，使得工作在同一電網上的其他電動機處在低電壓工作狀得工作在同一電網上的其他電動機處在低電壓工作狀態(tài)，影響了它們的工作，甚至使其停轉。態(tài)，影響了它們的工作，甚至使其停轉。u此

46、外，起動電流過大時，將使電動機本身受到過大電此外，起動電流過大時，將使電動機本身受到過大電磁力的沖擊，如果經常起動，還有使繞組過熱的危險。磁力的沖擊，如果經常起動，還有使繞組過熱的危險。起動電流倍數：起動電流倍數：k kI I= =I Istst/I/IN N=4=47 7n 一般籠型一般籠型異步電動機異步電動機Z ZK K* *=0.140.25,=0.140.25,在額定電壓在額定電壓(U(U1 1* *=1)=1)下直接起動，下直接起動，I Istst* *=4=47 7電機學 第五章 異步電機75b)b) 起動轉矩：起動轉矩：n 起動轉矩倍數起動轉矩倍數k kstst=0.9=0.91

47、.31.3nn 起動轉矩不大的原因：起動轉矩不大的原因：起動時起動時s=1s=1，f f2 2=f=f1 1，X X22RR2 2，轉子功率因數角，轉子功率因數角 2 2=arctgX=arctgX22/R/R2 29090,coscos 2 2很低很低，因此雖然，因此雖然I I2 2大，大，但但I I2 2coscos 2 2很小。很小。起動電流大，定子阻抗壓降大，感應電勢起動電流大，定子阻抗壓降大，感應電勢E E1 1小，小，E E1 1(1/2)U(1/2)U1 1，E E1 1 m m，磁通小磁通小， m m=(1/2)=(1/2) mNmN；n 因此雖然因此雖然I I2 2大，但起動

48、轉矩大，但起動轉矩T Tstst=C=CM M m mI I2 2coscos 2 2不大不大22cosICTmMem電機學 第五章 異步電機76后果后果n 異步電機異步電機TstT2,才能起動。如果起動轉矩過小，就不能才能起動。如果起動轉矩過小，就不能在滿載下起動，應設法提高。但起動轉矩也不能過大，在滿載下起動，應設法提高。但起動轉矩也不能過大，否則，會使傳動機構受到沖擊而損壞。否則，會使傳動機構受到沖擊而損壞。 n 如果機組轉動慣性較大，起動轉矩小，起動緩慢，將如果機組轉動慣性較大，起動轉矩小，起動緩慢，將使起動過程中消耗的能量增大，導致電動機發(fā)熱，嚴使起動過程中消耗的能量增大，導致電動機

49、發(fā)熱，嚴重時甚至燒壞電動機。重時甚至燒壞電動機。l異步電動機起動特點：起動電流大而起動轉矩小異步電動機起動特點：起動電流大而起動轉矩小l對起動過程的要求：對起動過程的要求：(1)T(1)Tstst足夠大；足夠大；(2)I(2)Istst不能太大。不能太大。例例: :I Istst* *=6=6， m m* *=0.5,=0.5, coscos 2 2=0.3,=0.3,則則T Tstst* *=0.9=0.9 矛盾！矛盾！22cosICTmMem對電網對電網沖擊小沖擊小啟動過渡啟動過渡過程短過程短電機學 第五章 異步電機77二、起動原則和方法二、起動原則和方法1.1. 電動機容量相對于電網容量

50、很小時，可以直接起動；電動機容量相對于電網容量很小時，可以直接起動；2.2. 如果生產機械對轉矩要求不大，則只考慮限制電流；如果生產機械對轉矩要求不大，則只考慮限制電流；3.3. 如生產機械對轉矩要求較高，則既要限制電流，又要如生產機械對轉矩要求較高，則既要限制電流，又要保證需要的轉矩。保證需要的轉矩。n 決定異步電動機起動方法的原則：決定異步電動機起動方法的原則：具體情況具體分析：具體情況具體分析：M冶金冶金M農業(yè)農業(yè)M電網容量？電網容量？電機容量？電機容量？應用場合？應用場合？電機學 第五章 異步電機78n 起動方法：起動方法：1.1. 籠形異步電動機：籠形異步電動機：1.1.直接起動直接

51、起動；2.2.降壓起動降壓起動定子繞組串電阻或者電抗；定子繞組串電阻或者電抗；Y Y-起動；起動；自耦變壓器起動自耦變壓器起動2.2. 繞線式異步電動機：轉子串電阻起動繞線式異步電動機：轉子串電阻起動電機學 第五章 異步電機795.12.1 5.12.1 （全壓）直接起動（全壓）直接起動v直接起動：利用閘刀開關或接觸器將電動機定子繞組直接起動：利用閘刀開關或接觸器將電動機定子繞組直接接到額定電壓電網上。直接接到額定電壓電網上。v特點：起動設備及操作簡單，起動電流較大。特點：起動設備及操作簡單，起動電流較大。v現代設計的鼠籠式電動機本身都允許直接起動?，F代設計的鼠籠式電動機本身都允許直接起動。電

52、機學 第五章 異步電機80假設電網電壓降為額定電壓的假設電網電壓降為額定電壓的0.850.85，TUTU1 12 2起動轉矩降為起動轉矩降為0.723T0.723TstNstN可滿足輕載起動可滿足輕載起動電網上其余運轉中的電動機的電磁轉矩（假定電網上其余運轉中的電動機的電磁轉矩（假定k kM M1.61.6）：）：可滿足額定負載運轉，不會停轉?？蓾M足額定負載運轉，不會停轉。u頻繁起動頻繁起動M M：起動引起電壓壓降：起動引起電壓壓降10%10%，可直接起動；，可直接起動；u不頻繁起動不頻繁起動M M：起動引起電壓壓降：起動引起電壓壓降15%15%，可直接起動；，可直接起動；起動起動電機電機電機

53、學 第五章 異步電機81v適用條件條件：電網容量相對較大的情況下采用；適用條件條件：電網容量相對較大的情況下采用；電電機頻繁起動程度，以及拖動系統(tǒng)轉動慣量大小等因素。機頻繁起動程度，以及拖動系統(tǒng)轉動慣量大小等因素。各地電業(yè)管理部門對此都有規(guī)定，用戶應遵照執(zhí)行。各地電業(yè)管理部門對此都有規(guī)定，用戶應遵照執(zhí)行。v一般只有功率在二三十千瓦以下的小容量異步電動機一般只有功率在二三十千瓦以下的小容量異步電動機才能采用直接起動的方法來起動。而對于功率較大的才能采用直接起動的方法來起動。而對于功率較大的異步電動機通常都采用降壓起動。異步電動機通常都采用降壓起動。電機學 第五章 異步電機825.12.2 5.1

54、2.2 降壓起動降壓起動n 不能采用直接起動時：不能采用直接起動時：I IststUU1 1，采用降低電壓的辦采用降低電壓的辦法來減小起動電流，簡稱降壓起動法來減小起動電流，簡稱降壓起動降低定子繞組降低定子繞組上所加的電壓上所加的電壓U1。n 可是，可是，T TststUU1 12 2，U U1 1T Tstst。n 說明降壓起動只適用于對起動轉矩要求不高的場合，說明降壓起動只適用于對起動轉矩要求不高的場合，如驅動離心泵、通風機等電動機。如驅動離心泵、通風機等電動機。kstZUXXRRUI12212211)()(221221122112XXRRfRpUmTst電機學 第五章 異步電機83一、定

55、子串電抗降壓起動一、定子串電抗降壓起動n 在定子繞組中串聯電抗或電阻都能降低起動電流，在定子繞組中串聯電抗或電阻都能降低起動電流，但串電阻起動能耗較大，只用于小容量電機中。一但串電阻起動能耗較大，只用于小容量電機中。一般都采用般都采用定子繞組串聯電抗定子繞組串聯電抗降壓起動。降壓起動。l起動時在定子回路中串電抗器起動時在定子回路中串電抗器X X，開關開關K2K2斷開，合上斷開，合上K1K1，電機起動。，電機起動。l待起動完畢后，將電抗器待起動完畢后，將電抗器X X切除，切除，即合上開關即合上開關K2K2。l利用電抗器產生的電抗壓降，利用電抗器產生的電抗壓降，降低電動機定子繞組的端電壓。降低電動

56、機定子繞組的端電壓。電機學 第五章 異步電機84設設 U UX X/U/U N N=1/a=1/a則此兩種情況下電網提供的線電流之比為：則此兩種情況下電網提供的線電流之比為：I Istst/I/IstNstN=U=UX X/U/U N N=1/a=1/a降壓起動轉矩降壓起動轉矩T Tstst與全壓起動的起動轉矩與全壓起動的起動轉矩T TstNstN之比為：之比為：T Tstst/T/TstNstN=(U=(UX X/U/U N N) )2 2=1/a=1/a2 2 串電抗降壓電機端電壓串電抗降壓電機端電壓U UX X；全壓起動電機端電壓全壓起動電機端電壓U U N N說明，降低起動電流，會明顯

57、降低起動轉矩。使說明，降低起動電流，會明顯降低起動轉矩。使I Istst降低的同時，要考慮降低的同時，要考慮T Tstst是否滿足要求。是否滿足要求。電機學 第五章 異步電機85在已知在已知a a時，可由下述方法求出所串電抗值時，可由下述方法求出所串電抗值X X 。RRk k2 2+(X+(Xk k+X+X ) )2 2=a(R=a(Rk k2 2+X+Xk k2 2) )kstXstNkaZIaUIUZZkX2k22k2Xa1)R-(aX所串電抗值所串電抗值這種起動方法只能用于起動轉矩大小無關重要的這種起動方法只能用于起動轉矩大小無關重要的場合，如空載起動。場合，如空載起動。電機學 第五章

58、異步電機86二、用二、用Y-起動器起動起動器起動v只有在正常運行時定子繞組接成只有在正常運行時定子繞組接成“”且其三相繞組且其三相繞組首尾六個端子全部引出來的電動機才采用首尾六個端子全部引出來的電動機才采用Y-Y-起動器起動器起動。起動。v起動時，起動時，K K2 2投向投向“起動起動”位置，然后合上位置，然后合上K K1 1，電動，電動機在機在Y Y接法下運行，低壓接法下運行，低壓起動，轉速上升。起動，轉速上升。v當轉速接近正常運行轉當轉速接近正常運行轉速時，將速時，將K K2 2投向投向“運行運行”位置，電機繞組位置，電機繞組接法，接法，在全壓下運行。在全壓下運行。電機學 第五章 異步電機

59、87Y-Y-降壓起動與全壓起動時起動電流關系降壓起動與全壓起動時起動電流關系stNstNststIIIIII31313131)(相線、電機學 第五章 異步電機88Y-Y-降壓起動與全壓起動時起動轉矩關系：降壓起動與全壓起動時起動轉矩關系：vY Y起動時起動轉矩起動時起動轉矩T Tstst；直接起動時起動轉矩直接起動時起動轉矩T TstNstN T Tstst/T/TstNstN=(U=(UX X/U/U N N) )2 2 =(1/ =(1/3)3)2 2=1/=1/3 3vY-Y-起動器價格便宜，操作簡單，是小型異步電動機起動器價格便宜，操作簡單，是小型異步電動機常用的起動方法。國產常用的起

60、動方法。國產Y Y系列系列4KW4KW以上電動機定子繞組以上電動機定子繞組均采用均采用接法，以便用接法，以便用Y-Y-起動方法起動。起動方法起動。電機學 第五章 異步電機89三、自耦變壓器降壓起動三、自耦變壓器降壓起動n 自耦降壓起動是利用三相自耦變壓器將電動機在起動自耦降壓起動是利用三相自耦變壓器將電動機在起動過程中的端電壓降低。過程中的端電壓降低。n 自耦變壓器備有抽頭，以便得到不同的電壓（例如國自耦變壓器備有抽頭，以便得到不同的電壓（例如國產自耦變壓器一般有三個抽頭，分接電壓分別為額定產自耦變壓器一般有三個抽頭，分接電壓分別為額定電壓的電壓的73%73%、64%64%、55%55%），根