第五章參數(shù)測定功率和電磁轉矩_電機學

1、2005-5第5章 異步電機5.6異步電動機的參數(shù)測定異步電動機的參數(shù)測定 異步電機的電磁轉矩 籠型轉子的相數(shù)和極對數(shù) 異步電動機的功率、轉矩平衡方程式 異步電動機的工作特性 異步電動機的參數(shù)測定2005-5第5章 異步電機2u 如變壓器一樣，對于已制成的異步電機可以通過空載試驗和短路試驗來測定其參數(shù)。u 試驗目的：測定勵磁電阻Rm、勵磁電抗Xm、鐵耗pFe、機械損耗pmec。u 試驗方法：試驗時電機軸上不帶負載，用三相調壓器對電機供電，使定子端電壓從(1.11.3)UN開始，逐漸降低電壓，空載電流逐漸減少，直到電動機轉速發(fā)生明顯下降，空載電流明顯回升為止。在這個過程中，記錄電動機的端電壓U1

2、、空載電流I0、空載損耗p0、轉速n。繪制空載特性曲線如圖所示。一、空載試驗 5.6 異步電動機的參數(shù)測定2005-5第5章 異步電機3 由于異步電動機空載運行時轉子電流小，轉子銅耗可以忽略不計。在這種情況下，定子輸入功率消耗在定子銅耗m1I02R1、鐵耗pFe、機械損耗pmec，空載附加損耗pad0上 p0=m1I02R1+pFe+pmec+pad0 從輸入功率p0中扣除定子銅耗，得p0 p0=p0-m1I02R=pFe+pmec+pad05.6 異步電動機的參數(shù)測定2005-5第5章 異步電機41、機械損耗的求法、機械損耗的求法 損耗分離：損耗分離：在p0的三項損耗中，機械損耗pmec與電

3、壓U1無關，在電動機轉速變化不大時，可以認為是常數(shù)。pFe+pad0可以近似認為與磁密的平方成正比，因而可近似認為與電壓的平方成正比。故p0與U12的關系曲線近似為一直線。 其延長線與縱軸交點即為機械損耗pmec。空載附加損耗相對較小，可以用其它試驗將之與鐵耗分離，也可根據(jù)統(tǒng)計值估計pad0，從而得到鐵耗pFe。2005-5第5章 異步電機52、空載等效阻抗計算：、空載等效阻抗計算： Z0 =U1I0 R0= p03I02 X0=(Z02-R02)1/2由于電動機空載，s0，轉子支路近似開路，則 X0=XmX1即 Xm=X0X1 式中，定子漏電抗X1將由短路試驗測出。在已知額定電壓下鐵耗pFe

4、的情況下，勵磁電阻 Rm=pFe3I02 2005-5第5章 異步電機6二、短路試驗二、短路試驗1.試驗目的：試驗目的：測定短路阻抗、測定短路阻抗、轉子電阻、定、轉子漏抗。轉子電阻、定、轉子漏抗。2.試驗方法：試驗方法：將轉子堵住，在將轉子堵住，在定子端施加電壓，從定子端施加電壓，從0.4UN開開始逐漸降低，記錄定子繞組端始逐漸降低，記錄定子繞組端電壓電壓Uk、定子電流、定子電流Ik、定子端、定子端輸入功率輸入功率Pk，作出異步電機的，作出異步電機的短路特性短路特性Ik=f(Uk)，Pk=f(Uk)，如圖所示。根據(jù)短路特性曲線如圖所示。根據(jù)短路特性曲線，取額定電流點的，取額定電流點的Uk(相電

5、壓相電壓)、Ik(相電流相電流)、Pk(三相短路損三相短路損耗耗)。2005-5第5章 異步電機73.短路等效阻抗計算短路等效阻抗計算 Zk=UkIkRk=Pk3Ik2Xk=(Zk2-Rk2)1/2根據(jù)短路時的等效電路，由于根據(jù)短路時的等效電路，由于XmRm，忽略，忽略Rm，并近似認，并近似認為為X1=X2?？紤]到?？紤]到X0=Xm+X1(空載試驗空載試驗)，可推導出，可推導出對于大中型異步電機，由于對于大中型異步電機，由于Xm很大，勵磁支路可以近似認很大，勵磁支路可以近似認為開路，這時為開路，這時Rk=R1+R2X1=X2=Xk2k001k2XXXRRRk2121XXX2005-5第5章 異

6、步電機5.7籠型轉子的相數(shù)和極對數(shù)籠型轉子的相數(shù)和極對數(shù) 設轉子總導條數(shù)為Z2(即轉子槽數(shù))，它在轉子圓周上均勻分布，導條兩端被端環(huán)短路，整個結構是對稱的。當一極對數(shù)為p的旋轉磁場Bm在氣隙中旋轉時，它依次切割轉子各導條，于是構成了一個對稱的Z2相電動勢系統(tǒng)，該電動勢作用在結構對稱的籠型繞組上，產生對稱的Z2相電流?；\型轉子相數(shù)等于轉子導條數(shù)，即m2=Z2。 每相只有一根導條，故匝數(shù)等于1/2匝，繞組系數(shù)為1，即N2=1/2，kN2=1 。 籠型轉子的極對數(shù)始終等于定子的極對數(shù)p 。2005-5第5章 異步電機95.7籠型轉子的相數(shù)和極對數(shù)籠型轉子的相數(shù)和極對數(shù) Bm相對于定子轉相對于定子轉速

7、為速為n1，以，以n2=(n1-n)轉速切割轉子導條。轉速切割轉子導條。e2s與與Bm成正比，故成正比，故e2s與與Bm波過零點相波過零點相同，幅值相差固定倍同，幅值相差固定倍數(shù)。每根導條功率因數(shù)。每根導條功率因數(shù)角為數(shù)角為2，導條中電，導條中電流流i2s波滯后于波滯后于e2s波波2相位差。轉子磁動勢相位差。轉子磁動勢F2亦為正弦波，以轉亦為正弦波，以轉速速n1相對于定子旋轉相對于定子旋轉。2005-5第5章 異步電機5.8異步電動機功率、轉矩平衡方程式異步電動機功率、轉矩平衡方程式一、功率平衡方程式一、功率平衡方程式 異步電機的功率和損耗在異步電機的功率和損耗在T型等效電路中的反映如圖所示型

8、等效電路中的反映如圖所示。2005-5第5章 異步電機11名稱符號計算公式輸入電功率 P1 P1=m1U1I1cos1定子繞組銅耗 pCu1 pCu1 =m1 I12 R1鐵耗 pFepFe=m1 I02 Rm，在正常運行時，異步電動機的轉速接近同步轉速，轉子電流頻率很低(0.52)Hz，轉子鐵耗可以忽略，因此異步電動機的鐵耗可近似認為等于定子鐵耗。電磁功率 Pem Pem= P1-pCu1-pFe =pCu2+Pmec=m2 I22 R2s借助于氣隙中旋轉磁場由定子傳遞給轉子的功率轉子繞組銅耗pCu1pCu2=m2 I22 R25.8異步電動機的功率、轉矩平衡方程式異步電動機的功率、轉矩平衡

9、方程式2005-5第5章 異步電機12名稱符號計算公式總機械損耗 PmecPmec=m2 I22 R2(1-s)s機械損耗 pmec包括軸承摩擦損耗和通風損耗，主要與轉速有關附加損耗 pad難以準確計算，通常估算約為電機額定功率的0.5%1%。輸出機械功率P2轉子軸上輸出的機械功率5.8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2005-5第5章 異步電機13功率平衡方程為：功率平衡方程為： P1= Pem+pcu1 + pFePem=pcu2+Pmec 機械功率平衡方程式：機械功率平衡方程式：Pmec=P2+pmec+pad電磁功率、轉子繞組回路銅耗、總機械電磁功率、轉子繞

10、組回路銅耗、總機械功率三者之間的關系為：功率三者之間的關系為： Pem：pcu2：Pmec=1：s：(1-s)5.8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 2005-5第5章 異步電機14二、轉矩平衡方程式 異步電動機機械功率平衡關系式 Pmec=P2+pmec+pad的兩邊同除以轉子機械角速度=2n/60，即得對應的轉矩平衡方程式。 Tem=T2+T0 Tem= Pmec 為電磁轉矩；T2= P2為負載制動轉矩；T0=(pmec+pad +p0) 為空載制動轉矩。5.8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 2005-5第5章 異步電機15 Tem

11、= Pmec/ =Pmec/(1-s) 1 =Pem/1 式中，1=2n1/60為同步角速度。上式說明，電磁轉矩等于電磁功率除以同步機械角速度，也等于總機械功率除以轉子機械角速度。三、效率 =(P2P1)100 5.8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 2005-5第5章 異步電機5.9異步電機的電磁轉矩異步電機的電磁轉矩一、物理表達式一、物理表達式 異步電機電磁轉矩的物理表達式描述了電磁轉矩與主磁通、轉子有功電流的關系。 Tem=CTmI2a CT為與電機結構有關的常數(shù)；I2a=I2cos2為轉子電流的有功分量。2005-5第5章 異步電機5.9異步電機的電磁轉矩異

12、步電機的電磁轉矩二、參數(shù)表達式二、參數(shù)表達式221221122111emem2XXsRRfsRpUmPT1. Tem與U12成正比。2. f1 Tem 。3. 漏電抗Xk Tem。2005-5第5章 異步電機185.9電磁轉矩的三種表達式電磁轉矩的三種表達式 1. Tem全曲線與U12成正比。2005-5第5章 異步電機192. 三個特殊點 同步點：s=0，n=n1，旋轉磁場相對于轉子靜止，Tem=0。 最大轉矩點：s=sm ，臨界轉差率sm ，特點是與R2成正比，與Xk成反比。 Tmax的特點是與R2無關。 過載倍數(shù)2212111211max221212m4XXRRfpUmTXXRRskM=TmaxTNTN為額定負載轉矩TN=PN/NkM2005-5第5章 異步電機202.三個特殊點三個特殊點 起動點：s=1 ，n=0，轉子靜止，Tem= Tst 。起動轉矩倍數(shù)kst=TstTN一般kst=1.02.0，特殊用途一般kst=2.84.02005-5第5章 異步電機5.10異步電動機的工作特性異步電動機的工作特性異步電動機的工作特