《電機原理與維修》課件第13章

第13章三相異步電動機運行特性13.1轉速特性13.2轉矩特性13.3定子電流特性13.4功率因數特性13.5效率特性習題13.1轉速特性三相異步電動機的轉速特性是指在電源電壓和頻率為額定值，并且電動機固有參數不變的情況下，轉子轉速與輸出功率的關系特性，即n=f(P2)的關系曲線?？蛰d時，輸出功率P2=0，轉子電流I2接近于零，轉子轉速n接近于同步轉速。由負載轉矩公式T2=P2/Ω可知，隨著負載的增大，即輸出功率的增大，輸出轉矩也將增大，以達到電磁轉矩與負載轉矩平衡。而轉子電流增大才能保證電磁轉矩增大，也就是說轉子電動勢E2s必須增大，因此，轉子轉速隨著負載的增大而下降。為了保證電動機負載時有較高的效率，轉子銅耗不能太大，因此負載時轉差率限制在比較小的范圍內。所以，隨著負載的增大，轉速降并不大。三相異步電動機的轉速特性是一條稍向下傾斜的曲線，特性曲線較硬，如圖13-1所示。圖13-1異步電動機工作特性曲線13.2轉矩特性三相異步電動機的轉矩特性是指在電源電壓和頻率為額定值，并且電動機固有參數不變的情況下，電磁轉矩與輸出功率的關系特性，即T=f(P2)的關系曲線。電動機穩(wěn)定運行時，電磁轉矩應與負載制動轉矩相平衡，即T=TL，由轉矩平衡方程式T=T2+T0可知，T=TL=T2+T0。電動機空載運行時，電動機軸端輸出功率P2=0，則輸出轉矩T2=0，電磁轉矩T等于空載制動轉矩T0。隨著負載的增加，電動機軸端輸出功率P2亦將增大，根據電動機的轉速特性可以看出，從空載到額定負載運行，轉速稍有下降，可以認為T2=f(P2)隨P2的增加略微上翹。由于空載轉矩T0很小，而且認為它是與P2無關的常數，因此電磁轉矩T與P2的特性曲線將比T2=f(P2)特性曲線平行上移T0數值，如圖13-1所示。13.3定子電流特性三相異步電動機的定子電流特性是指在電源電壓和頻率為額定值，并且電動機固有參數不變的情況下，定子電流與輸出功率的關系特性，即I1=f(P2)的關系曲線?？蛰d時，輸出功率P2=0，轉子轉速n接近于同步轉速n1，轉差率很小，使轉子電動勢很小，轉子電流I2≈0。此時，定子電流僅為空載電流I0。隨著負載的增大，P2也將增大，轉子轉速下降，導致轉子轉速n與旋轉磁場的同步轉速n1的差值增大，從而使轉子電動勢增大，轉子電流也增大，根據異步電動機磁動勢平衡關系，為補償轉子磁動勢因轉子電流的增大而增大，定子電流和磁動勢也將增大。也就是說，定子電流I1隨著P2的增大幾乎成正比例增大。當P2增大到超過額定值后，因轉速下降過多，轉子漏抗較大，轉子功率因數cosφ2較低，故為平衡較大的負載轉矩就需要更大的轉子電流，所以I1的增大將比原先更快些。三相異步電動機的I1=f(P2)曲線如圖13-1所示，在正常工作范圍內，I1=f(P2)曲線近似一條直線，當P2大于PN后，I1=f(P2)曲線為一條向上彎曲的曲線。13.4功率因數特性三相異步電動機的功率因數特性是指在電源電壓和頻率為額定值，并且電動機固有參數不變的情況下，功率因數與輸出功率的關系特性，即cosφ1=f(P2)的關系曲線。異步電動機空載運行時，輸出功率P2=0，定子電流即為空載電流I0，主要是建立旋轉磁場的勵磁電流，而異步電動機的勵磁電流是從電網吸取的無功電流，因此功率因數很低，cosφ1=cosφ0＜0.2。隨著負載的增大，轉子電流有功分量增加，相應定子電流有功分量也增加，功率因數將隨著負載的增加而增加。在額定負載附近，功率因數達到最大值。如果負載繼續(xù)增大并超過額定負載，因轉速下降過多，轉差率s增大，轉子功率因數下降較多，導致定子電流中與之平衡的無功分量也增加，電動機的功率因數cosφ1反而下降，如圖13-1所示。因此，電動機應在接近額定負載狀況下工作較為經濟。13.5效率特性三相異步電動機的效率特性是指在電源電壓和頻率為額定值，并且電動機固有參數不變的情況下，電動機的效率與輸出功率的關系特性，即η=f(P2)的關系曲線。

(13-1)上式中，鐵芯損耗pFe和機械損耗pm為不變損耗；定子銅耗pCu1、轉子銅耗pCu2和附加損耗ps均為可變損耗。異步電動機空載運行時，P2=0，η=0；當負載增加但數值較小時，可變損耗很小，效率隨負載的增加而迅速增加，特性曲線上升很快；隨著負載繼續(xù)增大，可變損耗也隨之增大，當可變損耗等于不變損耗時，電動機的效率達到最大值。負載再繼續(xù)增大，可變損耗增加很快，效率開始降低，如圖13-1所示。異步電動機空載或輕載時效率很低，接近額定負載時(一般為0.7PN~PN)，效率最高。由以上分析可知，異步電動機的效率和功率因數都是在額定負載附近達到最大值，因此，在選用電動機時，要注意電動機與負載匹配的問題。選的過小，會造成電動機長期過載運行，影響電動機的使用壽命；選的過大，會造成電動機效率和功率因數都很低，不經濟。習題

13-1簡述異步電動機的轉速特性為何是一條稍向下傾斜的曲線？

13-2異步電動機在接近額定負載運行時，其功率因數和效率均達到最大，為什么？

13-3異步電動機帶負載