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1、5.9 异步电机的功率、转矩平衡方程式,1、功率平衡方程,几个重要的关系,2、电磁转矩,电磁转矩等于电磁功率除以同步角速度， 也等于总机械功率除以机械角速度,例：一台三相4极异步电动机数据为：Pn=10kw， Un=380V，IN=20.1A，定子三角形接法，f1=50Hz， 定子铜耗pcu1=557w，转子铜耗pcu1=314w， 铁耗pfe=276w，机械损耗pmec=77w，附加损耗pad=200w。 求该电机额定运行时的转速、负载转矩、空载转矩、 电磁转矩、效率,5.10 电磁转矩的三种表达式,1、物理表达式,2、参数表达式,2.1 电磁转矩与转差率的关系,2.2 最大电磁转矩,最大电
2、磁转矩的特点：,1、在频率一定时，与定子电压的平方成正比 2、最大电磁转矩与转子电阻无关，但发生最 大转矩的转差率与转子电阻有关。 3、在频率一定时，漏抗越大，最大转矩越小,最大电磁转矩倍数：,最大电磁转矩倍数是异步电动机的重要性能指标之一， 表证了异步电动机的短时过载能力，km=1.62.5,2.3 起动转矩,令：s=1,若要求起动时，电磁转矩达到最大,起动转矩倍数：,3、实用表达式,5.11 异步电动机的工作特性,5.12 三相异步电动机的起动,异步电动机起动时，起动电流很大，但起动转矩却不大。,1、直接起动适合于小容量电动机带轻载的情况,一般对于额定电压为380V的电机，当额定功率不大于
3、 7.5kW时可直接起动,2、降压起动适合于容量大于等于20kW带轻载的情况,（1）由于是带轻载，所以起动转矩容易满足，关键是限制起动电流 （2）起动电流与端电压成正比，而起动转矩与端电压平方成正比，故起动转矩比起动电流下降得快 （3）降压后起动电流满足要求了，还必须校核起动转矩是否满足要求。,2、1 定子绕组串电抗起动,2、2 用Y-起动器起动,起动时的线电流,起动：,Y起动：,2、3 用自耦变压器起动,起动时的电网线电流,2、4 几种降压起动比较,3、采用绕线式异步电动机,若要求电机在起动过程中，保持最大转矩不变，应如何串入电阻?,在起动过程中，串入的电阻随着转速的上升而变小， 因此绕线式
4、电机起动通常在转子中串入一个频敏电阻器,5.14 异步电动机的调速,（1）变极调速 （2）变频调速 （3）改变转差调速,1、变极调速,两种典型的变极绕组连接方法,变极调速方法简单， 但只能实现有级调速 并且不宜超过三种速度。,2、变频调速,在变频调速过程中，希望保持每极磁通保持不变!,2、1 恒转矩调速,2、2 恒功率调速,若维持磁通不变：,若过载能力不变：,3、转子回路串电阻调速,转子串电阻调速属于恒转矩调速，但是属于耗能调速，效率低,习题解答,1. 一台绕线式感应电动机，如果在定、转子绕组上均接以f=50Hz 的三相电源，定、转子均产生旋转磁场，假定：（1）定、转子磁 场旋转方向相同；（2
5、）定、转子磁场旋转方向相反，问转子是否 会旋转，转速及转向又如何确定？,2. 一台原设计在频率=50Hz电源上运行的三相感应电动机， 现改用在电压相同，频率=60Hz的电网上运行，问 如何变化？（变化趋势）。补：电机效率及功率因数如何？,一台原设计用在频率f=60Hz电源上运行的三相感应 电动机，现改用在电压相同，频率f=50Hz的电网上，问 电动机的漏电抗及空载电流如何变化？ 、 、 、 、 如何变化？,4.是带三相感应电动机拖动的负载越重，则起动电流越大？ 为什么？负载转矩的大小对电动机起动的影响表现在什么地方？,5. 今有一台8极同步电机与一台4极绕线式感应电机同轴联接， 两台电机定子都
6、接在50Hz的电源上。绕线式感应电机的转子引出 三相接线作为电源输出。求输出的电流频率是多少？,6. 在直流电机中铁耗是什么供给？感应电动机中铁耗又由什么 供给？为什么？,7.一台三相感应电动机，P=17kW, V=380V，定子绕组三角形接法， 4极，I=19A，f=50Hz，额定运行时有 定子铜耗=700W，转子铜耗 =500W，铁耗=450W,机械损耗=15W, 附加损耗=200W, 计算该机 在额定状态下的电磁转矩。,8.一台三相感应电动机，P=20kW, V=220V，f=50Hz，n=1470r/min, 在额定电压和频率下运行时，若该机产生最大电磁转矩时的转子铜耗 等于额定转矩时
7、转子铜耗的10倍，忽略定子电阻及空载损耗。求： （1）临界转差率; (2)最大电磁转矩 ; (3)起动转矩。,两台型号完全相同的笼型感应电动机共轴联接，拖动一个负载。如果起动时将它们的定子绕组串联以后接至电网上，起动完毕后再改为并联。试问这样的起动方法，对起动电流和起动转矩有何影响？,答： 定子绕组串联，每台电动机的端电压为1/2U；由于起动电流与电压成正比，起动转矩与电压平方成正比，使得总的起动电流为原来的1/2；，总的起动转矩为原来的1/4.,2. 绕线式感应电动机在转子回路串电阻起动时，为什么既能降低起动电流，又能增大起动转矩？所串电阻是否越大越好？,答： 从等效电路可以看出，增加转子电
8、阻使总的阻抗增加了，所以起动电流减小。转子电阻增加，使转子功率因数得以提高；起动电流减小使得定子漏抗电压降低；定子电势增加，使气隙磁通增加。起动转矩与气隙磁通、起动电流成正比，虽然起动电流减小了，但气隙磁通和转子功率因数提高，使起动转矩增加了。 如果所串电阻太大，使起动电流太小，起动转矩也将减小。,3. 一台笼型感应电动机，原来转子是插铜条的，后因损坏改为铸铝的。如输出同样转矩，电动机运行性能有什么变化？,答： 转子由铜条改为铝条后，相当于转子回路电阻增大，使得电动机起动电流减小、起动转矩增大，最大转矩不变，临界转差率增大。在负载转矩不变的情况下，转差率增大，转速下降，效率降低。,4. 感应电
9、动机定子绕组与转子绕组之间没有直接的联系，为什么负载增加时，定子电流和输入功率会自动增加，试说明其物理过程。从空载到满载电机主磁通有无变化？,答：负载增加时，电动机转速下降，转差率上升，转子绕组切割磁力线的速度增加，转子的感应电动势、感应电流相应增加，转子磁动势也增加。由磁动势平衡关系，定子磁动势增加，定子电流上升，即从电网吸收的电功率增加。这一过程直到转子电流产生的转矩与负载转矩重新平衡为止。 在定子电压不变的情况下，定子电流的增加导致定子漏阻抗增加，使定子电动势减小，主磁通略有减小。,答： （1）轻载时功率因数低的原因是由于轻载时定子负载电流小，定子电流主要取决于无功的励磁电流，而在感应电
10、动机中，由于空气隙的存在，励磁电流较大，一般为（0.20.5）I1N。 （2）效率低的原因是由于轻载在输入的电功率中输出的有功功率小，而不变损耗（铁耗和机耗）所占的分量较大，因此效率低。 （3）轻载时如将接改为Y接，由于相电压只为原来的1/sqrt(3)，因此，励磁电流及铁耗都大为减少，功率因数及效率将显著改善。此时最大转矩必须小于接时电动机的最大电磁转矩的1/3。,5. 感应电动机在轻载下运行时，试分析其效率和功率因数都较额定负载时低的原因。如定子绕组为联接的感应电动机改为联接运行，在轻载下其结果如何？此时所能负担的最大负载必须少于多少？,6. 绕线型异步电机转子绕组的相数、极对数总是设计得
11、与定子相同，鼠笼型异步电机的转子相数、极对数又是如何确定的呢?与鼠笼条的数量有关吗？,答：鼠笼型异步电机转子相数就是鼠笼转子上的导条数；转子极对数是靠定子绕组磁动势感应而得的，因此它始终与定子绕组的极对数相等，与鼠笼转子的导条数无关,7. 三相异步电动机的堵转电流与外加电压、电机所带负载是否有关?关系如何？是否堵转电流越大堵转转矩也越大?负载转矩的大小会对起动过程产生什么影响？,答：堵转电流与外加电压成正比关系，与负载大小无关。若电机参数不变，则堵转电流越大，堵转转矩也越大。负载转矩的大小会对起动时间的长短产生影响。,5-30,解:,开路时，转子相电势,转子电流频率,转子电流大小,转子每相电势
12、,总的机械功率,5-34,解:,电磁功率,转子铜耗,总机械功率,5-35,解:,转差率,转子电流频率,总机械功率,电磁功率,转子铜耗,定子输入功率,定子线电流,效率,8. 一台三相四极绕线式感应电动机，转子每相电阻万为0.0015欧。额定运行时，转子相电流为200A，额定转速为1475转/分，计算额定电磁转矩。若保持额定负载转矩不变，在转子回路串电阻，使转速降低到1200转/分，求转子每相应串入的电阻值，此时定子电流、电磁功率、输入功率是否变化？,解：(1),(2),调速前后电磁转矩不变，有,转子回路串电阻，电动机参数不变，当定子电压和定子频率不变时，则定子电流、定子功率因数、定子电动势、气隙
13、磁通、电磁功率、定子输入功率均未变化。转子电流、转子功率因数也未变化。 转子串入电阻后，转子总的铜耗增加，输出功率减小，电机效率降低。,、,一台三相异步电动机，额定电压为380v，Y联接，频率为50Hz，额定功率为28kw，额定转速为950转/分，额定负载时的功率因数为0.88，定子铜损耗及铁损耗共为2.2kw，机械损耗为1.1kw，忽略附加损耗，计算额定负载时的： （1） 转差率；（2） 转子铜损耗； （3）效率； （4）定子电流；（5）转子电流的频率。,解：,有一台三相四极绕线式感应电动机额定功率150kw，额定电压380v，转子铜耗2210w，机械损耗2600w，附加损耗1000w。试求： （1）额定运行时的电磁功率，额定转差率的额定转速； （2）已知每相参数，求产生最大转矩时的转差率； （3）若要求在起动时产生最大转矩，转子每相绕组应串入多大的电阻？,解：,欧,欧,5-41,解 总的机械功率,输出功率,电磁功率,额定转速,电磁转矩,负载转矩,习题解答,习题解答,习题解答,习题解答,习题解答,习题解答,习题解答,习题解答,习题解答,习题解答,习题解答,