电机学 第V部分异步电机 GE 2009级卓越工程师班 主讲教师：谢宝昌 上海交通大学电气工程系
电机学 第IV部分 异步电机 for GE 2009级卓越工程师班 主讲教师：谢宝昌 上海交通大学电气工程系
异步电机的功率、转矩和特性 ·异步电机的电功率 一定子电枢与转子电枢的电功率 一感应电动机输入电功率，感应发电机输出电功率 ·异步电机的机械功率 一转子轴上的机械功率 ·异步电机的损耗 一电枢铁芯损耗，电枢绕组损耗，转子机械损耗，附加损耗 ·异步电动机的机械特性 一电压和频率额定时，转子转速与电磁转矩的关系： 。 异步电动机的工作特性 一电压和频率额定时，转差率、效率、机械转矩、功率因数和 定子电流与输出功率的关系： August 27,2011 2
August 27, 2011 2 异步电机的功率、转矩和特性 • 异步电机的电功率 – 定子电枢与转子电枢的电功率 – 感应电动机输入电功率，感应发电机输出电功率 • 异步电机的机械功率 – 转子轴上的机械功率 • 异步电机的损耗 – 电枢铁芯损耗，电枢绕组损耗，转子机械损耗，附加损耗 • 异步电动机的机械特性 – 电压和频率额定时，转子转速与电磁转矩的关系； • 异步电动机的工作特性 – 电压和频率额定时，转差率、效率、机械转矩、功率因数和 定子电流与输出功率的关系；
异步电机的功率平衡关系 ·电网输入电功率P1 - 定子铜耗Pcu1 P1 -定子铁耗pe1 ·气隙电磁功率Pem -转子铜耗Pcu2 -转子铁耗pe2 。 转子机械功率Pmec Pfe 一风摩损耗PwM -附加损耗pad 0 mec ·转子输出机械功率P2 Pad August 27,2011 3
August 27, 2011 3 异步电机的功率平衡关系 • 电网输入电功率P1 – 定子铜耗pcu1 – 定子铁耗pfe1 • 气隙电磁功率Pem – 转子铜耗pcu2 – 转子铁耗pfe2 • 转子机械功率Pmec – 风摩损耗pwf – 附加损耗pad • 转子输出机械功率P2 P1 pcu1 pfe1 pfe2 pcu2 pwf pad P2 Pem Pmec
电磁功率和机械功率表达式 E1=V2W,kΦm P=Pem Pcu+pfel Pem mE h cosy Pem m2 E212 cos2 Pem Pmec Pcu2+Pfe2 Pem m2lnIs Pem m12 ls Pmec =P2+Pwg+Pad Pne mI2r2(1-s)/s=(1-s)Pem p2=m,123=m,172=sPm August 27,2011 4
August 27, 2011 4 电磁功率和机械功率表达式 ! Pem = m1E1I1 cos"1 ! Pem = m2E2I2 cos"2 ! Pem = m2I2 2 r2 /s ! Pem = m1I " 2 2 r " 2 /s ! E1 = 2"f1 W1kw1 #m ! Pmec = m1I " 2 2 r " 2(1# s)/s = (1# s)Pem ! pcu2 = m1I " 2 2 r " 2 = m2I2 2 r2 = sPem ! Pmec = P2 + pwf + pad ! Pem = Pmec + pcu2 + p ! fe2 P1 = Pem + pcu1 + pfe1
电磁转矩和机械转矩 转子侧电磁功率Pm=Pmc+P2+Pe2 电磁转矩 2 机械功率Pmec=P2+Pw+Pad 转矩平衡 台-+7 22 August 27,2011 5
August 27, 2011 5 电磁转矩和机械转矩 ! Tem = Pem "1 = pPem 2#f1 = Pmec " ! Tem = P2 " + pwf + pad " = TL + T0 ! Pmec = P2 + pwf + pad ! Pem = Pmec + pcu2 + pfe2 转矩平衡 转子侧电磁功率 电磁转矩 机械功率
电磁转矩的参数表达式 U 忽略激磁电流，定子电流 1= +61sP+c。+x)P 转子电流折算后等于定子电流 电磁转矩参数表达式 p U'rls 2(G+51s)2+(xo+x2a) x'20 r'2 简化等效电路U, E August 27,2011 6
August 27, 2011 6 电磁转矩的参数表达式 ! I1 = U1 r 1 + r " 2 ( /s) 2 + x1# + x " ( 2# ) 2 ! Tem = m1 p 2"f1 U1 2 r # 2 /s r 1 + r # 2 ( /s) 2 + x1$ + x # ( 2$ ) 2 r1 r’2 x1σ x’2σ Ｕ1 I1 E1 忽略激磁电流，定子电流 转子电流折算后等于定子电流 电磁转矩参数表达式 简化等效电路
最大电磁转矩 临界条件： dTem= ds 发生最大电磁转矩转差率Sm= 正号电动机 ±r+V2+(xo+x2a)2 负号发电机 最大电磁转矩7mm±2±++(K。+ m p U 忽略定子电阻的影响 mp U2 Sm≈± Xlo X2a Tmmx 2(xo+x2a） August 27,2011 7
August 27, 2011 7 最大电磁转矩 ! dTem ds = 0 ! Tem max = ± m1 p 2"f1 U1 2 ±r 1 + r 1 2 + x1# + x $ ( 2# ) ! 2 sm = ± r " 2 ±r 1 + r 1 2 + x1# + x " ( 2# ) 2 忽略定子电阻的影响 ! Tem max " ± m1 p 2#f1 U1 2 x1$ + x % ( 2$ ) ! sm " ± r # 2 x1$ + x # 2$ 正号电动机 负号发电机 临界条件： 发生最大电磁转矩转差率 最大电磁转矩
电磁转矩实用公式 异步电动机过载能力 KN Temmat 过载能力大于1 忽略激磁电流和定子电阻，电磁转矩的实用表达式 2 Tenm S 一十 Sm -2 SN =5m(kw-1/kR-1) SN August 27,2011 8
August 27, 2011 8 电磁转矩实用公式 忽略激磁电流和定子电阻，电磁转矩的实用表达式 ! Tem Tem max " 2 s sm + sm s 异步电动机过载能力 ! kN = Tem max TemN ! kN " 1 2 sN sm + sm sN # $ % & ' ( ! sN = sm (kN " kN 2 "1) 过载能力大于1
起动转矩 异步电机起动时，转差率=1，对应电磁转矩为起动转矩， 假设异步电动机简化等效电路参数与转速无关，那么 Ts mp U 2(G+)2+(xo+x2a) August 27,2011 9
August 27, 2011 9 起动转矩 ! Tst = m1 p 2"f1 U1 2 r # 2 r 1 + r # ( 2 ) 2 + x1$ + x # ( 2$ ) 2 异步电机起动时，转差率＝1，对应电磁转矩为起动转矩， 假设异步电动机简化等效电路参数与转速无关，那么
稳定运行条件 在工作点异步电机机械特性与负载机械特性满足 Tem'TL 风机和泵 dTg .∠ dTL dn dn 四n 恒转矩稳定区 August 27,2011 10
August 27, 2011 10 稳定运行条件 在工作点异步电机机械特性与负载机械特性满足 ! dTem dn < dTL dn n 0 n1 风机和泵 恒转矩稳定区 Tem，TL