第51讲 第二十七章：感应电动机（三）（2010年新版）.doc

1、联系 QQ1165557537第 27 章感应电动机27.3 感应电动机的功率、转矩平衡方程式27.4.1 功率平衡方程式一、 功率平衡方程输入功率 ，式中为定子相电压、相电流。ssIUPco31电磁功率 ;)(FesCusemP定子铜耗 sCusRI2定子铁耗 。mFesP转子铜耗 2rCurI风摩损耗 fv杂散损耗 (谐波损耗)sP空载损耗 sfv0机械功率 CuremM轴上输出功率 02P由等值电路可知：电磁功率又可表达为 sRIIErrrem2 3cos3故机械功率 )1()1(2 PRsIPemrrM转子铜耗 称为转差功率。semCurPP综上：异步电动机轴上输出功率 012 sFe

2、Cus27.4.2 转矩平衡方程式转矩平衡方程定义：异步电机电磁转矩 )1,1(, 602, 00 sPsnPT MememMem 轴上输出转矩 2空载转矩 0PTnM602,02 即： 0Temrrem rererreIEPEKIcos3,又 pffnfKNfrmrrr 260260,4. rrmNr rrNreme IKpIpfTcos)2.3( cs.30结论： rrTem与他励直流电机电磁转矩比较：直流： aTemIK 形式基本相同直流电机在励磁不变时电磁转矩和电枢电流成正比异步机即使磁通不变，电磁转矩仅取决于转子电流的有功分量直流电机在磁通、电流不变时，电磁转矩为常数；而异步机转子电

3、流是有效值，不是瞬时值，因此即使电磁转矩各项不变，瞬时值仍会不同。转子功率因素角 是转差率 s 即转速 n 的函数。即使磁通不变，不同转速下同样电流rrRsXtg1得到的电磁转矩也有很大差别。电磁转矩主要为转子参数，直接测量、控制困难，转矩瞬时值控制更困难（1）电磁转矩（简称转矩）异步电动机的转矩 T 是由旋转磁场的每极磁通 与转子电流 I2相互作用而产生的。电磁转矩的大小与转子绕组中的电流 I 及旋转磁场的强弱有关。经理论证明，它们的关系是： 22cosTKI其中 T 为电磁转矩 KT为与电机结构有关的常数为旋转磁场每个极的磁通量 I2为转子绕组电流的有效值2为转子电流滞后于转子电势的相位角

4、若考虑电源电压及电机的一些参数与电磁转矩的关系，修正为： 2120()TsRUKX其中 为常数 U1为定子绕组的相电压S 为转差率 R2为转子每相绕组的电阻X20为转子静止时每相绕组的感抗由上式可知，转矩 T 还与定子每相电压 U1的平方成比例，所以当电源电压有所变动时，对转矩的影响很大。此外，转矩 T 还受转子电阻 R2的影响。图为异步电动机的转矩特性曲线。（2）机械特性曲线图三相异步电动机的机械特性曲线在一定的电源电压 U1和转子电阻 R2下，电动机的转矩 T 与转差率 n 之间的关系曲线 T=f(s)或转速与转矩的关系曲线 n=f(T)，称为电动机的机械特性曲线，它可根据式得出，如图所示

5、。在机械特性曲线上我们要讨论三个转矩：1） 额定转矩 TN额定转矩 TN是异步电动机带额定负载时，转轴上的输出转矩。 2950Pn式中 P2是电动机轴上输出的机械功率，其单位是瓦特， n 的单位是转/分， TN的单位是牛米。当忽略电动机本身机械摩擦转矩 T0时，阻转矩近似为负载转矩 TL，电动机作等速旋转时，电磁转矩 T必与阻转矩 TL相等，即 T=TL。额定负载时，则有 TN=TL。aOTnn0TmaxTqT NnNbcT NTqTmax Tssm 1O(a) T=f(s)曲 线 (b) n=f(T)曲 线2） 最大转矩 TmTm又称为临界转矩，是电动机可能产生的最大电磁转矩。它反映了电动机

6、的过载能力。最大转矩的转差率为 Sm，此时的 Sm叫做临界转差率，见图（a）最大转矩 Tm 与额定转矩 TN之比称为电动机的过载系数，即=Tm/TN一般三相异步的过载系数在 1.82.2 之间。在选用电动机时，必须考虑可能出现的最大负载转矩，而后根据所选电动机的过载系数算出电动机的最大转矩，它必须大于最大负载转矩。否则，就是重选电动机。3） 起动转矩 Tst，Tst为电动机起动初始瞬间的转矩，即 n=0， s 时的转矩。为确保电动机能够带额定负载起动，必须满足： TstTN，一般的三相异步电动机有 Tst/TN=12.2。27.5 感应电动机的工作特性27.5.1 转速特性： )(2Pfn空载

7、时，转子转速接近于同步转速。随着负载的增大，转速降低。是一条稍微向下倾斜的曲线。27.5.2 定子电流特性： )(21PfI定子电流含有两个分量，即 ，空载时，负载分量接近于零；随负载的增大而转子电流增大，LmI1与之平衡的定子电流负载分量也随之增大。27.5.3 功率因数特性： )(cos21Pf感应机的总阻抗是电感性的，其功率因数总是滞后的。27.5.4 电磁转矩特性： )(2fT近似为一条斜率为 1/ 的直线。D27.5.5 效率特性： )(2Pf可变损耗，不可变损耗；二者相等时，效率达最大值。 pP212工作特性的测取： 直接负载法或等值电路计算。27.6 感应电动机的起动27.6.1

8、.起动特性性能27.6.1.1 起动电流 Ist在刚起动时，由于旋转磁场对静止的转子有着很大的相对转速，磁力线切割转子导体的速度很快，这时转子绕组中感应出的电动势和产生的转子电流均很大，同时，定子电流必然也很大。一般中小型鼠笼式电动机定子的起动电流可达额定电流的 57 倍。注意：在实际操作时应尽可能不让电动机频繁起动。如在切削加工时，一般只是用摩擦离合器或电磁离合器将主轴与电机轴脱开，而不将电动机停下来。27.6.1.2 起动转矩 Tst电动机起动时，转子电流 I2虽然很大，但转子的功率因数 cos2很低，由公式 可22cosTKI知，电动机的起动转矩 T 较小，通常 。1.20stNT:起动

9、转矩小可造成以下问题：（1）会延长起动时间。 （2）不能在满载下起动。因此应设法提高。但起动转矩如果过大，会使传动机构受到冲击而损坏，所以一般机床的主电动机都是空载起动（起动后再切削） ，对起动转矩没有什么要求。综上所述，异步电机的主要缺点是起电流大而起转矩小。因此，我们必须采取适当的起动方法，以减小起动电流并保证有足够的起转矩。27.6.2 感应电动机的起动方法27.6.2.1 直接起动直接起动又称为全压起动，就是利用闸刀开关或接触器将电动机的定子绕组直接加到额定电压下起动。这种方法只用于小容量的电动机或电动机容量远小于供电变压器容量的场合。27.6.2.2 降压起动在起动时降低加在定子绕组上的电压，以减小起动电流，待转速上升到接近额定转速时，再恢复到全压运行。此方法适于大中型鼠笼式异步电动机的轻载或空载起动。（1）星形-三角形（Y-）换接起动起动时，将三相定子绕组接成星形，待转速上升到接近额定转速时，再换成三角形。这样，在起动时就把定子每相绕组上的电压降到正常工作电压的 。13此方法只能用于正常工作时定子绕组为三角形联接的电动机。这种换接起动可采用星三角起动器来实现。星三角起动器体积小、成本低、寿命长、动作可靠。