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项目5 三相异步电动机的运行分析 三相异步电机主要用作电动机，拖动各种生产机械。结构简单、 制造、使用和维护方便，运行可靠，成本低，效率高，得以广泛 应用。但是，功率因数低、起动和调速性能差。 1.学习要求 2.学习资讯 3.项目实训 思考题与习题 项目5 三相异步电动机的运行分析 一、学习要求 1.1 知识要求 1.2 技能要求 项目5 三相异步电动机的运行分析 一、学习要求 1.1 知识要求 ◇了解三相异步电动机的磁场及磁路； ◇了解三相异步电动机的电磁关系，掌握定、转子电压平衡方程式； ◇了解三相异步电动机T形等效电路及相量图； ◇了解三相异步电动机的工作特性，掌握电动机的转速n、定子电流I1、 功率因数、电磁转矩Tem、效率等与输出功率P2的关系曲线； ◇了解三相异步电动机的机械特性，掌握电动机的机械特性曲线，熟悉 电动机输出的转矩大小、转速高低、转矩与转速之间的相互关系； ◇熟悉三相异步电动机的运行状态及指标，了解三相异步电动机的稳定 运行区。 项目5 三相异步电动机的运行分析 一、学习要求 1.2 技能要求 ◇能熟练地对三相异步电动机进行空载试验，会观测电流及输入功率 的变化情况以及电动机的振动与噪声是否异常； ◇会根据空载试验测量结果，粗略地给出电动机质量好与坏的判定； ◇能熟练地对三相异步电动机进行负载试验，会观测输入电流及转速 的变化情况； ◇会根据负载试验测量结果，绘制机械特性曲线，能进行电动机运转 状态分析，判定电动机的带负载能力。 项目5 三相异步电动机的运行分析 二、学习资讯 2.1 项目分析 2.2 三相异步电动机电磁关系的认识 2.3 三相异步电动机的功率和转矩应用 2.4 三相异步电动机特性的认识 2.5三相异步电动机的运行性能的认识 项目5 三相异步电动机的运行分析 二、学习资讯 2.1 项目分析 ☆三相异步电动机的运行有空载运行和负载运行，分析的方法有与变压器相 似的基本方程、等效电路和相量图等方法。 ☆三相异步电动机在正常工作时总是要旋转的，但一些电磁关系在转子不旋 动时就存在，而且通过对转子不动时的分析，更容易帮助理解其电磁过程。 ☆三相异步电动机的工作特性和机械特性是控制电动机的基础，是评价电动 机运行性能的重要依据。这些特性指标在国家标准中都有具体规定，设计和 制造都必须满足这些性能指标，特性曲线可用等效电路计算，也可以通过实 验和作图的方法求得。 项目5 三相异步电动机的运行分析 二、学习资讯 2.2三相异步电动机电磁关系的认识 转子静止时的电磁关系的认识 三相异步电动机转子静止时有两种情况：一是转子绕组开路，二是转子堵转， 所以要从以下两个方面入手，分析电动机的电磁关系。 （1）转子绕组开路时的情况分析 ①电磁关系 项目5 三相异步电动机的运行分析 二、学习资讯 2.2三相异步电动机电磁关系的认识 转子静止时的电磁关系的认识 项目5 三相异步电动机的运行分析 二、学习资讯 2.2三相异步电动机电磁关系的认识 转子静止时的电磁关系的认识 ②定子电压平衡关系 主磁通Фm在定子绕组产生的感应电动势为 E1 4.44 f1 N1 K N1m E1 I10 Rm jX m 项目5 三相异步电动机的运行分析 二、学习资讯 2.2三相异步电动机电磁关系的认识 转子静止时的电磁关系的认识 （2）转子绕组短路并堵转时的情况分析 ①电磁关系 在转子绕组短接时，转子绕组中的导体切割了气隙磁场，由于转子绕组电路 是闭合的，所以转子绕组就会感应出转子电流，对应产生转子磁动势。此时， 定子磁动势和转子磁动势共同作用在电动机定子、转子气隙中并旋转，速度 相同，转向一致。 项目5 三相异步电动机的运行分析 二、学习资讯 2.2三相异步电动机电磁关系的认识 转子静止时的电磁关系的认识 （2）转子绕组短路并堵转时的情况分析 ②定子电压平衡关系 可导出异步电动机定子电压平衡方程式为 U1 E1 Z1I1 因转子绕组堵住不转，且短接闭合，n=0，转子电动势及电流频率均 为，且有 E20 R2 jX 20 I2 Z2 I2 项目5 三相异步电动机的运行分析 二、学习资讯 2.2三相异步电动机电磁关系的认识 转子静止时的电磁关系的认识 （2）转子绕组短路并堵转时的情况分析 ③转子绕组的折算 把转子绕组向定子绕组折算时，遵循的折算原则是折算前后转子磁动势的大 小和相位不变。折算的方法是把原来的转子绕组看成和定子绕组有相同的相 数m1、相同的匝数N1、相同的绕组系数KN1。折算之后，为了得到与折算前 同样的转子磁动势，转子电流及其他参数必须跟着相应地变化，折算值的计 算与变压器的相同。 项目5 三相异步电动机的运行分析 二、学习资讯 2.2三相异步电动机电磁关系的认识 转子旋转时的电磁关系的认识 （1）电磁关系 负载运行时，电动机将以低于同步n1的速度n旋转，其转向仍与气隙旋转磁场的 转向相同。因此气隙磁场与转子的相对转速为△n= n1-n=sn1，△n也就是气隙 旋转磁场切割转子绕组的速度，于是在转子绕组中就感应出电动势，产生电流， 其频率为 pn spn1 f2 sf1 60 60 项目5 三相异步电动机的运行分析 二、学习资讯 2.2三相异步电动机电磁关系的认识 转子旋转时的电磁关系的认识 （2）转子各物理量与转差率s的关系 ①转子绕组感应电动势的频率与转差率s 60n1 n pn n1 n f2 f1s p 60 n1 项目5 三相异步电动机的运行分析 二、学习资讯 2.2三相异步电动机电磁关系的认识 转子旋转时的电磁关系的认识 （2）转子各物理量与转差率s的关系 ②转子绕组的电动势 E2S 4.44 f 2 N2 K1 4.44sf1N2 KN1 sE2 项目5 三相异步电动机的运行分析 二、学习资讯 2.2三相异步电动机电磁关系的认识 转子旋转时的电磁关系的认识 （2）转子各物理量与转差率s的关系 ③转子绕组的漏电抗 X 2 2f 2 L2 2f1sL2 sX 2 项目5 三相异步电动机的运行分析 二、学习资讯 2.2三相异步电动机电磁关系的认识 转子旋转时的电磁关系的认识 （3）基本方程式 ①磁动势平衡方程式 F1 F2 F10 I1 I2 I10 项目5 三相异步电动机的运行分析 二、学习资讯 2.2三相异步电动机电磁关系的认识 转子旋转时的电磁关系的认识 （3）基本方程式 ②电动势平衡方程式 U1 E1 I1Z1 I10 Zm I1Z1 E 2s R2 JX 2s I2 项目5 三相异步电动机的运行分析 二、学习资讯 2.2三相异步电动机电磁关系的认识 转子旋转时的电磁关系的认识 （3）基本方程式 ③转子绕组频率折算及折算后的基本方程式 U1 E1 I1Z1 I1 I2 I10 E1 Zm I10 项目5 三相异步电动机的运行分析 二、学习资讯 2.3 三相异步电动机的功率和转矩应用 （1）功率平衡关系 项目5 三相异步电动机的运行分析 二、学习资讯 2.3 三相异步电动机的功率和转矩应用 （2）转矩平衡关系 T2 T Tm Ts T T0 Pem P2 Pm / 1 s Pem T 9.55 / 1 s 1 n1 项目5 三相异步电动机的运行分析 二、学习资讯 2.3 三相异步电动机的功率和转矩应用 （2）转矩平衡关系 【工程经验】 怎样简单估算电动机的额定转矩呢？ 经验方法1 粗略估算电动机额定转矩要用到额定功率（单位用kW）和电 动机的极对数p（极数的一半），对于电源频率为50HZ的交流异步电动 机，计算公式如下： 转矩的单位为“千克力· 米（kgf·m）”时： pPN TN 3 项目5 三相异步电动机的运行分析 二、学习资讯 2.3 三相异步电动机的功率和转矩应用 （2）转矩平衡关系 【工程经验】 转矩的单位为“牛顿· 米（N·m）”时： pPN TN 10 3 用一段口诀表述为： 额定转矩粗略算，功率千瓦除以三。 单位要用公斤米，再乘极数的一半。 单位要用牛顿米，公斤米数乘十算。 项目5 三相异步电动机的运行分析 二、学习资讯 2.3 三相异步电动机的功率和转矩应用 （2）转矩平衡关系 【工程经验】 经验方法2 直接用额定功率乘以系数。 用一段口诀表述为： 电动机转矩牛米数，功率千瓦乘系数。 两极电动机三点三，四极电机六点六。 六极电动机整数十，八极两倍四极数。 记住两极三点三，其他极数正比求。 项目5 三相异步电动机的运行分析 二、学习资讯 2.4 三相异步电动机特性的认识 （1）工作特性 项目5 三相异步电动机的运行分析 二、学习资讯 2.4 三相异步电动机特性的认识 （2）机械特性 项目5 三相异步电动机的运行分析 二、学习资讯 2.5 三相异步电动机的运行性能的认识 1）电动机的运行性能 下面以机械特性曲线为例来分析异步电动机的运行性能。 ①起动状态 在电动机起动的瞬间，即n=0（或s=1），电动机轴上产生的转矩称为起动 转矩（又称堵转转矩），如起动转矩大于电动机轴上所带的机械负载转矩， 则电动机就能起动；反之，电动机则无法起动。 ②同步转速状态 当电动机转速达到同步转速时，即n=n1（或s=0），转子电流为零，故转矩 T=0。 ③额定转速状态 当电动机在额定状态下运行时，对应的转速称为额定转速，此时的转差率称 为额定转差率，而电动机轴上产生的转矩则称为额定转矩。 项目5 三相异步电动机的运行分析 二、学习资讯 2.5 三相异步电动机的运行性能的认识 ④临界转速状态 当转速为某一值时，电动机产生的转矩最大，称为最大转矩。由数学分析知 道，最大转矩的大小只与电源电压U1有关，与转子电阻R2的大小无关，而 产生最大转矩时的转差率（称临界转差率）可用下式表示。 2 c 20 R s X 式说明，产生最大转矩时的临界转差率（亦即临界转速）与电源电压U1无 关，但与转子电路的总电阻R2成正比，故改变转子电路电阻R2的数值，即 可改变产生最大转矩时的临界转差率，如R2=X20，=1即=0，即说明电动机 在起动瞬间产生的转矩最大。所以绕线转子异步电动机可以在转子回路中串 入适当的电阻，使起动时能获得最大转矩。 项目5 三相异步电动机的运行分析 二、学习资讯 2.5 三相异步电动机的运行性能的认识 ⑤起动转矩倍数 电动机刚接入电网但尚未开始转动（n=0）的一瞬间，轴上产生的转矩称为 起动转矩（或堵转转矩）。起动转矩必须大于电动机轴上所带的机械负载阻 力矩，电动机才能起动。因此起动转矩是衡量电动机起动性能好坏的重要指 标，通常用起动转矩倍数表示。 Tst st TN 式中是电动机的额定转矩。旧型号的国产三相异步电动机J2、JO2系列约在 0.95~1.9之间。而Y及Y2系列该值约2.0左右，因此Y及Y2系列电动机的起动 性能较老产品优越。 项目5 三相异步电动机的运行分析 二、学习资讯 2.5 三相异步电动机的运行性能的认识 ⑥过载能力 电动机产生的最大转矩与额定转矩之比称为电动机的过载能力， 即 Tst st TN 一般三相异步电机的在1.8~2.2之间，它表明电动机在短时间内轴上带的负 载只要不超过（1.8~2.2），电动机仍能运行。因此表明电动机具有的过载 能力。 项目5 三相异步电动机的运行分析 二、学习资讯 2.5 三相异步电动机的运行性能的认识 2）三相异步电动机的稳定运行区 项目5 三相异步电动机的运行分析 三、项目实训 项目5 三相异步电动机的运行分析 思考题与习题 ◆三相异步电动机的主磁路包括哪几部分？为什么定子与转子之间的 气隙要小？ ◆异步电动机主磁通的大小是由外加电压大小决定的，还是由空载电 流大小决定的？ ◆异步电动机转子静止时与转子旋转时，转子各物理量和参数（包括 转子电流、电抗、频率、电动势、功率因数）将如何变化？ ◆试述当机械负载增加时，三相异步电动机的内部经过怎样的变化， 才能使电动机在较以前低的转速下稳定运行？ ◆转差率的大小对三相异步电动机的运行状态有何影响？ 项目5 三相异步电动机的运行分析 思考题与习题 ◆一台三相异步电动机接至频率为的三相电源上以转速运行，问定子、 转子感应电动势的频率各是多少？定子旋转磁通势在空间的转速是多 大？转子电流产生的磁通势相对转子的转速和相对定子的转速各是多 大？（以上均用相关字符回答） ◆当三相异步电动机的机械负载增加时，为什么定子电流会随着转子 电流的增加而增加？ ◆一台三相异步电动机输入功率为8.6kW，=0.034，定子铜损耗为425 W，铁损耗为210 W，试计算电动机的电磁功率、转子铜损耗和总机械 功率。 项目5 三相异步电动机的运行分析 思考题与习题 ◆一台Y联接的4极绕线转子异步电动机，=150 kW，=380V，额定负载 时的转子铜损耗=2210W，机械损耗=2640 W，附加损耗=1000 W，试求 额定负载时的 ①电磁功率、转差率、转速； ②电磁转矩、负载转矩、空载转矩。 ◆异步电动机的电磁转矩与电源电压大小有什么关系？如果电源电压 下降20%，电动机的最大转矩和启动转矩将变为多大？若电动机拖动 额定负载转矩不变，问电压下降后电动机的主磁通、转速、转子电流、 定子电流各有什么变化？