异步电动机的功率密度与转矩密度分析_苏凤飞
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三相异步电动机的功率和转矩异步电动机的机电能量转换过程和直流电动机相似。
其机电能量转换的关键在于作为耦合介质的磁场对电系统和机械系统的作用和反作用。
在直流电机中,这种磁场由定、转子双边的电流共同激励,而异步电机的耦合介质磁场仅由定子一边的电流来建立。
这种特殊性表现为直流电机的气隙磁场是随负载而变化,由此发生了所谓电枢反应的问题,而异步电机的气隙磁场基本上与负载无关,故无电枢反应可言。
尽管如此,异步电动机由定子绕组输入电功率,从转子轴输出机械功率的总过程和直流电动机还是一样的。
不过在异步电动机中的电磁功率却在定子绕组中发生,然后经由气隙送给转子,扣除一些损耗以后,在轴上输出。
在机电能量转换过程中,不可避免地要产生一些损耗,其种类和性质也和直流电机相似,这里不再分析。
下面仅就功率转换过程加以说明,然后导出功率方程式和相应的转矩方程式。
一、功率转换过程异步电动机在负载时,由电源供给的、从定子绕组输入电动机的功率为P1,从图4—12所示的等值电路可看出,P1的一小部分消耗于定子电阻上的定于铜耗P Cu1,又一小部分消耗于定子铁心中的铁耗pF,余下的大部分电功率借助于气隙旋转磁场由定子传送到转子,这部分功率就是异步电动机的电磁功率。
它和直流电机中的电磁功率稍有不同。
前者是靠电磁作用而传递的功率,后者由电磁作用而转换的功率。
异步电动机中的电磁功率传送到转子以后,必伴生转子电流,有电流在转子绕组内通过,在转子电阻上又发生了转子铜耗pCu2。
在气隙旋转磁场传递电磁功率的过程中,与转子铁心存在着相对运动,旋转磁场切割着转子铁心,理应引起转子的铁心中的铁耗,但实际上由于异步电动机在正常运行时,转差率很小,即气隙旋转磁场与转子铁心相对运动很小,以致转子铁心中磁通变化频率很低,通常仅1~3Hz/s,所以转子的铁耗可以略去不计。
这样.从定子传递到转子的电磁功率仅须扣除转子钢耗,便是使转子产生旋转运动的总机械功率p mec。
异步电动机的功率、转矩与运行性能三相异步电动机的功率与转矩关系一、功率关系异步电动机在负载时,负载时,P 1 从电源输入的电功率借助于气隙旋转磁场的作用,作用,从定子通过气隙P M 传送到转子,传送到转子,这部分功率称为电磁功率P mec再扣除转子的机械损耗pmec 再扣除转子的机械损耗P 和杂散损耗,可得转子轴 2 和杂散损耗p , 上输出的机械功率P2 上输出的机械功率消耗于定子绕组的电阻而变成铜耗pCu1消耗于定在转子电子铁心变阻上消耗为铁耗的铜耗pFepCu2pmec + p 正常运行时,转差率很小,正常运行时,转差率很小,转于中磁通的变化频率很低,于中磁通的变化频率很低,通常仅1~ 常仅~3Hz,所以转子铁耗,一般可略去不计。
因此,一般可略去不计。
因此,从传送到转子的电磁功率中扣除转子铜耗后,子铜耗后,可得转换为机械能的总机械功率功率方程式P = 3U1 I1 cos 1 1pcu1 = 3I R12 1PM : pCu 2 : Pm = 1: s : (1 s )可见,转速n越低,s越大,转子铜耗越大'2 2 ' 2pFe = 3I 02 RmR PM = P pCu1 pFe = 3I 1 s ' ' ' PM = 3E2 I 2 cos 2 = 3E2 I 2 cos 2′ ′ pcu 2 = 3I 22 R2 = sPMPm = PM pCu 2 = (1 s ) PM 转差功率P2 = Pm ( pm + pa )二、转矩关系功率等于相应的转矩与机械角速度的乘积。
功率等于相应的转矩与机械角速度的乘积。
P = T Pm = P2 + pm + paT = T2 + Tm + Ta = T2 + T0空载转矩电磁转矩电动机输出的机械转矩机械损耗转矩附加损耗转矩n Pm = (1 s ) PM = PM = PM 1 n1Pm PM = =T 1电磁转矩既等于总机械功率除以转子的机械角速度,电磁转矩既等于总机械功率除以转子的机械角速度,也等于电磁功率除以旋转磁场的同步角速度。