异步电动机功率
异步电动机的功率、转矩与运行性能
维护保养
安全操作
运行监测
环境适应
定期对异步电动机进行维护保养，包 括清洁、润滑、检查等，确保其正常 运行。
Байду номын сангаас
对异步电动机的运行状态进行实时监 测，发现异常及时处理，防止故障扩 大。
06
CATALOGUE
异步电动机的发展趋势与未来展望
技术创新
01
高效电机设计
通过优化电机设计，提高异步电 动机的运行效率和功率密度，降 低能耗。
定的品牌和型号。
功率匹配
确保所选异步电动机的功率与实际负 载需求相匹配，避免过大或过小的功 率选择。
经济性
在满足性能要求的前提下，选择性价 比高的异步电动机，降低运行成本。
使用注意事项
在使用异步电动机时，应遵循安全操 作规程，避免发生触电、机械伤害等 安全事故。
根据实际使用环境，如温度、湿度、 海拔高度等，选择合适的异步电动机 或采取相应的防护措施。
异步电动机的功率 、转矩与运行性能
contents
目录
• 异步电动机的基本原理 • 异步电动机的功率特性 • 异步电动机的转矩特性 • 异步电动机的运行性能 • 异步电动机的应用与选型 • 异步电动机的发展趋势与未来展望
01
CATALOGUE
异步电动机的基本原理
工作原理
异步电动机是利用电磁感应原理工作的旋转电机。当 三相交流电通过定子绕组时，产生旋转磁场，该磁场
最大转矩
最大转矩
异步电动机在运行过程中能够承受的最大瞬时转矩。
影响因素
最大转矩与电动机的设计、制造工艺和使用环境等因 素有关。
意义
最大转矩决定了电动机承受突然负载变化的能力，是 电动机安全运行的重要指标。
三相异步电动机功率的计算
三相异步电动机功率的计算一、问题的由来前两天国家抽验XA5032，我被临时调到现场帮忙，偶然被问到测量电机功率的问题，才发现基础知识已忘记太多了，现总结在此。
这些知识虽与数控机床关系不大，与嵌入式系统距离更远，不过作为基础知识了解一下还是很有必要的。
二、问题的起因※现场找不到功率表，要求以钳式电流表代替。
即用电流表套住一根主电缆，测量其交流电流值，并换算为功率。
※工人师傅的经验公式为：P=0.5*I 其中：P为电机有功功率，单位千瓦；I为实测电流，单位安培。
然则问题是，何以证明此经验公式？三、问题的研究电机是普通三相异步电动机，Y型接法。
额定电压380V，额定功率7.5KW，额定电流15.2A。
通过经验可知，三相电机总功率等于3乘以每相的功率，即p=3*u*i，其中：p为三相电机总功率，单位瓦u为相电压，单位伏i为相电流，单位安注：暂用字母大小写区分相电压与线电压又查阅资料知，线电压等于1.732倍相电压，线电流等于相电流，即p=3*（U/1.732）*I，其中：p为三相电机总功率，单位瓦U为线电压，即380伏I为线电流，即钳式电流表实测电流，单位安故:得到公式p=1.732*U*I四、问题的解决综上，P=1.732*U*I*cosφ/1000，其中：P为三相电机有功功率，单位千瓦U为线电压，即380伏I为线电流，即钳式电流表实测电流，单位安cosφ为功率因数，针对电机通常取0.8故：P=0.52*I≈0.5*I（KW），公式得证。
五、问题的补充1 三相四线制三相四线制供电方式，即国际电工委员会（IEC）规定的TN-C方式，是用工作零线兼作接零保护线，可以称作保护中性线，可用NPE表示。
故三根相线、一根中性线。
三相五线制供电方式，即国际电工委员会（IEC）规定的TN-S方式，是把工作零线N和专用保护线PE严格分开的供电系统。
故三根相线、一根工作零线、一根保护零线。
单相三线制是三相五线制的一部分，即根据国际电工委员会(IEC)标准和国家标准而定的TN—S系统，在配电中出现了N线和PE线。
三相异步电动机功率的计算
三相异步电动机功率的计算引言：一、三相异步电动机的结构二、三相异步电动机的功率定义三、三相异步电动机的功率计算公式1.有功功率：有功功率是指电机传递给负载的功率，也是电机真正转化为有用功的能力。
有功功率的计算公式如下：P = U × I × √3 × cosφ其中，P表示有功功率，U表示电机的额定电压，I表示电流的有效值，√3表示三相电压与线电压的关系，cosφ表示功率因数。
2.无功功率：无功功率是指电机传递给负载的无功功率，也是电机损耗的能力。
无功功率的计算公式如下：Q = U ×I × √3 × sinφ其中，Q表示无功功率，U表示电机的额定电压，I表示电流的有效值，√3表示三相电压与线电压的关系，sinφ表示功率因数的正弦值。
3.视在功率：视在功率是指电机耗费的总功率，即有功功率和无功功率的矢量和。
视在功率的计算公式如下：S=√(P²+Q²)其中，S表示视在功率，P表示有功功率，Q表示无功功率。
四、三相异步电动机功率的效率计算电机的效率是指电机将输入的电能转化为有用输出功率的能力。
电机的效率可以通过以下公式计算：η = Pout / Pin × 100%其中，η表示电机的效率，Pout表示电机的输出功率，Pin表示电机的输入功率。
五、影响三相异步电动机功率的因素1.频率：在电机设计过程中，根据特定的电源频率确定了电机的额定转速和容量。
如果电源频率发生变化，电机的输出功率也会相应变化。
2.电压：电压是电机输出功率的关键因素。
当电源电压变化时，电机的输出功率也会相应变化。
3.负载：电机的输出功率与负载之间存在线性关系。
负载越大，电机的输出功率越大。
结论：三相异步电动机功率的计算是工程实践中非常重要的一部分，它能反映电机的性能和适用范围。
合理计算和选择电机的功率对于确保电动机正常工作和提高工作效率至关重要。
第22讲 三相异步电动机的功率和电磁转矩
。定
I1 I 0 子电流特性曲线如图。
三相异步电动机的工作特性
三、功率因数特性 cos1 f (P2 )
异步电动机运行时需要从电网吸收 无功电流进行励磁，所以I1电流总是滞后 电源电压U1，功率因数 cos1 1 。空载时 ，定子电流为I0，基本为励磁电流，此时 功率因数为 cos1 0.1--0.2 左右。当负载 P2增大时，励磁电流I0保持不变，有功 电流随着P2的增大而增大，使 cos1 增大，接近额定负载时，功 cos1 0.76 0.9 左右。如超过额定功率后负载进一步 率因数最高， 增大，转速下降速度加快，s上升较快，使 R/s 下降较快，转 子电流有功分量所占比例下降，使定子电流有功分量比例也下 降，从而使 cos1反而减小，曲线如图。
T f (P2 ) 也为一直线。电磁转矩特性曲线如图。
R/s2
三相异步电动机的工作特性
五、效率特性 f (P2 )
根据效率公式，有
p P2 P1 p 1 P1 P1 P2 p
当P2变化时，效率η的变化取决于损耗 p的变化。而 损耗:
p p
Cu1
pCu1 pFe pCu2
pm+ps P2
P1
PM
Pm
异步电动机功率平衡流程图
二、三相异步电动机的转矩关系
异步电动机传输给转轴的总机械功率Pm就是电磁转矩T与 转轴机械角速度Ω的乘积，即
Pm T T
同时还可以表示为： T Pm Pm
Pm
2 n 60
Pm PM 2 n1 1 (1 s ) 60
2 ) P1k 3 I1k ( R1 R2
从而可求得：短路阻抗：
异步电动机的功率流程图
异步电动机的功率流程图：由异步电动机的运行原理可知：当电动机定子接入三相交流电源后，定子绕组中建立的旋转磁场使转子绕组中感应出电流，两者相互作用产生电磁转矩Te使转子加速，直到稳定于低于同步转速n0的某一转速n0。
由于旋转磁场和转子承受同样的转矩，但具有不同的转速，因此在传到转子上的电磁功率Pm与转子轴上产生的机械功率Pi之间存在功率差Ps，称为转差损耗，它将通过转子导体发热而消耗掉，即Ps=Pcu2。
异步电动机流程图如图。
异步电动机的效率为输出机械功率P2与输入电功率P1之比。
在忽略了电动机定子与转子的一些损耗后，也可以用P2与电磁功率Pm之比来表示，即Ƞ=P2/P1≈P2/Pm=1-s转差功率Ps=sPm=sP2/(1-s)=sKT1n/(1-s)T1=C其中T1——不同性质的负载；C——常数，a=0、1、2分别表示恒转矩负载、转矩与转速成正比的负载以及转矩与转速平方成正比的负载（如离心泵、风机等）可得Ps=s(KC/(1-s)在s=0时，可得电动机最大机械功率输出P2max=KC电动机转差功率损耗系数Ps/P2max=s电动机的转差损耗系数表示转差损耗对调速拖动装置的最大输出机械功率的比值。
比值越大，能耗越大，运行越不经济。
异步电动机交流调速的方法：不论电机的形式怎么变化其工作的原理都是不变的。
任何电机的工作原理都是基于电磁感应定律和电磁力定律的。
三相异步电机同样是基于这两大定律。
当然三相异步电动机基于此，还有自己的特点。
它是感应电机其产生感应电流的方式是定子通入电流，其中一部分磁通在短路环中产生了感应电流。
只有通过电流阻碍磁通，才能使电机产生相位差。
而相位差就是形成旋转磁场的原因。
三相异步电动机有着其固定的转速公式：n＝／p（1-s）从上面的公式我们不难看出三相异步电动机的运作原理以及影响因素。
通过其中P、S的不同，从而产生不同的调速方法。
起本质就是改变交流机的同步转速或者不同步转速。
而其中被广泛使用的不改变同步转速方法有许多，其主要有绕线式的多种调速方法，比如转子串电阻调速、串级调速等等。
三相异步电动机的有功功率和额定功率的区别和联系
三相异步电动机的有功功率和额定功率的区别和联系:额定功率是电机运行在额定点输出的机械功率。
额定功率=sqrt（3）*额定电压*额定电流*功率因数*效率。
这是特指额定点。
视在功率=sqrt（3）*电压*电流。
有功功率=sqrt（3）*电压*电流*功率因数，这个有功功率是电机输入的电功率，它不同于视在功率是交流电压电流的相交差造成的，或者说是电机中的储能元件电感造成的。
效率是电机中的定转子铜损，铁损和机械损耗造成的，完全不同的概念。
无功功率没有功率损耗，只是有能量以磁场的形式储存在储能元件中，没有传递到机械功率输出，而效率的损耗全部转化成了热能，会使电机产生温升。
电动机从电网上吸收电能经过电磁感应定律的规定，变成电动机转子旋转，带动负载机械做功，这样就将电能转化成机械能。
电动机输出的能量为电动机的额定功率。
电动机运行时因线圈发热、轴承摩擦等很多损耗为电动机损耗。
将额定功率和所有的损耗加起来，就为电动机从电网中吸收的有功功率。
电动机将电能转化成机械能是离不开磁场的，磁场的建立就是靠电动机线圈通电形成的，那么形成磁场也需要能量，这部分的能量并没有转化成机械能和热能，相当于媒介，此部分能量为电动机的无功功率。
有功功率＋无功功率＝视在功率，注意：这可是矢量相加哟。
效率＝额定功率÷有功功率×100％永远小于1一、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数及峰值因子的概念1.有功功率：可以转化成其他形式能量（热、光、动能）的能量。
以P来表示，单位为W。
一般来说，有功功率是相对于纯阻性负载来说的。
2.无功功率：功率从能量源传递到负载并能反映功率交换情况的功率就是无功功率。
以Q来表示，单位为Var。
它的产生是由于感性负载、容性负载、以及电压和电流的失真。
这种功率可导致额外的电流损失。
3.视在功率：有功功率和无功功率的几何之和（即平方和的均方根），它用来表示电气设备的容量。
以S来表示，单位为V A。
4.功率因数：正弦交流电压与电流的相位差称为功率因数角，以Φ来表示，没有单位，而这个功率因数角的余弦值称为功率因数。
三相异步电动机的功率和电磁转矩
3I22 R2
1
s
s
R2
3I 2 2
R2 s
（3-32）
电磁功率除去转子绕组上的损耗，就是等效负载电
阻
1 s
s
R2上 的损耗，这部分等效损耗实际上是传输给电动
机转轴上的机械功率，用PMEC表示。它是转子绕组中电
流与气隙旋转磁场共同作用产生的电磁转矩，带动转子
P2 PMEC pmec pad
（3-34）
转轴上可输见出异机步械电功动率机的运全行过时程，为从电源输入电功率P1到
P2 P1 ( pCu1 pFe pCu 2 pmec pad ) P1 p
（3-35）
功率关系可用图3.17来表示。从以上功率关系定量分析看出， 异步电动机运行时电磁功率Pem、转子损耗pCu2和机械功率PMEC三 者之间的定量关系是
以转速n旋转所对应的功率
PMEC
Pem
pCu2
3I 2 2
1 s
s
R2
(1
s)Pem
（3-33）
电动机运行时，还存在由于轴承等摩擦产生的机械
损 型电耗机pme的c及pa附d=加（损1～耗3p）ad%。P大N。型电机中pad约为0.5%PN，小
pad才转是子转的轴机上械实功际率输P出M的EC减功去率，机用械P损2表耗示pm。ec和附加损耗
Pem:PCu2:PMEC =1:s:(1-s) 也可写成下列关系式
（3-36）
Pem pcu2 PMEC
p sP
Cu 2
em
PMEC (1 s)Pem
（3-37）
上式表明，当电磁功率一定，转差率s越小，转子铜损耗越小，
异步电动机的功率、转矩与运行性能
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。
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主要内容
1 异步电机功率及转矩方程 2 异步电动机转矩——转差率曲线 3 异步电动机工作特性 4 异步电机启动方法
8.1 异步电机功率及转矩方程 一、损耗及功率平衡方程
在等效电路上表示功率和损耗： 三相功率及损耗需×3
p cu 1
R1 X1
P1
U 1
I1
I0
8.2 异步电机转矩——转差率曲线 一、电磁转矩与转差率的关系：M-s曲线
在电源电压U1、频率f1确 定的情况下，对于一台 电机，转矩 M与转差率s 有关，其关系曲线即为 M-s曲线。
8.2 异步电机转矩——转差率曲线 一、电磁转矩与转差率的关系：M-s曲线
(1)s=1(n=0)时的转矩，为起动 转矩Mst ，如图A点所示； (2) 当s=sm 时电机可产生最大 转 矩Mm ，如图B点所示； (3)当电动机运行于额定状态 时 s=sN 时，对应产生的转矩为额 定转矩MN ，如图C点所示；
M：其实质就是转子载流导体在气隙旋 转磁场中受力形成的转矩。
=
ω1 p
ω1为电角速度
为转子电路的功率因数角
8.1 异步电机功率及转矩方程 三、电磁转矩M的物理概念
8.1 异步电机功率及转矩方程 三、电磁转矩M的物理概念
8.1 异步电机功率及转矩方程 三、电磁转矩M的物理概念
力矩常数
8.1 异步电机功率及转矩方程 三、电磁转矩M的物理概念
• 异步电动机的功率平衡方程式：
P 2 P 1 p c 1 u p F p e c 2 u p p a d P 1 p
8.1 异步电机功率及转矩方程 一、损耗及功率平衡方程
• 异步电动机的功率平衡方程式：
P 2 P 1 p c 1 u p F p e c 2 u p p a d P 1 p
PS：转矩的另一个符号T
8.1 异步电机功率及转矩方程 二、转矩平衡方程
电磁转矩
MPM(1s)Pδ Pδ Ω (1s)Ω1 Ω1
式中Ω1为同步机械角速度。
电磁转矩从转子方面看，它等于总机械功率除以转子 机械角速度；从定子方面看，它又等于电磁功率除以 同步机械角速度。
8.1 异步电机功率及转矩方程 三、电磁转矩M的物理概念
p Fe
p cu 2
R
' 2
X
' 2
Rm
Xm
I2
1
s
s
R
'Байду номын сангаас2
PM
8.1 异步电机功率及转矩方程 一、损耗及功率平衡方程
P1
Pδ
PM
P2
pcu_1
pFe
pcu_2
p+ pad
8.1 异步电机功率及转矩方程
一、损耗及功率平衡方程
p cu 1
异步电动机的功率和损耗有：
R1
X1
输入功率
定子铜损
P p1cu 1m 1U m1 1II112cr1 o1sP1
(4) 当s=0(n=n1 )时，转矩为0， 如图D点所示。
8.2 异步电机转矩——转差率曲线 一、电磁转矩与转差率的关系：M-s曲线
电磁转矩与转速（转差率）之间的关系曲线，称为电机 的机械特性。
8.2 异步电机转矩——转差率曲线 二、最大转矩与启动转矩
1.最大转矩：可以根据高等数学中求极值的方法求得。
效率为
8.1 异步电机功率及转矩方程 二、转矩平衡方程
令 p0pΩ为p空ad载损耗
在式 P2 PM 的两p0边同时除以机械角速度
得 2n
60
P2 PM p0
其中Ω为机械角速度，单位rad/s
Ω ΩΩ
M2 为输出转矩，单位N•m
M为电磁转矩，单位N•m
M2MM0
M0 为空载转矩，单位N•m
转矩由机械功率产生，机械功率除以轴的机械 角速度就是电 磁转矩。
(1)额定负载时定子电流，定子功率因数和电动机的效率;
(2)电机额定运行时的电磁转矩
8.1 异步电机功率及转矩方程 三、电磁转矩M的物理概念
8.2 异步电机转矩——转差率曲线 一、电磁转矩与转差率的关系：M-s曲线
M-s曲线：是指在电源电压U1 、频率f1 确 定的 情况下，利用等效电路参数表述的电磁 转矩与 转差率间的关系曲线。
r1很小可以忽略
8.2 异步电机转矩——转差率曲线 二、最大转矩与启动转矩
最大转矩Mm
(1)当电机参数确定，f1 不变 时，最大转 矩正比于电压的 平方，但临界转差率与电 源 电压无关；
(2)当U1 、f1 不变时，最大转 矩与电抗成反比；
(3)当电机参数确定，U1 不变时，最大转矩随f1 的升高而变小； (4)最大转矩与转子电阻无关，但是转差率与转子电阻成正比；
U 1
I1
I0
定子铁损 pFe m1I02rm
p Fe
电磁功率 Pδ P1pcu1pFe m1I2'2rs2'
转子铜损 pcu2m 2I2 2r2m 1I2 '2r2 '
机械功率 P Mm 2I2 21 ssr2m 1I2 '21 ssr2 '
输出功率 P 2P MpΩpad
p cu 2
R
' 2
X
' 2
Rm
Xm
I2
1
s
s
R
' 2
PM
8.1 异步电机功率及转矩方程 一、损耗及功率平衡方程
两个重要关系式
p cu 2 s Pδ
PM 1 s Pδ
可见，从气隙传递到转子的电磁功率分为两部分，一小部分 变为转子铜损耗，绝大部分转变为总机械功率。转差率越大，转 子铜损耗就越多，电机效率越低。因此正常运行时电机的转差率 均很小。
(5)过载能力：
一般为1.6～2.5，越大 表示过载能力越强
8.2 异步电机转矩——转差率曲线 二、最大转矩与启动转矩
8.2 异步电机转矩——转差率曲线 二、最大转矩与启动转矩 结论：
最大转矩与电网电压的平方成正比； 最大转矩近似与漏电抗成反比；
最大转矩的位置可以由转子电阻的大小来调整；
最大转矩的值与转子电阻值没有关系；
表明：三相异步电动机的电磁转矩是由主磁通 与
转子电流的有功分量
相互作用
产生的。
8.1 异步电机功率及转矩方程
三、电磁转矩M的物理概念
已知一台三相四极异步(感应)电动机，额定功率 PN ＝l0kW、额定电压UN ＝380V、sN =0.03、定 子绕组△接法，定子每相电阻r1 =1.375Ω、漏抗 x1σ ＝ 2.43Ω、转子电阻的折算值r´2 =1.047Ω、漏 抗归算值x´2σ =4.4Ω、激磁阻抗 rm ＝8.34Ω、激磁 电抗xm ＝82.6Ω，电动机的机械损耗pΩ =100W， 额定负载 时的杂散损耗pad =50W。