节能原理及分析异步电动机智能控制硬件设计

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第2章 三相异步电动机节能原理分析1 2.1三相异步电动机的功率损失1 2.1.1铜损失(PCu)1 2.1.2铁损失(PFe)2 2.1.3机械损失(Pfw)3 2.1.4杂散损失(Ps)3 2.1.5总损失(?P)4 2.2△/Y转换的工作特性4 2.2.1 I1与?关系分析5 2.2.2 COS?与?关系分析8 2.2.3 △/Y转换时?与?关系分析9 2.3△/Y转换的节能原理10

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[1]

第2章 三相异步电动机节能原理分析[1]

从三相异步电动机的功率损失分析，近而运用分析的具体情况来分析△/Y运行的工作特性。从而得出△/丫转换节能的原理。

2.1三相异步电动机的功率损失

电动机是靠电磁感应原理工作的，它向电网吸取能量，从轴上输出机械能。在电能转换为机械能的过程中，不可避免地会有一些能量损失。例如：铜损失、铁损失、机械损失和杂散损失。

2.1.1铜损失(PCu)

电动机的铜损失包括定子铜损失PCu1和转子铜损失凡PCu2。它们是由定

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子电流和转子电流流过定子、转子绕组而产生的。

PCu1?3I21R1 1.1

式中，R1为定子每相电阻; I1为定子每相电流。

PCu2?SPe 1.2

式中，S为转差率; Pe为电磁功率。

2.1.2铁损失(PFe)

电动机的铁损失包括磁滞损失和涡流损失，它是铁芯在磁场中受交变磁化作用产生的。

PFe?kf1..3B2式中，k为常数;

f为电源频率;

B为磁通密度。 由

于

式中，?为磁通量;

E1为定子绕组的感应电动势；

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B???E1?U11.4

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U1为定子绕组的相电压。

认为铁损与端电压的平方成正比。由于转子电源频率很低,转子的铁芯损失很小，忽略不计。因此认为从空载到额定负载的围，仅是定子铁芯损失。

2.1.3机械损失(Pfw)

电动机的机械损失包括通风损失和轴承摩擦损失。对于绕线式异步电动机而言，还包括滑环与电刷之间的摩擦损失。通风损失大约和空气流通速度的立方成正比。

一般，对于某一确定的在用电动机，可认为其机械损失为常量。

2.1.4杂散损失(Ps)

电动机的杂散损失包括铁杂损失和铜杂损失。铁杂损失由于齿磁通在转子旋转时发生脉动而产生的，通常称为脉动损失或表面损失。近似认为铁杂损失与外加电压的平方成正比。铜杂损失是由于高次谐波磁势的影响产生的。近似认为铜杂损失与电流的平方成正比，随负载的变化而变化。

杂散损失部分取决于电压，部分取决于电流。对于感应电动机来说，铜杂损失是主要的，约占电动机杂散损耗的70%～90%.

感应电动机杂散损失在总损失中占的比例很小。在小型铸铝转子笼型感应电动机中，满载下杂散损失可达输出功率的1%～3%，在大型的感应电动机中，杂散损失一般为输出功率的5% 。

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2.1.5总损失(?P)

图1-1 感应电动机的功率图

图中，P1为输入功率;

P?为机械功率; P2为输出功率。

电动机的总损失由?P定子铜损失PCu1、转子铜损失PCu2、铁损失PFe、机械损失Pfw和杂散损失PS组成。即：

?P?PCu1?PCu2?PFe?Pfw?PS

1.5

2.2△/Y转换的工作特性

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△转换Y后是否节能的核心问题是施加到定子每相绕组上的电压U，降为△接时的1/3，使得电动机的铁损PFe、降低为△接时的1/3，同时电动机的定子铜损与转子铜损根据负载变化而变化。所以电动机总的损耗是增加还是减少，则需根据负载而定。

电动机的工作特性，是指在电网电压U=380V，频率f=50Hz时，电动机在△接和Y接两种状态下定子电流I1、功率因数COS?,效率?与负载率?的关系。

其中: ??P2/PN 1.6

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式中的PN为额定功率。

下面对△/Y转换时各项关系分别进行分析。

2.2.1 I1与?关系分析

三相交流异步电动机的定子一相等效电路如下图所示:

图1-2三相交流异步电动机的定子一相等效电路 图中，X1为定子每相绕组的电抗;

''R2为转子相电阻的折算值;X2为转子相电抗的折算值;Rm为激磁电阻;

Xm为激磁电抗;I2'为转子电流的折算值;Im为激磁电流。

图1-3电动机的电流矢量图

当电动机空载时，转子转速接近于同步转速，转差率S≈0,R2/S→∞，转子相当于开路。此时转子电流接近于零，定子电流基本上是激磁电流。即:

??I? 1.7 Im0'??I??I??I102 1.8

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