項目23三相交流異步電動機工作特性的測試

1、任務(wù)任務(wù)2.3 三相交流異步電動機工作特性的測試三相交流異步電動機工作特性的測試任務(wù)導入任務(wù)導入要正確的使用三相交流異步電動機，還應(yīng)該知道三相交流異步電動機的工作特性。通過本次三相交流異步電動機工作特性測定的任務(wù)，能夠達到掌握三相交流異步電動機的工作特性的目的。1.1.轉(zhuǎn)速特性轉(zhuǎn)速特性 : : 三相異步電動機空載時，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n接近于同步轉(zhuǎn)速 。隨著負載的增加，轉(zhuǎn)速n要略微降低，這時轉(zhuǎn)子電動勢 增大，轉(zhuǎn)子電流 增大，以產(chǎn)生大的電磁轉(zhuǎn)矩來平衡負載轉(zhuǎn)矩。因此，隨著P2的增加，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n下降，轉(zhuǎn)差率s增大。)(2Pfn 1nSE2SI22.3.1 三相異步電動機的工作特性2.2. 轉(zhuǎn)矩特性轉(zhuǎn)矩特性

2、：)(2PfT 穩(wěn)定運行時異步電動機轉(zhuǎn)矩方程為 輸出功率 ，所以 電動機空載時， ，隨著負載增加， 增大，由于機械角速度變化不大，電磁轉(zhuǎn)矩T隨 的變化近似地為一條直線。20TTT22TP20PTT0TT 2P2P2.3.1 三相異步電動機的工作特性3.3.定子電流特性定子電流特性 ：)(21PfI 空載時,轉(zhuǎn)子電流基本上為零,此時的定子電流就是勵磁電流I0，隨著負載的增加,轉(zhuǎn)速降低,轉(zhuǎn)子電流增大,定子電流也增大。2.3.1 三相異步電動機的工作特性4.4.定子功率因數(shù)定子功率因數(shù) ：)(cos21Pf 空載時定子側(cè)的功率因數(shù)很低，不超過0.2，接近額定負載時，定子電流中的有功電流增加，使功率因

3、數(shù)提高，接近負載時，功率因數(shù)接近于1；但是如果進一步增大負載，由于轉(zhuǎn)差率的增大，使功率因數(shù)角增大，則功率因數(shù)減小。2.3.1 三相異步電動機的工作特性5.5.效率特性效率特性 ：pPpPP2121)(2Pf2.3.1 三相異步電動機的工作特性 空載時， = 0， 0，隨著輸出功率的增加，效率也增加。當不變損耗等于可變損耗時，電動機的效率達到最大。對中、小型異步電動機，大約時，效率最高。如果負載繼續(xù)增大，效率反而要降低。一般來說，電動機的容量越大，效率越高。 NPP75.022P2.3.1 三相異步電動機的工作特性 三相異步電動機的機械特性是指在定子電壓、頻率和參數(shù)固定的條件下，電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速

4、 （或轉(zhuǎn)差率 ）之間的函數(shù)關(guān)系。ns2.3.2 三相異步電動機的機械特性1.1.三相異步電動機機械特性的三種表達式三相異步電動機機械特性的三種表達式222222122221122212221coscos23602cos)2( 3602cos36023ICIkpNnIkNfnIEnSrIPTTjdpdpM（1）電磁轉(zhuǎn)矩的物理表達式pfsRInsRIT 2360232221222 22122112)(XXsRRUI 由前所述， 異步電機等值電路中，由于勵磁阻抗比定、轉(zhuǎn)子漏阻抗大很多，把T型等值電路中勵磁阻抗這一段電路前移來計算 ，誤差很小,故有:2I（2）機械特性的參數(shù)表達式2.3.2 三相異步電

5、動機的機械特性 2212211221)(6023XXsRRfsRUT 2212211221)(23XXsRRfsRpU 可得， 這就是機械特性的參數(shù)表達式。固定U1、f1 及阻抗等參數(shù)，畫成曲線便為Ts曲線。2.3.2 三相異步電動機的機械特性最大電磁轉(zhuǎn)矩: 正、負最大電磁轉(zhuǎn)矩可以從參數(shù)表達式求得，令 : 得到最大電磁轉(zhuǎn)矩:最大轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的轉(zhuǎn)差率稱為臨界轉(zhuǎn)差率0dsdT)(2321221211121XXRRfpUTm 221212XXRRsm 2.3.2 三相異步電動機的機械特性 一般地， 值不超過 的5%，可忽略，則有: 也就是說，異步發(fā)電機狀態(tài)和電動機狀態(tài)的最大電磁轉(zhuǎn)矩絕對值可近似認為相等，

6、臨界轉(zhuǎn)差率也近似認為相等，機機械特性具有對稱性械特性具有對稱性。21R221XX)()(232121221121XXRsXXfpUTmm2.3.2 三相異步電動機的機械特性由兩個表達式可見當其它參數(shù)一定時：a、最大電磁轉(zhuǎn)矩與電源電壓平方成正比； 臨界轉(zhuǎn)差率與電源電壓無關(guān)。c、頻率越高，最大電磁轉(zhuǎn)矩和臨界轉(zhuǎn)差率越?。?漏抗越大，最大電磁轉(zhuǎn)矩和臨界轉(zhuǎn)差率越??；b、轉(zhuǎn)子回路電阻越大，臨界轉(zhuǎn)差率越大； 最大電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子電阻無關(guān)。2.3.2 三相異步電動機的機械特性 過載倍數(shù)過載倍數(shù)：最大電磁轉(zhuǎn)矩與額定電磁轉(zhuǎn)矩的比值，或稱最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)，用表示。即：NmTT 一般三相異步電動機=1.62.2,起重、冶金

7、用的異步電動機=2.22.8。 2.3.2 三相異步電動機的機械特性堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩： 對應(yīng) n =0，S =1的電磁轉(zhuǎn)矩，用 Ts 表示。 可見，TS 與電壓平方成正比，而且轉(zhuǎn)子電阻越大，起動轉(zhuǎn)矩越大，漏電抗越大，起動轉(zhuǎn)矩越小。)()(232212211221XXRRfRpUTs 2.3.2 三相異步電動機的機械特性當其它參數(shù)一定時:a、起動轉(zhuǎn)矩與電源電壓平方成正比；b、頻率越高，起動轉(zhuǎn)矩越?。?漏抗越大，起動轉(zhuǎn)矩越??；c、繞線式電動機，轉(zhuǎn)子回路電阻越大，起動轉(zhuǎn)矩先增后減。2.3.2 三相異步電動機的機械特性 起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù):起動轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比值，用 表示，即： 電動機起動時，只有 T

8、S 大于(1.11.2)倍的負載轉(zhuǎn)矩才可以順利起動。一般異步電動機起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù) =0.81.2。TKNsTTTKTK2.3.2 三相異步電動機的機械特性穩(wěn)定運行問題 當0ssm，機械特性下斜，拖動恒轉(zhuǎn)矩負載和泵類負載運行時均能穩(wěn)定運行。 當sms1，機械特性上翹，拖動恒轉(zhuǎn)矩負載不能穩(wěn)定運行。 三相異步電動機穩(wěn)定運行在0ssm范圍內(nèi)，長期穩(wěn)定運行在0ssN范圍內(nèi)。2.3.2 三相異步電動機的機械特性（3）機械特性的實用表達式ssssTTmmm 2如何使用實用公式NmmNssss 21 )1(2 Nmss 122TTTTssNNm 額定工作時一般工作狀態(tài)時NNnPT9550 11nnnsNN 2.

9、3.2 三相異步電動機的機械特性2.三相異步電動機的固有機械特性三相異步電動機的固有機械特性 三相異步電動機在電壓、頻率均為額定值不變，定、轉(zhuǎn)子回路不串入任何電路元件時的機械特性稱為固有機械特性。 1）在 0s1，即 0n n1 的范圍內(nèi)，特性在第象限，電磁轉(zhuǎn)矩T和轉(zhuǎn)速n都為正，從正方向規(guī)定判斷，T與n 同方向。電動機工作在這范圍內(nèi)是電動狀態(tài)。2.3.2 三相異步電動機的機械特性 2）在s0范圍內(nèi)，nn1，特性在第象限，電磁轉(zhuǎn)矩為負值，是制動性轉(zhuǎn)矩，電磁功率也是負值，是發(fā)電狀態(tài)，機械特性在s0和s0兩個范圍內(nèi)近似對稱。 3）在s 1范圍內(nèi)，n0，特性在第象限，T 0，也是一種制動狀態(tài)。 B點為

10、額定運行點；A點為理想空載運行點；C點是電磁轉(zhuǎn)矩最大點；D點為起動點。2.3.2 三相異步電動機的機械特性2.3.2 三相異步電動機的機械特性n0Tn0機械特性機械特性 TsTNnNTMnMNMS1、額定狀態(tài) 2、臨界狀態(tài)3、起動狀態(tài)N、M、S 代表三個重要的工作狀態(tài)2.3.2 三相異步電動機的機械特性1）額定狀態(tài) 在額定UN 下，以額定 nN 運行，輸出額定 PN 時，電動機轉(zhuǎn)軸上輸出的轉(zhuǎn)矩n0Tn0機械特性機械特性 TsTNnNTMnMMS 額定狀態(tài)說明了電動機長期運行能力T2 = 9.55PN nNN2.3.2 三相異步電動機的機械特性臨界轉(zhuǎn)差率smY系列系列: KM = 22.22）臨

11、界狀態(tài)過載倍數(shù)KMR2 X2sm =TM TNKM =n0Tn0機械特性機械特性 TsTNnNNTMnMMS2.3.2 三相異步電動機的機械特性3）起動狀態(tài) TS體現(xiàn)了電動機直接起動的能力 若TSTL電機能起動，否則將起動不了 起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù):TS TNKS =Y系列系列: KS = 1.62.2n0Tn0機械特性機械特性 TsTNnNTMnMNMS2.3.2 三相異步電動機的機械特性 從機械特性表達式上可以看出：可以通過改變一些參數(shù)使得特性曲線更滿足用戶的需要,這樣就得到了異步電動機的人為機械特性曲線。221221221)()/(2XXSRRSRUfmpTem3.人為機械特性：人為機械特性：2

12、.3.2 三相異步電動機的機械特性（1）降低定子端電壓的人為機械特性： 除了自變量與因變量外，保持其它量都不變，只改變定子電壓的大小，研究這種情況下的機械特性。由于異步電機的磁路在額定電壓下已有點飽和了，故不宜再升高電壓。下面只討論降低定子端電壓時的人為機械特性。 2212211221)(23XXsRRfsRpUT 2.3.2 三相異步電動機的機械特性 從表達式上可以看出：異步電機的同步轉(zhuǎn)速與電壓無關(guān)，電磁轉(zhuǎn)矩T與 U12 成正比，為此最大轉(zhuǎn)矩以及起動轉(zhuǎn)矩都要隨 U1的降低而按 U12 的平方減小。而最大轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的轉(zhuǎn)差率Sm不變。0Tnn0smUN0.9UN0.81TM0.81TS2.3.2

13、三相異步電動機的機械特性（2）定子回路串接三相對稱電阻的人為機械特性2.3.2 三相異步電動機的機械特性（3）定子回路串三相對稱電抗的人為機械特性串電抗不消耗有功功率，而串電阻消耗有功功率。1 0TmTsms n0n1Tmxstsm2.3.2 三相異步電動機的機械特性 從機械特性的表達式上可以看出,最大電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子每相電阻值無關(guān)，即轉(zhuǎn)子串入電阻后，Tm不變。臨界轉(zhuǎn)差率： （4）轉(zhuǎn)子回路串入三相對稱電阻的人為機械特性 繞線式三相異步電動機通過滑環(huán)，可以把三相對稱電阻串入轉(zhuǎn)子回路而后三相再短路。 ms（ )RR22.3.2 三相異步電動機的機械特性 轉(zhuǎn)子回路串電阻并不改變同步轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)子回路串三相

14、對稱電阻后的人為機械特性圖所示。 從圖看出，轉(zhuǎn)子回路稍串入一些電阻，可以增大起動轉(zhuǎn)矩，串的電阻合適時，msmTTXXRRs12122.3.2 三相異步電動機的機械特性0Tnn0R2R2 +RTS +T 轉(zhuǎn)子串聯(lián)合適的電阻: TS TM2.3.2 三相異步電動機的機械特性R2+Rs3Tst2sm2R2+Rs2Tst1sm1R2+Rs11 0TstTmTs n0n1smR2轉(zhuǎn)子回路串電阻時的機械特性2.3.2 三相異步電動機的機械特性Rs1Rs2R2R2+Rs1R2+Rs2n但是若串入轉(zhuǎn)子回路的電阻再增加，則 1了。因此轉(zhuǎn)子回路串電阻增大起動轉(zhuǎn)矩并非是電阻越大越好，而是有一個限度，如圖所示。 n除

15、了上面兩種方法,還可以改變定子電源頻率,這種方法我們異步電動機起動與調(diào)速方法中介紹。 ms2.3.2 三相異步電動機的機械特性機機械械特特性性的的軟軟硬硬 硬特性：硬特性：負載變化時，轉(zhuǎn)速變化不大硬特性硬特性軟特性軟特性0Tn 不同場合應(yīng)選用不同的電機不同場合應(yīng)選用不同的電機。如金屬切削，選硬特性電機；重載起動則選軟特性電機。軟特性：軟特性：負載增加時，轉(zhuǎn)速下降較快2.3.2 三相異步電動機的機械特性 電動機的電磁轉(zhuǎn)矩可以隨負載的變化而自動調(diào)整，這種能力稱為自適應(yīng)負載能力。0Tn 電動機工作在特性曲線的哪一點上？ 應(yīng)當運行于與負載機械特性的交點上。電動機的自適應(yīng)負載能力2.3.2 三相異步電動

16、機的機械特性n0nT工作段工作段 自適應(yīng)負載能力是電動機區(qū)別于其它動力機械的重要特點 a點點TLnI2T直至新的平衡直至新的平衡I1 P10TnTLaTL a點點a2.3.2 三相異步電動機的機械特性4. 4. 利用電磁轉(zhuǎn)矩實用表達式計算機械特性利用電磁轉(zhuǎn)矩實用表達式計算機械特性 2.3.2 三相異步電動機的機械特性b. 求取人為機械特性轉(zhuǎn)子回路外串電阻的電阻值 2.3.2 三相異步電動機的機械特性三相異步電動機電磁轉(zhuǎn)矩的三種表達方式221cosICTTj一、物理表達式2212211221)()(23XXsRRfsRpUT二、參數(shù)表達式ssssTTmmm2三、實用表達式任務(wù)實施任務(wù)實施1) 測量接線如圖。同軸聯(lián)接負載電機。圖中Rf用1800可調(diào)電阻，RL用2250可調(diào)電阻。2) 合