三相異步電動機的機械特性教學文案

1、三相異步電動機的機械特性三相異步電動機的運行特性摘要：本章介紹了三相異步電動機的機械特性的三個表達式。固有機械特性和人為機械特性，闡述了三相異步電動機的起動、調(diào)速和制動的各種方法、特點和應用圉工1三相異步電動機的機械特性5.1 三相異步電動機的運行特性三相異步電動機的運行特性就是三相異步電動機的運行工作時的機械特性。和直流電動機一樣，三相異步電動機的機械特性也是指電磁轉(zhuǎn)矩7與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速起之間的關系。由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速片與同步轉(zhuǎn)速均、轉(zhuǎn)差率s存在下列關系，即用二餐(1-£)則三相異步電動機的機械特性用曲線表示時，習慣上縱坐標同時表示轉(zhuǎn)速行和轉(zhuǎn)差率&,橫坐標表示電磁轉(zhuǎn)矩7。三相異步電動機

2、的機械特性有三種表達式，現(xiàn)介紹如下：5.1.1 機械特性的物理表達式由上一章三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩關系知，三相異步電動機轉(zhuǎn)矩的一般表達式為7=6J85可（5.2）式中為三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩系數(shù)，是一常數(shù)；川為三相異步電動機的氣隙每極磁通量；為轉(zhuǎn)子電流的折算值；鹵為轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)；式（5.2）表明了電磁轉(zhuǎn)矩與磁通量和轉(zhuǎn)子電流的有功分量的乘積成正比，它是電磁力定律在三相異步電動機的應用，它從物理特性上描述了三相異步電動機的運行特性，因此這一表達式又稱為三相異步電動機的物理表達式。僅從式（5.2）不能明顯地看出電磁轉(zhuǎn)矩攵與轉(zhuǎn)差率&之間的變化規(guī)律。要從分析氣隙每極磁通量轉(zhuǎn)子相電流乙，以及為轉(zhuǎn)

3、子功率因數(shù)匚然必與轉(zhuǎn)差率后之間的關系，間接地找出其變化規(guī)律?，F(xiàn)分析如表5.1所示。根據(jù)表5.1中的分析，可作出曲線力二/、4二八區(qū)）和時啊=）分別如圖5.2、5.3、5.4所示,據(jù)此可得出圖5.1所示的機械特性曲線。曲線分為兩段：當白較小時（°*忘（%），中加變化不大，匚口皿叫電磁轉(zhuǎn)矩7與轉(zhuǎn)子相電流成正比關系，表現(xiàn)為AB段近似為直線，稱為直線部分；當總較大時（=三0）,如衿1,反減少近一半，3fd很小，盡管轉(zhuǎn)子相電流I：增大，有功電流乙。£必不大，使電磁轉(zhuǎn)矩T反而減小了，此時表現(xiàn)為me段,國了段為曲線段，稱為曲線部分。由此分析知，三相異步電動機的機械特性在某轉(zhuǎn)差率s下，產(chǎn)生

4、最大轉(zhuǎn)矩，即刀點稱為最大轉(zhuǎn)矩點，相應的轉(zhuǎn)矩為圖稱為最大轉(zhuǎn)矩，對應的轉(zhuǎn)差率%稱為臨界轉(zhuǎn)差率。5.1.2機械特性的參數(shù)表達式1.參數(shù)表達式的推導:三相異步電動機的機械特性的參數(shù)表達式就是直接表示異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)差率總和電機的某些參數(shù)（斗工及阻抗等）之間的關系的數(shù)學表達式?，F(xiàn)推導如下:已知，電磁轉(zhuǎn)矩7與轉(zhuǎn)子電流關系為T=(5.3)圖5.5由參數(shù)表達式繪制的三相異步電動機機械特性1電源為正相序時2電源力負相序時根據(jù)三相異步電動機的等值電路中，由于勵磁阻抗比定子、轉(zhuǎn)子漏阻抗大很多，把丁型等值電路中勵磁阻抗這一段電路近似為開路,而計算沙的誤差很小，故(5.4)式(5.4)代入(5.3),得7三3

5、咄-胃4（口十不3十（心十石）bU加4電+力13+（町+石尸(5.5)這就是機械特性的參數(shù)表達式。給定國工及阻抗等參數(shù)，丁二，畫出曲線便是T-呂曲線，其形狀與圖5.1一致。由參數(shù)表達式繪制的三相異步電動機的機械特性如圖5.5所示，它具有以下特點：在。與時，即為CE。的范圍內(nèi)，特性在第一象限，電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速用都為正，從規(guī)定正方向判斷，丁與用同方向，制與同步轉(zhuǎn)速同方向，電動機工作在電動運行狀態(tài)；在£<。時，即典勺，特性在第二象限，電磁轉(zhuǎn)矩了為負值，表現(xiàn)為制動性轉(zhuǎn)矩，電磁功率舄也是負值，電動機工作在電動發(fā)電運行狀態(tài)；在呂"時，即篦二口，特性在第四象限，7>0,電動機

6、工作在制動運行狀態(tài)。2.機械特性曲線的分析：下面分析圖5.5機械特性中的幾個特點：(1)同步轉(zhuǎn)速點刃：其特點是雙=/0=0)，=0。衛(wèi)點為理想空載運行點即在沒有外界轉(zhuǎn)矩的作用下，異步電動機本身不可能達到同步轉(zhuǎn)速點。(2)額定運行點R：具特點是電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速均為額定值，用泰和表示，相應的額定轉(zhuǎn)差率用而表示。異步電動機可長期運行在額定狀態(tài)。(3)最大轉(zhuǎn)矩點=：其特點是對應的電磁轉(zhuǎn)矩為最大值乙，稱為最大轉(zhuǎn)矩，對應的轉(zhuǎn)差率用之,稱為臨界轉(zhuǎn)差率。把式(5.5)中*的7對s求導，并令心，即可得到最大轉(zhuǎn)矩二和臨界轉(zhuǎn)差率外為±_3呷_4bl聞+忘+!；+討(5.6)6+工，式中，“十”號適用于電動機

7、狀態(tài)，“”號適用于發(fā)電機狀態(tài)。通常情況下，-0的絕對值大于。的數(shù)值，但是異步電動機的T型等值電路彳不超過+石廠的5%則式（5.6）和（5.7）中可以忽略勺的影響，則有±_3尸口：一的式再+鈔（5.（8）（5.（9）也就是說，異步電動機的機械特性具有對稱性，即異步電動機的發(fā)電機狀態(tài)和異步電動機的電動機狀態(tài)的最大電磁轉(zhuǎn)矩絕對值及對應的臨界轉(zhuǎn)差率可認為近似相等。通過式（5.8）,可得出下列結論：1）最大電磁轉(zhuǎn)矩容與電壓4平方成正比，與漏電抗每十中成反比。這說明改變5和5+中,可改變?yōu)醯拇笮。?）臨界轉(zhuǎn)差率鼠與電阻可成正比，與漏電抗（馬+石）成反比，與4的大小無關。最大電磁轉(zhuǎn)矩容與額定電磁轉(zhuǎn)

8、矩l的比值稱為最大電磁轉(zhuǎn)矩倍數(shù)，又稱為過載能力或過載倍數(shù)，用I表示，即心是三相異步電動機運行性能的一個重要參數(shù)。三相異步電動機運行時，絕不可能長期運行在最大轉(zhuǎn)矩處。因為，此時電流過大，溫開會超過允許值，有可能燒毀電機，同時在最大轉(zhuǎn)矩處運行轉(zhuǎn)速也不穩(wěn)定一般情況下，三相異步電動機的七=1.62.2,起重、冶金、機械專用的三相異步電動機的九=2.22.8。（4）起動點。：其特點是對應的轉(zhuǎn)速第s=1,對應的轉(zhuǎn)矩工稱為起動轉(zhuǎn)矩，又稱為堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。它是異步電動機接通電源開始起動時的電磁轉(zhuǎn)矩。若令式（5.5）中的5二1,即有2用工5+可抬尸+（心+月（5.（10）通過式（5.9）可以得出下列結論：工與電壓”平

9、方成正比，與電阻可或漏電抗出+芯）成反比。這說明電阻或漏電抗越大，起動轉(zhuǎn)矩越小；電源電壓口過低，會引起起動轉(zhuǎn)矩明顯下降，甚至使7e,而造成電機不能起動。起動轉(zhuǎn)矩方與額定轉(zhuǎn)矩寫的比值稱為轉(zhuǎn)矩倍數(shù)，用心表示，即%是表征三相異步電動機起動性能的另一個重要參數(shù)。三相異步電動機起動時，必須保證有一定的過載倍數(shù)。只有4>1時，異步電動機才能在額定負載下起動。一般情況下，心是針對鼠籠式電動機而言。因為繞線式電動機通過增加轉(zhuǎn)子回路的電阻可，可加大或改變起動轉(zhuǎn)矩。這是繞線式電動機的優(yōu)點之一。一般的鼠籠式電動機的4=1.02.0;起重、冶金、機械專用的鼠籠式電動機的（=2.84.0。5.1.3機械特性的實用

10、表達式1.實用表達式的推導：實際應用時，三相異步電動機的參數(shù)（%以，芯等）在電機產(chǎn)品的目錄中是查不到的，因此使用參數(shù)表達式和物理表達式一樣也是不方便的。為了能利用三相異步電動機產(chǎn)品說明書中給出的數(shù)據(jù)，計算出異步電動機的機械特性，有必要導出實用的表達式。用式（5.5）去除式（5.6）得2或勺十'十（七十石）'15匕+可/岳產(chǎn)+（的+石尸(5.10)由式（5.5）得廣；+(為+K“=aM(5.11)由式（5.11）代入式（5.10）得7_+乎研石一式耳），4+區(qū)尸£+2建=2（1+/"）占/后+£.J&+2尸1tr:2+c帛/w.+原./占十年

11、(5.12)2rln©=一科2%上naT?期！式中七。對于三相異步電動機，其=0.10.2范圍內(nèi)。上式中顯然對任何占值，都有+迎之2苫而中B2,可忽略則式（5.13）可簡化為(5.14)這就是三相異步電動機機械特性的實用表達式。2.實用表達式的使用從實用表達式看出，只需求出最大轉(zhuǎn)矩圖和臨界轉(zhuǎn)差率染，才能求出T。下面介紹.和小的求法。已知三相異步電動機的銘牌數(shù)據(jù)中額定功率心（止麻），額定轉(zhuǎn)速外（"向！）和過載倍數(shù)為，則額定輸出轉(zhuǎn)矩為7=9550m)w.T額定轉(zhuǎn)差率為J忽略空載轉(zhuǎn)矩，近似認為二品，（當時），且丁二兒豈，代入式（5.14）得由上式可得%2七%0+=0解之得x因。日

12、明故上式應取“+”號，則啜二£亞(+J九-1)(5.15)算出醛和。,只需給出3值，就可算出相應的丁值。例5.1已知一臺三相異步電動機，額定頻率%=150上即，額定電壓380，額定轉(zhuǎn)速，=1460,皿，過載倍數(shù)為=2.4。當轉(zhuǎn)子回路不串入電阻時，(1)求其轉(zhuǎn)矩的實用表達式；(2)問電動機能否帶動額定負載起動。解：(1)根據(jù)已知數(shù)據(jù)，電機的額定轉(zhuǎn)矩為Tm=9550=9350x=981.2(27,就)最大轉(zhuǎn)矩為T.=>ln7=24x9812=2355(wi)根據(jù)額定轉(zhuǎn)速月w=1460"m,可判斷出同步轉(zhuǎn)速=150“min,貝lj額定轉(zhuǎn)差率為勺-/v_1500-146015

13、C0臨界轉(zhuǎn)差率為，="仇十四與)=0027(2.4+V2.43-1)=0.124轉(zhuǎn)子不串電阻的實用表達式為,27；2x23554710s0J24=0J24一+H1=-一，="(2)電機開始起動時，*=1,7=看，代入實用表達式得0.124+因為心心,故電動機不能拖動額定負載起動。3.實用表達式的簡化在0<口<之的直線段，即三相異步電動機在額定負載范圍內(nèi)運行時，它的轉(zhuǎn)差率小于額定轉(zhuǎn)差率（而=0.010.05）,可認為<<實用公式中忽略后/%也是可以的。則實用表達式（5.14）變成為-27；T=s（5.16）經(jīng)過以上簡化，使三相異步電動機的機械特性呈線性

14、關系，使用起來更方便，并稱為機械特性的近似表達式。在使用式（5.16）時可按下式計算0=2后即丸m上述三相異步電動機機械特性的三種表達式，雖然都能用來表征電動機的運行特性，但其應用的場合各有不同。一般來說，物理表達式適用于對電動機的運行作定性分析；參數(shù)表達式適用于分析電機各種參數(shù)變化對電動機運行特性的影響；實用表達式適用于電動機機械特性的工程計算。5.1.4機械特性的固有特性和人為特性1 .固有機械特性三相異步電動機的定子在額定頻率的額定電壓下，定子繞組按規(guī)定的接線方式聯(lián)結，定子及轉(zhuǎn)子回路不外接任何電器元件的條件下的機械特性稱為固有機機械特性。其形狀如圖5.5所示。三相異步電動機的固有機械特性

15、可以利用實用表達式(5.14)計算得到。方法是先利用實用表達式計算出同步轉(zhuǎn)速點名，額定運行點3,最大轉(zhuǎn)矩點二和起動點力這幾個特殊點，然后將這些點連接起來便得到固有特性曲線。當然，計算的點越多，做出的曲線就越精確。例5.2某三相異步電動機，4=60土印，%=750"皿，=50上，丸=2.5,試繪出電動機的固有機械特性。解：(1)同步轉(zhuǎn)速點工：呂=0時，陽=750"而，T=0(2)額定運行點8:的750心二雙0殳=9雙乂?=7號虱N.府泮巽725(3)最大轉(zhuǎn)矩點口:圖=4=25k790=197XM團起動點口:2x1975i5T7-h將三=1時代入公式得616("間根據(jù)

16、上述求出的四個特殊點，繪出固有機械特性如圖5.6所示2 .人為機械特性人為地改變?nèi)喈惒诫妱訖C的某些參數(shù)所得到的機械特性稱為人為特性。關于人為特性的分析，主要是分析下列四個公式的特性。同步轉(zhuǎn)速公式臨界轉(zhuǎn)差率公式+(峋+吊尸11；/：0125qO.d4TtTsq圖57三相異步里劫機定子降區(qū)的人為機械特性最大轉(zhuǎn)矩公式M4加工±(+舊+(/+工；)打起動轉(zhuǎn)矩公2椿g+可加+a+珞內(nèi)下面分析幾種常見的人為機械特性。(1)降低定子回路端電壓的人為機械特性。根據(jù)上述四個公式，降低定子回路端電壓口,則為不變，.不變，乙和羽與4成正比地降低。由于三相異步電動機的磁路在額定電壓下已有飽和的趨勢，故不宜

17、再升高電壓。圖5.7所示為S=0.8%，%=0.5%時的人為機械特性。定子回路端電壓降低后的人為機械特性，具線性段的特性變軟了。且為和二也顯著地減小，電動機的過載能力也顯著地下降。(2)轉(zhuǎn)子回路內(nèi)串接對稱電阻時的人為機械特性。繞線式三相異步電動機的轉(zhuǎn)子回路內(nèi)可以串接電阻止(要求三相串接的電阻阻值相等)。其電路圖及人為機械特性如圖5.8所示。根據(jù)上述四個公式，與不變，不變，隨五的增大而增大，看開始隨區(qū)的增大而增大，當立增大到某一式時，1a=乙。如果R再繼續(xù)增大，則心開始減小。周電疑困0J人為機械特性因5.8經(jīng)建式異步電動機的轉(zhuǎn)子回蹄用接電阻繞線式三相異步電動機的轉(zhuǎn)子回路串接電阻后，電阻式越大，具

18、線性段的特性越軟。(3)定子回路串接對稱電抗£或電阻R時的人為機械特性。三相異步電動機的定子回路串接對稱電抗£的電路圖和人為機械特性如圖5.9所示。根據(jù)上述四個公式，為不變，心和黑隨X的增大而減小，其線性段的特性變軟了。同理，可分析定子回路串接對稱電阻式時的人為機械特性。一IQ1電路圖(b)人為樹掘特性圖5一9異步電動機的定子回院串接對航電抗5.1.5穩(wěn)定運行問題電力控制系統(tǒng)能否穩(wěn)定運行，決定于電動機的機械特性療=和負載轉(zhuǎn)矩特性'，=/出)的配合。具穩(wěn)定運行的條件是在這兩條特性曲線的交點應滿足關系式即電動機拖動繼續(xù)負載穩(wěn)定運行時，電磁轉(zhuǎn)矩T和負載轉(zhuǎn)矩4,應該是大小相等方向相反。根據(jù)電動機