三相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性

1、4.1三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。作為一種將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能并驅(qū)動(dòng)其他機(jī)器工作的設(shè)備，我們最關(guān)心的是電機(jī)的機(jī)械特性。三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是指在一定條件下轉(zhuǎn)速n和轉(zhuǎn)矩Tem之間的關(guān)系，n=f(Tem)。三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n和轉(zhuǎn)差率s之間存在一定的關(guān)系，因此三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性通常以Tem=f(s)的形式表示。4.1.1機(jī)械特性的表達(dá)。根據(jù)前一章的研究，我們知道三相異步電動(dòng)機(jī)的等效電路圖可以簡(jiǎn)化為如圖4.1所示。從電路分析的角度來看，電磁功率是；圖4.1三相異步電動(dòng)機(jī)1的T型等效電路圖。電磁轉(zhuǎn)矩的物理表達(dá)式，我們可以通過整理公式得到它(用我們以前學(xué)過的公式)；上述公式(4-1)中的轉(zhuǎn)矩常數(shù)

2、公式表明，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與主磁通和轉(zhuǎn)子電流的有功分量成正比，從物理概念上反映了TEM、Tem和1之間的關(guān)系，符合左手定則。二、電磁轉(zhuǎn)矩的參數(shù)表達(dá)式轉(zhuǎn)子電流換算值為(4-2)，電磁轉(zhuǎn)矩為(4-3)，方程(4-3)清楚地顯示了電磁轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)差率和異步電動(dòng)機(jī)各種參數(shù)之間的關(guān)系。根據(jù)這個(gè)公式，我們將分析三相異步電動(dòng)機(jī)的固有特性和人工機(jī)械特性。4.1.2三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，1固有機(jī)械特性三相異步電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性是指當(dāng)電動(dòng)機(jī)在額定電壓和額定頻率下工作，并按規(guī)定的方法接線，且定子和轉(zhuǎn)子的外部電阻為零時(shí)，N(或S)與Tem之間的關(guān)系。對(duì)于某個(gè)馬達(dá)。力學(xué)特性方程表明，只有n(或s)和Tem是變量，其余為

3、定值。由于力學(xué)特性方程是二次方程，Tem有一個(gè)最大值。以Tem為橫軸，n(或s)為縱軸，繪制三相異步電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性曲線，如圖4.2所示。圖4.2三相異步電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性曲線從圖中可以看出，整個(gè)機(jī)械特性可以分為兩部分。(1)氫磷部分在sms0范圍內(nèi)。在這一部分，隨著電磁轉(zhuǎn)矩Tem的增加，轉(zhuǎn)速降低。根據(jù)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行條件，該部分為穩(wěn)定運(yùn)行部分，電機(jī)應(yīng)在此范圍內(nèi)工作。此時(shí)，機(jī)械特性曲線近似為直線。(2)零件號(hào)在1秒內(nèi)。在這一部分，隨著扭矩的降低，轉(zhuǎn)速也降低。這個(gè)區(qū)域稱為不穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域，三相異步電動(dòng)機(jī)一般不能在這個(gè)范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。因此，這部分有時(shí)會(huì)被稱為非工作部分。為了進(jìn)一步描述三相異步

4、電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，下面重點(diǎn)介紹反映電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的幾個(gè)特殊點(diǎn)。(1)理想空載點(diǎn)h為n=n1，s=0。電磁轉(zhuǎn)矩Tem=0，因?yàn)檗D(zhuǎn)子電流I2=0，定子電流I1=I0。(2)最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)p，對(duì)于三相異步電動(dòng)機(jī)，通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)，dTem/ds=0，可以看出產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩Tm時(shí)的臨界轉(zhuǎn)差率為(4-4)，那么最大電磁轉(zhuǎn)矩Tm可以得到為；(4-5)由于疏忽造成的近似表達(dá)；進(jìn)一步可知，三相異步電動(dòng)機(jī)的臨界滑差與電源電壓U1無關(guān)，只與電動(dòng)機(jī)自身參數(shù)有關(guān)，與轉(zhuǎn)子電阻成正比，因此改變轉(zhuǎn)子電阻(如在繞線式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電路中串聯(lián)變阻器)可以改變臨界滑差。三相異步電動(dòng)機(jī)的最大電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子電阻無關(guān)。因此，電機(jī)的轉(zhuǎn)子電阻不會(huì)影響

5、電機(jī)的最大扭矩，只會(huì)在產(chǎn)生最大扭矩時(shí)影響轉(zhuǎn)差率。最大電磁轉(zhuǎn)矩與電源電壓U1的平方成正比，而臨界轉(zhuǎn)差率與此無關(guān)最大電磁轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比稱為過載能力，即其值可在電機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)中找到：通用異步電機(jī)的值在1.62.5之間，專用電機(jī)(如起重和冶金電機(jī))的值在3.33.4之間。它是異步電動(dòng)機(jī)的一個(gè)重要參數(shù)，反映了電動(dòng)機(jī)承受負(fù)載波動(dòng)的能力。(3)起始點(diǎn)A當(dāng)電機(jī)在起始點(diǎn)A工作時(shí)，n=0，s=1。是電機(jī)的啟動(dòng)扭矩或鎖定轉(zhuǎn)子扭矩。在電機(jī)能夠啟動(dòng)之前，電機(jī)的啟動(dòng)扭矩必須大于電機(jī)負(fù)載的扭矩。因此，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩是衡量電機(jī)起動(dòng)性能的一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。從機(jī)械特性方程可以知道：(4-6)從公式可以知道，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與電源電壓的平方成正比

6、，并且還受轉(zhuǎn)子電阻的影響。為了測(cè)量電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能，我們使用起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的比值。也就是說，它被稱為起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)，它反映了電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)能力。一般在1.82.0之間。(4)當(dāng)額定點(diǎn)N電機(jī)在額定點(diǎn)工作時(shí)，可從銘牌上得知，并由銘牌參數(shù)計(jì)算得出。額定工作點(diǎn)是期望的工作點(diǎn)。人為機(jī)械特性所謂三相異步電動(dòng)機(jī)的人為機(jī)械特性是指通過人為改變電動(dòng)機(jī)的某些參數(shù)或電源電壓而獲得的機(jī)械特性，人為機(jī)械特性的目的是獲得所需的拖動(dòng)性能。從上面可以看出，機(jī)械特性將通過改變電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組中的電阻或改變電源電壓而改變。下面的討論集中在這兩個(gè)常用的人工機(jī)械特性上。(1)電源電壓降低時(shí)的人工機(jī)械特性。當(dāng)電源電壓降低時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)

7、矩(包括或)將根據(jù)電壓的平方而減小，但臨界轉(zhuǎn)差率將保持不變。圖4.3顯示了不同電壓下電機(jī)的人工特性曲線。從圖中可以看出，降壓后機(jī)械特性變得“軟”，啟動(dòng)能力和過載能力都降低。如果此時(shí)負(fù)載扭矩大于電磁扭矩，它將停止運(yùn)行；如果此時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩小于電磁轉(zhuǎn)矩，操作可以繼續(xù)，但是轉(zhuǎn)速N降低，滑差S增加，并且轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)增加，導(dǎo)致電流增加和電機(jī)過載。這種長(zhǎng)期過載會(huì)導(dǎo)致電機(jī)溫升超過允許值，影響電機(jī)的使用壽命，甚至燒毀繞組。圖4.3三相異步電動(dòng)機(jī)降低電源電壓時(shí)的人工機(jī)械特性和(2)轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)對(duì)稱電阻的人工機(jī)械特性。從公式(4-4)、(4-5)和(4-6)可知，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩將改變，最大轉(zhuǎn)矩將保持不變。人工機(jī)械特性曲線如圖5.4所示。從圖中可以看出，在一定范圍內(nèi)增加轉(zhuǎn)子電阻可以增加電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，所以繞組異步電機(jī)主要用于起重機(jī)械。然而，如果在串聯(lián)一定值的電阻后，轉(zhuǎn)子電阻持續(xù)增加，則起動(dòng)轉(zhuǎn)矩將開始降低。上述三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械性能都是通過分析特征方程得到的。但方程復(fù)雜，一般情況下，