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1、电 机 学 及 拖 动 基 础 重庆大学自动化学院电机学及拖动基础电机学及拖动基础1电 机 学 及 拖 动 基 础第十章 三相异步电动机的 机械特性及各种运转状态2电 机 学 及 拖 动 基 础主要内容第一节 机械特性的三种表达式第二节 固有机械特性与人为机械特性第三节 三相异步电动机的各种运转状态第四节 绕线转子异步电动机调速及制动电阻的计算3电 机 学 及 拖 动 基 础第一节 机械特性的三种表达式直流电力拖动和交流电力拖动的共同问题： 稳定运行：机械特性和负载转矩特性的配合机械特性也是指转速与转矩间的关系n=f(T)，包括：固有机械特性和人为机械特性负载转矩特性也是转速与负载间的关系n=
2、f(Tz)，包括：恒转矩负载、恒功率负载、通风机负载 异步电机机械特性的三种表达式：物理表达式参数表达式实用表达式4电 机 学 及 拖 动 基 础机械特性的物理表达式： CT1 异步电动机的转矩系数 m 异步电动机每极磁通 转子电流的折算值 转子电路的功率因数一 物理表达式显然，5电 机 学 及 拖 动 基 础 由物理表达式绘制异步电动机的机械特性曲线： 转子电流公式n=f(I2) 转子电路功率因数公式n=f(cos2) 上述两条曲线相乘并乘以CT1mn=f(T) 第一种表达式中，三个量在 物理上遵循左手定则物理表达式 表明：电动机的电磁转矩T与 气隙磁通m和转子电流有功 分量 的乘积成正比
3、物理表达式适用于对三相异 步电动机进行定性分析6电 机 学 及 拖 动 基 础二 参数表达式 物理表达式不能直接反映异步电动机转矩与电动机参数（ 如定子相电压U、s、R1、R2、X1、X2）间的关系，因 此必须推导出机械特性的参数表达式 参数表达式适用于分析参数变化对电动机运行性能的影响参数表达式推导：7电 机 学 及 拖 动 基 础 由参数表达式绘制异步电动机的机械特性曲线：8电 机 学 及 拖 动 基 础几个重要参数临界转差率：最大转矩：对s求导，令dT/ds=0其中，正号对应于电动机状态，负号对应于发电机状态9电 机 学 及 拖 动 基 础 结论： 1）当电动机各参数及电源频率不变时，T
4、max与U2成正比 ，sm则保持不变，与U无关； 2）当电源频率及电压不变时，sm与Tmax近似地与X1+X2成 反比； 3）Tmax与R2之值无关，sm则与R2成正比。 推论： 对于绕线转子异步电动机，当转子电路串联某一恰当电阻 RQ时，可使sm=1（相当于n=0），即起动时转矩达到最大值 Tmax。显然，此时：由上述公式可知：（参见T-s曲线关系）10电 机 学 及 拖 动 基 础过载倍数：起动转矩：起动转矩倍数：如果负载转矩TzTmax，电动机将 会停转。为保证电动机不会因为短时过 载而停转，电动机必须具有一定的过载 倍数，反映了电动机短时过载的极限。异步电动机接到电源开始起动时的电 磁
5、转矩（s=1，n=0）。可见，对绕线转子异步电动机，转子 电路串联附加电阻，可改善起动特性。对笼型转子异步电动机， 转子电路不能串联附加电阻， Kst反映了电动机的起动能力。 当TstTz时，电动机才能起动 对笼型异步电动机，额定负载 下只有Kst1才能起动11电 机 学 及 拖 动 基 础三 实用表达式 参数表达式中的电动机参数不在产品目录中，不便于计算 实用表达式最适用于机械特性的工程计算实用表达式推导：忽略R1，得 实用表达式12电 机 学 及 拖 动 基 础 Tmax及sm的计算方法：利用 及 求得Tmax：利用 及 求得sm： 在额定负载以下（TzTN）运行时，s很小，s/smns，
6、s|-ns|后，反向回馈制动状态 功率传递方向： 定子输入电磁功率给转子 由轴上吸收机械功率 两者之和消耗在转子电路总电阻中28电 机 学 及 拖 动 基 础3、能耗制动状态实现过程 K1断开，K2闭合，在定子两相绕组 内通入直流电流，在定子内形成一 固定磁场，相对于ns=0 由于惯性，转速仍为n 转子导体切割磁场，转子中产生感 应电动势和感应电流 若转矩方向与转速相反，即为制动 转矩，使转子减速至029电 机 学 及 拖 动 基 础能耗制动中调节制动转矩的方法： 改变转子串联电阻转子内阻增 加而直流励磁电流不变时，最大转 矩不变，但产生最大转矩时的转速 增加（特性1与3，3对应大电阻） 改变
7、定子直流励磁电流转子内 阻不变而励磁电流增加时，产生最 大转矩时的转速不变，但最大转矩 增大（特性1与2，2对应大电流） 显然，当电动机转速下降为零时，其制动转矩也降为零能耗制动能使生产机械准确停车30电 机 学 及 拖 动 基 础三 运转状态小结异步电动机运转状态的四象限分析： 在正转方向，特性1与1的第二象 限为回馈制动特性，第四象限为反 接制动特性 在反转方向，特性2与2的第二象 限为反接制动特性，而第四象限则 为回馈制动特性 能耗制动电路的联结方法有所不同 ，其机械特性用曲线3与3表示， 第二象限部分对应于电动机正转， 而第四象限则对应于反转 图中特性1，2及3对应于没有串联 电阻时，
8、而1，2及3则对应 于异步电动机转子有串联电阻时异步电动机各种运转状态 的四象限特性分析回馈：|n|ns|或s|n|0或s1 能耗：相对于ns=031电 机 学 及 拖 动 基 础第四节 绕线转子异步电动机调速 及制动电阻的计算计算目的： 工程上，常希望根据起动、调速及制动的不同目的，计算 绕线转子异步电动机中应串入转子电路的电阻值，以保证 获得运行所需的起动、调速及制动特性。计算方法： 一般的计算思路如下：1）由产品目录计算固有机械特性 的sm；2）由实用表达式计算人为机械特性的sm；3）由 下列关系，计算串联的附加电阻Rf： 计算中应注意不同运转状态下各参量正负号等不同特点32电 机 学
9、及 拖 动 基 础例10-2 某绕线转子异步电动机的铭牌参数如下： r/min1460N=nA166N2=IA144N1=I（1）当负载转矩 ，要求转速 时， 转子每相应串入多大的电阻（图中B点）？r/min500= Bn（2）从电动状态（中A点） 时换接到反接制动状态，如果 要求开始的制动转矩等于 （图中C点），则转子每相应 该串接多大电阻？ （3）如果该电动机带位能负载， 负载转矩 ，要求稳定的 下放转速 r/min，求转子 每相的串接电阻值。 33电 机 学 及 拖 动 基 础解取 （ 不合理，舍去）（1）采用实用表达式计算：34电 机 学 及 拖 动 基 础采用简化表达式计算考虑异步机的机械特性为直线（2）采用实用表达式计算：35电 机 学 及 拖 动 基 础取 取采用简化表达式计算考虑异步机的机械特性为直线36电 机 学 及 拖 动 基 础取 （ 时不能稳定运转）（3）采用实用表达式计算：采用简化表达式计算考虑异步机的机械特性为直线37电 机 学 及 拖 动 基 础本章小结 掌握异步电动机机械特性的三种表达式，及其适用范围 掌握异步电动机固有机械特性及4个特殊运行点、 掌握异步电动机人为机械特性的特点和变化规律 掌握异步电动机的各种运转状态及其机械特性的特点 熟练计算绕线转子异步电动机的调速及制动电阻38电 机 学 及 拖 动 基 础第十章 结束39
