三相异步电动机地机械特性

《三相异步电动机地机械特性》由会员分享，可在线阅读，更多相关《三相异步电动机地机械特性（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、三相异步电动机的运行特性摘要：本章介绍了三相异步电动机的机械特性的三个表达式。固有机械特性和人为机械特性，阐述了三相异步电动机的起动、调速和制动的各种方法、特点和应用135.1三相异歩电动机的机橄特世5.1三相异步电动机的运行特性三相异步电动机的运行特性就是三相异步电动机的运行工作时的机械特性。和直流电动机一样，三相异步电动机的机械特性也是指电磁转矩与转子转速 之间的关系。由于转子转速 与同步转速、转差率 存在下列关系，即(5.1)则三相异步电动机的机械特性用曲线表示时， 习惯上纵坐标同时表示 转速 和转差率 ，横坐标表示电磁转矩 。三相异步电动机的机械特性有三种表达式，现介绍如下：5.1.1

2、 机械特性的物理表达式由上一章三相异步电动机的转矩关系知， 三相异步电动机转矩的一般 表达式为（5.2）式中 为三相异步电动机的转矩系数，是一常数；为三相异步电动机的气隙每极磁通量；为转子电流的折算值；为转子电路的功率因数；式（5.2 ）表明了电磁转矩与磁通量和转子电流的有功分量的乘积成 正比，它是电磁力定律在三相异步电动机的应用， 它从物理特性上描 述了三相异步电动机的运行特性， 因此这一表达式又称为三相异步电 动机的物理表达式。仅从式（5.2 ）不能明显地看出电磁转矩 与转差率之间的变化规律。 要从分析气隙每极磁通量，转子相电流，以及为转子功率因数与转 差率之间的关系，间接地找出其变化规律

3、。现分析如表5.1所示。根据表5.1中的分析，可作出曲线、和分别如图5.2、5.3、5.4所 示，据此可得出图5.1所示的机械特性曲线。曲线分为两段：当 较 小时（），变化不大，电磁转矩 与转子相电流 成正比关系，表现为 AB段近似为直线，称为直线部分；当 较大时（），如，减少近一 半，很小，尽管转子相电流 增大，有功电流 不大，使电磁转矩 反而减小了，此时表现为 段，段为曲线段，称为曲线部 分。由此分析知，三相异步电动机的机械特性在某转差率下，产生最大转矩，即 点称为最大转矩点，相应的转矩为 称为最大转矩，对 应的转差率 称为临界转差率。机械特性的参数表达式 1.参数表达式的推导:三相异步电

4、动机的机械特性的参数表达式就是直接表示异步电动机 的电磁转矩 与转差率 和电机的某些参数（及阻抗等）之间的关系的数学表达式。现推导如下：已知，电磁转矩与转子电流关系为（5.3）异步电动机机罹特性1 电源海正相序时2 电源対负相序时根据三相异步电动机的等值电路中，由于励磁阻抗比定子、转子漏阻抗大很多，把 型等值电路中励磁阻抗这一段电路近似为开路，而计算的误差很小，故(5.4)式（ 5.4 ）代入（ 5.3 ），得（5.5） 这就是机械特性的参数表达式。给定 及阻抗等参数， 画出曲线便是 曲线，其形状与图 5.1 一致。 由参数表达式绘制的三相异步电动机的 机械特性如图 5.5 所示，它具有以下特

5、点：在 时，即 的围，特性在 第一象限，电磁转矩 与转速 都为正，从规定正方向判断， 与 同方向， 与同步转速 同方向，电动机工作在电动运行状态；在 时，即 ，特性 在第二象限，电磁转矩 为负值，表现为制动性转矩，电磁功率 也是 负值，电动机工作在电动发电运行状态；在 时，即 ，特性在第四象 限， ，电动机工作在制动运行状态。2. 机械特性曲线的分析：下面分析图 5.5 机械特性中的几个特点：（ 1）同步转速点 ：其特点是 。 点为理想空载运行点即在没有外界 转矩的作用下，异步电动机本身不可能达到同步转速点。（ 2）额定运行点 ：其特点是电磁转矩和转速均为额定值，用 和 表 示，相应的额定转差

6、率用 表示。异步电动机可长期运行在额定状态。3）最大转矩点 ：其特点是对应的电磁转矩为最大值 ，称为最大转 矩，对应的转差率用 ，称为临界转差率。把式（ 5.5 ）中的 对 求导， 并令 ，即可得到最大转矩 和临界转差率 为（5.6）（5.7） 式中，“”号适用于电动机状态，“”号适用于发电机状态。 通常情况下， 的绝对值大于 的数值，但是异步电动机的 型等值电路 不超过 的 5%，则式（ 5.6 ）和（ 5.7 ）中可以忽略 的影响，则有（5.8）（5.8） 也就是说， 异步电动机的机械特性具有对称性， 即异步电动机的发电 机状态和异步电动机的电动机状态的最大电磁转矩绝对值及对应的 临界转差

7、率可认为近似相等。通过式（ 5.8 ），可得出下列结论：1）最大电磁转矩 与电压 平方成正比，与漏电抗 成反比。这说明改 变 和 ，可改变 的大小；2）临界转差率 与电阻 成正比，与漏电抗 成反比 , 与 的大小无关。最大电磁转矩 与额定电磁转矩 的比值称为最大电磁转矩倍数，又称 为过载能力或过载倍数，用 表示，即是三相异步电动机运行性能的一个重要参数。三相异步电动机运行 时，绝不可能长期运行在最大转矩处。因为，此时电流过大，温升会 超过允许值，有可能烧毁电机，同时在最大转矩处运行转速也不稳定。一般情况下，三相异步电动机的 =1.62.2，起重、冶金、机械专 用的三相异步电动机的 =2.22.

8、8。（4）起动点 ：其特点是对应的转速 ， , 对应的转矩 称为起动转矩， 又称为堵转转矩。它是异步电动机接通电源开始起动时的电磁转矩。 若令式（ 5.5 ）中的 ，即有（5.9） 通过式（5.9）可以得出下列结论： 与电压 平方成正比，与电阻 或 漏电抗 成反比。这说明电阻或漏电抗越大，起动转矩越小；电源电 压 过低，会引起起动转矩明显下降，甚至使 ，而造成电机不能起动。起动转矩 与额定转矩 的比值称为转矩倍数，用 表示，即是表征三相异步电动机起动性能的另一个重要参数。 三相异步电动机 起动时，必须保证有一定的过载倍数。只有1时，异步电动机才能在额定负载下起动。一般情况下， 是针对鼠笼式电动

9、机而言。因为绕线式电动机通过增 加转子回路的电阻 ，可加大或改变起动转矩。这是绕线式电动机的 优点之一。一般的鼠笼式电动机的 =1.02.0 ;起重、冶金、机械 专用的鼠笼式电动机的 =2.84.0。5.1.3 机械特性的实用表达式1. 实用表达式的推导：实际应用时，三相异步电动机的参数（ ， ， ， 等）在电机产品的目 录中是查不到的， 因此使用参数表达式和物理表达式一样也是不方便 的。为了能利用三相异步电动机产品说明书中给出的数据， 计算出异 步电动机的机械特性，有必要导出实用的表达式。用式（5.5）去除式（ 5.6）得(5.10 )由式（ 5.5）得由式（ 5.11 ）代入式（ 5.10

10、 ）得式中。对于三相异步电动机，其 =0.10.2值，都有而 ,可忽略。则式（ 5. 1 3 ）可简化为这就是三相异步电动机机械特性的实用表达式。（5.11 ）（5.12）上式中显然对任何（5.13）（5.14）2. 实用表达式的使用 从实用表达式看出， 只需求出最大转矩 和临界转差率 ，才能求出 下面介绍 和 的求法。已知三相异步电动机的铭牌数据中额定功率 （ ），额定转速 （ ）和 过载倍数 ，则额定输出转矩为额定转差率为忽略空载转矩，近似认为 ，（当 时），且 ，代入式（ 5.14 ）得 由上式可得解之得因 , 故上式应取“”号，则（5.15 ） 算出 和 ，只需给出 值，就可算出相应的

11、 值。例5.1已知一台三相异步电动机，额定频率 =150,额定电压380,额定转速，=1460,过载倍数=2.4。当转子回路不串入电阻时，1 ）求其转矩的实用表达式；(2)问电动机能否带动额定负载起动。解：(1)根据已知数据，电机的额定转矩为最大转矩为根据额定转速 =1460，可判断出同步转速 =150，则额定转差率为临界转差率为入二宫(入十屁-1) = 0.027(2.4+72.43-1)二 0 124转子不串电阻的实用表达式为27；芳 5s s_. s 0.124 s 0 124 + + 此 w 0124 g a 124 s(2)电机开始起动时，=1,=，代入实用表达式得因为V ,故电动机

12、不能拖动额定负载起动。3. 实用表达式的简化 在Ov v的直线段，即三相异步电动机在额定负载围运行时，它的转差率小于额定转差率（=O.O10.05 ），可认为实用公式中忽略 / 也是可以的。则实用表达式（ 5 . 1 4 ）变成为（5.16）经过以上简化， 使三相异步电动机的机械特性呈线性关系， 使用起来 更方便，并称为机械特性的近似表达式。在使用式（ 5.16）时 可按下式计算上述三相异步电动机机械特性的三种表达式， 虽然都能用来表征电动 机的运行特性，但其应用的场合各有不同。一般来说，物理表达式适 用于对电动机的运行作定性分析； 参数表达式适用于分析电机各种参 数变化对电动机运行特性的影响

13、； 实用表达式适用于电动机机械特性 的工程计算。5.1.4 机械特性的固有特性和人为特性 1. 固有机械特性三相异步电动机的定子在额定频率的额定电压下， 定子绕组按规定的接线方式联结，定子及转子回路不外接任何电器元件的条件下的机械特性称为固有机机械特性。其形状如图5.5所示。三相异步电动机的固有机械特性可以利用实用表达式(5.14)计算得到。方法是先利用实用表达式计算出同步转速点，额定运行点，最大转矩点和起动点这几个特殊点，然后将这些点连接起来便得到固 有特性曲线。当然，计算的点越多，做出的曲线就越精确。例5.2某三相异步电动机，=60, = 750 , =50 , = 2.5，试绘出电动机的

14、固有机械特性。解:(1)同步转速点：=0 时，=750 , = 0(2)额定运行点：最大转矩点:：-:-三相异步电动机固有特性的绘制起动点：将=1时代入公式得根据上述求出的四个特殊点，绘出固有机械特性如图5.6所示2.人为机械特性人为地改变三相异步电动机的某些参数所得到的机械特性称为人为 特性。关于人为特性的分析，主要是分析下列四个公式的特性。同步转速公式临界转差率公式图5. T三相异塩电动机定子隆压的丸盜机植特性00.25 0d4Tt T;最大转矩公式起动转矩公式下面分析几种常见的人为机械特性。（1）降低定子回路端电压的人为机械特性。根据上述四个公式， 降低定子回路端电压 ，则不变，不变，和

15、与 成 正比地降低。由于三相异步电动机的磁路在额定电压下已有饱和的趋 势，故不宜再升高电压。图5.7所示为=0.8 , = 0.5时的人为机械特性。定子回路端电压降 低后的人为机械特性， 其线性段的特性变软了。 且 和也显著地减小， 电动机的过载能力也显著地下降。（ 2）转子回路串接对称电阻时的人为机械特性。绕线式三相异步电动机的转子回路可以串接电阻 （要求三相串接的5.8 所示。电阻阻值相等）。其电路图及人为机械特性如图根据上述四个公式， 不变，不变，随的增大而增大，开始随的增 大而增大，当 增大到某一时，=。如果再继续增大，则 开始减小。(B P 0I N M R他）人为机撼特性+地團5.8姥鐵式异歩电动机的转子回瞞爭接电阻绕线式三相异步电动机的转子回路串接电阻后，电阻越大，其线性段的特性越软。（3）定子回路串接对称电抗 或电阻时的人为机械特性。三相异步电动机