三相繞線式異步電動機(jī)各種運行狀態(tài)下的機(jī)械特性

1、三相繞線式異步電動機(jī)各種運行狀態(tài)下的機(jī)械特性原理簡述機(jī)械特性是指其轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩間的關(guān)系，一般表示為 s其中 。3.實用表達(dá)式二2忌s 斗 o由于三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性呈非線性關(guān)系，所以函數(shù)表達(dá)式以轉(zhuǎn)速為 自變量，轉(zhuǎn)矩為因變量，寫為；更為方便。又因轉(zhuǎn)差率s也可 以用來表征轉(zhuǎn)速，而且用s表示的機(jī)械特性表達(dá)式更為簡潔，所以對 三相異步電動機(jī)一般用來表示機(jī)械特性，同時將J作為橫坐 標(biāo)，這樣和原的圖形是一致的。一、三相異步電動機(jī)機(jī)械特性的表達(dá)式三相異步電動機(jī)機(jī)械特性的表達(dá)式一般有三種：1物理表達(dá)式T = Gcosc _3x4.44tfl其中 二為異步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)； 二為每極磁通；為轉(zhuǎn)子電流的折算值；，

2、丄為轉(zhuǎn)子回路的功率因數(shù)。2 .參數(shù)表達(dá)式其中為最大轉(zhuǎn)矩，：為發(fā)生最大轉(zhuǎn)矩時的轉(zhuǎn)差率。三種表達(dá)式其應(yīng)用場合各有不同，一般物理表達(dá)式適用于定性分 析與二及間的關(guān)系，參數(shù)表達(dá)式可以分析各參數(shù)變化對電 動機(jī)運行性能的影響，而實用表達(dá)式最適合用于進(jìn)行機(jī)械特性的工程 計算。二、三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性1.固有機(jī)械特性固有機(jī)械特性是指異步電動機(jī)在額定電壓、額定頻率下，電動機(jī) 按規(guī)定方法接線，定子及轉(zhuǎn)子回路中不外接電阻(電抗或電容)時所 獲得的機(jī)械特性:，如圖15-1所示。圖15-1三相異步電動機(jī)的固有機(jī)械特性下面對機(jī)械特性上反映其特點的幾個特殊點進(jìn)行分析:(1) 起動點：其特點是： X 1 ,，起動電流-；

3、(2) 額定運行點I :其特點是：-, * , * -；(3) 同步速點亠：其特點是:匚點是電動狀態(tài)與回饋制動的轉(zhuǎn)折點;(4) 最大轉(zhuǎn)矩點：電動狀態(tài)最大轉(zhuǎn)矩點，其特點是:回饋制動最大轉(zhuǎn)矩點，其特點是：;由公式可以看出 ；二 hO2.人為機(jī)械特性由三相異步電動機(jī)機(jī)械特性的參數(shù)表達(dá)式可見，異步電動機(jī)的電 磁轉(zhuǎn)矩在某一轉(zhuǎn)速下的數(shù)值，是由電源電壓、頻率、極對數(shù)及定轉(zhuǎn)子 電路的電阻、電抗X、I、亠.：、；決定的。因此人為的改變這些 參數(shù)，就可得到不同的人為機(jī)械特性?，F(xiàn)介紹改變某些參數(shù)時人為機(jī) 械特性的變化：(1)降低電壓1I不變，襯不變，因為J，所以降低電 壓】時，J、1、:均減小，其人為機(jī)械特性見圖1

4、5-2。(2) 轉(zhuǎn)子回路串聯(lián)對稱電阻圖15-2三相異步電動機(jī)降低電壓】時的人為機(jī)械特性圖15-3三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路串聯(lián)對稱電阻時的人為機(jī)械特性適用繞線式電機(jī)，I不變，當(dāng)I增大，即串入：，增大，+增 大，士二不變，其人為機(jī)械特性見圖15-3。（3）定子回路串聯(lián)對稱電抗一般用于鼠籠式異步電動機(jī)降壓起動，I不變，祝、丄.、：隨所串電抗丄:值的增大而減小，其人為機(jī)械特性見圖15-4。（4）定子回路串聯(lián)對稱電阻同定子回路串聯(lián)對稱電抗，】不變，和、士二、隨所串電阻“值 的增大而減小，其人為機(jī)械特性見圖 15-5。圖15-4三相異步電動機(jī)定子回路串聯(lián)對稱電抗時的人為機(jī)械特性圖15-5三相異步電動機(jī)定子回

5、路串聯(lián)對稱電阻時的人為機(jī)械特性(5) 轉(zhuǎn)子回路接入并聯(lián)電阻和電抗圖15-6三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路接入并聯(lián)電阻和電抗時的人為機(jī) 械特性適用于繞線式電機(jī)。轉(zhuǎn)子回路接入并聯(lián)電阻和電抗如圖15-6a所示，起動過程中，電抗值隨轉(zhuǎn)子回路的頻率變化，轉(zhuǎn)速較低即頻率較 高時電抗值較大，轉(zhuǎn)子電流大部分流過電阻，隨著轉(zhuǎn)速升高，電抗逐 步減小，流過電阻的電流逐步減小，流過電抗的電流逐步增大，起動 結(jié)束后，幾乎全部轉(zhuǎn)子電流都流過電抗，近乎將并聯(lián)的電阻開路。如 果參數(shù)配合適當(dāng)，電動機(jī)在整個加速過程中產(chǎn)生幾乎恒定的轉(zhuǎn)矩，繞線式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子串聯(lián)頻敏變阻器起動即應(yīng)用了上述原理。其人為機(jī)械特性；不變，低速時由于電阻流過的電流

6、大，轉(zhuǎn)矩比固有特性大， 丁峽由于電抗的串入略有減小，曲線見圖 15-6b。對于改變電源頻率和電動機(jī)極對數(shù)的人為機(jī)械特性，在電機(jī)學(xué) 有關(guān)章節(jié)中專門討論，因本次實驗不包括這些內(nèi)容，此處就不再介紹。三、三相異步電動機(jī)的各種運行狀態(tài)與直流電動機(jī)相同，三相異步電動機(jī)也可工作于兩大運行狀態(tài), 即電動運行狀態(tài)和制動運行狀態(tài)。 在交流電力拖動系統(tǒng)運行時，拖動 不同負(fù)載的條件下，改變異步電動機(jī)電源電壓的大小、相序及頻率， 或者改變繞線式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路所串電阻等參數(shù)， 三相異步電動 機(jī)可以運行在四個象限的各種不同狀態(tài)。1 .電動運行狀態(tài)圖15-7電動運行狀態(tài)下異步電動機(jī)的機(jī)械特性電動運行狀態(tài)的特點是電動機(jī)轉(zhuǎn)矩

7、 的方向與旋轉(zhuǎn)的方向相同， 在圖15-7的第I及第III象限繪出了電動狀態(tài)下電動機(jī)的機(jī)械特性。 第I象限電動機(jī)工作在正向電動狀態(tài)，第III象限相當(dāng)于電動機(jī)改變 相序后，工作在反向電動狀態(tài)。在電動狀態(tài)下運行，電動機(jī)由電網(wǎng)吸 取電能，變換為機(jī)械能帶動負(fù)載。2.制動運行狀態(tài)與直流電動機(jī)相同，異步電動機(jī)也可工作于回饋制動、反接制動 及能耗制動三種制動狀態(tài)。其共同的特點是電動機(jī)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的方向相反，以實現(xiàn)制動。此時電動機(jī)由軸上吸收機(jī)械能，并轉(zhuǎn)換為電 能，或消耗在電阻中，或反饋回電網(wǎng)。(1) 回饋制動當(dāng)異步電動機(jī)由于某種原因，例如位能性負(fù)載的作用，使其轉(zhuǎn)速 高于同步速I,轉(zhuǎn)差率一 一，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢I反向，

8、轉(zhuǎn)子電流的有 功分量也反向，而轉(zhuǎn)子電流的無功分量方向則不變，由相量 圖可以看出，定子電流也相應(yīng)改變，】和訂間的相位差角上，此 時定子功率為負(fù)，即定子繞組將電能回饋電網(wǎng)。同時 轉(zhuǎn)差率:-，電磁轉(zhuǎn)矩J |，電磁轉(zhuǎn)矩的方向和轉(zhuǎn)向相反，在轉(zhuǎn)子軸 上產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩。綜上所述，當(dāng)轉(zhuǎn)速高于同步速時，電動機(jī)處于回饋制動運行狀態(tài)。 回饋制動狀態(tài)一般用于位能性負(fù)載下放， 以獲得穩(wěn)定的下放速度，或 異步電動機(jī)變極調(diào)速由少極數(shù)變?yōu)槎鄻O數(shù)時發(fā)生。(a)(b)圖15-8異步電動機(jī)回饋制動的機(jī)械特性正向回饋制動 (b)反向回饋制動當(dāng)電動機(jī)處于正向電動運行時，轉(zhuǎn)速高于同步速為正向回饋制動， 如圖15-8a所示；當(dāng)電動機(jī)處于反向

9、電動運行時，轉(zhuǎn)速高于同步速為 反向回饋制動，如圖15-8b所示。本次實驗做的是正向回饋制動，由 一直流電動機(jī)拖動異步電動機(jī)使其轉(zhuǎn)速高于同步速。（2）反接制動狀態(tài)實現(xiàn)反接制動可有轉(zhuǎn)速反向和定子兩相反接兩種方法，分別討論 如下: 轉(zhuǎn)速反向的反接制動（或稱倒拉反轉(zhuǎn)制動）轉(zhuǎn)速反向的反接制動與直流電動機(jī)的電勢反接制動相似。異步電動機(jī)帶位能性負(fù)載，按正轉(zhuǎn)接線，轉(zhuǎn)子回路串入較大電阻丄：，機(jī)械 特性的最大轉(zhuǎn)矩點到了第IV象限。當(dāng)接通電源，電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩 的方向與重物產(chǎn)生的負(fù)載轉(zhuǎn)矩相反，而且七，在重物的作用 下，迫使電動機(jī)反丄的方向旋轉(zhuǎn)，并在重物下降的方向加速。此時轉(zhuǎn)- （同的增加，一、I及均增大，直到，隨著

10、-S 二二 1差率 轉(zhuǎn)矩增至-，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定為J，此時重物以等速下降，穩(wěn)定運行 點在第IV象限的J點，如圖15-9b所示，圖中機(jī)械特性在第IV象限的部分（用實線表示）即為異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速反向的反接制動。 圖15-9三相繞線式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速反向的反接制動電路圖和機(jī)械特性電路圖（b）機(jī)械特性這種制動與前述回饋制動一樣，可用于起重機(jī)的重物下放，這也屬于一種穩(wěn)定運行狀態(tài)。電動機(jī)在反接制動狀態(tài)時，它由軸上輸入機(jī)械功率（ 一 1為負(fù)）， 同時，定子又通過氣隙向轉(zhuǎn)子輸送電功率， 這兩部分合起來消耗在轉(zhuǎn) 子電路的總電阻丄中。定子兩相反接的反接制動異步電動機(jī)帶動生產(chǎn)機(jī)械原在正向電動狀態(tài)穩(wěn)定運行（圖15-10b中的蟲點

11、），為了迅速停車或反向，可將定子兩相反接（如為繞線式 轉(zhuǎn)子，可同時在轉(zhuǎn)子回路中串聯(lián)電阻 與，見圖15-10a）,定子相序改 變，旋轉(zhuǎn)磁場方向也改變，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向未變，轉(zhuǎn)差率變?yōu)镾 =丄=丄 1溝 ，場、熬2、右及丁均與正向電動運行時相反，從而得到反向的機(jī)械特性如圖15-10b所示。定子繞組剛反接瞬間，工 作點由轉(zhuǎn)移到J ,然后在電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩-和負(fù)載轉(zhuǎn)矩一共同作用 下，電動機(jī)轉(zhuǎn)速很快下降，相當(dāng)于機(jī)械特性的段。在轉(zhuǎn)速為零的 點，如不切斷電源，電動機(jī)將反向加速，進(jìn)入反向電動運行狀態(tài)，女口 果是位能性負(fù)載，將繼續(xù)加速進(jìn)入反向回饋運行。V-T-y1 /1X.-T B 沢-n匚T(a)(b)圖15-10定子兩

12、相反接的反接制動的電路圖與機(jī)械特性電路圖（b）機(jī)械特性定子兩相反接的反接制動就是指機(jī)械特性的段本次實驗要做的是轉(zhuǎn)速反向的反接制動，由一直流電動機(jī)拖動異步電動機(jī)使其反向旋轉(zhuǎn)，模擬位能性負(fù)載。（3）能耗制動狀態(tài)異步電動機(jī)原在圖15-11b所示的點運行，相應(yīng)于圖15-11a電路 圖中T閉合，1斷開。為了迅速停車，開關(guān)轉(zhuǎn)換，即當(dāng) 斷開，電動 機(jī)脫離電網(wǎng)時，立即將接通，則在定子兩相繞組中通入直流電流， 在定子內(nèi)形成一固定磁場。當(dāng)轉(zhuǎn)子由于慣性而仍在旋轉(zhuǎn)時，其導(dǎo)體即 切割該磁場，在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和轉(zhuǎn)子電流。根據(jù)左手定則， 可以確定出轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)速方向相反，即為制動轉(zhuǎn)矩?？梢宰C明，能耗制動的機(jī)械特性與定

13、子接三相交流電源運行時的 機(jī)械特性很相似，是一條具有正、負(fù)最大值，過I點的曲線，如圖 15-11b中的曲線1、2和3。能耗制動的機(jī)械特性曲線在第II象限。如果以轉(zhuǎn)子不外串電阻，定子直流勵磁電流為某一定值時的曲線 1為 基準(zhǔn)，如果增大轉(zhuǎn)子回路所串電阻而直流勵磁電流不變時，最大轉(zhuǎn)矩不變，產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)速增加，如圖15-11b曲線3所示。如果轉(zhuǎn)子回路所串電阻不變而直流勵磁電流增大時，最大轉(zhuǎn)矩增大，產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)速不變，如圖15-11b曲線2所示。除圖15-11a所示的兩相繞組通入直流電流外，根據(jù)繞組接法的不同，還可以有其它的方法給定子繞組通入直流電流。（b）圖15-11異步電動機(jī)能耗制動的電路圖

14、與機(jī)械特性電路圖（b）機(jī)械特性若三相異步電動機(jī)帶動反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運行時，米用能耗制動停車，電動機(jī)的運行點在第II象限，如圖15-11b所示，從1 , 最后準(zhǔn)確停在處。實驗十五 三相繞線式異步電機(jī)在各種運行狀態(tài)下的機(jī)械特性實驗一、實驗?zāi)康牧私馊嗬@線式異步電動機(jī)在各種運行狀態(tài)下的機(jī)械特性。二、實驗內(nèi)容1 .測定三相繞線異步電動機(jī)在電動運行狀態(tài)下的機(jī)械特性。2. 測定三相繞線異步電動機(jī)在正向回饋（也叫再生發(fā)電）制動運行狀態(tài)下的機(jī)械特性。3. 測定三相繞線異步電動機(jī)在轉(zhuǎn)速反向的反接制動運行狀態(tài)下的機(jī)械特性。三、實驗說明及操作步驟實驗線路如圖15-12所示，圖中T為被試三相繞線式異步電動機(jī).:汀9,

15、其額定值為：一 一.，一. ：,片_._-；，：一， 為作為負(fù)載用的直流電機(jī)丄，安裝時和渦流測攻機(jī)丄】用聯(lián)軸器 直接聯(lián)接（圖虛線所示）。三相電阻心選用掛件 二 上的三只、的可調(diào)電阻，接 成接法，即-=端短接，s t 1端接轉(zhuǎn)子端；二選用掛件 二一 一上的（考慮到電樞電流，故采用I 11）,實際接線為“巴端短接，1 *端短接，-u 端短接，兒二端分別接向開關(guān)和電流表一端；選用掛件二匚.-上 的I；二（接】【端，即兩只串聯(lián)）。異步電動機(jī)定子回路測量用的交流表 和選用主控屏左側(cè)的交流電壓表、電流表。直流電流表 選用直流穩(wěn)壓電源上的電流表（）；直流電流表二一選 用直流電機(jī)勵磁電源上的電流表 亠）；直流

16、電壓表選用二上 的電壓表，量程為 。開關(guān)1、1為掛件二：.Z上的1、1。1 .測定三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)在電動運行狀態(tài)下的機(jī)械特性操作前三相調(diào)壓器輸出調(diào)至最?。?交流電源輸出調(diào)節(jié)”黑色旋鈕 逆時針旋到底）；電阻二調(diào)至最小，電阻1、匸調(diào)至最大；主控屏左側(cè)的交流電壓表、電流表、功率表的紅色開關(guān)至“ON位置。各儀表的量程選擇：若各表的自動/手動”按鈕選擇 自動”（即紅 色按鈕按下位置），那么各表量程選擇按鈕（白色）可不選擇；若選 擇 手動”（即紅色按鈕彈出位置），那么應(yīng)選擇各表量程。本次實驗 各表量程選擇為：電流表二選用乂量程檔（一二一按鈕按下），電 壓表-選用一量程檔（_、按鈕按下），功率表選用

17、亠量程檔 和一量程檔；二一 ：上的紅色開關(guān)至“ON位置，電壓表選擇可匸量程檔；掛件；二 二上的紅色開關(guān)置“ON位置，“二”開關(guān)搬向上方， 轉(zhuǎn) 速控制/轉(zhuǎn)矩控制”轉(zhuǎn)換開關(guān)搬向 轉(zhuǎn)矩控制”端，轉(zhuǎn)矩設(shè)定”旋鈕逆時 針調(diào)到頭，即負(fù)載最小位置；盟VI fg CI - /i=JL -LI- 甌磁電源匚fT-S24卜穩(wěn)壓電源圖15-12異步電機(jī)機(jī)械特性接線圖操作步驟如下：（1）合上電源開關(guān)（實驗臺左側(cè)端面），按下 閉合”按鈕（左下方 綠色按鈕），調(diào)節(jié) 交流電源輸出調(diào)節(jié)”黑色旋鈕，使三相調(diào)壓器輸出 電壓升高至川，并保持此電壓不變。（1）電動機(jī)起動后，順時針緩慢調(diào)節(jié) 轉(zhuǎn)矩設(shè)定”旋鈕，異步電動 機(jī)負(fù)載增加，定子電

18、流升高，直至電流上升到 一倍額定電流。（2）從1 一倍額定電流開始，逐漸減小負(fù)載直至空載，在這范圍內(nèi) 讀取異步電動機(jī)定子電流K轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩1,共取】組數(shù)據(jù)，記 錄于表15-1中。序號k a閭2. 測定三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)正向回饋制動機(jī)械特性這里用直流電機(jī)亠-作為電動機(jī)運行，和異步電動機(jī)同方向旋轉(zhuǎn)， 拖動被試的異步電動機(jī)超過同步速 ；旋轉(zhuǎn)。在回饋制動狀態(tài)下，異步電動機(jī)是由軸上輸入轉(zhuǎn)矩，此轉(zhuǎn)矩即為直 流電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。由于在本實驗中轉(zhuǎn)矩 1不能直接測量，而在忽略 空載轉(zhuǎn)矩后，直流電動機(jī)的二- 二：，在二不變即不變的條件 下，丄V,所以用直流電機(jī)電樞電流 丄代替丄得到和心二：2；成正比 的 特性曲線

19、。操作步驟如下：（1）接線如圖15-12不變，各電阻及開關(guān)位置同上，二-二上 的“1”開關(guān)合向下方，起動異步電動機(jī)。調(diào)節(jié)三相調(diào)壓器使輸出電壓 -一，并保持此電壓值不變。（2）合上直流發(fā)電機(jī)勵磁電源開關(guān)及直流穩(wěn)壓電源開關(guān)，調(diào)節(jié)磁場調(diào)節(jié)電阻，使發(fā)電機(jī)勵磁電流并保持不變，測量直流發(fā) 電機(jī)的輸出電壓與極性。按下直流穩(wěn)壓電源上的白色 復(fù)位”按鈕，調(diào)節(jié) 電壓調(diào)節(jié)”旋鈕使電源電壓與直流發(fā)電機(jī)電壓大小相等， 并且極 性相同，把合向電源端。（3）開關(guān)接通（即電阻h短路），增加直流穩(wěn)壓電源輸出，使電 樞電壓升高，電機(jī)轉(zhuǎn)速上升，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速時，異步電機(jī)電 流達(dá)最小值，繼續(xù)調(diào)高電樞電壓，則異步電機(jī)從第I象限進(jìn)入第II象 限回饋制動進(jìn)行狀態(tài)，直至異步電機(jī)的電流為額定值。（4）從同步速時的電流到額定電流范圍內(nèi)，測取異步電動機(jī)定子 電流遼、轉(zhuǎn)速1和直流電機(jī)電樞電流 丄，共取組數(shù)據(jù)記錄于表15-23. 測定三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速反向的反接制動運行狀態(tài)下的機(jī)械特性這里用直流電機(jī)亠I-作為電動機(jī)運行，和異步電動機(jī)反方向旋轉(zhuǎn)， 模擬位