三相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性ppt課件

1、4.1 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 電動(dòng)機(jī)作為一種將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，從而帶動(dòng)其他機(jī)械進(jìn)行工作的設(shè)備，我們最關(guān)心的是電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。所謂三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是指在一定條件下，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n與轉(zhuǎn)矩Tem之間的關(guān)系n=fTem）。三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n與轉(zhuǎn)差率s之間存在一定關(guān)系： ，所以三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性也往往用Tem=fs的形式表示。 11nnns4.1.1 機(jī)械特性的表達(dá)式機(jī)械特性的表達(dá)式 根據(jù)前面章節(jié)的學(xué)習(xí)，我們知道三相異步電動(dòng)機(jī)的等效電路圖可以化簡為如圖4.1所示。 從電路的觀點(diǎn)分析知，電磁功率為； sRImPem2221圖4.1 三相異步電動(dòng)機(jī)T型等效電

2、路圖一、電磁轉(zhuǎn)矩的物理表達(dá)式 我們把 公式進(jìn)行整理利用前面已學(xué)的公式可得； （4-1）式中 轉(zhuǎn)矩常數(shù) 上式表明電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與主磁通成正比，與轉(zhuǎn)子電流的有功分量成正比，從物理概念上反映了Tem、 、1三者的關(guān)系，并符合左手定則。二、電磁轉(zhuǎn)矩的參數(shù)表達(dá)式 轉(zhuǎn)子電流折算值為 （4-2） 電磁轉(zhuǎn)矩為 （4-3） 可見， （4-3方程，它清楚地表示了異步電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)差率與電動(dòng)機(jī)各參數(shù)之間的關(guān)系，下面我們就從這個(gè)公式出發(fā)，分析三相異步電動(dòng)機(jī)的固有特性及人為機(jī)械特性。MECemPT2cosTC2cos2I21ICTTem22122112XXsRRUI2212211221112221122XXsRR

3、fsRpUmpfsRImPTemem4.1.2 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性三相異步電動(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)械特性是指電動(dòng)機(jī)工作在額定電壓和額定頻率下，按規(guī)定方法接線，定子、轉(zhuǎn)子外接電阻為零時(shí)，n或s與Tem的關(guān)系。 對(duì)于某一臺(tái)確定的電動(dòng)機(jī)而言。機(jī)械特性方程式表明，此時(shí)只有n或s與Tem是變量，其余均為確定值。因?yàn)闄C(jī)械特性方程式是一個(gè)二次方程，故Tem存在最大值。以Tem為橫軸，n或s為縱軸，做出如圖4.2所示的三相異步電動(dòng)機(jī)固有機(jī)械特性曲線。 圖4.2 三相異步電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性曲線 由圖可見整個(gè)機(jī)械特性可以分成兩個(gè)部分。 （1H-P部分 即sms0范圍內(nèi)。在這一

4、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)穩(wěn)定運(yùn)行的條件，這部分為穩(wěn)定運(yùn)行工作部分，電動(dòng)機(jī)應(yīng)工作于這一范圍內(nèi)。此時(shí)機(jī)械特性曲線近似為一條直線。 （2P-A部分 即1ssm范圍內(nèi)。這一部分隨著轉(zhuǎn)矩的減小，轉(zhuǎn)速也減小。此區(qū)域稱為不穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域，三相異步電動(dòng)機(jī)一般不能穩(wěn)定地工作于這一范圍。因此，有時(shí)也將稱這一部分為非工作部分。 為了進(jìn)一步描述三相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的特點(diǎn)，下面重點(diǎn)研究幾個(gè)反映電動(dòng)機(jī)工作的特殊點(diǎn)。 （1理想空載點(diǎn)H 此時(shí)n=n1, s=0。因轉(zhuǎn)子電流I2=0，定子電流I1=I0，所以電磁轉(zhuǎn)矩Tem=0。 （2最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)P 對(duì)于三相異步電動(dòng)機(jī)而言，通過數(shù)學(xué)求導(dǎo)，令dTem/d

5、s=0分析可知，產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩Tm時(shí)的臨界轉(zhuǎn)差率 為 （4-4） 進(jìn)而可求得最大電磁轉(zhuǎn)矩Tm為； （4-5） 由于 忽略得近似表達(dá)式； 121RXXmS221212XXRRSm22121112114XXRRfPUmTm221212XXRRSm22121112114XXRRfPUmTmR）（2112114XXfpUm 由此進(jìn)一步可知： 三相異步電動(dòng)機(jī)的臨界轉(zhuǎn)差率 與電源電壓U1無關(guān)，只與電動(dòng)機(jī)自身的參數(shù)有關(guān)，且與轉(zhuǎn)子電阻 成正比，所以改變轉(zhuǎn)子電阻 的大小如在繞線型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路中串接變阻器即可改變臨界轉(zhuǎn)差率 。 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，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電阻的大小不會(huì)影響

6、電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩，只會(huì)影響產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的轉(zhuǎn)差率。 最大電磁轉(zhuǎn)矩 的大小與電源電壓U1的平方成正比，而臨界轉(zhuǎn)差率 卻與電源電壓無關(guān)。最大電磁轉(zhuǎn)矩 與額定轉(zhuǎn)矩 之比叫過載能力， 即 ， 的值在電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)資料中可查到：一般異步電動(dòng)機(jī) 在1.62.5之間，特殊用途的電動(dòng)機(jī)如起重、冶金用電動(dòng)機(jī)的 值在3.33.4之間。 是異步電動(dòng)機(jī)的一個(gè)重要參數(shù)，反映電動(dòng)機(jī)承受負(fù)載波動(dòng)的能力。mSmS2R2RmSmT2RmTmTNmmTTmmmm （3啟動(dòng)點(diǎn)A 電動(dòng)機(jī)工作在啟動(dòng)點(diǎn)A時(shí)n=0，s=1， 。 為電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩或稱堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩必須大于電動(dòng)機(jī)所帶負(fù)載的轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)才能啟動(dòng)，因此，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的

7、大小是衡量電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)性能好壞的技術(shù)指標(biāo)。由機(jī)械特性方程式知： （4-6） 由式可知：啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 的大小與電源電壓的平方成正比，同時(shí)也受轉(zhuǎn)子電阻大小的影響。為了衡量電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)性能，我們用電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 與額定轉(zhuǎn)矩 之比來表示。即 ， 被稱之為啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)，反映電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)能力。普通 在1.82.0之間。 （4額定點(diǎn)N 電動(dòng)機(jī)工作在額定點(diǎn)時(shí)， ， 由銘牌可知， 可通過銘牌參數(shù)計(jì)算得到。額定工作點(diǎn)是希望的工作點(diǎn)。stemTTstT22122112211)()(xxRRfRPUmTststTstTNTNstmTTKmKmKNNNemNNNnPTTnnnssnn5509,11NnNT2人為機(jī)械特性人為

8、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：人為地改變電動(dòng)機(jī)的某些參數(shù)或電源電壓大小而得到的機(jī)械特性，人為機(jī)械特性的目的是為了獲得所需的拖動(dòng)性能。由上述內(nèi)容可知，改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組中電阻的大小或改變電源電壓的高低，其機(jī)械特性都將發(fā)生改變，下面著重討論這兩種常用的人為機(jī)械特性。 （1降低電源電壓時(shí)的人為機(jī)械特性 降低電源電壓時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩包括 或 ）將按電壓的平方降低，但臨界轉(zhuǎn)差率不變。繪出不同電壓時(shí)某一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的人為特性曲線如圖4.3所示。由圖可見：降壓后的機(jī)械特性變“軟”，啟動(dòng)能力和過載能力都下降。如果此時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩大于電磁轉(zhuǎn)矩則將停止運(yùn)轉(zhuǎn)；如果此時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩小于電磁轉(zhuǎn)矩可繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，但

9、轉(zhuǎn)速n下降，轉(zhuǎn)差率s增大，轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì) 增大，導(dǎo)致電流 增大，使電動(dòng)機(jī)過載，這樣長期過載會(huì)使電動(dòng)機(jī)的溫升將超過允許值，影響電動(dòng)機(jī)的使用壽命，甚至燒毀繞組。 mTstT22sEEs12,II圖4.3 三相異步電動(dòng)機(jī)降低電源電壓時(shí)的 人為機(jī)械特性 （2轉(zhuǎn)子電路串對(duì)稱電阻的人為機(jī)械特性 由式4-4）、（4-5）、（4-6知，在異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組中串入電阻 則啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 將發(fā)生變化， 也會(huì)發(fā)生變化，而最大轉(zhuǎn)矩 不變，人為機(jī)械特性曲線如圖5.4所示。由圖可見，在一定范圍內(nèi)增加轉(zhuǎn)子電阻，可以增加電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 ，所以起重機(jī)械上大多采用繞線式異步電動(dòng)機(jī)。但若是串接某一數(shù)值的電阻使 后，再繼續(xù)增大轉(zhuǎn)子電阻，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩將開始減小。 paRstTmSmTstTmstTT 以上三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性性能都是通過特性方程式分析得來的。但方程式較為復(fù)雜，而且一般情況下，三相異步電動(dòng)機(jī)的某