相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性和機(jī)械特性

5．3三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性和機(jī)械特性

一、三相異步電動(dòng)機(jī)的定子電路

三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁關(guān)系同變壓器類似，定子繞組相當(dāng)于變壓器的原繞組，轉(zhuǎn)子繞組（一般是短接的）相當(dāng)于副繞組。

定子繞組接上三相電源電壓（相電壓為u1）時(shí)，則有三相電流通過(guò)（相電流為i1），定子三相電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，其磁力線通過(guò)定子和轉(zhuǎn)子鐵心而閉合，這磁場(chǎng)不僅在轉(zhuǎn)子每相繞組中要感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)e2，而且在定子每相繞組中也要感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)e1相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性和機(jī)械特性共23頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁(yè)!設(shè)定子和轉(zhuǎn)子每相繞組的匝數(shù)分別為N1和N2，如圖所示電路圖是三相異步電動(dòng)機(jī)的一相電路圖。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度沿定子與轉(zhuǎn)子間空氣隙的分布是近于按正弦規(guī)律分布的，因此，當(dāng)其旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)定子每相繞相的磁通也是隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的，相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性和機(jī)械特性共23頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁(yè)!定子每相繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：

它也是正弦量，其有效值為：式中，f1為e1的頻率。因?yàn)樾D(zhuǎn)磁場(chǎng)和定子間的相對(duì)轉(zhuǎn)速為n0，所以它等于定子電流的頻率，即定子每相繞組中還要產(chǎn)生漏磁電動(dòng)勢(shì)相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性和機(jī)械特性共23頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁(yè)!加在定子每相繞組上的電壓也分成三個(gè)分量，即如用復(fù)數(shù)表示，則為式中，和()為定子每相繞組的電阻和漏磁感抗。由于R1和X1較小，其上電壓降與電動(dòng)勢(shì)E1比較起來(lái)，?？珊雎?，于是相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性和機(jī)械特性共23頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁(yè)!和定子電流一樣，轉(zhuǎn)子電流也要產(chǎn)生漏磁通，從而在轉(zhuǎn)子每相繞組中還要產(chǎn)生漏磁電動(dòng)勢(shì)。因此，對(duì)于轉(zhuǎn)子每相電路，有如用復(fù)數(shù)表示，則為

式中，R2和X2——轉(zhuǎn)子每相繞組的電阻和漏磁感抗在n=0，即S=1時(shí)，轉(zhuǎn)子感抗為為轉(zhuǎn)子最大感抗可見(jiàn)轉(zhuǎn)子感抗E2與轉(zhuǎn)差率S有關(guān)。相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性和機(jī)械特性共23頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁(yè)!三、轉(zhuǎn)矩特性

電磁轉(zhuǎn)矩（以下簡(jiǎn)稱轉(zhuǎn)矩）是三相異步電動(dòng)機(jī)最重要的物理量之一。機(jī)械特性是它的主要特性。所以因?yàn)椤D(zhuǎn)矩特性式中，K——與電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)、電源頻率有關(guān)的一個(gè)常數(shù)；

U1、U——定子繞組電壓，電源電壓；

R2——轉(zhuǎn)子每相繞組的電阻；

X20——電動(dòng)機(jī)不動(dòng)（S=1）時(shí)轉(zhuǎn)子每相繞組的感抗。相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性和機(jī)械特性共23頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁(yè)!從特性曲線上可以看出，其上有四個(gè)特殊點(diǎn)可以決定特性曲線的基本形狀和異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能，這四個(gè)特殊點(diǎn)是：電動(dòng)機(jī)處于理想空載工作點(diǎn)，此時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為理想空載轉(zhuǎn)速。相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性和機(jī)械特性共23頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁(yè)!電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)工作點(diǎn)。將S=1代入轉(zhuǎn)矩公式中，可得可見(jiàn)，異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst與U、R2及X20有關(guān)。相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性和機(jī)械特性共23頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁(yè)!電動(dòng)機(jī)的臨界工作點(diǎn)。欲求轉(zhuǎn)矩的最大值，可令得臨界轉(zhuǎn)差率再將Sm代入轉(zhuǎn)矩公式中，即可得相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性和機(jī)械特性共23頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁(yè)!2．人為機(jī)械特性由上述分析可知：異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與電動(dòng)機(jī)的參數(shù)有關(guān)，也與外加電源電壓、電源頻率有關(guān)，將關(guān)系式中的參數(shù)人為地加以改變而獲得的特性稱為異步電動(dòng)機(jī)的人為機(jī)械特性。改變定子電壓U、定子電源頻率f、定子電路串入電阻或電抗、轉(zhuǎn)子電路串入電阻或電抗等，都可得到異步電動(dòng)機(jī)的人為機(jī)械特性。相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性和機(jī)械特性共23頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁(yè)!如當(dāng)定子繞組外加電壓為UN、0.8UN、0.5UN時(shí)，轉(zhuǎn)子輸出最大轉(zhuǎn)矩分別為Ta=Tmax、Ta=0.64Tmax和Ta=0.25Tmax?？梢?jiàn)，電壓愈低，人為特性曲線愈往左移。相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性和機(jī)械特性共23頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁(yè)!（2）定子電路接入電阻或電抗時(shí)的人為特性

在電動(dòng)機(jī)定子電路中外串電阻或電抗后，電動(dòng)機(jī)端電壓為電源電壓減去定子外串電阻上或電抗上的壓降，致使定子繞組相電壓降低,這種情況下的人為特性與降低電源電壓時(shí)的相似.。相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性和機(jī)械特性共23頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁(yè)!（4）轉(zhuǎn)子電路串電阻時(shí)的人為特性在三相線繞式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電路中串入電阻后［見(jiàn)圖(a)］，轉(zhuǎn)子電路中的電阻為相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性和機(jī)械特性共23頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁(yè)!二、三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電路

旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子每相繞組中感應(yīng)出的電動(dòng)勢(shì)為其有效值為式中，f2為轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)e2或轉(zhuǎn)子電流i2相對(duì)于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的頻率.因?yàn)樾D(zhuǎn)磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子間的相對(duì)轉(zhuǎn)速為n0-n在n=0，即S=1時(shí)，轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)為為轉(zhuǎn)子最大電動(dòng)勢(shì)可見(jiàn)轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)E2與轉(zhuǎn)差率S有關(guān)。相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性和機(jī)械特性共23頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁(yè)!轉(zhuǎn)子每相電路的電流為

可見(jiàn)轉(zhuǎn)子電流I2也與轉(zhuǎn)差率S有關(guān)。當(dāng)S增大，即轉(zhuǎn)速n降低時(shí)，轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)間的相對(duì)轉(zhuǎn)速增加，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體被磁力線切割的速度提高，于是E2增加，I2也增加。相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性和機(jī)械特性共23頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁(yè)!四．機(jī)械特性

在異步電動(dòng)機(jī)中，轉(zhuǎn)速n=(1-S)n0，為了符合習(xí)慣畫(huà)法，可將曲線換成轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系曲線，即稱為異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。1．固有機(jī)械特性異步電動(dòng)機(jī)在額定電壓和額定頻率下，用規(guī)定的接線方式，定子和轉(zhuǎn)子電路中不串聯(lián)任何電阻或電抗時(shí)的機(jī)械特性稱為固有（自然）機(jī)械特性。根據(jù)

三相異步電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性曲線如圖所示。相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性和機(jī)械特性共23頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁(yè)!電動(dòng)機(jī)額定工作點(diǎn)。此時(shí)額定轉(zhuǎn)矩和額定轉(zhuǎn)差率為式中:

PN——電動(dòng)機(jī)的額定功率；

nN——電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，一般

SN——電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)差率，一般

TN——電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩。相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性和機(jī)械特性共23頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁(yè)!當(dāng)施加在定子每相繞組上的電壓降低時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩會(huì)明顯減??；當(dāng)轉(zhuǎn)子電阻適當(dāng)增大時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩會(huì)增大；而若增大轉(zhuǎn)子電抗則會(huì)使啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大為減小。

通常把在固有機(jī)械特性上啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst與額定轉(zhuǎn)矩TN之比st=Tst/TN作為衡量異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)能力的一個(gè)重要數(shù)據(jù)。一般

相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性和機(jī)械特性共23頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁(yè)!通常把在固有機(jī)械特性上最大電磁轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比稱為電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力系數(shù)。它表征了電動(dòng)機(jī)能夠承受沖擊負(fù)載的能力大小，是電動(dòng)機(jī)的又一個(gè)重要運(yùn)行參數(shù)。鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)線繞式異步電動(dòng)機(jī)相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性和機(jī)械特性共23頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁(yè)!（1）降低電動(dòng)機(jī)電源電壓時(shí)的人為特性不變不變隨著電壓的減小而大大地減小隨著電壓的減小而大大地減小改變電源電壓時(shí)的人為特性如圖所示：相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性和機(jī)械特性共23頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁(yè)!由于異步電動(dòng)機(jī)對(duì)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)非常敏感，運(yùn)行時(shí)，如電壓降低太多，會(huì)大大降低它的過(guò)載能力與啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，甚至使電動(dòng)機(jī)發(fā)生帶不動(dòng)負(fù)載或者根本不能啟動(dòng)的現(xiàn)象。例如，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在額定負(fù)載TN下，即使m=2，若電網(wǎng)電壓下降到70%UN，則由于這時(shí)此外，電網(wǎng)電壓下降，在負(fù)載不變的條件下，將使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，轉(zhuǎn)差率S增大，電流增加，引起電動(dòng)機(jī)發(fā)熱甚至燒壞。電動(dòng)機(jī)也會(huì)停轉(zhuǎn)相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性和機(jī)械特性共23頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁(yè)!（3）改變定子電源頻率時(shí)的人為特性一般變頻調(diào)速采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，即希望最大轉(zhuǎn)矩保持為恒值，為此在改變頻