三相異步電動機機械特性

三相異步電動機機械特性第1頁，共11頁，2023年，2月20日，星期日

4.1.1機械特性的表達式

根據(jù)前面章節(jié)的學習，我們知道三相異步電動機的等效電路圖可以化簡為如圖4.1所示。從電路的觀點分析知，電磁功率為；

圖4.1三相異步電動機T型等效電路圖第2頁，共11頁，2023年，2月20日，星期日一、電磁轉(zhuǎn)矩的物理表達式我們把公式進行整理（利用前面已學的公式）可得；（4-1）式中——轉(zhuǎn)矩常數(shù)上式表明電動機的電磁轉(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、、Φ1三者的關(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機電磁轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)差率與電動機各參數(shù)之間的關(guān)系，下面我們就從這個公式出發(fā)，分析三相異步電動機的固有特性及人為機械特性。第3頁，共11頁，2023年，2月20日，星期日

4.1.2三相異步電動機的機械特性

1．固有機械特性三相異步電動機的固有機械特性是指電動機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，n（或s）與Tem的關(guān)系。對于某一臺確定的電動機而言。機械特性方程式表明，此時只有n（或s）與Tem是變量，其余均為確定值。因為機械特性方程式是一個二次方程，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機固有機械特性曲線。圖4.2三相異步電動機的固有機械特性曲線第4頁，共11頁，2023年，2月20日，星期日由圖可見整個機械特性可以分成兩個部分。（1）H-P部分即sm>s>0范圍內(nèi)。在這一部分，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)定運行的條件，這部分為穩(wěn)定運行工作部分，電動機應工作于這一范圍內(nèi)。此時機械特性曲線近似為一條直線。（2）P-A部分即1>s>sm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)定運行區(qū)域，三相異步電動機一般不能穩(wěn)定地工作于這一范圍。因此，有時也將稱這一部分為非工作部分。為了進一步描述三相異步電動機機械特性的特點，下面重點研究幾個反映電動機工作的特殊點。（1）理想空載點H此時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。第5頁，共11頁，2023年，2月20日，星期日（2）最大轉(zhuǎn)矩點P

對于三相異步電動機而言，通過數(shù)學求導，令dTem/ds=0分析可知，產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩Tm時的臨界轉(zhuǎn)差率為（4-4）進而可求得最大電磁轉(zhuǎn)矩Tm為；（4-5）由于忽略Ｒ１得近似表達式；第6頁，共11頁，2023年，2月20日，星期日由此進一步可知：①三相異步電動機的臨界轉(zhuǎn)差率與電源電壓U1無關(guān)，只與電動機自身的參數(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?。ㄈ缭诶@線型異步電動機轉(zhuǎn)子電路中串接變阻器）即可改變臨界轉(zhuǎn)差率。②三相異步電動機的最大電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子電阻無關(guān)。因此，電動機轉(zhuǎn)子電阻的大小不會影響電動機的最大轉(zhuǎn)矩，只會影響產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩時的轉(zhuǎn)差率。③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，的值在電動機技術(shù)數(shù)據(jù)資料中可查到：一般異步電動機在1.6～2.5之間，特殊用途的電動機（如起重、冶金用電動機）的值在3.3～3.4之間。是異步電動機的一個重要參數(shù)，反映電動機承受負載波動的能力。第7頁，共11頁，2023年，2月20日，星期日（3）啟動點A電動機工作在啟動點A時n=0，s=1，。為電動機的啟動轉(zhuǎn)矩或稱堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。電動機的啟動轉(zhuǎn)矩必須大于電動機所帶負載的轉(zhuǎn)矩，電動機才能啟動，因此，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的大小是衡量電動機啟動性能好壞的技術(shù)指標。由機械特性方程式知：（4-6）由式可知：啟動轉(zhuǎn)矩的大小與電源電壓的平方成正比，同時也受轉(zhuǎn)子電阻大小的影響。為了衡量電動機的啟動性能，我們用電動機的啟動轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比來表示。即，被稱之為啟動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)，反映電動機的啟動能力。一般在1.8～2.0之間。（4）額定點N電動機工作在額定點時，，由銘牌可知，可通過銘牌參數(shù)計算得到。額定工作點是希望的工作點。第8頁，共11頁，2023年，2月20日，星期日2．人為機械特性

所謂三相異步電動機的人為機械特性是指：人為地改變電動機的某些參數(shù)或電源電壓大小而得到的機械特性，人為機械特性的目的是為了獲得所需的拖動性能。由上述內(nèi)容可知，改變電動機轉(zhuǎn)子繞組中電阻的大小或改變電源電壓的高低，其機械特性都將發(fā)生改變，下面著重討論這兩種常用的人為機械特性。第9頁，共11頁，2023年，2月20日，星期日

（1）降低電源電壓時的人為機械特性

降低電源電壓時，電動機的轉(zhuǎn)矩（包括或）將按電壓的平方降低，但臨界轉(zhuǎn)差率不變。繪出不同電壓時某一臺電動機的人為特性曲線如圖4.3所示。由圖可見：降壓后的機械特性變“軟”，啟動能力和過載能力都下降。如果此時的負載轉(zhuǎn)矩大于電磁轉(zhuǎn)矩則將停止運轉(zhuǎn)；如果此時的負載轉(zhuǎn)矩小于電磁轉(zhuǎn)矩可繼續(xù)運轉(zhuǎn)，但轉(zhuǎn)速n下降，轉(zhuǎn)差率s增大，轉(zhuǎn)子電動勢增大，導致電流增大，使電動機過載，這樣長期過載會使電動機的溫升將超過允許值，影響電動機的使用壽命，甚至燒毀繞組。圖4.3三相異步電動機降低電源電壓時的人為機械特性第10頁，共11頁，2023年，2月20日，星期日（2）轉(zhuǎn)子電路串對稱電阻的人為機械特性

由式（4-4）、（4-5）、（4-6）知，在異步電動機轉(zhuǎn)子繞組中串入電阻則啟動轉(zhuǎn)矩將發(fā)生變化，也會發(fā)生變化，而最大轉(zhuǎn)矩不變，人為機械特性曲線如圖5.4所示。由圖可見，在一定范圍內(nèi)增加轉(zhuǎn)子電阻，可以增加電動機的啟動轉(zhuǎn)矩，所以起重機械上大多采用繞線式異步電動機。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，啟動轉(zhuǎn)矩將開始減小。

以上三相異步電動機的機械特性性能都是通過特性方程式分析得來的。但方程式較為復雜，而且一般情況下，三相異步電動機的某些數(shù)據(jù)在產(chǎn)品目錄或銘牌上是查不到的，給方程式的定量運算帶來不便。通過對方程式的分析，可以得到只反映電動機運行外部機械參數(shù)的實用表達式如下：