三相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性

三相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性第1頁，共11頁，2023年，2月20日，星期日

4.1.1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；

圖4.1三相異步電動(dòng)機(jī)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(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、、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(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。第3頁，共11頁，2023年，2月20日，星期日

4.1.2三相異步電動(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)械特性曲線第4頁，共11頁，2023年，2月20日，星期日由圖可見整個(gè)機(jī)械特性可以分成兩個(gè)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(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。（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(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。第5頁，共11頁，2023年，2月20日，星期日（2）最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)P

對于三相異步電動(dòng)機(jī)而言，通過數(shù)學(xué)求導(dǎo)，令dTem/ds=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Ｒ１得近似表達(dá)式；第6頁，共11頁，2023年，2月20日，星期日由此進(jìn)一步可知：①三相異步電動(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。②三相異步電動(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。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(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1.6～2.5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3.3～3.4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。第7頁，共11頁，2023年，2月20日，星期日（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。一般在1.8～2.0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)。第8頁，共11頁，2023年，2月20日，星期日2．人為機(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。第9頁，共11頁，2023年，2月20日，星期日

（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)，但轉(zhuǎn)速n下降，轉(zhuǎn)差率s增大，轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢增大，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。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(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。

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(yùn)算帶來不便。通過對方程式的分析，可以得到只反映電動(dòng)機(jī)運(yùn)行外部機(jī)械參數(shù)的實(shí)用表達(dá)式如下：