第10章 三相異步電動機的機械特性及各種運轉狀態(tài)

第十章三相異步電動機的機械特性及各種運轉狀態(tài)第一節(jié)三相異步電動機機械特性的三種表達式一、物理表達式二、參數(shù)表達式三、實用表達式一、物理表達式式中：異步機的轉矩系數(shù)——異步機每極磁通二、參數(shù)表達式可得則得由于異步電動機的電磁功率為分子分母同乘以（1—s），即得由異步電動機的近似等效電路得異步電動機的機械特性參數(shù)表達式異步電動機的機械特性臨界轉差率使，即可求得最大轉矩由于1、最大電磁轉矩與電源電壓平方成正比；臨界轉差率與電源電壓無關。3、當電源頻率及電壓不變時，他們與X1+X2’反比2、轉子回路電阻越大，臨界轉差率越大；最大電磁轉矩與轉子電阻無關。起動轉矩起動轉矩倍數(shù)1、起動轉矩與電源電壓平方成正比；2、頻率越高，起動轉矩越?。?/p>

3、繞線式電動機，轉子回路電阻越大，起動轉矩先增后減。三、實用表達式忽略

R1

得機械特性的實用表達式可以求出（式中）異步電動機的機械特性起動轉矩倍數(shù)過載倍數(shù)p84一、物理表達式二、參數(shù)表達式三、實用表達式三相異步電動機的固有機械特性第二節(jié)三相異步電動機的固有機械特性與人為機械特性一、固有機械特性固有機械特性是指異步電動機工作在額定電壓及額定頻率下，電動機按規(guī)定的接線方法接線，定子及轉子電路中不外接電阻（電抗或電容）時所獲得的機械特性曲線。1）起始點A；2）額定工作點B；3）同步轉速點H；4）最大轉矩點P和P′。二、人為機械特性（一）降低特點：1）n0不變

2）sm不變，Tem隨Ux2成正比例下降

3）Tst也隨Ux2成正比例下降降低后電動機電流將大于額定值，電動機如長時連續(xù)運行，最終溫升將超過允許值，導致電動機壽命縮短，甚至燒壞。AB（二）轉子電路內串聯(lián)對稱電阻轉子電路串聯(lián)對稱電阻適用于繞線轉子異步電動機的起動，也可用于調速。特點：1）n0不變

2）sm隨RΩ

的增加而變大，

Tm保持不變

3）當sm<1時，Tst隨RΩ

的增加而變大。當sm>1時，Tst隨RΩ

的增加而減小。（三）定子電路串聯(lián)對稱電抗定子電路內串聯(lián)對稱電抗時的人為機械特性定子電路串聯(lián)對稱電抗一般用于籠型異步電動機的降壓起動，以限制電動機的起動電流。定子電路內串聯(lián)對稱電阻時的人為機械特性（四）定子電路串聯(lián)對稱電阻與串聯(lián)對稱電抗時相同，定子串聯(lián)對稱電阻一般也用于籠型異步電動機的減壓起動。（五）轉子電路接入并聯(lián)阻抗由于轉子電路參數(shù)可變，如果參數(shù)配合恰當，電動機在整個加速過程中產生幾乎恒定的轉矩，在右圖上繪出了這樣的人為機械特性。轉子電路接入并聯(lián)阻抗時的電路圖和人為機械特性第三節(jié)三相異步電動機的各種運轉狀態(tài)一、電動運轉狀態(tài)電動運轉狀態(tài)的特點是電動機轉矩的方向與旋轉的方向相同。電動狀態(tài)下異步電動機的機械特性二、制動運轉狀態(tài)異步電動機可工作于回饋制動，反接制動及能耗制動三種制動狀態(tài)。其共同特點是電動機轉矩與轉速的方向相反，以實現(xiàn)制動。此時，電動機由軸上吸收機械能，并轉換為電能。（—）回饋制動狀態(tài)位能負載帶動異步電動機進入回饋制動狀態(tài)當異步電動機由于某種原因（例如位能負載的作用），使其轉速高于同步速度時，轉子感應電動勢反向，轉子電流的有功分量也改變了方向，其無功分量的方向則不變。此時異步電動機既回饋電能，又在軸上產生機械制動轉矩，即在制動狀態(tài)下工作。當時轉子電流的有功分量為轉子電流的無功分量為也為負，與轉速方向相反異步電動機軸上輸出的機械功率也為負異步電動機在回饋制動時的相量圖位能負載帶動異步電動機進入回饋制動狀態(tài)異步電動機回饋制動時的機械特性如果異步機定子脫離電網，又希望它能發(fā)電，則必須在異步機定子三相之間接上連接成三角形或者星形的三組電容器。這時電容器組可供給異步電動機發(fā)電所需要的無功功率，即供給建立磁場所需要的勵磁電流。p90異步電動機轉速反向反接制動電路圖（二）反接制動狀態(tài)1．轉速反向的反接制動轉子軸上機械功率為負此時的轉差率轉子由定子輸入的電功率即為電磁功率為正轉子電路的損耗為兩者之和，因此能量損耗極大。2．定子兩相反接的反接制動在兩相反接時，電動機的轉矩為－T，與負載轉矩共同作用下，電動機轉速很快下降，這相當于圖中機械特性的BC段。在轉速為零的C點，如不切斷電源，電動機即反向加速，進入反向的電動狀態(tài)（對應于特性CD段），加速到D點時，電動機將穩(wěn)定運轉，實現(xiàn)了電動機的逆轉過程。為了迅速停車或反向，可將定子兩相反接，此時轉差率為E（三）能耗制動狀態(tài)當K1斷開，電動機脫離電網時，立即將K2接通，則在定子兩相繞組內通入直流電流，在定子內形成一固定磁場。當轉子由于慣性而仍在旋轉時，其導體即切割此磁場，在轉子中產生感應電動勢及轉子電流。根據(jù)左手定則，可確定出轉矩的方向與轉速的方向相反，即為制動轉矩。三、運轉狀態(tài)小結在正轉方向，特性1與1′的第二象限為回饋制動特性，第四象限為反接制動特性；在反轉方向，特性2與2′的第二象限為反接制動特性，而第四象限則為回饋制動特性。能耗制動電路的聯(lián)結方法有所不同，其機械特性用曲線3與3′表示，第二象限部分對應于電動機正轉，而第四象限則對應于反轉。圖中特性1＇，2′及3′對應于異步電動機轉子有串聯(lián)電阻時，而1，2及3則對應于沒有串聯(lián)電阻。橋式起重機拖動主鉤異步電動機的電路圖對應手柄位置主鉤異步電動機的機械特性（一）電動狀態(tài)轉速逐級提升過程為轉速逐級提升的機械特性空鉤提升與下放時的負載轉矩特性提升和下放空鉤時的機械特性與負載轉矩特性在空鉤下放時也屬電動狀態(tài)。此時不但有空鉤重量產生的位能力矩，而且有摩擦力產生的阻力矩，而阻力矩又比位能力矩大，將二者疊加即為電動機軸上的負載轉矩。（二）反接制動狀態(tài)（三）回饋制動狀態(tài)反接制動下放重物時的機械特性與負載轉矩特性回饋制動下放重物時的機械特性與負載轉矩特性第四節(jié)根據(jù)異步電動機的技術數(shù)據(jù)計算異步電動機的參數(shù)一般異步電動機的產品目錄中可以查到一些技術數(shù)據(jù)，而不給出電動機的定、轉子等具體參數(shù)，為此必須用工程計算法計算。一般可查到下列技術數(shù)據(jù)：1）額定功率

（kW）2）額定定子線電壓（V）

3）額定定子線電流（A）

4）額定轉速（r/min）

5）額定效率

6）定子額定功率因數(shù)7）過載倍數(shù)

8）飛輪慣量（）

9）對于繞線轉子異步電動機，還給出兩個轉子數(shù)據(jù)，即

a）轉子額定線電動勢

（V）

b）轉子額定線電流（A）10）對于籠型異步電動機，沒有轉子數(shù)據(jù)，但給出下列兩個數(shù)據(jù)

a）起動轉矩倍數(shù)

b）起動電流倍數(shù)

此外，還可能給出定子極對數(shù)p

；定子繞組的接線方式；工作制（或定額）；負載持續(xù)率；最高溫升（或絕緣材料等級）等。額定頻率我國為50Hz，即Hz。

在已知上述數(shù)據(jù)的基礎上，可用工程計算法計算異步電動機參數(shù)

（1）額定轉矩TN（2）最大轉矩Tm（3）繞線轉子每相繞組電阻R2（4）電壓比k（5）轉子繞組每相電阻折算值R2’（6）定子繞組每相電阻R1（7）臨界轉差率sm（8）總電抗XX=X1+X2’（9）定子電抗X1及轉子電抗的折算值X2’（11）空載電流

I0（12）勵磁電抗X0（10）轉子每相電阻的折算值R2’p102[例10-1]一繞線轉子異步電動機的技術數(shù)據(jù)為：試用工程計算法計算異步電動機的下列參數(shù)：解第五節(jié)繞線轉子異步電動機調速及制動電阻的計算計算的方法是按已知條件，利用機械特性（一般是實用表達式）進行，計算時必須注意不同運轉狀態(tài)下方程式中各參量的正負符號等不同特點。[例10-2]某繞線轉子異步電動機的銘牌參數(shù)如下：（1）當負載轉矩，要求轉速時，轉子每相應串入多大的電阻（圖中B點）？（2）從電動狀態(tài)（圖1中A點）時換接到反接制動狀態(tài)，如果要求開始的制動轉矩等于（圖中C點），則轉子每相應該串接多大電阻？（3）如果該電動機帶位能負載，負載轉矩，要求穩(wěn)