《電機(jī)技術(shù)應(yīng)用》課件 2.2.4 異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

異步電動(dòng)機(jī)的的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)差率特性異步電動(dòng)機(jī)1、物理表達(dá)式——異步機(jī)的轉(zhuǎn)矩系數(shù)物理表達(dá)式：用于定性分析異步電機(jī)在各運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下的物理過(guò)程。轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)差率特性：轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)差率特性反映了轉(zhuǎn)差率和電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，其數(shù)學(xué)表達(dá)式有三種表達(dá)方式。2、參數(shù)表達(dá)式

參數(shù)表達(dá)式：可以直觀地表示出電磁轉(zhuǎn)矩形成的物理概念，常用于定性分析。

12若不考慮U1，f1及參數(shù)變化，電磁轉(zhuǎn)矩只與轉(zhuǎn)差率s或轉(zhuǎn)速n有關(guān)。三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與定子每相電壓U1的二次方成正比；令臨界轉(zhuǎn)差率最大轉(zhuǎn)矩nn10TemsTmsNsmTNs=02、參數(shù)表達(dá)式結(jié)論12當(dāng)電源頻率及電壓不變時(shí)，sm與Tm近似地與X1+X20'成反比。當(dāng)電動(dòng)機(jī)各參數(shù)及電源頻率不變時(shí)，Tm與U12成正比，sm則不變且與U1無(wú)關(guān)。3Tm與值無(wú)關(guān)，sm則與成正比。2、參數(shù)表達(dá)式Tm是異步電動(dòng)機(jī)可能產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)矩，若TL>

Tm

，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。為保證電動(dòng)機(jī)不會(huì)因短時(shí)過(guò)載而停轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)需有一定過(guò)載倍數(shù)KT：一般異步電動(dòng)機(jī)的KT=1.8~3.0，對(duì)于起重冶金機(jī)械用的電動(dòng)機(jī)，KT可達(dá)3.5。——電動(dòng)機(jī)短時(shí)過(guò)載的極限Tst是異步機(jī)接至電源開(kāi)始起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩（s＝1，n＝0）：——起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)：電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)能力2、參數(shù)表達(dá)式3、實(shí)用表達(dá)式利用產(chǎn)品目錄可以估算Tm、sm和TM4、三種表達(dá)式的應(yīng)用三相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的三種表達(dá)式，其應(yīng)用的場(chǎng)合各有不同。物理表達(dá)式適用于對(duì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行作定性分析,實(shí)用表達(dá)式適用于電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的工程計(jì)算,

參數(shù)表達(dá)式適用于分析電機(jī)各參數(shù)變化對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性的影響.例：一臺(tái)三相鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)，PN=7.5kW，fN=50Hz，nN=1440r/min，KT＝2.2。（1）若負(fù)載運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速n=1455r/min，求該電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL？（2）若負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL=45N.m，則電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為多少？解：①nN=1440r/min，則n1=1500r/min

而鞏固與練習(xí)（2）當(dāng)時(shí)由實(shí)用表達(dá)式可得：因sm>s，上式中應(yīng)取負(fù)號(hào)，則由上例可知，實(shí)用表達(dá)式常用于工程計(jì)算。鞏固與練習(xí)思考與練習(xí)1、繞線型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，若⑴轉(zhuǎn)子電阻增加；⑵漏電抗增大；⑶電源電壓不變，但頻率由50Hz變?yōu)?0Hz；試問(wèn)這三種情況下最大轉(zhuǎn)矩，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，起動(dòng)電流會(huì)有什么變化？答：(1)最大轉(zhuǎn)矩不變，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩上升，起動(dòng)電流下降；(2)最大轉(zhuǎn)矩下降，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩下降，起動(dòng)電流下降；(3)最大轉(zhuǎn)矩下降，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩下降，起動(dòng)電流下降。2、一臺(tái)籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，原來(lái)轉(zhuǎn)子是插銅條的，后因損壞改為鑄鋁的。如輸出同樣轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行性能有什么變化？答：轉(zhuǎn)子由銅條改為鋁條后，相當(dāng)于轉(zhuǎn)子回路電阻增大，使得電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流減小、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩增大，最大轉(zhuǎn)矩不變，臨界轉(zhuǎn)差率增大。在負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變的情況下，s增大，轉(zhuǎn)速下降，效率降低。練習(xí)：已知一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)，額定功率

PN=150kW

,額定電壓380V

,額定轉(zhuǎn)速nN=1460r/min，過(guò)載倍數(shù)KT＝2.4。當(dāng)轉(zhuǎn)子回路不串入電阻時(shí)，（1）求其轉(zhuǎn)矩的實(shí)用表達(dá)式；（2）問(wèn)電動(dòng)機(jī)能否帶動(dòng)額定負(fù)載起動(dòng)。3、極數(shù)為８的三相異步電動(dòng)機(jī)，電源頻率ｆ1＝50Hz，額定轉(zhuǎn)差率sN＝0.04，ＰN＝10kW，求：額定轉(zhuǎn)速和額定電磁轉(zhuǎn)矩。

解:ｎ1=60ｆ1=/ｐ=300/4=750轉(zhuǎn)/分∴ｎN=ｎ1(1-ｓN)=720轉(zhuǎn)/分

ＴN＝9550ＰN／ｎN＝132.6Ｎ.ｍ思考與練習(xí)異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性異步電動(dòng)機(jī)1、起動(dòng)點(diǎn)A固有機(jī)械特性：指額定電壓和額定頻率下，按規(guī)定的接線，定、轉(zhuǎn)子電路不外接阻抗時(shí)的機(jī)械特性，在固有特性曲線上有四個(gè)特殊的點(diǎn)。固有機(jī)械特性

起動(dòng)點(diǎn)A對(duì)應(yīng)的n=0,s=1，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩Tst稱為起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，又稱堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩具有以下特點(diǎn)：A、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與電源電壓的平方成正比；B、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子回路電阻有關(guān)，繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串入適當(dāng)電阻可以增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，改善起動(dòng)性能。2、拐點(diǎn)B固有機(jī)械特性通常r1<<x1+x20'，不計(jì)r1時(shí)有：最大轉(zhuǎn)矩具有以下特點(diǎn)：A、當(dāng)電動(dòng)機(jī)各參數(shù)與電源頻率不變時(shí)，TM與U12成正比；sm則保持不變，與U1無(wú)關(guān)；B、當(dāng)電源頻率及電壓U1不變時(shí)，sm和TM近似地與x1+x20'成反比；C、電源頻率及電壓U1與電動(dòng)機(jī)其他各參數(shù)不變時(shí)，sm與r2'成正比，TM與r2'無(wú)關(guān)。固有機(jī)械特性3、額定運(yùn)行點(diǎn)C

異步電動(dòng)機(jī)帶額定負(fù)載運(yùn)行，n=nN，s=sN，電動(dòng)機(jī)處于額定運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)差率很小，sN介于0.01～0.06之間，TM=TN。若忽略空載轉(zhuǎn)矩，TN即為額定輸出轉(zhuǎn)矩。其中PN單位為KW，nN的單位是r/min。固有機(jī)械特性4、同步點(diǎn)DD點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)的理想空載點(diǎn)（轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到了同步轉(zhuǎn)速，故也叫同步點(diǎn)），其特點(diǎn)是A、n=n1，s=0，電磁轉(zhuǎn)矩TM=0，B、轉(zhuǎn)子電流I2’=0，定子電流I1=I0。C、如果沒(méi)有外界轉(zhuǎn)矩的作用，由于存在空載轉(zhuǎn)矩T0，異步電動(dòng)機(jī)本身不可能達(dá)到同步轉(zhuǎn)速點(diǎn)。例：某三相異步電動(dòng)機(jī)，試?yán)L出電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性。

解：（1）同步轉(zhuǎn)速點(diǎn)A：（3）最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)C：（2）額定運(yùn)行點(diǎn)B：

（4）起動(dòng)點(diǎn)D：

人為機(jī)械特性：指人為改變電源參數(shù)或電動(dòng)機(jī)參數(shù)而得到的機(jī)械特性。人為特性曲線（1）降低定子端電壓：機(jī)械特性線性段斜率變大，特性變軟。123

電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst和最大轉(zhuǎn)矩Tm都與U12成正比，因此定子電壓降低時(shí)，最大轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩成二次方地降低，但臨界轉(zhuǎn)差率sm不變。人為特性曲線（1）降低定子端電壓：

當(dāng)電動(dòng)機(jī)在某一負(fù)載下運(yùn)行時(shí)，若降低電壓，則電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低，轉(zhuǎn)差率增大，轉(zhuǎn)子電流將因此而增大，從而引起定子電流的增大。若電動(dòng)機(jī)電流超過(guò)額定值時(shí)，則電動(dòng)機(jī)最終溫升將超過(guò)容許值，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)壽命縮短，甚至使電動(dòng)機(jī)燒壞。如果電壓降低過(guò)多，致使最大轉(zhuǎn)矩Tm小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL，則會(huì)發(fā)生電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)事故。在一定范圍內(nèi)增加電阻，可以增加Tst。當(dāng)sm=1時(shí)Tst

=Tm，若再增加電阻，Tst則減小。（2）轉(zhuǎn)子回路串電阻：只適用于繞線式異步電動(dòng)機(jī)。人為特性曲線繞線型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路串電阻，可以改變轉(zhuǎn)速而應(yīng)用于調(diào)速，也可以改變起動(dòng)轉(zhuǎn)矩應(yīng)用于改善異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能，還可以提高功率因數(shù)。（3）定子回路串電阻或電抗：一般用于鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)的降壓起動(dòng)，用來(lái)限制起動(dòng)電流。人為特性曲線定子電路串電阻或電抗后，同步轉(zhuǎn)速n1不變，最大轉(zhuǎn)矩Tm和臨界轉(zhuǎn)差率sm都隨電阻R或電抗X的增大而減小1：某三相異步電動(dòng)機(jī)，PN=50kW，nN=720r/min，f=50Hz，KT=2.6，試?yán)L出電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性曲線。

解：（1）同步轉(zhuǎn)速點(diǎn)A：（2）額定運(yùn)行點(diǎn)B：

（3）最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)C：

思考與練習(xí)

思考與練習(xí)（4）起動(dòng)點(diǎn)D：各數(shù)據(jù)求出后，請(qǐng)大家依照數(shù)據(jù)和前面例題自己畫(huà)圖。2、漏抗大小對(duì)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩、功率因數(shù)等有何影響？答：當(dāng)電源電壓和頻率一定時(shí)，最大轉(zhuǎn)矩近似與漏抗成反比，漏抗越大，起動(dòng)電流、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩越小，功率因數(shù)越低。思考與練習(xí)3、三相異步電動(dòng)機(jī)，△型聯(lián)結(jié)，P2N=45kW，nN=1480r/min，UN=380V，

N=92.3%，cosN=0.88，Ist/IN=7.0,Tst/TN=1.9，Tmax/TN=2.2，求：1)額定電流IN2)額定轉(zhuǎn)差率sN3)額定轉(zhuǎn)矩TN、最大轉(zhuǎn)矩Tmax、和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩TN。答:1）

2）由nN=1480r/min，可知p=2（四極電動(dòng)機(jī)）3）思考與練習(xí)

思考與練習(xí)3）思考與練習(xí)4、有一臺(tái)四極異步電動(dòng)機(jī)，額定輸出功率為28kＷ，額定轉(zhuǎn)速為1370轉(zhuǎn)/分，過(guò)載系數(shù)λ＝2.0，求異步電動(dòng)機(jī)的：①額定轉(zhuǎn)矩②最大轉(zhuǎn)矩③額定轉(zhuǎn)差率。

答:⑴ＴN＝9550×28／1370＝195.2(?！っ?⑵Ｔmax＝λＴN＝2×195.2＝390.4(?！っ?⑶sN=(ｎ1-ｎN)/ｎ1＝(1500－1370)＝0.087

思考與練習(xí)思考與練習(xí)練習(xí)：1、三相異步電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)如下：電壓220/380Ｖ，接法△/Ｙ，功率0.6kＷ，電流2.0／1.4Ａ，功率因數(shù)0.86，轉(zhuǎn)速2870