電工電子技術(shù)（第3版） 課件 3.7 三相異步電動機 電磁轉(zhuǎn)矩與機械特性

三相電機電磁轉(zhuǎn)矩與機械特性田玉主講老師：電工電子技術(shù)

知識目標(biāo)01

1.認(rèn)識三相異步電機的電磁轉(zhuǎn)矩2.認(rèn)識三相異步電機的機械特性3.認(rèn)識三相異步電機的三個典型轉(zhuǎn)矩能力目標(biāo)021.會計算額定轉(zhuǎn)矩2.會根據(jù)三個典型轉(zhuǎn)矩的影響因素分析電機的故障3.會根據(jù)機械特性分析電機的運行狀態(tài)

思政目標(biāo)03學(xué)習(xí)中國電機人的奮斗精神，為科技發(fā)展做貢獻學(xué)習(xí)目標(biāo)K知識引入中國電機成就--永磁電機為了提升電機的功率密度，工程師發(fā)現(xiàn)可以把圓線改為扁形的線，因為圓線會導(dǎo)致相鄰的三根線有間隙，而扁形的線則幾乎沒有間隙，就提高了電機的功率密度。但是扁線電機加工難度很大，為了解決這個難題，工程師在扁形銅線上涂了10層特殊材料，使用更先進的纏繞方式才解決了這個難題，現(xiàn)在全球主要的扁線加工產(chǎn)能基本在中國大陸，也就是說我們掌握了永磁電機最關(guān)鍵的兩項：永磁材料和扁線加工現(xiàn)在在國內(nèi)生產(chǎn)的特斯拉ModelY就換裝了新的國產(chǎn)電機，不斷價格更低了，扭矩和功率反而比大陸以外的同類電機提升近10%，這就是國產(chǎn)永磁電機的崛起，也讓我們在這個領(lǐng)域整體上真正領(lǐng)先了世界。電磁轉(zhuǎn)矩T由轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中的電流I2（電流的有功分量I2cos

2

）和旋轉(zhuǎn)磁場每極磁通

相互作用而產(chǎn)生

CT——與電動機結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)

cos

2——轉(zhuǎn)子電路功率因數(shù)一、三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩定子

三相異步電動機結(jié)構(gòu)和工作原理與變壓器相似。三相異步電動機的定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組相當(dāng)于變壓器的一次繞組和二次繞組，它們都是彼此相互獨立的電路。定子繞組外接交流電源，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，旋轉(zhuǎn)磁場以同步轉(zhuǎn)速n1切割靜止的定子繞組，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢e1。與變壓器原理相似。上式表明，旋轉(zhuǎn)磁場的磁通量Φ由電源電壓U1決定。當(dāng)U1不變時，Φ就基本是恒定的，與電動機轉(zhuǎn)軸上的機械負載無關(guān)。

定子電壓：定子磁通：一、三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩

轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢轉(zhuǎn)子頻率轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子功率因數(shù)電動機的轉(zhuǎn)子繞組相當(dāng)于變壓器的二次繞組，但轉(zhuǎn)子繞組電路的電量的頻率f2與交流電源頻率f1不同，而是小于f1，這是因為旋轉(zhuǎn)磁場以同步轉(zhuǎn)速切割定子繞組；而以相對轉(zhuǎn)速切割轉(zhuǎn)子繞組61.TU12

電源電壓變化時，對轉(zhuǎn)矩的影響很大。2.T受轉(zhuǎn)子電阻的影響(非線性）。

∵R2

、X20為常數(shù)，U1和f1一定（電源電壓為額定值）

∴

T只隨轉(zhuǎn)差率S（轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n）變化。

T=f(S)—固有轉(zhuǎn)矩特性

n=f(T)

—機械特性K——常數(shù)U1——定子繞組的相電壓3.電動機正常工作時：一、三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩二、三相異步電動機的機械特性bc段，是電動機的非穩(wěn)定運行區(qū)：在bc區(qū)段內(nèi)，若機械負荷增大，電機轉(zhuǎn)速n2下降，隨轉(zhuǎn)速n2下降，電磁轉(zhuǎn)矩減小，轉(zhuǎn)速進一步下降，直至停轉(zhuǎn)。所以電機在bc區(qū)段內(nèi)不可能穩(wěn)定運行

當(dāng)電動機的電源電壓U1保持恒定，轉(zhuǎn)子電路的參數(shù)R2、X20為定值時，其轉(zhuǎn)速n與電磁轉(zhuǎn)矩T的關(guān)系稱為機械特性。（一）穩(wěn)定運行區(qū)和非穩(wěn)定運行區(qū)n0TnTnabc

最大轉(zhuǎn)矩

啟動轉(zhuǎn)矩

臨界轉(zhuǎn)差率ab段，是電動機的穩(wěn)定運行區(qū)：在此區(qū)段內(nèi)，若機械負荷增大，因阻力矩大于電磁轉(zhuǎn)矩，電機轉(zhuǎn)速n2下降，隨轉(zhuǎn)速n2下降，電磁轉(zhuǎn)矩增大，當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩與阻力矩平衡時，電機以較低轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運行二、三相異步電動機的機械特性

當(dāng)Sm=R/X20

電磁轉(zhuǎn)矩為最大轉(zhuǎn)矩,最大轉(zhuǎn)矩Tmax與額定轉(zhuǎn)矩TN之比稱為過載系數(shù)，,表示電機過載能力。一般電機過載系數(shù)在1.8-2.5之間。（二）三個典型轉(zhuǎn)矩n0TnTnabc

最大轉(zhuǎn)矩

啟動轉(zhuǎn)矩

臨界轉(zhuǎn)差率電動機在額定狀態(tài)下運行時電磁轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩1.額定轉(zhuǎn)矩(Nm)2.最大轉(zhuǎn)矩Tmax3．起動轉(zhuǎn)矩起動時，電機轉(zhuǎn)速n=0,s=1代入得起動轉(zhuǎn)矩

上式表示起動轉(zhuǎn)矩與電源電壓、轉(zhuǎn)子繞組電阻成正比。提高電源電壓或轉(zhuǎn)子繞組電阻可提高電機起動能力，電機越易于起動，起動越迅速。起動轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比稱為起動系數(shù)，表示電機起動能力。一般電機起動系數(shù)1.7～2.2之間二、三相異步電動機的機械特性

最大電磁轉(zhuǎn)矩與電源電壓成正比，當(dāng)電源電壓降低，最大電磁轉(zhuǎn)矩按平方規(guī)律下降，當(dāng)負載大于最大電磁轉(zhuǎn)矩，電機停車，這時旋轉(zhuǎn)磁場以最大相對轉(zhuǎn)速切割轉(zhuǎn)子繞組，轉(zhuǎn)子電流、定子電流最大。如不及時切斷電源容易出現(xiàn)“悶車”，即電機因過熱而燒毀。（二）三個典型轉(zhuǎn)矩

臨界轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)子繞組電阻成正比，增大轉(zhuǎn)子繞組電阻，臨界轉(zhuǎn)差率提高，臨界轉(zhuǎn)速下降，而最大電磁轉(zhuǎn)矩不變，機械特性圖變化如圖，這時穩(wěn)定運行區(qū)范圍變大，調(diào)速范圍大，另外起動轉(zhuǎn)矩增大，起動性能好。繞線式電機外接可調(diào)電阻，轉(zhuǎn)子繞組電阻大，所以其調(diào)速性能、起動性能好。nnmnm′