第10章三相异步电动机的机械特性及各种运转状态

1、第十章第十章 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性及各种运转状态及各种运转状态第一节第一节 三相异步电动机机械特性的三种表达式三相异步电动机机械特性的三种表达式22cosICTmTJem一、物理表达式一、物理表达式22122112211)()(2xxsrrfsrpUmTem二、参数表达式二、参数表达式ssssTTmmmem2三、实用表达式三、实用表达式一、物理表达式一、物理表达式22cosICTmTJ式中：式中：2111wTJkNpmC异步机的转矩系数异步机的转矩系数 异步机每极磁通异步机每极磁通 m2222222222222cos)/(/cosXsRRXsRsR222222XsR

2、EI二、参数表达式二、参数表达式 mwkNfE11122pfs122221cosIEmTs可得可得222ZIE222/cosZsRsRImTs2221则得则得22cosICTmTJ2111wTJkNpmC22111cos2IkNpmTmw由于异步电动机的电磁功率为由于异步电动机的电磁功率为sRImPe2221sePT分子分母同乘以（分子分母同乘以（1s），即得），即得 2PT由异步电动机的近似等效电路由异步电动机的近似等效电路 2212122XXRsRUI得异步电动机的机械特性参数表达式得异步电动机的机械特性参数表达式221221221XXsRRsRUmTs异步电动机的机械特性22122122

3、1XXsRRsRUmTs221212XXRRsm临界转差率临界转差率 0/dsdT使使 ，即可求得，即可求得 最大转矩最大转矩 2212112012XXRRUmTxm由于由于211XXR212XXRsm)(221021XXUmTxm1 1、最大电磁转矩与电源电压平方成正比；、最大电磁转矩与电源电压平方成正比； 临界转差率与电源电压无关临界转差率与电源电压无关。3 3、当电源频率及电压不变时，他们与当电源频率及电压不变时，他们与X X1 1+X+X2 2反比反比2 2、转子回路电阻越大，临界转差率越大；、转子回路电阻越大，临界转差率越大； 最大电磁转矩与转子电阻无关最大电磁转矩与转子电阻无关。N

4、mTTTK 起动转矩起动转矩 2212212201XXRRRUmTxst起动转矩倍数起动转矩倍数 NststTTK/1 1、起动转矩与电源电压平方成正比；、起动转矩与电源电压平方成正比；2 2、频率越高，起动转矩越小；、频率越高，起动转矩越小； 3 3、绕线式电动机，转子回路电阻越大，、绕线式电动机，转子回路电阻越大，起动转矩先增后减。起动转矩先增后减。2212212201XXsRRsRUmTxstT三、实用表达式三、实用表达式2121212RRsssssRRsTTmmmmm2212112012XXRRUmTxm2212212201XXsRRsRUmTx221212XXRRsm2121212R

5、RsssssRRsTTmmmmm忽略忽略 R1 得机械特性的实用表达式得机械特性的实用表达式ssssTTmmm2)1(2TTNmKKss可以求出可以求出（式中（式中 ）00nnnsNNNmmNmNssssTT2异步电动机的机械特性起动转矩倍数起动转矩倍数 NststTTK/过载倍数过载倍数 NmTTTK/p8422cosICTmTJem一、物理表达式一、物理表达式二、参数表达式二、参数表达式ssssTTmmmem2三、实用表达式三、实用表达式2212212201XXsRRsRUmTx三相异步电动机的固有机械特性第二节第二节 三相异步电动机的固有机械特性与人为机械特性三相异步电动机的固有机械特性

6、与人为机械特性一、固有机械特性一、固有机械特性 固有机械特性是指异步电动机工作在固有机械特性是指异步电动机工作在额定电压额定电压及及额定频率额定频率下，下，电动机按规定的接线方法接线，电动机按规定的接线方法接线，定子及转子电路中不外接电阻定子及转子电路中不外接电阻（电（电抗或电容）时所获得的机械特性曲线抗或电容）时所获得的机械特性曲线 。1）起始点）起始点A；2）额定工作点）额定工作点B；3）同步转速点）同步转速点H；4）最大转矩点）最大转矩点P和和P。二、人为机械特性二、人为机械特性（一）降低（一）降低 xU2212212201XXsRRsRUmTx特点特点：1）n0不变不变 2）sm不变，

7、不变，Tem随随Ux2成正比成正比 例下降例下降 3）Tst也随也随Ux2成正比例下降成正比例下降221212XXRRsm2212112012XXRRUmTxm2212212201XXRRRUmTxst 降低后电动机电流将大于降低后电动机电流将大于额定值，电动机如长时连续运行，额定值，电动机如长时连续运行，最终温升将超过允许值，导致电最终温升将超过允许值，导致电动机寿命缩短，甚至烧坏。动机寿命缩短，甚至烧坏。xUABxxsRImT22201NNsRImT22201xxNNsIsI112222（二）转子电路内串联对称电阻（二）转子电路内串联对称电阻 转子电路串联对称电阻转子电路串联对称电阻适用于

8、绕线转子异步电动机适用于绕线转子异步电动机的起动，也可用于调速。的起动，也可用于调速。 221212XXRRsm2212112012XXRRUmTxm2212212201XXRRRUmTxst特点特点：1）n0不变不变 2）sm随随R 的增加而变大，的增加而变大， Tm保持不变保持不变 3）当）当sm 1时，时，Tst随随R 的增加而减小。的增加而减小。（三）定子电路串联对称电抗（三）定子电路串联对称电抗定子电路内串联对称电抗时的人为机械特性 定子电路串联对称电抗定子电路串联对称电抗一般用于笼型异步电动机的一般用于笼型异步电动机的降压起动，以限制电动机的降压起动，以限制电动机的起动电流。起动电

9、流。221212XXRRsm2212112012XXRRUmTxm2212212201XXRRRUmTxst定子电路内串联对称电阻时的人为机械特性（四）定子电路串联对称电阻（四）定子电路串联对称电阻 与串联对称电抗时相同，与串联对称电抗时相同，定子串联对称电阻一般也用于定子串联对称电阻一般也用于笼型异步电动机的减压起动笼型异步电动机的减压起动 。221212XXRRsm2212112012XXRRUmTxm2212212201XXRRRUmTxst（五）转子电路接入并联阻抗（五）转子电路接入并联阻抗 由于转子电路参由于转子电路参数可变，如果参数配合数可变，如果参数配合恰当，电动机在整个加恰当，

10、电动机在整个加速过程中产生几乎恒定速过程中产生几乎恒定的转矩，在右图上绘出的转矩，在右图上绘出了这样的人为机械特性。了这样的人为机械特性。转子电路接入并联阻抗时的电路图和人为机械特性ststLfXsff2122第三节第三节 三相异步电动机的各种运转状态三相异步电动机的各种运转状态 一、电动运转状态一、电动运转状态 电动运转状态的特点是电动机电动运转状态的特点是电动机转矩的方向与旋转的方向相同。转矩的方向与旋转的方向相同。 电动状态下异步电动机的机械特性二、制动运转状态二、制动运转状态 异步电动机可工作于回馈制异步电动机可工作于回馈制动，反接制动及能耗制动三种制动，反接制动及能耗制动三种制动状态

11、。其共同特点是电动机转动状态。其共同特点是电动机转矩与转速的方向相反，以实现制矩与转速的方向相反，以实现制动。此时，电动机由轴上吸收机动。此时，电动机由轴上吸收机械能，并转换为电能。械能，并转换为电能。 （）回馈制动状态）回馈制动状态 位能负载带动异步电动机进入回馈制动状态 当异步电动机由于某种原因（例如位能负载当异步电动机由于某种原因（例如位能负载的作用的作用 ），使其转速高于同步速度），使其转速高于同步速度 时，转子感时，转子感应电动势反向，转子电流的有功分量也改变了方应电动势反向，转子电流的有功分量也改变了方向，其无功分量的方向则不变。此时异步电动机向，其无功分量的方向则不变。此时异步电

12、动机既回馈电能，又在轴上产生机械制动转矩，即在既回馈电能，又在轴上产生机械制动转矩，即在制动状态下工作。制动状态下工作。当当 时时 0nn 0/00nnns转子电流的有功分量为转子电流的有功分量为 222cosIIa22222222222/XsRsRXsREIa222222/XsRsRE转子电流的无功分量为转子电流的无功分量为 222sinIIr22222222222/XsRXXsREIa222222/XsRXE22cosICTmTJ也为负，与转速方向相反也为负，与转速方向相反异步电动机轴上输出的机械功率也为负异步电动机轴上输出的机械功率也为负TP2异步电动机在回馈制动时的相量图位能负载带动异

13、步电动机进入回馈制动状态11111cosIUmP 异步电动机回馈制动时的机械特性 如果异步机定子脱离电网，如果异步机定子脱离电网，又希望它能发电，则必须在异又希望它能发电，则必须在异步机定子三相之间接上连接成步机定子三相之间接上连接成三角形或者星形的三组电容器。三角形或者星形的三组电容器。这时电容器组可供给异步电动这时电容器组可供给异步电动机发电所需要的无功功率，即机发电所需要的无功功率，即供给建立磁场所需要的励磁电供给建立磁场所需要的励磁电流。流。 p90（二）反接制动状态（二）反接制动状态 1转速反向的反接制动转速反向的反接制动 转子轴上机械功率转子轴上机械功率 为负为负)1 (2sPPT

14、1)(0000nnnnnns此时的转差率此时的转差率转子由定子输入的电功率即为电磁功率转子由定子输入的电功率即为电磁功率 sRRIPfT2223为正为正转子电路的损耗转子电路的损耗 为两者之和，因此为两者之和，因此能量损耗极大能量损耗极大 。22PPPT2定子两相反接的反接制动定子两相反接的反接制动 在两相反接时在两相反接时 ，电动机的转矩为，电动机的转矩为T，与负载转矩共同作用下，与负载转矩共同作用下，电动机转速很快下降，这相当于图中机械特性的电动机转速很快下降，这相当于图中机械特性的BC段。段。 在转速为零的在转速为零的C点，如不切断电源，点，如不切断电源，电动机即反向加速，电动机即反向加

15、速，进入反向的电动状态进入反向的电动状态（对应于特性（对应于特性CD段），段），加速到加速到D点时，电动点时，电动机将稳定运转，实现机将稳定运转，实现了电动机的逆转过程。了电动机的逆转过程。 为了迅速停车或反向，可将定子两相反接，此时转差率为为了迅速停车或反向，可将定子两相反接，此时转差率为 1000nnnnnnsoE（三）能耗制动状态（三）能耗制动状态 当当K1断开，电动机脱离电网时，立即将断开，电动机脱离电网时，立即将K2接通，则在定子两相接通，则在定子两相绕组内通入直流电流，在定子内形成一固定磁场。当转子由于惯性绕组内通入直流电流，在定子内形成一固定磁场。当转子由于惯性而仍在旋转时，其导

16、体即切割此磁场，在转子中产生感应电动势及而仍在旋转时，其导体即切割此磁场，在转子中产生感应电动势及转子电流。根据左手定则，可确定出转矩的方向与转速的方向相反，转子电流。根据左手定则，可确定出转矩的方向与转速的方向相反，即为制动转矩。即为制动转矩。 221212XXRRsm2212112012XXRRUmTxm三、运转状态小结三、运转状态小结 在正转方向，特性在正转方向，特性1 1与与11的的第二象限为回馈制动特性，第四第二象限为回馈制动特性，第四象限为反接制动特性；象限为反接制动特性； 在反转方向，特性在反转方向，特性2 2与与22的的第二象限为反接制动特性，而第第二象限为反接制动特性，而第四

17、象限则为回馈制动特性。四象限则为回馈制动特性。 能耗制动电路的联结方法有能耗制动电路的联结方法有所不同，其机械特性用曲线所不同，其机械特性用曲线3 3与与33表示，第二象限部分对应于电表示，第二象限部分对应于电动机正转，而第四象限则对应于动机正转，而第四象限则对应于反转。反转。图中特性图中特性1 1，22及及33对应于异对应于异步电动机转子有串联电阻时，而步电动机转子有串联电阻时，而1 1，2 2及及3 3则对应于没有串联电阻。则对应于没有串联电阻。 桥式起重机拖动主钩异步电动机的电路图对应手柄位置主钩异步电动机的机械特性（一）电动状态（一）电动状态 转速逐级提升过程为转速逐级提升过程为 lk

18、jihgfedcba转速逐级提升的机械特性空钩提升与下放时的负载转矩特性提升和下放空钩时的机械特性与负载转矩特性在空钩下放时也属电动状态。此时不但有空钩重量产生的位能力矩，在空钩下放时也属电动状态。此时不但有空钩重量产生的位能力矩，而且有摩擦力产生的阻力矩，而阻力矩又比位能力矩大而且有摩擦力产生的阻力矩，而阻力矩又比位能力矩大 ， 将二者将二者叠加即为电动机轴上的负载转矩。叠加即为电动机轴上的负载转矩。 （二）反接制动状态（二）反接制动状态 （三）回馈制动状态（三）回馈制动状态反接制动下放重物时的机械特性与负载转矩特性回馈制动下放重物时的机械特性与负载转矩特性第四节第四节 根据异步电动机的技术

19、数据计算异步电动机的参数根据异步电动机的技术数据计算异步电动机的参数 一般异步电动机的产品目录中可以查到一些技术数据，而不给一般异步电动机的产品目录中可以查到一些技术数据，而不给出电动机的定、转子等具体参数，为此必须用工程计算法计算。一出电动机的定、转子等具体参数，为此必须用工程计算法计算。一般可查到下列技术数据：般可查到下列技术数据：NI11）额定功率）额定功率 （kW）2）额定定子线电压）额定定子线电压 （V） 3）额定定子线电流）额定定子线电流 （A） 4）额定转速）额定转速 （r/min） 5）额定效率）额定效率 6）定子额定功率因数）定子额定功率因数7）过载倍数）过载倍数 8）飞轮惯

20、量）飞轮惯量 （ ） NPNU1Nn %NN1cosNmTTTTKK/2GD2mNNI2NE29）对于绕线转子异步电动机，还）对于绕线转子异步电动机，还给出两个转子数据，即给出两个转子数据，即 a）转子额定线电动势）转子额定线电动势 （V） b）转子额定线电流）转子额定线电流 （A）10）对于笼型异步电动机，没有）对于笼型异步电动机，没有转子数据，但给出下列两个数据转子数据，但给出下列两个数据 a）起动转矩倍数）起动转矩倍数 b）起动电流倍数）起动电流倍数 NstststTTKK/,NstIIKK1111/, 此外，还可能给出定子极对数此外，还可能给出定子极对数p ；定子绕组的接线方式；工作；

21、定子绕组的接线方式；工作制（或定额）；负载持续率；最高温升（或绝缘材料等级）等。额制（或定额）；负载持续率；最高温升（或绝缘材料等级）等。额定频率我国为定频率我国为50Hz，即，即 Hz 。 501f在已知上述数据的基础上，可用工程计算法计算异步电动机参数在已知上述数据的基础上，可用工程计算法计算异步电动机参数 （1）额定转矩）额定转矩TNNNNNNnPPT9550（2）最大转矩）最大转矩TmNTmTKT （3）绕线转子每相绕组电阻）绕线转子每相绕组电阻R2NNIEsR22322222222)1 (31000313NNNNNmecNcuIsPsIPssIpR（4）电压比）电压比kNNNNEUk

22、EUkY22395. 095. 0接接（5）转子绕组每相电阻折算值）转子绕组每相电阻折算值R2NNNNNNNNNNIsUnnIURIsUnnIURY110111110111395. 0395. 0395. 0395. 0接接222kRR （6）定子绕组每相电阻）定子绕组每相电阻R122112122wwkNkNEEEEk22211122wwikNmkNmIIkNeNeNnCEnCUIREU01（7）临界转差率）临界转差率sm)1(2TTNmKKss（8）总电抗）总电抗X X=X1+X23/4210)210(121212fRRTKpUXNTX式中（9）定子电抗）定子电抗X1及转子电抗的折算值及转子

23、电抗的折算值X2XXX5 . 0212212112012XXRRUmTxm（11）空载电流）空载电流 I022110sinsinNNIII2211coscosNNII)cos(sin21110NNNNtgIINN121cos1sinNNsRRXXtg/21212（12）励磁电抗）励磁电抗X0010010395. 0395. 0IUXIUXYNN接接（10）转子每相电阻的折算值）转子每相电阻的折算值R22212XRsRm221212XXRRsmp1020X 例例10-110-1一绕线转子异步电动机的技术数据为：一绕线转子异步电动机的技术数据为： kWPN330VUN60001AIN471min/

24、240rnN878. 0N77. 0cos1N9 . 1TKVEN4952AIN41020I2X1X2RmT试用工程计算法计算异步电动机的下列参数：试用工程计算法计算异步电动机的下列参数： NTk2R1RmsX2XmNmNTKTNTm24949131319 . 100nnnsNN04. 0250240250解解mNmNnPTNNN1313124033095509550222kRR 69. 35 .110279. 028 . 2473600004. 095. 0395. 0111NNNIsUR12TTNmKKss141. 0)19 . 19 . 1 (04. 021225050606001nfp

25、0279. 0410349504. 03222NNNIEsR5 .11495600095. 095. 021NNEUk25.125 .245 . 05 . 021XXX0932. 05 .11/25.12/2222kXX258. 004. 0/69. 38 . 25 .24/21212NNsRRXXtgNN121cos1sin64. 077. 012NNNNtgII21110cossinA7 .20A)258. 077. 064. 0(47010395. 0IUXN1597 .203600095. 021212210RRTKpUXNTx5 .248 . 28 . 2131509 . 12101

26、23/6000222第五节第五节 绕线转子异步电动机调速及制动电阻的计算绕线转子异步电动机调速及制动电阻的计算 计算的方法是按已知条件，利用机械特性（一般是实用表达式）计算的方法是按已知条件，利用机械特性（一般是实用表达式）进行，计算时必须注意不同运转状态下方程式中各参量的正负符号进行，计算时必须注意不同运转状态下方程式中各参量的正负符号等不同特点。等不同特点。8 . 2TKmin/1460rnNAIN1662 例例10-210-2某绕线转子异步电动机的铭某绕线转子异步电动机的铭牌参数如下：牌参数如下： kWPN75AIN1441VUN3801VEN3992（1）当负载转矩）当负载转矩 ，要求

27、转速要求转速 时，时，转子每相应串入多大的电阻转子每相应串入多大的电阻 （图中（图中B点）？点）？NzTT8 . 0min/500rnB（2）从电动状态（图）从电动状态（图1中中A点）点） 时换接到反接制动状态，如时换接到反接制动状态，如果要求开始的制动转矩等于果要求开始的制动转矩等于 （图中（图中C点），则转子每相应该串点），则转子每相应该串接多大电阻？接多大电阻？ NAnnNT5 . 1（3）如果该电动机带位能负载，负载转矩）如果该电动机带位能负载，负载转矩 ，要求稳定的，要求稳定的下放转速下放转速 r/min，求转子每相的串接电阻值。，求转子每相的串接电阻值。 NzTT8 . 0300Dn221212XXRRsm)1(2TTNmKKssssssTKssssTTssssTTmmNTmmem