第十章三相异步电动机的机械特性及各种运转状态ppt课件

1、第十章第十章 三相异步电动机的三相异步电动机的机械特性及各种运转形状机械特性及各种运转形状第一节第一节 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一、物理表达式一、物理表达式22cosICTmTJ式中：式中：2111wTJkWpmC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)/(/cosXsRRXsRsR222222XsREI异步电动机的机械特性二、参数表达式二、参数表达式 mwkWfE11122pf10222201cosIEmT可得可得222ZIE222/cosZsRsRImT22201那么那么得得由于异步电动

2、机的电磁功率为由于异步电动机的电磁功率为sRImPT22210TPT 分子分母同乘以分子分母同乘以1-s，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 2212122XXRsRUIx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2212212201XXsRRsRUmTx221212XXRRsm临界转差率临界转差率 0d/dsT使使 ，即可求得，即可求得 最大转矩最大转矩 2212112012XXRRUmTxm由于由于211XXR212XXRsm)(221021XXUmTxm起动转矩起动转矩 2212212201XXRRRUmTxst起动转矩倍数起动

3、转矩倍数 N/TTKstst三、适用表达式三、适用表达式2121212RRsssssRRsTTmmmmm忽略忽略 R1 得机械特性的适用表达式得机械特性的适用表达式ssssTTmmm2)1(2NTTmKKss可以求出可以求出式中式中 0N0NnnnsNNN2ssssTTmmm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任务在额定电压及额定频率下，固有机械特性是指异步电动机任务在额定电压及额定频率下，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电电动机按规定的接线方法接线，

4、定子及转子电路中不外接电阻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 。三相异步电动机的固有机械特性1起始点起始点A；2额定任务点额定任务点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、人为机械特性三相异步电动机降低定子相电压时的人为机械特性一降低一降低 xU 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，电动机如长时延续运转，额定值，电动机如长时延续运转，最终温升将超越允许值，导致电最终温升将超越允许值，导致电动机寿命缩短，甚至烧坏。动机寿命缩短，甚至烧坏。xU转子电路内串联对称电阻时的人为机械特性二转子电路内串联对称电阻二转子电

5、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。 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普通用于笼型异步电动机的普通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。起动电流。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 与串联对称电抗时一样，与串联对称电抗时一样，定子串联对称电阻普通也用于定子串联对称电阻普通也用于笼型异步电动机的减压起动笼型

6、异步电动机的减压起动 。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，假设参数配合数可变，假设参数配合恰当，电动机在整个加恰当，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转子电路接入并联阻抗时的转子等效电路图第三节第三节 三相异步电动机的各种运转形状三相异步电动机的各种运转形状 一、电动运转形状一、电动运转形状 电动运转形状的特点是电动机电动运转形状的特点是电动机转矩的方向与旋转的方向一样。转矩的方向与旋转的方向一样。

7、电动形状下异步电动机的机械特性二、制动运转形状二、制动运转形状 异步电动机可任务于回馈制异步电动机可任务于回馈制动，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形状。其共同特点是电动机转动形状。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。 回馈制动形状回馈制动形状 位能负载带动异步电动机进入回馈制动形状异步电动机在回馈制动时的相量图 当异步电动机由于某种缘由例如位能负载当异步电动机由于某种缘由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

8、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动了方应电动势反向，转子电流的有功分量也改动了方向，其无功分量的方向那么不变。此时异步电动向，其无功分量的方向那么不变。此时异步电动机既回馈电能，又在轴上产活力械制动转矩，即机既回馈电能，又在轴上产活力械制动转矩，即在制动形状下任务。在制动形状下任务。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/

9、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TP 2异步电动机回馈制动时的机械特性 假设异步机定子脱离电网，假设异步机定子脱离电网，又希望它能发电，那么必需在又希望它能发电，那么必需在异步机定子三相之间接上衔接异步机定子三相之间接上衔接成三角形或者星形的三组电容成三角形或者星形的三组电容器。这时电容器组可供应异步器。这时电容器组可供应异步电动机发电所需求的无功功率，电动机发电所需求的无功功率，即供应建立磁场所需求的励磁即供应建立磁场所需求的励磁电流。电流。 电容器接成三角形时电容器接成三角形时

10、N16021031UfICN103 . 0 II 电容器接成星形时电容器接成星形时 N1602103UfIC转速反向的反接制动时的异步电动机特性异步电动机转速反向反接制动电路图二反接制动形状二反接制动形状 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 (2sPPT1)(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 。22PPPT异步电动机定子两相反接的电路图与机械特性

11、2定子两相反接的反接制动定子两相反接的反接制动 为了迅速停车或反向，可将定子两相反接，任务点由为了迅速停车或反向，可将定子两相反接，任务点由A转移到转移到B此时转差率为此时转差率为 1000nnnnnnso 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，电动机即反向加速，进入反向的电动形状进入反向的电动形状对应于特性对应于特性CD段，加速到段，加速到D点时，点

12、时，电动机将稳定运转，电动机将稳定运转，实现了电动机的逆转实现了电动机的逆转过程。过程。三能耗制动形状三能耗制动形状异步电动机能耗制动的电路图与机械特性 当当K1断开，电动机脱离电网时，立刻将断开，电动机脱离电网时，立刻将K2接通，那么在定子接通，那么在定子两相绕组内通入直流电流，在定子内构成一固定磁场。当转子由于两相绕组内通入直流电流，在定子内构成一固定磁场。当转子由于惯性而仍在旋转时，其导体即切割此磁场，在转子中产生感应电动惯性而仍在旋转时，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。根据左手定那么，可确定出转矩的方向与转速的方势及转子电流。根据左手定那么，可确定出转矩的方向与转

13、速的方向相反，即为制动转矩。向相反，即为制动转矩。 各个电流之间有以下关系各个电流之间有以下关系 2222221sin2IIIII得机械特性方程式得机械特性方程式 2222022211/)/(XXvRvRXImT临界相对转速临界相对转速 22XXRvm三、运转形状小结三、运转形状小结 在正转方向，特性1与1的第二象限为回馈制动特性，第四象限为反接制动特性；在反转方向，特性2与2的第二象限为反接制动特性，而第四象限那么为回馈制动特性。能耗制动电路的结合方法有所不同，其机械特性用曲线3与3表示，第二象限部分对应于电动机正转，而第四象限那么对应于反转。图中特性1，2及3对应于异步电动机转子有串联电阻

14、时，而1，2及3那么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转速逐级提升过程为转速逐级提升过程为 lkjihgfedcba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形状。此时不但有空钩分量产生的位才干矩，在空钩下放时也属电动形状。此时不但有空钩分量产生的位才干矩，而且有摩擦力产生的阻力矩，而阻力矩又比位才干矩大而且有摩擦力产生的阻力矩，而阻力矩又比位才干矩大 ， 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。 二反接制动形状二反接制动形状 三回馈

15、制动形状三回馈制动形状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 普通异步电动机的产品目录中可以查到一些技术数据，而不给普通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、转子等详细参数，为此必需用工程计算法计算。普出电动机的定、转子等详细参数，为此必需用工程计算法计算。普通可查到以下技术数据：通可查到以下技术数据：1NI1额定功率额定功率 kW2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

16、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飞轮惯量飞轮惯量 NP1NUNn %NN1cosN/TTKKmTT2GD2mNN/,TTKKstststN2E2NI9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 A10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，但给出以下两个数据转子数据，但给出以下两个数据 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 N1111/,TTKKst 此外，还能够给出定子极对数此外，

17、还能够给出定子极对数p ；定子绕组的接线方式；任务；定子绕组的接线方式；任务制或定额；负载继续率；最高温升或绝缘资料等级等。额制或定额；负载继续率；最高温升或绝缘资料等级等。额定频率我国为定频率我国为50Hz，即，即 Hz 。 501f在知上述数据的根底上，可用工程计算法计算异步电动机参数在知上述数据的根底上，可用工程计算法计算异步电动机参数 解解mN13131mN24033095509550NNNnPT0X 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： kW330NPV6000N1UA47N1Ir/min240Nn878. 0N77. 0cosN1

18、9 . 1TKV4952NEA4102NI0I2X1X2RmT试用工程计算法计算异步电动机的以下参数：试用工程计算法计算异步电动机的以下参数： NTk2R1RmsX2XmN24949mN131319 . 1NTKTTm0N0Nnnns04. 02502402500279. 0410349504. 03N2N2N2IEsR5 .11495600095. 095. 0N2N1EUk222kRR 69. 35 .110279. 028 . 2473600004. 095. 0395. 0N1NN11IsUR12NTTmKKss141. 0)19 . 19 . 1 (04. 0212250506060

19、01nfp2121N2210RRTKpUXTx5 .248 . 28 . 2131509 . 1210123/600022225.125 .245 . 05 . 021XXX0932. 05 .11/25.12/2222kXX258. 004. 0/69. 38 . 25 .24/tgN2121N2sRRXXN12N1cos1sin64. 077. 012N2N1N1N10tgcossin IIA7 .20A)258. 077. 064. 0(470N10395. 0IUX 1597 .203600095. 0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

20、的计算 计算的方法是按知条件，利用机械特性普通是适用表达式计算的方法是按知条件，利用机械特性普通是适用表达式进展，计算时必需留意不同运转形状下方程式中各参量的正负符号进展，计算时必需留意不同运转形状下方程式中各参量的正负符号等不同特点。等不同特点。8 . 6TKr/min1460NnA166N2I 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： kW75NPA144N1IV380N1UV399N2E1当负载转矩当负载转矩 ，要求转速要求转速 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？N8 . 0 TTzr/min5

21、00Bn绕线转子异步电动机的机械特性2从电动形状图从电动形状图1中中A点点 时换接到反接制动形状，假时换接到反接制动形状，假设要求开场的制动转矩等于设要求开场的制动转矩等于 图中图中C点，那么转子每相应该点，那么转子每相应该串接多大电阻？串接多大电阻？ NnnAN5 . 1 T3假设该电动机带位能负载，负载转矩假设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。 N8 . 0 TTz300Dn解解0267. 01500146015000N0Nnnns053. 011633990267. 032NN2N2IUs

22、R62. 1053. 011445. 056. 412RssRmmfB取取 不合理不合理 56. 4ms097. 0ms097. 056. 418 . 08 . 28 . 08 . 2666. 02NNNN或TTTTsm1思索异步机的机械特性为直线思索异步机的机械特性为直线, 对于固有特性对于固有特性 15. 0267. 08 . 222NsKsTm66. 4666. 08 . 08 . 22NNTTsm6 . 1053. 01149. 066. 4fBR对于人为特性对于人为特性 666. 0BxssN8 . 0 TTTBx973. 11500146015000N0nnnsA257. 08 .

23、 615 . 18 . 25 . 18 . 2973. 12NNNN或TTTTsm44. 2053. 011445. 08 . 6fAR取取 8 . 6ms取取57. 0ms16. 0053. 011445. 057. 0fAR思索机械特性为直线思索机械特性为直线149. 0ms37. 7973. 15 . 18 . 22NNmTTs57. 2053. 01149. 037. 7fCR32 . 11500)300(150000nnnsDDNDTT8 . 0175. 0225. 818 . 08 . 28 . 08 . 22 . 12或NNNNmTTTTs取取 时不能稳定运转时不能稳定运转225

24、. 8ms175. 0ms96. 2053. 011445. 0225. 8fDR思索机械特性为直线思索机械特性为直线149. 0ms4 . 82 . 18 . 08 . 22NNTTsm94. 2053. 01149. 04 . 8fDR绕线转子异步电动机能耗制动接线图及特性 例例10-310-3绕线转子异步电动机的铭牌数据同例绕线转子异步电动机的铭牌数据同例10-2，设从额定点，设从额定点A换接到能换接到能耗制动形状的运转点耗制动形状的运转点E见以下图，假设要求制动转矩的开场值见以下图，假设要求制动转矩的开场值等于电动机的额定转矩，求转子每相的串接电阻。能耗制动时的接等于电动机的额定转矩，

25、求转子每相的串接电阻。能耗制动时的接线如图，定子通入大小为线如图，定子通入大小为 的直流电流，假设电动机的空载电的直流电流，假设电动机的空载电流流 。假定应思索电动机磁路的饱和。假定应思索电动机磁路的饱和。05 . 2 IA800I解解A200A805 . 25 . 20IIA3 .163321II04. 2803 .163011IIi查图查图10-21的曲线，当的曲线，当 时，时， 04. 21i5 . 1mm4 . 1mVmN503mN5 . 160/150023/380803300mxmTmUIT905. 039938095. 095. 0N2N1UUk0434. 0905. 0053. 02222kRR0222. 04 . 13/3800435. 08020mxmVURIv973. 0150014600N0nnnnvEEmN491mN14607595509550NNNnPTTE973. 0973. 05052490mmvv0947. 0998. 12mmvv2947. 04998. 1998. 12mv773. 0225. 1或取取225. 1mv87. 2053. 010222.