三相异步电动机的机械特性

1、三相异步电动机的运行特性摘要：本章介绍了三相异步电动机的机械特性的三个表达式。固 有机械特性和人为机械特性，阐述了三相异步电动机的起动、调 速和制动的各种方法、特点和应用圜5一1三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的运行特性三相异步电动机的运行特性就是三相异步电动机的运行工作时的机械特性。和直流电动机一样，三相异步电动机的机械特性也是指电磁转矩与转子转速片之间的关系。由于转子转速 即与同步转速勺、 转差率占存在下列关系，即习惯上纵坐标同时表示算-一 S)则三相异步电动机的机械特性用曲线表示时，转速行和转差率占，横坐标表示电磁转矩T三相异步电动机的机械特性有三种表达式，现介绍如下：机械特性的物

2、理表达式由上一章三相异步电动机的转矩关系知，三相异步电动机转矩的一般 表达式为岫曲4的目向o式中以为三相异步电动机的转矩系数，是一常数；为三相异步电动机的气隙每极磁通量；为转子电流的折算值；为转子电路的功率因数；式（）表明了电磁转矩与磁通量和转子电流的有功分量的乘积成正比， 它是电磁力定律在三相异步电动机的应用， 它从物理特性上描述了三 相异步电动机的运行特性，因此这一表达式又称为三相异步电动机的 物理表达式。仅从式（）不能明显地看出电磁转矩 了与转差率&之间的变化规律。要从分析气隙每极磁通量 J转子相电流4 ,以及为转子功率因数 就与转差率值之间的关系，间接地找出其变化规律。现分析如

3、表所示。根据表中的分析，可作出曲线 4=/«）、1；=/（£）和二。= 分别如图、所示，据此可得出图所示的机械特性曲线。 曲线分为两段：当6较小时（°名区（%），'变化不大，匚。£心对1 ,电磁转矩7与转子 相电流 入成正比关系，表现为AB段近似为直线，称为直线部分；当 后较大时（外至0）,如牌减少近一半，侬可很小，尽管转子相电流4增大，有功电流小。£应不大,使电磁转矩，反而 减小了，此时表现为段，AC段为曲线段，称为曲线部分。由此 分析知，三相异步电动机的机械特性在某转差率 占下，产生最大转矩， 即刀点称为最大转矩点，相应的转矩为 乙

4、称为最大转矩，对应的转 差率 鼠称为临界转差率。机械特性的参数表达式1 .参数表达式的推导: 三相异步电动机的机械特性的参数表达式就是直接表示异步电动机 的电磁转矩T与转差率&和电机的某些参数（“、工及阻抗等）之间 的关系的数学表达式。现推导如下：已知，电磁转矩7与转子电流关系为图5一5由参数表达式蛉制的三相异步电动机机械籽性1电源为正相序时2电源为负相序时根据三相异步电动机的等值电路中， 由于励磁阻抗比定子、转子漏阻 抗大很多，把丁型等值电路中励磁阻抗这一段电路近似为开路， 而计算勺的误差很小，故j科 + I S)+ a. + 看)()式()代入(),得/三3s嘤七任1十不9十氏十百

5、)口 一比用由+小小区+钞这就是机械特性的参数表达式。给定口工及阻抗等参数，T = /画 出曲线便是7-吕曲线，其形状与图一致。由参数表达式绘制的三相 异步电动机的机械特性如图所示，它具有以下特点：在 口当占正时， 即外片三°的范围内，特性在第一象限，电磁转矩丁与转速融都为正， 从规定正方向判断，T与k同方向，咒与同步转速勺同方向，电动 机工作在电动运行状态；在 I。时，即 1,特性在第二象限，电 磁转矩T为负值，表现为制动性转矩，电磁功率 &也是负值，电动 机工作在电动发电运行状态；在 吕1时，即用;。，特性在第四象限， 八。，电动机工作在制动运行状态。2 .机械特性曲线的

6、分析：下面分析图机械特性中的几个特点：(1)同步转速点 W：其特点是吊="9=。)，7=0。工点为理想空载 运行点即在没有外界转矩的作用下，异步电动机本身不可能达到同步 转速点。(2)额定运行点3 :其特点是电磁转矩和转速均为额定值， 用心和 如表示，相应的额定转差率用 "表示。异步电动机可长期运行在额 定状态。（3）最大转矩点e：具特点是对应的电磁转矩为最大值 备,称为最大转矩，对应的转差率用 染，称为临界转差率。把式（）中的 对更-0T_婆 4后工皿+忘+（勺+丁（）（）后求导，并令 盘 ,即可得到最大转矩 工和临界转差率 隈为七二士iW式中，“十”号适用于电动机状态，

7、“”号适用于发电机状态 通常情况下，-图的绝对值大于0的数值，但是异步电动机的丁型 等值电路产不超过与+石尸的5%,则式（）和（）中可以忽略公的 影响，则有T =± 3P 哄*二助区+芯（）一占 E/_g+舄（）也就是说，异步电动机的机械特性具有对称性， 即异步电动机的发电机状态和异步电动机的电动机状态的最大电磁转矩绝对值及对应的临界转差率可认为近似相等。通过式（），可得出下列结论:1）最大电磁转矩与电压5平方成正比，与漏电抗（覆+琰成反比。这说明改变4和乂 +球，可改变北的大小；2）临界转差率.与电阻“成正比，与漏电抗（礴+芯）成反比，与5的 大小无关。最大电磁转矩 容与额定电磁转

8、矩 心的比值称为最大电磁转矩倍数，又称为过载能力或过载倍数，用 心表示，即心是三相异步电动机运行性能的一个重要参数。 三相异步电动机运行 时，绝不可能长期运行在最大转矩处。因为，此时电流过大，温开会 超过允许值，有可能烧毁电机，同时在最大转矩处运行转速也不稳定。一般情况下，三相异步电动机的 九=，起重、冶金、机械专用的 三相异步电动机的 < =。（4）起动点口:其特点是对应的转速 ,£ =1，对应的转矩学称 为起动转矩，又称为堵转转矩。它是异步电动机接通电源开始起动时 的电磁转矩。若令式（）中的即有4 3叫七一 2度加+可/。* + （方+其尸0通过式（）可以得出下列结论：笃与

9、电压a平方成正比，与电阻力 或漏电抗a +芯）成反比。这说明电阻或漏电抗越大，起动转矩越小； 电源电压 兄过低，会引起起动转矩明显下降，甚至使 乙<弓，而造 成电机不能起动。起动转矩以与额定转矩 弓的比值称为转矩倍数，用 心表示，即心是表征三相异步电动机起动性能的另一个重要参数。 三相异步电动 机起动时，必须保证有一定的过载倍数。只有 4>i时，异步电动 机才能在额定负载下起动。一般情况下，心是针对鼠笼式电动机而言。因为绕线式电动机通过 增加转子回路的电阻 月，可加大或改变起动转矩。这是绕线式电动 机的优点之一。一般的鼠笼式电动机的 乙=；起重、冶金、机械 专用的鼠笼式电动机的 心

10、=。机械特性的实用表达式1 .实用表达式的推导：实际应用时，三相异步电动机的参数（ 可，石等）在电机 产品的目录中是查不到的，因此使用参数表达式和物理表达式一样也是不方便的。为了能利用三相异步电动机产品说明书中给出的数据, 计算出异步电动机的机械特性，有必要导出实用的表达式。用式（）去除式（）得T _ 2印q十也二十十看"电缶+可/5尸+0± +刘尸由式（）得%； +每+宿）*=工葭（）由式（）代入式（）得T _（r1 + r/g）=2（1+皿刖，）s/ 5+2汽0T隔 .RIE2 + g帛/0十%/岳七（）2气 *y=%创2% *I KE!式中 七。对于三相异步电动机，其

11、 %=一范围内。上式中显然对任何S值，都有- + ->2% 3（）而，可忽略。则式（）可简化为这就是三相异步电动机机械特性的实用表达式。2 .实用表达式的使用从实用表达式看出，只需求出最大转矩 图 和临界转差率，才能 求出丁。下面介绍筌和黑的求法。已知三相异步电动机的铭牌数据中额定功率 为（发理），额定转速 （1/皿）和过载倍数 九,则额定输出转矩为n= 955 0刍"取.附）%,额定转差率为.：忽略空载转矩，近似认为7 =品，（当日=一时），且7=40,代 入式（）得由上式可得解之得 入3二二二因故上式应取“+”号，则,二。(4 十 - 1)算出图和。，只需给出总值，就可算出

12、相应的了值。例 已知一台三相异步电动机，额定频率 瑞= 150太即 380 J 额定转速，=1460"皿，过载倍数九=。 不串入电阻时，(1)求其转矩的实用表达式；(2)问电动机能否带动额定负载起动。解：(1)根据已知数据，电机的额定转矩为Tm = 9力。"=9330乂卫匕=981.2(. 号川1460最大转矩为T.二又腹心=24乂臾12 = 23力(川脱)(),额定电压当转子回路150 皿.根据额定转速 为r=1460"m ,可判断出同步转速 为 则 额定转差率为勺一所 _ 1500-14601500临界转差率为=£附(4 十忱 -1) = 0 027

13、(2.4 + 72.43-1) = 0.124转子不串电阻的实用表达式为_27；2x23554710s s. s 0.124 s 0,124+ 上+ -+院:0 124$0 124 s（2）电机开始起动时，=1, 7 = 7一代入实用表达式得0.124+因为乃< 仆,故电动机不能拖动额定负载起动。3 .实用表达式的简化在0c £< %的直线段，即三相异步电动机在额定负载范围内运行 时，它的转差率小于额定转差率（。=），可认为实用公式中忽略/，也是可以的。则实用表达式（）变成为% （）经过以上简化，使三相异步电动机的机械特性呈线性关系， 使用起来 更方便，并称为机械特性的近

14、似表达式。在使用式（）时，可按下式计算，=2。儿上述三相异步电动机机械特性的三种表达式， 虽然都能用来表征电动 机的运行特性，但其应用的场合各有不同。一般来说，物理表达式适 用于对电动机的运行作定性分析；参数表达式适用于分析电机各种参 数变化对电动机运行特性的影响；实用表达式适用于电动机机械特性 的工程计算。机械特性的固有特性和人为特性1 .固有机械特性三相异步电动机的定子在额定频率的额定电压下， 定子绕组按规定的 接线方式联结，定子及转子回路不外接任何电器元件的条件下的机械 特性称为固有机机械特性。其形状如图所示。三相异步电动机的固有机械特性可以利用实用表达式（）计算得到。方法是先利用实用表

15、达式计算出同步转速点 工，额定运行点B ,最大转矩点U和起动点A这几个特殊点，然后将这些点连接起来便得 到固有特性曲线。当然，计算的点越多，做出的曲线就越精确。例 某三相异步电动机， ,=60无配，甩巾=750"皿，& = 50比，=,试绘出电动机的固有机械特性。解：(1)同步转速点卫：日=0时，丹川= 750 r，描，7=0(2)额定运行点5：750-725750=0.033心二双0旦二= 790"切桂m725(3)最大转矩点C：.一一丁4 = 3= 25x790 = 1 通田S5.6三相异步甩劭机固有特性的绘制(4)起动点口 :2x1975H将名=1时代入公式得

16、616 W 酬）啜 f 0 161根据上述求出的四个特殊点，绘出固有机械特性如图所示2 .人为机械特性人为地改变三相异步电动机的某些参数所得到的机械特性称为人为特性。关于人为特性的分析，主要是分析下列四个公式的特性。% =同步转速公式F帛一 _ f I=临界转差率公式十1乙+忌?图5. T三相异步里劭机定子降压的人为机械特性最大转矩公式.二 十-1：T -3皿七起动转矩公式'，-匚11二：二下面分析几种常见的人为机械特性。(1)降低定子回路端电压的人为机械特性。根据上述四个公式，降低定子回路端电压 5,则为不变，不变， 4和备与 英成正比地降低。由于三相异步电动机的磁路在额定电压 下已

17、有饱和的趋势，故不宜再升高电压。图所示为5= 4时的人为机械特性。定子回路端电压降 低后的人为机械特性，具线性段的特性变软了。且 以和q也显著地 减小，电动机的过载能力也显著地下降。(2)转子回路内串接对称电阻时的人为机械特性。绕线式三相异步电动机的转子回路内可以串接电阻 立(要求三相串 接的电阻阻值相等)。其电路图及人为机械特性如图所示。根据上述四个公式，为不变，心不变，随式的增大而增大，窗开 始随火的增大而增大，当 立增大到某一五时，心士 =9。如果我再 继续增大，则 看开始减小。人为机械特性困5.8经线式异步电动机的转子回跪率接电阻绕线式三相异步电动机的转子回路串接电阻后，电阻 衣越大，

18、其线 性段的特性越软。(3)定子回路串接对称电抗 度或电阻R时的人为机械特性。三相异步电动机的定子回路串接对称电抗 星的电路图和人为机械特 性如图所示。根据上述四个公式，为不变，工、2和4随X的增大而减小，其 线性段的特性变软了。同理，可分析定子回路串接对称电阻 式时的人为机械特性。A 丁Q）电路图（b）人为机犍特性图5 一 9异步电动机的定子回踪串接对标电抗稳定运行问题 电力控制系统能否稳定运行，决定于电动机的机械特性 /=和负 载转矩特性用=/（的配合。具稳定运行的条件是在这两条特性曲线 的交点应满足关系式里匝 更、空M 必！或去 加即电动机拖动继续负载稳定运行时，电磁转矩 T和负载转矩应 该是大小相等方向相反。根据电动机稳定运行的条件，图（二）中对于电动