电机学-三相感应电动机的机械特性ppt课件

1、三相感应电动机的电磁转矩和机械特性三相感应电动机的电磁转矩和机械特性一、机械特性的三种表达式一、机械特性的三种表达式1、物理表达式、物理表达式2、参数表达式、参数表达式3、实用表达式、实用表达式电磁转矩与转速之间的关系曲线，是电动机的机械特性电磁转矩与转速之间的关系曲线，是电动机的机械特性。 )(),(sfTnfTememrMMNememICICIfkNpfmpfIEmPT2122122111111122211coscos244.4/2cos反映了感应电动机的电磁转矩与气隙每极磁通和转子电反映了感应电动机的电磁转矩与气隙每极磁通和转子电流有功分量的乘积成正比的物理本质。流有功分量的乘积成正比的

2、物理本质。电磁转矩的物理表达式电磁转矩的物理表达式2221cosIEmPem22122112)(xxsrrUI根据简化电路得到的转子电流机械特性的参数表达式 602122211nsrImPPTemem221221221111xxsrrsrUmTem电磁转矩的参数表达式：电磁转矩的参数表达式：几个关键点：几个关键点： 起动点起动点 最大转矩点最大转矩点 额定工作点额定工作点 电动，电动， Tem与与 n同向同向发电，发电，nn1制动制动Tem与与 n反向反向电磁转矩的参数表达式电磁转矩的参数表达式2）TemS,nSmTmaxTstS=0n=n1S=1n=0异步电动机的异步电动机的T-s曲线上有一

3、个最高点；曲线上有一个最高点； 最大转矩可以根据高等数学中求极值的方法求得。最大转矩可以根据高等数学中求极值的方法求得。 221212)(0 xxrrsdsdTmem令：2212112111max21xxrrUmT代入转矩公式，得代入转矩公式，得过载能力：最大转矩与额定转矩之比：过载能力：最大转矩与额定转矩之比：NmTTmax过载倍数过载倍数最大转矩，过载能力最大转矩，过载能力电动机状态为电动机状态为+)2 . 26 . 1 (6 . 1一般m最大转矩与电压的平方成正比；最大转矩与电压的平方成正比； 与转子电阻无关与转子电阻无关.最大转矩的位置与电压无关最大转矩的位置与电压无关.可以可以 由转

4、子电阻的大小来调整；由转子电阻的大小来调整；最大转矩近似与漏电抗成反比；最大转矩近似与漏电抗成反比；关于最大转矩的几个重要结论关于最大转矩的几个重要结论2212112111max21xxrrUmTTemS, nSmTmax Tst221212)(xxrrsm异步电动机的起动转矩与电压的平方成正比；异步电动机的起动转矩与电压的平方成正比； 总漏抗越大，起动转矩越小；总漏抗越大，起动转矩越小； 绕线式异步电动机可以在转子回路串入适当的绕线式异步电动机可以在转子回路串入适当的电阻可以增大起动转矩；电阻可以增大起动转矩； 起动转矩起动转矩22122122111)()(1xxrrrUmTst 当当 时，

5、时， sm=1,起动转矩起动转矩最大。最大。电源频率提高，起动转矩下降。电源频率提高，起动转矩下降。起动转矩倍数起动转矩倍数要求：要求：221212)(xxrrNstststTTTk/倍7, 21stIstststTIkTk电磁转矩的实用计算公式电磁转矩的实用计算公式srrsrxxrfsrpUmTem2122221211221122msrxxr222121msrrfpUmT211211max4srrsrsrfsrpUmTmem21222212211222212112111max21xxrrUmTmmmsrrsrfTsrrfTpUm2211max211max21114*4*电磁转矩的实用计算公式

6、电磁转矩的实用计算公式srrsrsrfssrrrsTfsrrsrsrfsrpUmTmmmmem21222212221max12122221221122)1(*4222121max222rsrssssrsrTTmmmmem212rsrmms分子和分母中分子和分母中 相对较小相对较小值在值在0.120.20范围内范围内,mmsrrsrfTpUm2211max21114*通过铭牌数据求取电动机转矩的方法。通过铭牌数据求取电动机转矩的方法。转矩的实用计算公式转矩的实用计算公式NmmNNmssssTT21max12mmNmssssssTTmm2max2由由求出求出已知已知T2可求出可求出s由由已知已知s

7、可求出可求出T2线性时2maxmax222TTssssTTsssmmmNNmTTmax负载特性负载特性Tz=f(n)1 、恒转矩负载、恒转矩负载1 ) 位能性负载位能性负载 TZ的大小和方向与转速的大小和方向与转速无关无关2 ) 反抗性负载反抗性负载(磨擦磨擦) TZ的大小与转速的大小与转速无关无关,方向始终与方向始终与Tz相反相反2 、风机、水泵类负载、风机、水泵类负载3 、恒功率、恒功率 负载负载31310220nknkpPzknknkTzTemS,nSmTmaxTstS=0S=1dtdnKdtdJTTZem负载特性负载特性Tz=f(n)TemS,nSmTmaxTstS=0S=1dtdnK

8、dtdJTTZem转矩平衡点转矩平衡点0ZemTT稳定运行点：稳定运行点：受到扰动后受到扰动后TTzTZ应能达到新的平衡点，应能达到新的平衡点，扰动消除后，扰动消除后，应能回到原平衡点运行应能回到原平衡点运行0T图中白点不稳定图中白点不稳定对于恒转矩负载，对于恒转矩负载，区域为非稳定区域区域为非稳定区域1 ssmsm又称为临界转差率又称为临界转差率固有机械特性固有机械特性当定子的对称三相绕组当定子的对称三相绕组按规定的接线方式，按规定的接线方式，Y或三角形；或三角形；定子不经任何阻抗直接加额定电压、额定频率的三定子不经任何阻抗直接加额定电压、额定频率的三相电压；相电压；转子回路不串任何阻抗，直

9、接短路。转子回路不串任何阻抗，直接短路。这种情况下得到的这种情况下得到的nfTem），）， 称为固有机械特性。称为固有机械特性。人为机械特性人为机械特性人为地改变电动机地任一个参数如人为地改变电动机地任一个参数如U1、f1、p、定子回、定子回路电阻或电抗、转子回路电阻或电抗的机械特性称为人为路电阻或电抗、转子回路电阻或电抗的机械特性称为人为机械特性。机械特性。 降低定子端电压的人为特性；降低定子端电压的人为特性；改变转子回路的电阻的人为特性；改变转子回路的电阻的人为特性；改变定、转子回路电抗的人为特性；改变定、转子回路电抗的人为特性；改变极数后的人为特性；改变极数后的人为特性；改变输入频率的人

10、为特性；改变输入频率的人为特性；从等效电路求出起动电流：从等效电路求出起动电流：22122112)()(xxrrUIIst起动转矩，即起动瞬间电动机的电磁转矩起动转矩，即起动瞬间电动机的电磁转矩22122122111)()(1xxrrrUmTst第十二章起动和调速第十二章起动和调速NststTTk一，起动一，起动直接起动直接起动 大电机起动电流很大，会冲击电网大电机起动电流很大，会冲击电网降压起动降压起动增加转子回路电阻起动增加转子回路电阻起动二，降压起动二，降压起动第十二章起动和调速第十二章起动和调速用自耦变压器起动用自耦变压器起动Ist2U1Ist1U2stastaTkT2121astst

11、kIIastststkIIUUI122第十二章起动和调速第十二章起动和调速 起动起动ststYTT2)3(1正常运行时定子绕组接成三角形的电动机，正常运行时定子绕组接成三角形的电动机，在起动时换接成星形，起动完毕后再恢复换接成三角形。在起动时换接成星形，起动完毕后再恢复换接成三角形。三角形联接时，三角形联接时， KNstzUI13星形联接时，定子绕组每相电压为星形联接时，定子绕组每相电压为31NU stKNstYIzUI3131起动转矩与相电压的平方成正比。起动转矩与相电压的平方成正比。 第十二章起动和调速3，应用电力电子技术软起动，应用电力电子技术软起动 M第十二章起动和调速第十二章起动和调

12、速 三、增加转子回路电阻起动三、增加转子回路电阻起动1、转子回路串电阻起动、转子回路串电阻起动 这种起动方法常应用于既要有较大的起动转矩、这种起动方法常应用于既要有较大的起动转矩、又要限制起动电流的场合。又要限制起动电流的场合。22122112)()(xxrrUIIst22122122111)()(1xxrrrUmTst 3 2 13stT3stT3ms1ms2ms3ms1stT2stT3stT2str321stststrrr第十二章起动和调速第十二章起动和调速 、用深槽式和双笼转子、用深槽式和双笼转子深槽式异步电机的转子槽形深而窄，其槽深与槽宽之比大到深槽式异步电机的转子槽形深而窄，其槽深与

13、槽宽之比大到1020或以上或以上 越靠近槽底的小导体具有越大的漏电抗，越靠近槽底的小导体具有越大的漏电抗， 漏电抗越大，则电流越小漏电抗越大，则电流越小 导条中靠近槽底处的电流密度将很小，而越近槽口则越大。导条中靠近槽底处的电流密度将很小，而越近槽口则越大。 称为电流的集肤效应。由于电流好像被挤到槽口处，又称挤流效应。称为电流的集肤效应。由于电流好像被挤到槽口处，又称挤流效应。 起动完成后起动完成后,电动机正常运行，由于转子电流频率得低一般为电动机正常运行，由于转子电流频率得低一般为13HZ），）， 漏电抗减小漏电抗减小,集肤效应应基本消失，集肤效应应基本消失，转子电阻会自动变小，从而满足了减

14、小转子铜耗以提高电机效率的要求。转子电阻会自动变小，从而满足了减小转子铜耗以提高电机效率的要求。挤流效应效果：转子电阻增加、槽漏抗减小挤流效应效果：转子电阻增加、槽漏抗减小第十二章起动和调速第十二章起动和调速 、用深槽式和双笼转子、用深槽式和双笼转子电动机正常运行时，由于转子电流频率得低一般为电动机正常运行时，由于转子电流频率得低一般为13HZ），）， 集肤效应应基本消失，转子电阻会自动变小，集肤效应应基本消失，转子电阻会自动变小， 从而满足了减小转子铜耗以提高电机效率的要求。从而满足了减小转子铜耗以提高电机效率的要求。双笼异步电动机的特点是转子上有两套笼双笼异步电动机的特点是转子上有两套笼,

15、即上笼和下笼即上笼和下笼 ，上笼导条截面较小，通常用黄铜或铝青铜等上笼导条截面较小，通常用黄铜或铝青铜等电阻系数较大的材料制成，故电阻较大；电阻系数较大的材料制成，故电阻较大；下笼导条截面较大，用电阻系数较小的紫铜下笼导条截面较大，用电阻系数较小的紫铜制成，故电阻较小。制成，故电阻较小。 上笼上笼下笼下笼三相感应电动机的调速三相感应电动机的调速 要求电动机具有几种转速；要求电动机具有几种转速； 在一定的范围内可以连续调速；在一定的范围内可以连续调速；调速的方法：调速的方法：)1 ()1 (1601snsnpf（1） 改变定子绕组的极对数改变定子绕组的极对数p有级调速）；有级调速）；（2改变电源

16、的频率改变电源的频率f1；（3改变电动机的转差率；改变电动机的转差率； 改变定子绕组的端电压；改变定子绕组的端电压； 改变定子绕组的外加电阻或电抗；改变定子绕组的外加电阻或电抗； 转子回路加电阻或电抗；（绕线式转子）转子回路加电阻或电抗；（绕线式转子）变极调速变极调速单绕组双速电机：一套定子绕组具备两种极对数而得到两单绕组双速电机：一套定子绕组具备两种极对数而得到两个不同同步转速；个不同同步转速；三速或四速电机：三速或四速电机： 定子内放两套独立的绕组；定子内放两套独立的绕组；A1X1A2X2A1X1A2X2A1X1A2X2单绕组双速电机原理：单绕组双速电机原理： A1X1和和A2X2串联形成

17、四极磁场；串联形成四极磁场； A1X1和和A2X2串联，串联， A2X2反向，反向， 形成两极磁场形成两极磁场改变定子电压改变定子电压TemS, nSmTmax TstUIUTUsUTststm22max无关与调速性能不好调速性能不好,常用作降压起动常用作降压起动改变转子电阻改变转子电阻ststmITrTrsr无关与2max22,TemS, nSmTmax TstSm2Sm1调速性能较好调速性能较好,但笼形转子不能实施但笼形转子不能实施风机类负载风机类负载,r2, s, n , Tem =Tz Pem=Tem*1 , P1 ,I1 22122112211)(2xxsrrfsrpUmTem改变转

18、子电阻改变转子电阻TemS, nSmTmax TstSm2Sm122122112211)(2xxsrrfsrpUmTem常常1*emememTP，T、常srsrr22nsrrrs,22srImPem22212 I不变不变 不变不变 111122cos,cosPIEE不变不变 1222,*PPTP)(22222rrImpcu转子转速下降部分的功率，消耗在串入电阻转子转速下降部分的功率，消耗在串入电阻r上上 rIm222对于恒转矩负载，对于恒转矩负载，Tz=常常由由改变定子电压频率向下变频调速）改变定子电压频率向下变频调速）)(平移mmnn通过改变异步电动机输入电压的频率通过改变异步电动机输入电压的频率1f，以改变定子旋转磁场的同步速，以改变定子旋转磁场的同步速1n， mNkNfE111144. 4常111111ffUUEE常2121221121112