感应电机的机械特性与运行特性

1、1感应电机机械特性和工作特性感应电机机械特性和工作特性电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_2感应电机的特性分析感应电机的特性分析感应电机机械特性和工作特性感应电机机械特性和工作特性电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_3l三相异步电动机的机械特性是指在电动机定子电三相异步电动机的机械特性是指在电动机定子电压、频率以及绕组参数一定的条件下，电动机电压、频率以及绕组参数一定的条件下，电动机电磁转矩与转速或转差率的关系，即磁转矩与转速或转差率的关系，即n=n=(T)(T)或或s=s=(T)(T)。l机械特性可用函数表示，也可用曲线表示，用函机械特性可用函数表示，

2、也可用曲线表示，用函数表示时，有三种表达式：物理表达式、参数表数表示时，有三种表达式：物理表达式、参数表达式和实用表达式。达式和实用表达式。感应电机机械特性和工作特性感应电机机械特性和工作特性电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_41.1.异步电动机机械特性三种表达式异步电动机机械特性三种表达式（1 1）物理表达式）物理表达式电磁转矩为：电磁转矩为：22221111221111122211coscos22cos)44. 4(602cosICIkNpmpfIkNfmnIEmPTmTmNmNM感应电机机械特性和工作特性感应电机机械特性和工作特性电机学教案， 太原工业学院自动化系温

3、志明，wasxty_5异步电动机的转矩系数：异步电动机的转矩系数：l转子电流折算值：转子电流折算值：l转子功率因数：转子功率因数：l物理表达式它反映了不同转速时电磁转矩物理表达式它反映了不同转速时电磁转矩T T与主磁通与主磁通mm以以及转子电流有功分量及转子电流有功分量 之间的关系，此表达式一般之间的关系，此表达式一般用来定性分析在不同运行状态下的转矩大小和性质。用来定性分析在不同运行状态下的转矩大小和性质。2111NTkNpmC 222222)(xsrEI222222)(cosxsrsr 2/2cos I感应电机机械特性和工作特性感应电机机械特性和工作特性电机学教案， 太原工业学院自动化系温

4、志明，wasxty_6221221121122211232xxsrrfsrpUpfsrImPTM （2 2）参数表达式）参数表达式异步电动机的电磁转矩异步电动机的电磁转矩T T与定子每相电压与定子每相电压U U1 1平方成正平方成正比，若电源电压波动大，会对转矩造成很大影响。比，若电源电压波动大，会对转矩造成很大影响。感应电机机械特性和工作特性感应电机机械特性和工作特性电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_7机械特性曲线机械特性曲线l在电压、频率及绕组参数一定的条件下，电磁转在电压、频率及绕组参数一定的条件下，电磁转矩矩T T与转差率与转差率s s之间的关系可用曲线表示如图所

5、示。之间的关系可用曲线表示如图所示。感应电机机械特性和工作特性感应电机机械特性和工作特性电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_8感应电机机械特性和工作特性感应电机机械特性和工作特性电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_9221211121)(43xxrrfpUTm 最大转矩最大转矩TmTm最大转矩最大转矩TmTm是是T=T=（s s）的极值点，最大转矩为：）的极值点，最大转矩为：最大转矩对应的临界转差率为：最大转矩对应的临界转差率为：221212)(xxrrsm感应电机机械特性和工作特性感应电机机械特性和工作特性电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wa

6、sxty_10两式中两式中“+”+”为电动状态（特性在第为电动状态（特性在第象限）；象限）；“-”-”为制动状态（特性在第为制动状态（特性在第象限）。象限）。最大转矩近似表达式最大转矩近似表达式l通常情况下，通常情况下， 可忽略可忽略r r1 1，则有：，则有：22121)(xxr)(4321121212xxfpUTxxrsmm感应电机机械特性和工作特性感应电机机械特性和工作特性电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_11l最大转矩与额定转矩的比值称为过载倍数，其值最大转矩与额定转矩的比值称为过载倍数，其值大小反映电动机过载能力，用大小反映电动机过载能力，用KmKm表示，即：表

7、示，即：l一般异步电动机过载倍数一般异步电动机过载倍数Km=1.5Km=1.52.22.2。NmmTTK感应电机机械特性和工作特性感应电机机械特性和工作特性电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_12起动转矩起动转矩TstTstl起动瞬间起动瞬间n=0n=0或或s=1s=1时，电动机相当于堵转，这一时，电动机相当于堵转，这一时刻的电磁转矩称为起动转矩或堵转转矩，用时刻的电磁转矩称为起动转矩或堵转转矩，用TstTst表示，则有：表示，则有：221221122123xxrrfrpUTst 感应电机机械特性和工作特性感应电机机械特性和工作特性电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，

8、wasxty_13l起动转矩与额定转矩的比值称为起动转矩倍数或起动转矩与额定转矩的比值称为起动转矩倍数或堵转转矩倍数，用堵转转矩倍数，用kstkst表示，则有：表示，则有：l一般普通异步电动机起动转矩倍数为一般普通异步电动机起动转矩倍数为0.80.81.21.2。NststTTk感应电机机械特性和工作特性感应电机机械特性和工作特性电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_14（3 3）实用表达式）实用表达式l实用表达式实用表达式：ssrsrssrsrsrsrrsrssrrrTTmmmmmmm21212222122221221222感应电机机械特性和工作特性感应电机机械特性和工作特

9、性电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_15l认为认为 ，一般异步电动机的，一般异步电动机的 ，在任何在任何s s值时都有：值时都有： ，而，而 l 可以忽略，简化得：可以忽略，简化得：21rr2 . 01 . 0 ms0)(2mss2ssssmm22msssssTTmmm2感应电机机械特性和工作特性感应电机机械特性和工作特性电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_16临界转差率临界转差率l临界转差率：临界转差率：l当拖动额定负载时，当拖动额定负载时，T TL L=T=TN N临界转差率为临界转差率为：l额定转矩为：额定转矩为：12LNmLNmmTTKTTKs

10、s12mmNmKKss)(min)/()(55. 92mNrnWPTTNNNN感应电机机械特性和工作特性感应电机机械特性和工作特性电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_172.2.固有机械特性固有机械特性从产品目录查出该异步电动机的数据从产品目录查出该异步电动机的数据P PN N、n nN N、KmKm应应用实用公式就可方便得出机械特性表达式。用实用公式就可方便得出机械特性表达式。l异步电动机的固有机械特性是指异步电动机的固有机械特性是指U U1 1=U=U1N1N， 1 1= =1N1N，定子三，定子三相绕组按规定方式连接，定子和转子电路中不外接任何元相绕组按规定方式连接，

11、定子和转子电路中不外接任何元件时测得的机械特性件时测得的机械特性n =n =（T T）或）或T=T=（s s）曲线。）曲线。l对于同一台异步电动机有正转（曲线对于同一台异步电动机有正转（曲线1 1）和反转（曲线）和反转（曲线2 2）两条固有机械特性。两条固有机械特性。感应电机机械特性和工作特性感应电机机械特性和工作特性电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_18感应电机机械特性和工作特性感应电机机械特性和工作特性电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_19说明特性上的各特殊点说明特性上的各特殊点(1)(1)同步转速点同步转速点A A 同步转速点又称理想空载点，在

12、该点处：同步转速点又称理想空载点，在该点处：s=1s=1，n=nn=n1 1，T=0T=0，E E2s2s=0=0，I I2 2=0=0，I I1 1=I=I0 0，电动机处于理想空载状态。，电动机处于理想空载状态。(2)(2)额定运行点额定运行点B B 在该点处：在该点处：n=nn=nN N，T=TT=TN N，I I1 1=I=I1N1N，I I2 2=I=I2N2N，P P2 2=P=PN N，电动机处，电动机处于额定运行状态。于额定运行状态。感应电机机械特性和工作特性感应电机机械特性和工作特性电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_20(3)(3)临界点临界点C C 在

13、该点处：在该点处：s=sms=sm，T=TmT=Tm，对应的电磁转矩是电动，对应的电磁转矩是电动机所能提供的最大转矩。机所能提供的最大转矩。TmTm是异步电动机回馈是异步电动机回馈制动状态所对应的最大转矩，若忽略制动状态所对应的最大转矩，若忽略r1r1的影响时，的影响时，有有T mT m=Tm=Tm。(4)(4)起动点起动点D D 在该点处：在该点处：s=1s=1，n=0n=0，T=TstT=Tst，I=IstI=Ist。感应电机机械特性和工作特性感应电机机械特性和工作特性电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_21l当当U1U1N时，求：时，求：Tf(s)l根据简化等效电路：

14、根据简化等效电路：U1Z1I1Im-I2Z2cZmZ12112cZZUI sRImPTssM2221，22122112 cXXsRcRUI感应电机机械特性和工作特性感应电机机械特性和工作特性电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_222212212211 cXXsRcRsRUmTs221221122112 cXXsRcRfsRpUmTl电磁转矩电磁转矩Te与电与电压、频率、绕组参压、频率、绕组参数、转差率有关。数、转差率有关。l当电压、频率、当电压、频率、绕组参数为常数时，绕组参数为常数时，电磁转矩仅与转差电磁转矩仅与转差率有关。率有关。lTf(s)感应电机机械特性和工作特性感

15、应电机机械特性和工作特性电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_23Tes01-+电动机状态电动机状态发电机状态发电机状态电磁制动状态电磁制动状态TmaxTstsm临界转差率临界转差率nnns感应电机机械特性和工作特性感应电机机械特性和工作特性电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_240dsdT，令：，令：时时当当： 212221212XXRcXXRcRsm 2112112212111211max44XXfpUmcXXRRcfpUmT得得：221221122112 cXXsRcRfsRpUmT：电动机：电动机：发电机：发电机感应电机机械特性和工作特性感应电机机

16、械特性和工作特性电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_25 212211211max4XXRsXXfpUmTm，0 . 36 . 1maxNTTTk过载能力：过载能力：结论：结论：l TmaxU12，但，但sm与与U1无关；无关；lTmax 、sm1/（X1X2）l Tmax1/f12；sm1/f1；1. Tmax与与R2无关，但无关，但smR2。2 . 01 . 0 感应电机机械特性和工作特性感应电机机械特性和工作特性电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_263 3、人为机械特性、人为机械特性l异步电动机的人为机械特性是指人为改变电动机异步电动机的人为机械

17、特性是指人为改变电动机的电气参数而得到的机械特性。的电气参数而得到的机械特性。l由参数表达式可知，改变定子电压由参数表达式可知，改变定子电压U U1 1、定子频率、定子频率f f1 1、极对数、极对数p p、定子回路电阻、定子回路电阻r r1 1和电抗和电抗x x1 1、转子回、转子回路电阻路电阻r r2 2和电抗和电抗x x2 2，都可得到不同的人为机，都可得到不同的人为机械特性。械特性。感应电机机械特性和工作特性感应电机机械特性和工作特性电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_27（1 1）降低定子电压的人为机械特性）降低定子电压的人为机械特性l在参数表达式中，保持其它参数

18、不变，只改变定在参数表达式中，保持其它参数不变，只改变定子电压子电压U U1 1的大小，可得改变定子电压的人为机械的大小，可得改变定子电压的人为机械特性。特性。l讨论电压在额定值以下范围调节的人为特性（为讨论电压在额定值以下范围调节的人为特性（为什么？）什么？）感应电机机械特性和工作特性感应电机机械特性和工作特性电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_28lT Tm mU U1 12 2；T TststU U1 12 2；n n1 1和和s sm m与电压无关与电压无关感应电机机械特性和工作特性感应电机机械特性和工作特性电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_2

19、9（2 2）定子回路串入对称电阻的人为机械特性）定子回路串入对称电阻的人为机械特性l当定子电阻当定子电阻r r1 1增大时，同步转速增大时，同步转速n n1 1不变，但临界不变，但临界转矩转矩T Tm m、临界转差率、临界转差率s sm m、起动转矩、起动转矩T Tstst都变小都变小感应电机机械特性和工作特性感应电机机械特性和工作特性电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_30感应电机机械特性和工作特性感应电机机械特性和工作特性电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_31定子回路串入对称电抗的人为机械特性定子回路串入对称电抗的人为机械特性l如果定子回路串入对称

20、的电抗，同步转速如果定子回路串入对称的电抗，同步转速n n1 1仍不仍不变，但临界转矩变，但临界转矩T Tm m、临界转差率、临界转差率s sm m、起动转矩、起动转矩T Tstst也都变小。两种接线可实际应用于鼠笼式异也都变小。两种接线可实际应用于鼠笼式异步电动机的起动，以限制起动电流。步电动机的起动，以限制起动电流。感应电机机械特性和工作特性感应电机机械特性和工作特性电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_32感应电机机械特性和工作特性感应电机机械特性和工作特性电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_33（3）转子回路串入对称电阻的人为机械特性）转子回路串入

21、对称电阻的人为机械特性感应电机机械特性和工作特性感应电机机械特性和工作特性电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_34分析分析l当转子电阻当转子电阻r r2 2增大时，同步转速增大时，同步转速n n1 1和临界转矩和临界转矩T Tm m不变，但临界转差率不变，但临界转差率s sm m变大，起动转矩变大，起动转矩T Tstst随转子随转子电阻电阻r r2 2增大而增大，直至增大而增大，直至T Tstst= =T Tm ml当转子电阻当转子电阻r r2 2再增大时，起动转矩再增大时，起动转矩T Tstst反而减小。反而减小。l转子串入对称三相电阻的方法应用于绕线式异步转子串入对称三

22、相电阻的方法应用于绕线式异步电动机的起动和调速。电动机的起动和调速。感应电机机械特性和工作特性感应电机机械特性和工作特性电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_35Tes01smU1U1U”1U1U1U1R”2R2R2R2TmaxR2R”2TmaxU12smR2重点重点0Tes1感应电机机械特性和工作特性感应电机机械特性和工作特性电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_360 . 36 . 1NststTTk起动转矩倍数：起动转矩倍数：1s令令：221221122112 cXXcRRfRpUmTst得得：1212 XXRRsstm令令：max221TTRXXRs

23、tst时时：当当 绕线型转子绕线型转子感应电机机械特性和工作特性感应电机机械特性和工作特性电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_37ssssTTmm2max22cosICTmT221221122112 cXXsRcRfsRpUmTiMPPT1简化简化定义定义基本基本参数参数感应电机机械特性和工作特性感应电机机械特性和工作特性电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_38不稳定不稳定运行区运行区稳定运行区稳定运行区根据：根据：nn1（1-s）Tf（s） nf（T）TenOnsTeTL稳定运行条件：稳定运行条件：dndTdndTL感应电动机的稳定运行区感应电动机的稳

24、定运行区域：从同步点到最大电磁域：从同步点到最大电磁转矩一段。转矩一段。感应电机机械特性和工作特性感应电机机械特性和工作特性电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_39感应电机机械特性和工作特性感应电机机械特性和工作特性电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_40前提条件前提条件U1U1N，f1fN 工作特性工作特性转速特性：转速特性：nf(P2)定子电流特性：定子电流特性：I1f(P2)功率因数特性：功率因数特性：cos1f(P2)电磁转矩特性：电磁转矩特性：Tf(P2)效率特性：效率特性：f(P2)P2Onf(P2)I1f(P2)I10cos1f(P2)Tf

25、(P2)T0f(P2)感应电机机械特性和工作特性感应电机机械特性和工作特性电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_41l直接负载法直接负载法：利于负载实验，计算：利于负载实验，计算工作特性，适用于中小容量的感应工作特性，适用于中小容量的感应电动机；电动机；l参数计算法参数计算法：在电动机参数已知的：在电动机参数已知的情况下，利用等效电路，通过迭代情况下，利用等效电路，通过迭代方法，计算工作特性和运行数据。方法，计算工作特性和运行数据。感应电机机械特性和工作特性感应电机机械特性和工作特性电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_42l额定效率额定效率N（75%95%

26、）l额定功率因数额定功率因数cosN（0.750.92）l最大转矩倍数最大转矩倍数kT（1.63.0）l起动转矩倍数起动转矩倍数kst（1.63.0）l起动电流倍数起动电流倍数i*st（5.07.0）感应电机机械特性和工作特性感应电机机械特性和工作特性电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_43U1 15U185UNT2TU12TmaxkTTNNNNTTTT156. 1%856 . 12max可正常运行可正常运行感应电机机械特性和工作特性感应电机机械特性和工作特性电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_44例题例题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：P PN N=330kW=330kW，U U1 N1 N= 6 0 0 0 V= 6 0 0 0 V ，I I1 N1 N= 4 7 A= 4 7 A ，K KT T= 1 . 9= 1 . 9 ， n nN N=240rpm=240rpm， ，E E2N2N=495V=495V，I I2N2N=410A,=410A,试用工程机算法计算异步电动机下列试用工