三相异步电动机机械特性

1、4.1三相异步电动机的机械特性。作为一种将电能转化为机械能并驱动其他机器工作的设备，我们最关心的是电机的机械特性。三相异步电动机的机械特性是指在一定条件下转速n和转矩Tem之间的关系，n=f(Tem)。三相异步电动机的转速n和转差率s之间存在一定的关系，因此三相异步电动机的机械特性通常以Tem=f(s)的形式表示。4.1.1机械特性的表达。根据前一章的研究，我们知道三相异步电动机的等效电路图可以简化为如图4.1所示。从电路分析的角度来看，电磁功率是；图4.1三相异步电动机1的T型等效电路图。电磁转矩的物理表达式，我们可以通过整理公式得到它(用我们以前学过的公式)；上述公式(4-1)中的转矩常数

2、公式表明，电机的电磁转矩与主磁通和转子电流的有功分量成正比，从物理概念上反映了TEM、Tem和1之间的关系，符合左手定则。二、电磁转矩的参数表达式转子电流换算值为(4-2)，电磁转矩为(4-3)，方程(4-3)清楚地显示了电磁转矩、转差率和异步电动机各种参数之间的关系。根据这个公式，我们将分析三相异步电动机的固有特性和人工机械特性。4.1.2三相异步电动机的机械特性，1固有机械特性三相异步电动机的固有机械特性是指当电动机在额定电压和额定频率下工作，并按规定的方法接线，且定子和转子的外部电阻为零时，N(或S)与Tem之间的关系。对于某个马达。力学特性方程表明，只有n(或s)和Tem是变量，其余为

3、定值。由于力学特性方程是二次方程，Tem有一个最大值。以Tem为横轴，n(或s)为纵轴，绘制三相异步电动机的固有机械特性曲线，如图4.2所示。图4.2三相异步电动机的固有机械特性曲线从图中可以看出，整个机械特性可以分为两部分。(1)氢磷部分在sms0范围内。在这一部分，随着电磁转矩Tem的增加，转速降低。根据电力系统的稳定运行条件，该部分为稳定运行部分，电机应在此范围内工作。此时，机械特性曲线近似为直线。(2)零件号在1秒内。在这一部分，随着扭矩的降低，转速也降低。这个区域称为不稳定运行区域，三相异步电动机一般不能在这个范围内稳定工作。因此，这部分有时会被称为非工作部分。为了进一步描述三相异步

4、电动机的机械特性，下面重点介绍反映电动机运行的几个特殊点。(1)理想空载点h为n=n1，s=0。电磁转矩Tem=0，因为转子电流I2=0，定子电流I1=I0。(2)最大转矩点p，对于三相异步电动机，通过数学推导，dTem/ds=0，可以看出产生最大转矩Tm时的临界转差率为(4-4)，那么最大电磁转矩Tm可以得到为；(4-5)由于疏忽造成的近似表达；进一步可知，三相异步电动机的临界滑差与电源电压U1无关，只与电动机自身参数有关，与转子电阻成正比，因此改变转子电阻(如在绕线式异步电动机的转子电路中串联变阻器)可以改变临界滑差。三相异步电动机的最大电磁转矩与转子电阻无关。因此，电机的转子电阻不会影响

5、电机的最大扭矩，只会在产生最大扭矩时影响转差率。最大电磁转矩与电源电压U1的平方成正比，而临界转差率与此无关最大电磁转矩与额定转矩之比称为过载能力，即其值可在电机技术数据中找到：通用异步电机的值在1.62.5之间，专用电机(如起重和冶金电机)的值在3.33.4之间。它是异步电动机的一个重要参数，反映了电动机承受负载波动的能力。(3)起始点A当电机在起始点A工作时，n=0，s=1。是电机的启动扭矩或锁定转子扭矩。在电机能够启动之前，电机的启动扭矩必须大于电机负载的扭矩。因此，堵转转矩是衡量电机起动性能的一项技术指标。从机械特性方程可以知道：(4-6)从公式可以知道，起动转矩与电源电压的平方成正比

6、，并且还受转子电阻的影响。为了测量电动机的起动性能，我们使用起动转矩与电动机额定转矩的比值。也就是说，它被称为起动转矩倍数，它反映了电动机的起动能力。一般在1.82.0之间。(4)当额定点N电机在额定点工作时，可从铭牌上得知，并由铭牌参数计算得出。额定工作点是期望的工作点。人为机械特性所谓三相异步电动机的人为机械特性是指通过人为改变电动机的某些参数或电源电压而获得的机械特性，人为机械特性的目的是获得所需的拖动性能。从上面可以看出，机械特性将通过改变电机转子绕组中的电阻或改变电源电压而改变。下面的讨论集中在这两个常用的人工机械特性上。(1)电源电压降低时的人工机械特性。当电源电压降低时，电机的转

7、矩(包括或)将根据电压的平方而减小，但临界转差率将保持不变。图4.3显示了不同电压下电机的人工特性曲线。从图中可以看出，降压后机械特性变得“软”，启动能力和过载能力都降低。如果此时负载扭矩大于电磁扭矩，它将停止运行；如果此时的负载转矩小于电磁转矩，操作可以继续，但是转速N降低，滑差S增加，并且转子电动势增加，导致电流增加和电机过载。这种长期过载会导致电机温升超过允许值，影响电机的使用寿命，甚至烧毁绕组。图4.3三相异步电动机降低电源电压时的人工机械特性和(2)转子电路串联对称电阻的人工机械特性。从公式(4-4)、(4-5)和(4-6)可知，起动转矩将改变，最大转矩将保持不变。人工机械特性曲线如图5.4所示。从图中可以看出，在一定范围内增加转子电阻可以增加电机的起动转矩，所以绕组异步电机主要用于起重机械。然而，如果在串联一定值的电阻后，转子电阻持续增加，则起动转矩将开始降低。上述三相异步电动机的机械性能都是通过分析特征方程得到的。但方程复杂，一般情况下，