5.3三相异步电动机的转矩特性和机械特性.ppt

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1、53 三相异步电动机的转矩特性和机械特性三相异步电动机的转矩特性和机械特性 一、三相异步电动机的定子电路一、三相异步电动机的定子电路 三相异步电动机的电磁关系同变压器类似，定子绕组相当于变三相异步电动机的电磁关系同变压器类似，定子绕组相当于变压器的原绕组，转子绕组（一般是短接的）相当于副绕组。压器的原绕组，转子绕组（一般是短接的）相当于副绕组。定子绕组接上三相电源电定子绕组接上三相电源电压（相电压为压（相电压为u1）时，则有三时，则有三相电流通过（相电流为相电流通过（相电流为i1），），定定子三相电流产生旋转磁场，其子三相电流产生旋转磁场，其磁力线通过定子和转子铁心而磁力线通过定子和转子铁心而

2、闭合，这磁场不仅在转子每相闭合，这磁场不仅在转子每相绕组中要感应出电动势绕组中要感应出电动势e2，而而且在定子每相绕组中也要感应且在定子每相绕组中也要感应出电动势出电动势e1 设设定定子子和和转转子子每每相相绕绕组组的的匝匝数数分分别别为为N1和和N2，如如图图所所示示电电路路图是三相异步电动机的一相电路图。图是三相异步电动机的一相电路图。旋转磁场的磁感应强度沿定子与转子间空气隙的分布是近于按旋转磁场的磁感应强度沿定子与转子间空气隙的分布是近于按正弦规律分布的，因此，当其旋转时，通过定子每相绕相的磁通也正弦规律分布的，因此，当其旋转时，通过定子每相绕相的磁通也是随时间按正弦规律变化的，是随时间

3、按正弦规律变化的，定子每相绕组中产生的定子每相绕组中产生的感应电动势感应电动势为：为：它也是正弦量，其有效值为：它也是正弦量，其有效值为：式中，式中，f1为为e1的频率。的频率。因为旋转磁场和定子间的相对转速为因为旋转磁场和定子间的相对转速为n0，所以所以 它等于定子电流的频率，即它等于定子电流的频率，即 定子每相绕组中还要产生定子每相绕组中还要产生漏磁电动势漏磁电动势 加在定子每相绕组上的电压也分成三个分量，即加在定子每相绕组上的电压也分成三个分量，即 如用复数表示，则为如用复数表示，则为 式式中中，和和 ()为为定定子子每每相相绕绕组组的的电电阻阻和和漏漏磁磁感感抗。抗。由由于于R1和和X

4、1较较小小，其其上上电电压压降降与与电电动动势势E1比比较较起起来来，常常可可忽忽略略，于是于是二、三相异步电动机的转子电路二、三相异步电动机的转子电路 旋转磁场在转子每相绕组中感应出的电动势为旋转磁场在转子每相绕组中感应出的电动势为 其有效值为其有效值为 式中，式中，f2为转子电动势为转子电动势e2或转子电流或转子电流i2相对于旋转磁场的频率相对于旋转磁场的频率.因为旋转磁场和转子间的相对转速为因为旋转磁场和转子间的相对转速为 n0-n 在在 n=0，即，即S=1时，转子电动势为时，转子电动势为为转子最大电动势为转子最大电动势 可见转子电动势可见转子电动势E2与转差率与转差率S有关。有关。和

5、和定定子子电电流流一一样样，转转子子电电流流也也要要产产生生漏漏磁磁通通，从从而而在在转转子子每每相相绕组中还要产生漏磁电动势。绕组中还要产生漏磁电动势。因此，对于转子每相电路，有因此，对于转子每相电路，有 如用复数表示，则为如用复数表示，则为 式中，式中，R2和和X2转子每相绕组的电阻和漏磁感抗转子每相绕组的电阻和漏磁感抗 在在 n=0 ，即即 S=1 时，转子感抗为时，转子感抗为为转子最大感抗为转子最大感抗 可见转子感抗可见转子感抗E2与转差率与转差率S有关。有关。转子每相电路的电流为转子每相电路的电流为 可见转子电流可见转子电流I2也与转差率也与转差率S有关。当有关。当S增大，即转速增大

6、，即转速n降低时，降低时，转子与旋转磁场间的相对转速增加，转子导体被磁力线切割的速度转子与旋转磁场间的相对转速增加，转子导体被磁力线切割的速度提高，于是提高，于是E2增加，增加，I2也增加。也增加。三、转矩特性三、转矩特性 电电磁磁转转矩矩（以以下下简简称称转转矩矩）是是三三相相异异步步电电动动机机最最重重要要的的物物理理量量之一。机械特性是它的主要特性。之一。机械特性是它的主要特性。所以所以因为因为转矩特性转矩特性 式中，式中，K与电动机结构参数、电源频率有关的一个常数；与电动机结构参数、电源频率有关的一个常数；U1、U定子绕组电压，电源电压；定子绕组电压，电源电压；R2转子每相绕组的电阻；

7、转子每相绕组的电阻；X20 电动机不动（电动机不动（S=1）时转子每相绕组的感抗。时转子每相绕组的感抗。四机械特性四机械特性 在在异异步步电电动动机机中中，转转速速 n=(1-S)n0，为为了了符符合合习习惯惯画画法法，可可将将曲曲线换成转速与转矩之间的关系曲线，即称为异步电动机的机械特性。线换成转速与转矩之间的关系曲线，即称为异步电动机的机械特性。1固有机械特性固有机械特性 异异步步电电动动机机在在额额定定电电压压和和额额定定频频率率下下，用用规规定定的的接接线线方方式式，定定子子和和转转子子电电路路中中不不串串联联任任何何电电阻阻或或电电抗抗时时的的机机械械特特性性称称为为固固有有（自然）

8、机械特性。（自然）机械特性。根据根据 三相异步电动机的固有机械特性曲线如图所示。三相异步电动机的固有机械特性曲线如图所示。从从特特性性曲曲线线上上可可以以看看出出，其其上上有有四四个个特特殊殊点点可可以以决决定定特特性性曲曲线线的的基基本本形形状状和和异异步步电电动动机机的的运运行性能，这四个特殊点是：行性能，这四个特殊点是：电电动动机机处处于于理理想想空空载载工工作作点点，此此时时电电动动机机的的转转速速为为理理想想空空载载转转速。速。电动机额定工作点。此时额定转电动机额定工作点。此时额定转矩和额定转差率为矩和额定转差率为 式中式中:PN电动机的额定功率；电动机的额定功率；nN电动机的额定转

9、速，一般电动机的额定转速，一般 SN电动机的额定转差率，一般电动机的额定转差率，一般 TN电动机的额定转矩。电动机的额定转矩。电动机的启动工作点。电动机的启动工作点。将将S=1代入转矩公式中，可得代入转矩公式中，可得 可见，异步电动机的启动转矩可见，异步电动机的启动转矩Tst与与U、R2及及X20有关。有关。当当施加在定子每相绕组上的电压降低时，启动转矩会明显减小；施加在定子每相绕组上的电压降低时，启动转矩会明显减小；当转子电阻适当增大时，启动转矩会增大；当转子电阻适当增大时，启动转矩会增大；而若增大转子电抗则会使启动转矩大为减小。而若增大转子电抗则会使启动转矩大为减小。通常把在固有机械特性上

10、启动转矩通常把在固有机械特性上启动转矩Tst与额定转矩与额定转矩TN之比之比 st=Tst/TN 作为衡量异步电动机启动能力的一个重要数据。一般作为衡量异步电动机启动能力的一个重要数据。一般 电动机的临界工作点。电动机的临界工作点。欲求转矩的最大值，可令欲求转矩的最大值，可令 得临界转差率得临界转差率 再将再将Sm代入转矩公式中，即可得代入转矩公式中，即可得 通常把在固有机械特性上最大电磁转矩与额定转矩之比通常把在固有机械特性上最大电磁转矩与额定转矩之比 称为电动机的过载能力系数。它表征了电动机能够承受冲击负称为电动机的过载能力系数。它表征了电动机能够承受冲击负载的能力大小，是电动机的又一个重

11、要运行参数。载的能力大小，是电动机的又一个重要运行参数。鼠笼式异步电动机鼠笼式异步电动机 线绕式异步电动机线绕式异步电动机2人为机械特性人为机械特性 由上述分析可知：异步电动机的机械特性与电动机的参数有关，由上述分析可知：异步电动机的机械特性与电动机的参数有关，也与外加电源电压、电源频率有关，将关系式中的参数人为地加以也与外加电源电压、电源频率有关，将关系式中的参数人为地加以改变而获得的特性称为异步电动机的人为机械特性。改变而获得的特性称为异步电动机的人为机械特性。改改变变定定子子电电压压U、定定子子电电源源频频率率f、定定子子电电路路串串入入电电阻阻或或电电抗抗、转转子电路串入电阻或电抗子电

12、路串入电阻或电抗等，都可得到异步电动机的人为机械特性。等，都可得到异步电动机的人为机械特性。（1）降低电动机电源电压时的人为特性）降低电动机电源电压时的人为特性 不变不变不变不变随着电压的减小而大大地减小随着电压的减小而大大地减小随着电压的减小而大大地减小随着电压的减小而大大地减小 改变电源电压时的人为特性如图所示：改变电源电压时的人为特性如图所示：如当定子绕组外加电压为如当定子绕组外加电压为UN、0.8UN、0.5UN时，转子输出最时，转子输出最大转矩分别为大转矩分别为Ta=Tmax、Ta=0.64Tmax和和Ta=0.25Tmax。可见，电压可见，电压愈低，人为特性曲线愈往左移。愈低，人为

13、特性曲线愈往左移。由由于于异异步步电电动动机机对对电电网网电电压压的的波波动动非非常常敏敏感感，运运行行时时，如如电电压压降降低低太太多多，会会大大大大降降低低它它的的过过载载能能力力与与启启动动转转矩矩，甚甚至至使使电电动动机机发发生带不动负载或者根本不能启动的现象。生带不动负载或者根本不能启动的现象。例如，电动机运行在额定负载例如，电动机运行在额定负载 TN 下，即使下，即使 m=2，若电网电压若电网电压下降到下降到 70%UN，则由于这时则由于这时 此外，电网电压下降此外，电网电压下降 ，在负载不变的条件下，将使电动机转，在负载不变的条件下，将使电动机转速下降，转差率速下降，转差率S 增

14、大，电流增加，引起电动机发热甚至烧坏。增大，电流增加，引起电动机发热甚至烧坏。电动机也会停转电动机也会停转（2）定子电路接入电阻或电抗时的人为特性）定子电路接入电阻或电抗时的人为特性 在电动机定子电路中外串电阻或电抗后，电动机端电压为电源在电动机定子电路中外串电阻或电抗后，电动机端电压为电源电压减去定子外串电阻上或电抗上的压降，致使定子绕组相电压降电压减去定子外串电阻上或电抗上的压降，致使定子绕组相电压降低低,这种情况下的人为特性与降低电源电压时的相似这种情况下的人为特性与降低电源电压时的相似.。（3）改变定子电源频率时的人为特性）改变定子电源频率时的人为特性 一般变频调速采用恒转矩调速，一般

15、变频调速采用恒转矩调速，即希望最大转矩保持为恒值，为此在即希望最大转矩保持为恒值，为此在改变频率的同时，电源电压也要作相改变频率的同时，电源电压也要作相应的变化，使应的变化，使 U/f =C ，这在实质上这在实质上是使电动机气隙磁通保持不变。是使电动机气隙磁通保持不变。因此，改变电源频率的机械特性因此，改变电源频率的机械特性如图所示如图所示（4）转子电路串电阻时的人为特性）转子电路串电阻时的人为特性 在在三三相相线线绕绕式式异异步步电电动动机机的的转转子子电电路路中中串串入入电电阻阻后后见见图图(a)，转子电路中的电阻为转子电路中的电阻为不变不变不变不变随着串接电阻的增加而增大随着串接电阻的增加而增大，此时的人为特性将是一根比固有特性较软的一条曲线，如图此时的人为特性将是一根比固有特性较软的一条曲线，如图所示。所示。