【PPT】三相异步电动机的机械特性及各种运转状态

第九章三相异步电动机的机械特性及各种运转状态第一节三相异步电动机机械特性的三种表达式主要研究三相异步电动机的机械特性及在各种运转状态下机械特性的计算介绍机械特性三种表达式的建立介绍固有机械特性与人为机械特性的分析及绘制方法分析三相异步电动机各种运转状态的物理概念实用条件及其四象限的固有机械特性与人为机械特性异步电动机参数的工程计算方法一.异步电动机机械特性的物理表达式1.异步电动机电磁转矩表达式:2.转矩常数表达式:3.转子电流表达式:)110(cos'2'2ICTmTJ)210(2111WTJkWpmC)310()/(2'22'2'2'2XsREI4.转子电路功率因数表达式:可以看出:转差与电流、功率因数的关系及异步电动机机械特性(图9-1)1.电流与转差关系(图9-1)I2'最初与s成正比地增加，s较大时，I2'增加逐步减缓2.功率因数与转差关系(图9-1)s=0，cos'2=1随着n的逐步下降，s增加，cos'2将逐步下降3.合成曲线两条曲线相乘，并乘以常数CTJΦm,即得n=f(T)的曲线，称为异步电动机的机械特性。反映了不同转速时T与Φm及转子电流的有功分量I2'cos'2间的关系在物理上，这三个量的方向遵循左手定则)410()/(/22'222'2'22'22'2'2'2osXsRRXsRsRos二.异步电动机机械特性的参数表达式采用参数表达式可直接建立异步电动机工作时转矩和转速关系并进行定量分析由异步电动机的近似等效电路:)1010()910(cos)810()710(cos)610(2)510(2'2'201'2'2'2'2'2'2'2'2'2010111'2sRImTZsRZIEIEmTpfkWfEmW)1410()()/(2'2121'2'2XXRsRUIX1.异步电动机的机械特性参数表达式2.异步电动机的机械特性因为异步电动机机械特性为二次方程式，所以在某一转差率sm时，转矩有一最大值Tm，该值称为异步电动机的最大转矩求出生产Tm时的转差sm)1510()()/(/2'2121'2'2201XXRsRsRUmTX)1610()(2'21'1'2XXRRSm3.对应异步电动机的最大转矩Tm为正号对应于电动机状态，而负号则适用于发电机状态考虑R1(X1+X2'),可得：可以看出：4.几点规律1)当电动机各参数及电源频率不变时，Tm与UX2成正比，sm因与UX无关而保持不变2)当电源频率及电压不变时，sm与Tm近似地与(X1+X2')成反比3)Tm与R2'之值无关，sm与R2'成正比)1710()([22'21211201XXRRUmTXm)1810('21'2XXRSm)1910()(2'21021XXUmTXm5.电动机过载倍数一般异步电动机的约等于1.8~3.0起重冶金机械用的电动机，可达3.5过载倍数是电动机短时过载的极限6.起动转矩倍数异步电动机起动转矩，即为S=1时电机的电磁转矩三.机械特性的实用表达式)2110(NmTTTK)2310(NststTTK考虑机械特性参数表达式及最大转矩Tm的表达式，机械特性可简化忽略R1可以得到异步电动机机械特性的实用表达式)2410(2)1(2'21'21RRsssssRRsTTmmmmmstKTKTKTKTKstK这里当电动机在额定负载下运行时，转差率很小，忽略，得:)2510(2ssssTTmmm)2610(NTmTKT)2710(9550NNNnPT)2810()1(2TTNmKKss)2910(00nnnsNN)3110(2ssTTmmmssNNNNNNNnPnPPT955026011000第二节三相异步电动机的机械特性一.异步电动机的固有机械特性异步电动机在下述条件下工作：额定电压额定频率电动机按规定接线方法接线定子及转子电路中不外接电阻（电抗或电容）时的机械特性曲线n=f(T)，称之为固有机械特性（图9-3）其中：电动状态最大转矩点回馈制动最大转矩点PP'起动点额定工作点同步速点最大转矩点ABH二.人为机械特性可见:回馈制动时异步电动机过载能力大于电动状态时的过载能力由电动机的机械特性参数表达式可见：异步电动机电磁转矩T的数值是由某一转速n（或s）下，电源电压Ux、电源频率f1、定子极对数p、定子及转子电路的电阻R1、R2'及电抗X1、X2'等参数决定人为地改变电源电压、电源频率、定子极对数、定子和转子电路的电阻及电抗等参数，可得到不同的人为机械特性。)3410()3310(''mmmmTTss(一)降低电源电压Ux最大转矩Tm及起动转矩Tst与Ux2成正比地降低；sm与Ux的降低无关1.降低电网电压对电动机的影响过载能力下降;负载电流上升.从机械特性物理表达式进行分析因为电网电压下降，电动机气隙磁通下降，所以在电动机带一定负载转矩情况下，转子电流增加2.降低电源电压的机械特性异步电动机降低电源电压的机械特性（图9-4）1.转子电路串联对称电阻时机械特性异步电动机转子电路串联对称电阻时机械特性（图10-5）2.转子电路串联对称电阻用途(1)绕线转子异步电动机的起动(2)调速(二)转子电路内串联对称电阻由(10-16)(10-17)知道：最大转矩Tm不变；sm随串联电阻增大而增加(三)定子电路串联对称电抗由(10-16)(10-17)知道：最大转矩Tm随串联电抗增大而减小；sm随串联电抗增大而减小1.转子电路串联对称电抗时机械特性异步电动机转子电路串联对称电抗时机械特性（图10-6）(四)定子电路串联对称电阻2.用途：用于笼型异步电动机的降压起动，以限制电动机的起动电流由(10-16)(10-17)知道：最大转矩Tm随串联电阻增大而减小；sm随串联电阻增大而减小1.转子电路串联对称电阻时机械特性异步电动机转子电路串联对称电阻时机械特性（图9-7）2.用途：用于笼型异步电动机的降压起动，以限制电动机的起动电流(五)转子电路接入并联阻抗1.电路异步电动机转子电路接入并联阻抗的电路(图10-8)2.机械特性3.对人为机械特性的解释1)起动初期;因为转子频率相当大，感抗较大，转子电流的大部分将流过电阻Rst所以起动转矩相当大,相当于转子电路串大电阻2)转子加速转子频率逐步降低，转子频率将变得很小，Xst之值很小所以相当于电动机转子串联很小对称电阻时的机械特性3)几乎恒定的转矩适当的参数配合，可使电动机在整个加速过程中产生几乎恒定的转矩4)电抗器参数选取接入并联阻抗的转子等效电路接入并联阻抗转子的等效电路（图9-9）其中：)3610()4~3(2'2RRXXstst)3710(162RRst第三节三相异步电动机的各种运转状态一.电动运行状态电动状态下异步电动机的机械特性（图9-10)二.制动运行状态有三种制动状况：*回馈制动状态*反接制动状态*和能耗制动状态(一)回馈制动状态回馈制动状态的特点是电动机转速高于同步速度1.位能负载的回馈制动状态带位能负载时进入回馈制动状态（图9-11)2.对回馈制动状态的说明位能负载使转速高于同步速度n0，即nn0时，转差率s=(n0-n)/n00，转子感应电动势sE2反向，转子电流的有功分量为I2a'转子电流的无功分量为I2r'当s变负后，转子电流的有功分量改变了方向，无功分量的方向不变)3810()/(/)/(/)/(2'22'2'2'22'22'2'22'22'2'2'2XsRsREXsRsRXsREIa)3910()/()/()/(2'22'2'2'22'22'2'22'22'2'2'2XsRXEXsRXXsREIr3.回馈制动状态时相量图可以绘出回馈制动状态下的相量图异步电动机处于回馈制动状态时的相量图（图10-12）4.回馈制动状态时的功率因为U1与I1之间的相位差角190°所以定子功率P1=m1U1I1cos1为负说明此时电动机将电能回馈电网由于I2'cos2为负所以T=CTJΦmI2'cos2也变为负，说明此时电动机电磁转矩与转向相反，因此这时的电动机既回馈电能，又在轴上产生机械制动转矩因为异步电动机轴上输出机械功率所以P2也变为负，说明此时电动机由轴上输入机械功率)4010(2TP5．回馈制动的机械特性异步电动机回馈制动时的机械特性（图10-13）6.回馈发电的问题回馈发电状态时由于转子电流的无功分量方向不变所以定子必须接到电网，并从电网吸取无功功率才能建立电动机的磁场如果在异步电动机定子脱离电网的同时，又希望能发电则定子三相必须接上连接成三角形或星形的三相电容器异步电动机定子连接三相电容器（图10-14）(二)反接制动状态当电容器接成三角形时，电容量取值C可参考下式选择I0--电动机的励磁电流（A），可取I0=0.3I1N电容器也可接成星形，这时电容量取值C参考下式选择分为转速反向的反接制动和定子两相倒相的反接制动反接制动状态的特点是电动机转速和旋转磁场方向相反1.转速反向的反接制动1)转速反向反接制动电路图)4110(21031160NUfIC)4210(2103160NUfIC2)对转速反向反接制动的说明异步电动机转速反向反接制动(图9-15)异步电动机转速反向反接制动时的机械特性(图9-16)转子转速方向与电动状态相反.因此转差率:)4310(1)(0000nnnnnns2.定子两相倒相的反接制动转子由定子输入的电功率（电磁功率）为转子轴上机械功率为s1，P2为负值，即电动机由轴上输入机械功率转子电路的损耗为DP2数值上等于PT与P2之和，所以反接制动时能量损耗极大3)用途可以用于稳定下放位能性负载1)定子两相倒相的反接制动电路图和机械特性)4410(3222sRRIPfT)4510()1(2sPPT)4510()1(2DsPPT(三)能耗制动状态异步电动机定子两相倒相的反接制动及其机械特性（图10-17）2)用途可以用于迅速停车或反向优点：制动效果强n0与原转速方向相反（即对应于n0）所以转差率:缺点：能量损耗大，制动准确度差1.方法由于定子两相绕组内通入直流电流，在定子内形成一固定磁场当转子旋转时，其导体即切割此磁场，在转子中产生感应电动势及转子电流.根据左手定则，可以确定出转矩的方向与电动机的转速方向相反，电动机产生的转矩为制动转矩)4710(10000nnnnnns2.电路图3.原理4.机械特性异步电动机能耗制动及其机械特性（图10-18）对能耗制动机械特性的定性解释（图10-18c）第四节计算异步电动机的参数1.异步电动机的产品目录中可以查到的技术数据如下：额定电压PN(kW)额定定子线电压U1N(V)额定定子线电流I1N(A)额定转速nN(r/min)额定效率ηN（%）定子额定功率因素cos1N过载倍数KT(KT=Tm/TN)飞轮距GD2对于绕线转子异步电动机（转子必接Y型），另提供数据:a)转子额定线电压U2N(V)b)转子额定线电流I2N(A)对于笼型异步电动机还提供数据:a)起动转距倍数Kstb)起动电流倍数KI在以上数据基础上，可以2.用工程计算法计算异步电动机参数：1)额定转距2)最大转距Tm3)绕线转子每相绕组电阻R2或4）电压比kY联结法：5）转子绕组每相电阻折算值R2')6910(9550NNNnPTNT)7010(NTmTKT)7110(3222NNNIESR)7210()1(31000222NNNNIsPsR)7510(95.0