第二章-三相异步电动机的机械特性

第二章三相异步电动机的机械特性180tXBZ1nAYC60tAXYCBZSN1n60A120tXYCBZ1nAiBiCitmIBiAXBYCZAiCi旋转磁场的转速大小分）转/(601fn一个电流周期，旋转磁场在空间转过360°电流频率为fHz，则磁场1/f秒旋转1圈，每秒旋转f圈。每分钟旋转：n1称为同步转速分转/3000,501nHzfXNSASNZB'X'AYC'Z'B'C'Y0t分）转/(601pfn60t'A0nAZ'XXC'Z'CSNSN30极对数和转速的关系AiBiCimIt电动机转速和旋转磁场同步转速的关系电动机转速（额定转速）:n电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但异步电动机1nn无转距转子与旋转磁场间没有相对运动无转子电动势（转子导体不切割磁力线）无转子电流提示：如果1nn转差率的概念：)(s%10011nnns异步电机运行中:%9~1s转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。即：电动机起动瞬间:1,0sn（转差率最大）转差率最小），转子最大转速(01snn10ss范围：分）转/(6011pfn1nnns1转子感生电流的频率：pnnf6012111160sfpnnnnpnf6011例1：三相异步电动机p=3，电源f1=50Hz，电机额定转速n=960r/min。求：转差率s，转子电动势的频率f2min/1000350606011rpfn同步转速：04.01000960100011nnns转差率：Hzsff25004.012一、三相异步电动机的“电－磁”关系§8.2三相异步电动机的机械特性定子电路i2R1R2i1u1e1e2：主磁通产生的感应电动势e1e2、转子电路dtdNeeRiu111111设：tsin1mΦ则：tΦNum1111cos定子边：YBZXACmmmΦNffΦNΦNU111111144.42/22/tΦNum1111cosmΦNfUE111144.4i2R1R2i1u1e1e211144.4NfUΦm2f：转子感应电动势的频率2N：转子线圈匝数2f取决于转子和旋转磁场的相对速度12sffmΦNfE22244.4同理可得：mΦNfUE111144.4i2R1R2i1u1e1e2YBZXAC202122222sXLsfLfX的最大值）（时的22212020212221,44.444.444.4EEsΦNfEsEΦNsfΦNfEmmmi2R1R2i1u1e1e222022202)(sXRsEI222222XREI转子电流1nnns1转子功率因数220222222222)(cossXRRXRR22022202)(sXRsEI对于某一台异步电动机来说，R2及X20和E20基本上是不变的，故I2与cosψ2均随s的变化而变化，一般可用曲线表示出它们之间的变化关系，如图所示。转子电流从公式和图中看出，当定子电源电压U不变时，异步电动机的转差率S愈大，转子电流I2愈大，cosφ2愈小。想一想，电机起动时，I2，cosφ2的情况。由图看出：当s=1时，则I2很大，即起动时转子中的起动电流很大，当s=0时，I2很小，即正常运行时转子电流较小。当s=1时，由于只R2《X20，故cosψ2很小，即电动机起动时转子功率因数很低。当s=0时，则cosψ2≈1，即正常运行时功率因数较高。22022202)(sXRsEI2202222)(cossXRR电磁转矩T：转子中各载流导体在旋转磁场的作用下,受到电磁力所形成的转距之总和。22cosIΦKTmT常数每极磁通转子电流转子电路的2cos转矩公式的推导（牛顿米）•由于异步电动机的起动转矩不大，因此用来拖动机械的异步电动机可先空载起动，待升速后再用机械离合器加上负载。思考题•1、根据旋转磁场的转速公式当f1=50HZ时,则两极异步电动机(p=1)和四极异步电动机(p=2)的额定转速分别为3000r/min和1500r/min.()•2.转差率s是分析异步电动机的运行性能的一个重要参数,当电动机转速越快时,则对应的转差率也就越大.（）•3、异步电动机转差率s越大，转子电流I2越大。（）22022202)(sXRsEI思考题•4、异步电动机起动时，起动电流大但起动转矩却不大，为什么？22cosIKTmT22cosIKTmT21220222)(UsXRsRKT得到转矩公式22022202)(sXRsEI2202222)(cossXRR将其中参数代入：11144.4NfUΦmmΦNfE212044.4二、三相电动机的机械特性21220222)(UsXRsRKT根据转矩公式得特性曲线：11nnns三个重要转矩NT额定转矩：电机在额定电压下，以额定转速运行，输出额定功率时，电机转轴上输出的转矩。NPNn(1))/()(9550602分转千瓦NNNNNnPnPT（牛顿•米）如果电机将会因带不动负载而停转。maxTTL最大转矩：(2)maxT电机带动最大负载的能力。求解0ST21220222)(UsXRsRKT202XRsm2021max21XKUTsm─临界转差率过载系数：NTTmax三相异步机2.2~8.12021max21XKUT当负载转矩超过最大转矩时，电动机就带不动了，发生所谓闷车现象。一闷车后，电动机的电流马上升高六，七倍，电机严重过热，以致烧坏。电动机的最大过载可以短时间地接近最大转矩，电机不至于立即过热，是容许的。因此最大转矩也表示电动机短时容许的过载能力。过载系数：NTTmax三相异步机2.2~8.1工作时，一定令负载转矩，否则电机将停转。致使注意：（1）三相异步机的和电压的平方成正比，所以对电压的波动很敏感，使用时要注意电压的变化。maxTmaxTTL（2）0n121)(sII2021max21XKUT电机严重过载22022202)(sXRsEIi2R1R2i1u1e1e2stT起动转矩：(3)电机起动时的转矩。21220222)(UsXRsRKT0n1)(s其中则21220222)(UXRRKTstLstTTstT体现了电动机带载起动的能力。若电机能起动，否则将起动不了。启动转矩倍数Kst=Tst/TNY和Y2系列Kst约为2.0思考题•1、三相异步电动机正在运行时，转子突然被卡住，这时电动机的电流会（）•a、增加b、减小c、等于零•2、三相鼠笼式异步电动机在额定电压和额定频率下，空载起动比满载起动的起动转矩（）•A、小B、大C、相同答案：C•3、若交流异步电动机的供电电源电压降低了，此时电动机转子电磁起动转矩（）•A、增加B、减小C、不变22022202)(sXRsEI21220222)(UsXRsRKT)(Tfn机械特性曲线启动：TstTL(负载转矩)，电机启动转速n，转矩Tc点：转矩达最大Tmax，转速n继续，T，沿cb走b点：T=TL，转速n不再上升，稳定运行电动机的自适应负载能力电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整，这种能力称为自适应负载能力。稳定运行段•通常三相异步电动机都工作在特性曲线的abc段。当负载转矩增大(譬如车床切削时的吃刀量加大，起重机的起重量加大)时，在最初瞬间电动机的转矩TTL，所以它的转速n开始下降。随着转速的下降，由图可见，电动机的转矩增加了，因为这时转子电流I2增加的影响超过功率因数cosψ２减小的影响。当转矩增加到T=TL时，电动机在新的稳定状态下运行，这时转速较前为低。但是，abc段比较平坦，当负载在空载与额定值之间变化时，电动机的转速变化不大。这种特性称为硬的机械特性。三相异步电动机的这种硬特性非常适用于一般金属切削机床。22cosIΦKTmT稳定运行段22022202)(sXRsEI三相异步电动机，额定功率PN=10kW，额定转速nN=1450r/min，启动转矩倍数Tst/TN=1.2，过载系数=1.8。)/()(9550分转千瓦NNNnPT（1）额定转矩TN米牛顿9.651450109550（2）启动转矩Tst792.1NstTT（3）最大转矩Tmax6.1189.658.1NmTTaxn1TnTmaxTstTNcbs=0s=1a思考题•1、三相异步电动机要保持稳定运行,则其转差率S应该()•A.小于临界转差率B等于临界转差率C.大于临界转差度•2、三相异步电动机在机械特性曲线的稳定段运行时,当负载转矩减小,则电动机的转速将有所增加,电流及电磁转矩将减小。()•3、若三相异步电动机在机械特性曲线的稳定段斜率小，则该电机的机械特性硬。（）•4、电动机在运行中拖动的负载转矩TL必须小于电动机的最大转矩Tmax，电动机才能稳定运行。（）稳定运行段22022202)(sXRsEI5.1.2三相异步电动机的固有机械特性和人为机械特性一、固有机械特性固有机械特性是指电动机在额定电压和额定频率下，按规定的接线，定、转子电路不外接阻抗时的机械特性。sn0nNsNnmsm10TNTstTmTem几个特殊点：ABCD1.起动点A:01emstn,s,TT2.最大转矩点B:mmemmnn,ss,TT3.额定运行点CNmemNnn,ss,TT4.同步运行点D100emnn,s,T也称理想空载工作点21220222)(UsXRsRKT二、人为机械特性人为机械特性是指人为改变电源参数或电动机参数而得到的机械特性。1.降压时的人为机械特性snsm10TNUN0n10.8UN下降后,和均下降,但不变,和减少。1UmTstTmsstkT如果电机在额定负载下运行,下降后,下降,增大,转子电流因增大而增大,导致电机过载。长期欠压过载运行将使电机过热，减少使用寿命。1Uns22sEsE22022202)(sXRsEISm称为临界转差率21220222)(UsXRsRKT21220222)(UsXRsRKT机械特性和电路参数的关系21~UT和电压的关系snsm10TLUN0n10.8UN在同一转差率情况下，人为特性与固定特性的转矩之比等于电压的平方之比。降压时的人为机械特性•在绘制降低电压的人为特性时，是以固有特性为基础，在不同的S处，取固有特性上对应的转矩乘降低电压与额定电压比值的平方，即可作出人为特性曲线，电压愈低，人为特性曲线愈往左移。由于异步电动机对电网电压的波动非常敏感，运行时，如电压降低太多，会大大降低它的过载能力与启动转矩，甚至使电动机发生带不动负载或者根本不能启动的现象。snsm10TLUN0n10.8UN21220222)(UsXRsRKT2.转子回路串电阻时的人为机械特性串电阻后,、不变，增大。nmTms在一定范围内增加电阻，可以增加。当时，若再增加电阻，减小。stT1msstmTTstT串电阻后，机械特性线性段斜率变大，特性变软。除了上述特性外，还有改变电源频率、极对数等人为机械特性。21220222)(UsXRsRKT10TstTmTemsn0n1smR2TstsmR2+Rs和转子电阻的关系22'RR2'RR2的改变：鼠笼式电机转子导条的金属材料不同，线绕式电机外接电阻不同。2Rmsms'0TnstTstTmmss'ststTT结论：机械特性的软硬硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。软特性：负载增加转速下降较快，但起动转矩大，起动特性好。硬特性（R2小）软特性（R2大）0Tn不同场合应选用不同的电机。如金属切削，选硬特性电机；重载起动则选软特性电机。思考题•1.电动机的最大电磁转矩与电源电压的平方成正比。（）•2.起动电流会随着转速的升高而逐渐减小，最后达到稳定值。（）snsm10T