三相感應(yīng)電動機(jī)的機(jī)械特性

1、三相感應(yīng)電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和機(jī)械特性三相感應(yīng)電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和機(jī)械特性一、機(jī)械特性的三種表達(dá)式一、機(jī)械特性的三種表達(dá)式1、物理表達(dá)式、物理表達(dá)式2、參數(shù)表達(dá)式、參數(shù)表達(dá)式3、實(shí)用表達(dá)式、實(shí)用表達(dá)式電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系曲線，是電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系曲線，是電動機(jī)的機(jī)械特性機(jī)械特性。 )(),(sfTnfTememrMMNememICICIfkNpfmpfIEmPT2122122111111122211coscos244.4/2cos反映了感應(yīng)電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與氣隙每極磁通和轉(zhuǎn)子電反映了感應(yīng)電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與氣隙每極磁通和轉(zhuǎn)子電流有功分量的乘積成正比的物理本質(zhì)。流有功分量的乘積成正比的

2、物理本質(zhì)。電磁轉(zhuǎn)矩的物理表達(dá)式電磁轉(zhuǎn)矩的物理表達(dá)式2221cosIEmPem22122112)(xxsrrUI根據(jù)簡化電路得到的轉(zhuǎn)子電流機(jī)械特性的參數(shù)表達(dá)式 602122211nsrImPPTemem221221221111xxsrrsrUmTem電磁轉(zhuǎn)矩的參數(shù)表達(dá)式：電磁轉(zhuǎn)矩的參數(shù)表達(dá)式：幾個關(guān)鍵點(diǎn)幾個關(guān)鍵點(diǎn)： 起動點(diǎn)起動點(diǎn) 最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn) 額定工作點(diǎn)額定工作點(diǎn) 電動，電動， Tem與與 n同向同向發(fā)電，發(fā)電，nn1制動制動Tem與與 n反向反向電磁轉(zhuǎn)矩的參數(shù)表達(dá)式（電磁轉(zhuǎn)矩的參數(shù)表達(dá)式（2）TemS,nSmTmaxTstS=0n=n1S=1n=0異步電動機(jī)的異步電動機(jī)的T-s曲線上有

3、一個最高點(diǎn)；曲線上有一個最高點(diǎn)； 最大轉(zhuǎn)矩可以根據(jù)高等數(shù)學(xué)中求極值的方法求得。最大轉(zhuǎn)矩可以根據(jù)高等數(shù)學(xué)中求極值的方法求得。 221212)(0 xxrrsdsdTmem令：2212112111max21xxrrUmT代入轉(zhuǎn)矩公式，得代入轉(zhuǎn)矩公式，得過載能力：最大轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比：過載能力：最大轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比：NmTTmax過載倍數(shù)過載倍數(shù)最大轉(zhuǎn)矩，過載能力最大轉(zhuǎn)矩，過載能力電動機(jī)狀態(tài)為電動機(jī)狀態(tài)為+)2 . 26 . 1 (6 . 1一般m最大轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比；最大轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比； 與轉(zhuǎn)子電阻無關(guān)與轉(zhuǎn)子電阻無關(guān).最大轉(zhuǎn)矩的位置與電壓無關(guān)最大轉(zhuǎn)矩的位置與電壓無關(guān).可以可以 由

4、轉(zhuǎn)子電阻的大小來調(diào)整；由轉(zhuǎn)子電阻的大小來調(diào)整；最大轉(zhuǎn)矩近似最大轉(zhuǎn)矩近似與漏電抗成反比與漏電抗成反比； 關(guān)于最大轉(zhuǎn)矩的幾個重要結(jié)論關(guān)于最大轉(zhuǎn)矩的幾個重要結(jié)論2212112111max21xxrrUmTTemS, nSmTmax Tst221212)(xxrrsm異步電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比；異步電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比； 總漏抗越大，起動轉(zhuǎn)矩越小；總漏抗越大，起動轉(zhuǎn)矩越?。?繞線式異步電動機(jī)可以在轉(zhuǎn)子回路串入繞線式異步電動機(jī)可以在轉(zhuǎn)子回路串入適當(dāng)適當(dāng)?shù)牡碾娮杩梢栽龃笃饎愚D(zhuǎn)矩；電阻可以增大起動轉(zhuǎn)矩； 起動轉(zhuǎn)矩起動轉(zhuǎn)矩22122122111)()(1xxrrrUmTst 當(dāng)當(dāng) 時

5、，時， sm=1,起動轉(zhuǎn)矩起動轉(zhuǎn)矩最大。最大。電源頻率提高，起動轉(zhuǎn)矩下降。電源頻率提高，起動轉(zhuǎn)矩下降。起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)要求：要求：221212)(xxrrNstststTTTk/倍7, 21stIstststTIkTk電磁轉(zhuǎn)矩的實(shí)用計(jì)算公式電磁轉(zhuǎn)矩的實(shí)用計(jì)算公式srrsrxxrfsrpUmTem2122221211221122msrxxr222121msrrfpUmT211211max4srrsrsrfsrpUmTmem21222212211222212112111max21xxrrUmTmmmsrrsrfTsrrfTpUm2211max211max21114*4*電磁轉(zhuǎn)矩的實(shí)用計(jì)算公

6、式電磁轉(zhuǎn)矩的實(shí)用計(jì)算公式srrsrsrfssrrrsTfsrrsrsrfsrpUmTmmmmem21222212221max12122221221122)1(*4222121max222rsrssssrsrTTmmmmem212rsrmms分子和分母中分子和分母中 相對較小相對較小值在值在0.120.20范圍內(nèi)范圍內(nèi),mmsrrsrfTpUm2211max21114*通過銘牌數(shù)據(jù)求取電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的方法。通過銘牌數(shù)據(jù)求取電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的方法。轉(zhuǎn)矩的實(shí)用計(jì)算公式轉(zhuǎn)矩的實(shí)用計(jì)算公式NmmNNmssssTT21max12mmNmssssssTTmm2max2由由求出求出已知已知T2可求出可求出s由由已知已知

7、s可求出可求出T2線性時2maxmax222TTssssTTsssmmmNNmTTmax負(fù)載特性負(fù)載特性Tz=f(n)1 、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載1 ) 位能性負(fù)載位能性負(fù)載 TZ的大小和方向與轉(zhuǎn)速無關(guān)的大小和方向與轉(zhuǎn)速無關(guān)2 ) 反抗性負(fù)載反抗性負(fù)載(磨擦磨擦) TZ的大小與轉(zhuǎn)速無關(guān)的大小與轉(zhuǎn)速無關(guān),方方向始終與向始終與Tz相反相反2 、風(fēng)機(jī)、水泵類負(fù)載、風(fēng)機(jī)、水泵類負(fù)載3 、恒功率、恒功率 負(fù)載負(fù)載31310220nknkpPzknknkTzTemS,nSmTmaxTstS=0S=1dtdnKdtdJTTZem負(fù)載特性負(fù)載特性Tz=f(n)TemS,nSmTmaxTstS=0S=1dtdn

8、KdtdJTTZem轉(zhuǎn)矩平衡點(diǎn)轉(zhuǎn)矩平衡點(diǎn)0ZemTT穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)：穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)：受到擾動后受到擾動后TTzTZ應(yīng)能達(dá)到新的平衡點(diǎn)，應(yīng)能達(dá)到新的平衡點(diǎn)，擾動消除后，擾動消除后，應(yīng)能回到原平衡點(diǎn)運(yùn)行應(yīng)能回到原平衡點(diǎn)運(yùn)行0T圖中白點(diǎn)不穩(wěn)定圖中白點(diǎn)不穩(wěn)定對于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，對于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，區(qū)域?yàn)榉欠€(wěn)定區(qū)域區(qū)域?yàn)榉欠€(wěn)定區(qū)域1 ssmsm又稱為臨界轉(zhuǎn)差率又稱為臨界轉(zhuǎn)差率固有機(jī)械特性固有機(jī)械特性當(dāng)定子的對稱三相繞組當(dāng)定子的對稱三相繞組按規(guī)定的接線方式，按規(guī)定的接線方式，Y或三角形或三角形；定子不經(jīng)任何阻抗定子不經(jīng)任何阻抗直接加額定電壓、額定頻率直接加額定電壓、額定頻率的三相電壓；的三相電壓；轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子回路不串任何阻抗

9、，回路不串任何阻抗，直接短路直接短路。這種情況下得到的這種情況下得到的nf（Tem），）， 稱為固有機(jī)械特性。稱為固有機(jī)械特性。人為機(jī)械特性人為機(jī)械特性人為地改變電動機(jī)地任一個參數(shù)（如人為地改變電動機(jī)地任一個參數(shù)（如U1、f1、p、定子回路、定子回路電阻或電抗、轉(zhuǎn)子回路電阻或電抗的機(jī)械特性稱為人為機(jī)電阻或電抗、轉(zhuǎn)子回路電阻或電抗的機(jī)械特性稱為人為機(jī)械特性。械特性。 降低定子端電壓的人為特性；降低定子端電壓的人為特性；改變轉(zhuǎn)子回路的電阻的人為特性；改變轉(zhuǎn)子回路的電阻的人為特性；改變定、轉(zhuǎn)子回路電抗的人為特性；改變定、轉(zhuǎn)子回路電抗的人為特性；改變極數(shù)后的人為特性；改變極數(shù)后的人為特性；改變輸入頻率

10、的人為特性；改變輸入頻率的人為特性；從等效電路求出起動電流：從等效電路求出起動電流：22122112)()(xxrrUIIst起動轉(zhuǎn)矩，即起動瞬間電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩起動轉(zhuǎn)矩，即起動瞬間電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩22122122111)()(1xxrrrUmTst第十二章起動和調(diào)速第十二章起動和調(diào)速NststTTk一，起動一，起動直接起動直接起動 大電機(jī)起動電流很大，會沖擊電網(wǎng)大電機(jī)起動電流很大，會沖擊電網(wǎng)降壓起動降壓起動增加轉(zhuǎn)子回路電阻起動增加轉(zhuǎn)子回路電阻起動二，降壓起動二，降壓起動第十二章起動和調(diào)速第十二章起動和調(diào)速用自耦變壓器起動用自耦變壓器起動Ist2U1Ist1U2stastaTkT2121ast

11、stkIIastststkIIUUI122第十二章起動和調(diào)速第十二章起動和調(diào)速 起動起動ststYTT2)3(1正常運(yùn)行時定子繞組接成三角形的電動機(jī)，正常運(yùn)行時定子繞組接成三角形的電動機(jī)，在起動時換接成星形，起動完畢后再恢復(fù)換接成三角形。在起動時換接成星形，起動完畢后再恢復(fù)換接成三角形。三角形聯(lián)接時，三角形聯(lián)接時， KNstzUI13星形聯(lián)接時，定子繞組每相電壓為星形聯(lián)接時，定子繞組每相電壓為31NU stKNstYIzUI3131起動轉(zhuǎn)矩與相電壓的平方成正比。起動轉(zhuǎn)矩與相電壓的平方成正比。 第十二章起動和調(diào)速3，應(yīng)用電力電子技術(shù)軟起動，應(yīng)用電力電子技術(shù)軟起動 M第十二章起動和調(diào)速第十二章起動

12、和調(diào)速 三、增加轉(zhuǎn)子回路電阻起動三、增加轉(zhuǎn)子回路電阻起動1、轉(zhuǎn)子回路串電阻起動、轉(zhuǎn)子回路串電阻起動 這種起動方法常應(yīng)用于既要有較大的起動轉(zhuǎn)矩、這種起動方法常應(yīng)用于既要有較大的起動轉(zhuǎn)矩、又要限制起動電流的場合。又要限制起動電流的場合。22122112)()(xxrrUIIst22122122111)()(1xxrrrUmTst 3 2 13stT3stT3ms1ms2ms3ms1stT2stT3stT2str321stststrrr第十二章起動和調(diào)速第十二章起動和調(diào)速 、用深槽式和雙籠轉(zhuǎn)子、用深槽式和雙籠轉(zhuǎn)子深槽式異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子槽形深而窄，其槽深與槽寬之比大到深槽式異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子槽形深而窄，其槽

13、深與槽寬之比大到1020或以上或以上 越靠近槽底的小導(dǎo)體具有越大的漏電抗，越靠近槽底的小導(dǎo)體具有越大的漏電抗， 漏電抗越大，則電流越小漏電抗越大，則電流越小 導(dǎo)條中靠近槽底處的電流密度將很小，而越近槽口則越大。導(dǎo)條中靠近槽底處的電流密度將很小，而越近槽口則越大。 稱為電流的稱為電流的集膚效應(yīng)集膚效應(yīng)。由于電流好像被擠到槽口處，又由于電流好像被擠到槽口處，又稱稱擠流效應(yīng)擠流效應(yīng)。 起動完成后起動完成后,電動機(jī)電動機(jī)正常正常運(yùn)行，由于轉(zhuǎn)子電流頻率得低（一般為運(yùn)行，由于轉(zhuǎn)子電流頻率得低（一般為13HZ），）， 漏電抗減小漏電抗減小,集膚效應(yīng)應(yīng)基本消失，集膚效應(yīng)應(yīng)基本消失，轉(zhuǎn)子電阻會自動變小，從而滿足

14、了減小轉(zhuǎn)子銅耗以提高電機(jī)效率的要求。轉(zhuǎn)子電阻會自動變小，從而滿足了減小轉(zhuǎn)子銅耗以提高電機(jī)效率的要求。擠流效應(yīng)效果：轉(zhuǎn)子電阻增加、槽漏抗減小擠流效應(yīng)效果：轉(zhuǎn)子電阻增加、槽漏抗減小第十二章起動和調(diào)速第十二章起動和調(diào)速 、用深槽式和雙籠轉(zhuǎn)子、用深槽式和雙籠轉(zhuǎn)子電動機(jī)電動機(jī)正常正常運(yùn)行時，由于轉(zhuǎn)子電流頻率得低（一般為運(yùn)行時，由于轉(zhuǎn)子電流頻率得低（一般為13HZ），）， 集膚效應(yīng)應(yīng)基本消失，轉(zhuǎn)子電阻會自動變小，集膚效應(yīng)應(yīng)基本消失，轉(zhuǎn)子電阻會自動變小， 從而滿足了減小轉(zhuǎn)子銅耗以提高電機(jī)效率的要求。從而滿足了減小轉(zhuǎn)子銅耗以提高電機(jī)效率的要求。雙籠雙籠異步電動機(jī)的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)子上有兩套籠異步電動機(jī)的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)子上有

15、兩套籠,即上籠和下籠即上籠和下籠 ，上籠導(dǎo)條截面較小，通常用黃銅或鋁青銅等上籠導(dǎo)條截面較小，通常用黃銅或鋁青銅等電阻系數(shù)較大的材料制成，故電阻較大；電阻系數(shù)較大的材料制成，故電阻較大；下籠導(dǎo)條截面較大，用電阻系數(shù)較小的紫銅下籠導(dǎo)條截面較大，用電阻系數(shù)較小的紫銅制成，故電阻較小。制成，故電阻較小。 上籠上籠下籠下籠三相感應(yīng)電動機(jī)的調(diào)速三相感應(yīng)電動機(jī)的調(diào)速 要求電動機(jī)具有幾種轉(zhuǎn)速；要求電動機(jī)具有幾種轉(zhuǎn)速； 在一定的范圍內(nèi)可以連續(xù)調(diào)速；在一定的范圍內(nèi)可以連續(xù)調(diào)速；調(diào)速的方法：調(diào)速的方法：)1 ()1 (1601snsnpf（1） 改變定子繞組的極對數(shù)改變定子繞組的極對數(shù)p（有級調(diào)速）；（有級調(diào)速）；

16、（2）改變電源的頻率）改變電源的頻率f1；（3）改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率；）改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率； 改變定子繞組的端電壓；改變定子繞組的端電壓； 改變定子繞組的外加電阻或電抗；改變定子繞組的外加電阻或電抗； 轉(zhuǎn)子回路加電阻或電抗；（繞線式轉(zhuǎn)子）轉(zhuǎn)子回路加電阻或電抗；（繞線式轉(zhuǎn)子）變極調(diào)速變極調(diào)速單繞組雙速電機(jī)：單繞組雙速電機(jī)：一套定子繞組具備兩種極對數(shù)而得到兩一套定子繞組具備兩種極對數(shù)而得到兩個不同同步轉(zhuǎn)速；個不同同步轉(zhuǎn)速；三速或四速電機(jī)三速或四速電機(jī)： 定子內(nèi)放兩套獨(dú)立的繞組；定子內(nèi)放兩套獨(dú)立的繞組；A1X1A2X2A1X1A2X2A1X1A2X2單繞組雙速電機(jī)原理：單繞組雙速電機(jī)原理： A1X1和

17、和A2X2串聯(lián)形成四極磁場；串聯(lián)形成四極磁場； A1X1和和A2X2串聯(lián)，串聯(lián)， A2X2反向，反向， 形成兩極磁場形成兩極磁場改變定子電壓改變定子電壓TemS, nSmTmax TstUIUTUsUTststm22max無關(guān)與調(diào)速性能不好調(diào)速性能不好,常用作降壓起動常用作降壓起動改變轉(zhuǎn)子電阻改變轉(zhuǎn)子電阻ststmITrTrsr無關(guān)與2max22,TemS, nSmTmax TstSm2Sm1調(diào)速性能較好調(diào)速性能較好,但籠形轉(zhuǎn)子不能實(shí)施但籠形轉(zhuǎn)子不能實(shí)施風(fēng)機(jī)類負(fù)載風(fēng)機(jī)類負(fù)載,r2, s, n , Tem =Tz Pem=Tem*1 1 , P1 ,I1 22122112211)(2xxsrrf

18、srpUmTem改變轉(zhuǎn)子電阻改變轉(zhuǎn)子電阻TemS, nSmTmax TstSm2Sm122122112211)(2xxsrrfsrpUmTem常常1*emememTP，T、常srsrr22nsrrrs,22srImPem22212 I不變不變 不變不變 111122cos,cosPIEE不變不變 1222,*PPTP)(22222rrImpcu轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降部分的功率，消耗在串入電阻轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降部分的功率，消耗在串入電阻r上上 rIm222對于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，對于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，Tz=常常由由改變定子電壓頻率（向下變頻調(diào)速）改變定子電壓頻率（向下變頻調(diào)速）)(平移mmnn通過改變異步電動機(jī)輸入電壓的頻率通過改變異步電動機(jī)輸入電壓的頻率1f，以改變定子旋轉(zhuǎn)磁場的同步速，以改變定子旋轉(zhuǎn)磁場的同步速1n， mNkNfE111144. 4常111111ffUUEE常212122112111211max