電機拖動與電氣控制 第2版 教案 3.3 三相異步電動機的機械特性 課程教案

電機拖動與電氣控制課程教案章節(jié)名稱第3章交流電動機3.3三相異步電動機的機械特性授課時數(shù)2授課形式教學(xué)目標(biāo)①了解三相異步電動機電磁轉(zhuǎn)矩各種表達(dá)式及意義。②掌握三相異步電動機機械特性及機械特性上的特殊點。③會繪制三相異步電動機機械特性和人為機械特性的曲線。=4\*GB3④科學(xué)思考，嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真。教學(xué)重點難點機械特性曲線，認(rèn)為機械特性曲線特點，三相異步電動機電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式。教學(xué)內(nèi)容一、機械特性表達(dá)式三相異步電動機的機械特性也是指電動機的轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系。因為異步電動機轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)差率之間存在一定關(guān)系，就是，所以異步電動機的機械特性通常也用磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率之間的關(guān)系表示。三相異步電動機的機械特性有三種表達(dá)式，分別為物理表達(dá)式、參數(shù)表達(dá)式和實用表達(dá)式。1．物理表達(dá)式Tem=CTcosφ2從物理表達(dá)式可以看出，異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩是由主磁通與轉(zhuǎn)子電流的有功功率相互作用產(chǎn)生的，在形式上與直流電動機的轉(zhuǎn)矩表達(dá)式相似，這也是電磁力定律在異步電動機中的具體體現(xiàn)。2．參數(shù)表達(dá)式由參數(shù)表達(dá)式公式可以看出定子相數(shù)、磁極對數(shù)、定子相電壓U1、電源頻率、定子每相繞組電阻R1和漏抗X1、折算到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子電阻、和漏抗等都是不隨轉(zhuǎn)差率s變化的常量。當(dāng)電動機的轉(zhuǎn)差率s變化時，可通過參數(shù)表達(dá)式求出相應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩，因此可以我們可以根據(jù)參數(shù)表達(dá)式描點畫出三相異步電動機的機械特性曲線。3.實用表達(dá)式實用表達(dá)式中的Tm和sm可由異步電動機產(chǎn)品目錄查得的數(shù)據(jù)求出異步電動機機械特性的三種表達(dá)式，雖然都能用來表征電動機的運行性能，但其應(yīng)用場合各有不同。一般來說，物理表達(dá)式適用于對電動機的運行做定性分析；參數(shù)表達(dá)式適用于分析各種參數(shù)變化對電動機運行性能的影響；實用表達(dá)式適用于電動機機械特性的工程計算。2二、固有機械特性三相異步電動機工作在額定電壓及額定頻率下，電動機定子繞組按規(guī)定的接線方式聯(lián)結(jié)，定子及轉(zhuǎn)子回路不外接任何電器元件時的機械特性稱為固有機機械特性。利用實用表達(dá)式計算出同步轉(zhuǎn)速點A，額定運行點B，最大轉(zhuǎn)矩點C和啟動點D這幾個特殊點，然后將這些點連接起來便得三相異步電動機在第一象限的固有機械特性曲線。我們也常用這幾個特殊點，來分析三相異步電動機的運行特性，下面我們對這幾個特殊點進(jìn)行說明。1啟動點A：其特點是，，對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩稱為啟動轉(zhuǎn)矩，又叫堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩啟動時，大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電動機的工作點就會沿著機械特性曲線上升，電磁轉(zhuǎn)矩增大，轉(zhuǎn)速越來越高，過最大轉(zhuǎn)矩后，轉(zhuǎn)速增高，但電磁轉(zhuǎn)矩又逐漸減小，直到電磁轉(zhuǎn)矩等于負(fù)載轉(zhuǎn)矩時，電動機穩(wěn)定運行。當(dāng)起動轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電動機無法啟動，出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象，電動機的電流達(dá)到最大，造成電動機過熱。這時應(yīng)立即切斷電源，減輕負(fù)載或排除故障后再重新啟動。如何表示異步電動機的啟動能力呢，用表示，時電動機的啟動系數(shù)，他是啟動轉(zhuǎn)矩和額定轉(zhuǎn)矩的比值。是針對鼠籠式電動機而言。繞線式電動機通過增加轉(zhuǎn)子回路的電阻，可改變啟動轉(zhuǎn)矩。一般的鼠籠式電動機的=1.0～2.0；起重、冶金、機械專用的鼠籠式電動機的=2.8～4.0。2最大轉(zhuǎn)矩點B：其特點是對應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩為最大轉(zhuǎn)矩，對應(yīng)的轉(zhuǎn)差率稱為臨界轉(zhuǎn)差率。通過三相異步電動機機械特性表達(dá)式可以求出最大電磁轉(zhuǎn)矩和臨界轉(zhuǎn)差率。和有以下2個特點，大家記住這2個特點可以幫助我們分析一般電動機的機械特性。（1）與成正比，與轉(zhuǎn)子電阻無關(guān)，與無關(guān)；（2）當(dāng)電源電壓一定，與轉(zhuǎn)子電阻成正比，與無關(guān)。最大電磁轉(zhuǎn)矩對電動機來說具有重要意義。電動機運行時，若負(fù)載轉(zhuǎn)矩短時突然增大，且大于最大電磁轉(zhuǎn)矩，則電動機將會因為承載不了而停轉(zhuǎn)。為了保證電動機不會因短時過載而停轉(zhuǎn)，一般電動機都具有一定的過載能力。所以，最大電磁轉(zhuǎn)矩越大，電動機短時過載能力就越強，因此把最大電磁轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比稱為電動機的過載能力，用表示。是三相異步電動機運行性能的一個重要參數(shù)。三相異步電動機運行時，絕不可能長期運行在最大轉(zhuǎn)矩處。因為，此時電流過大，溫度升高，可能燒毀電機，并且在最大轉(zhuǎn)矩處運行轉(zhuǎn)速也不穩(wěn)定。一般情況下，三相異步電動機的=1.6～2.2，起重、冶金、機械專用的三相異步電動機的=2.2～2.8。3額定運行點C：其特點，，，。異步電動機一般長期運行在額定狀態(tài)。4同步轉(zhuǎn)速點D：其特點是，，，轉(zhuǎn)子電流。D點為理想空載運行點，在沒有外界轉(zhuǎn)矩的作用下，異步電動機本身不可能達(dá)到同步轉(zhuǎn)速點。三、人為機械特性人為地改變?nèi)喈惒诫妱訖C的某些參數(shù)所得到的機械特性稱為人為機械特性。常見的人為機械特性有降低定子回路端電壓和轉(zhuǎn)子回路內(nèi)串接對稱電阻。1降壓時的人為機械特性。由于三相異步電動機的磁路在額定電壓下已有飽和的趨勢，所以不能升高電壓。由前面分析可知，降低定子回路端電壓時，同步轉(zhuǎn)速不變，臨界轉(zhuǎn)差率不變，與成正比地降低。所以下降后的人為機械特性如圖所示。降低電壓后的人為機械特性線性段的斜率變大，即特性變軟。和均按關(guān)系減小，即電動機的啟動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)和過載能力均顯著下降。如果電動機在額定負(fù)載下運行，降低后將導(dǎo)致n下降，s增大，轉(zhuǎn)子電流將因轉(zhuǎn)子電動勢的增大而增大，從而引起定子電流增大，導(dǎo)致電動機過載。長期欠壓過載運行，必然使電動機過熱，電動機的使用壽命縮短。另外電壓下降過多，可能出現(xiàn)最大轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，這時電動機將停轉(zhuǎn)。2.轉(zhuǎn)子回路串對稱電阻時的人為機械特性繞線式三相異步電動機的轉(zhuǎn)子回路內(nèi)可以串接電阻，要求三相串接的電阻阻值相等。由前面的分析可知，轉(zhuǎn)子回路串電阻時，、不變，而則隨外接電阻的增大而增大。在一定范圍內(nèi)增加轉(zhuǎn)子電阻，可以增大電動機的啟動轉(zhuǎn)矩。當(dāng)所串接的電阻使其時，對應(yīng)的啟動轉(zhuǎn)矩將達(dá)到最大轉(zhuǎn)矩，如果再增大轉(zhuǎn)子聲阻，啟動轉(zhuǎn)矩反而會減小。另外，轉(zhuǎn)子