運動控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試（第2版）課件 3.2.3三相異步電機轉(zhuǎn)矩與機械特性 b2

運動控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試主講：南工機電教學(xué)團隊高等教育出版社3.2.3三相異步電機轉(zhuǎn)矩與機械特性異步電機的電磁轉(zhuǎn)矩1

異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩等于轉(zhuǎn)子中各載流導(dǎo)體在旋轉(zhuǎn)磁場作用下，受到電磁力所形成的轉(zhuǎn)矩之總和。電磁轉(zhuǎn)矩的另一種表達形式為：其中：K——與電動機結(jié)構(gòu)參數(shù)、電源頻率有關(guān)的一個常數(shù)；U1——電源電壓；R2——轉(zhuǎn)子每相繞組的電阻；s——轉(zhuǎn)差率；X20——電動機不動（s=1）時轉(zhuǎn)子每相繞組的感抗。3.2.3三相異步電機轉(zhuǎn)矩與機械特性式3.7說明，只要電機參數(shù)不發(fā)生變化，電磁轉(zhuǎn)矩正比于電源電壓的平方。反映了電動機的電磁轉(zhuǎn)矩在負載不變情況下，其大小取決于電源電壓的高低。但這并不意味電動機的工作電壓越高，電動機實際輸出的電磁轉(zhuǎn)矩就越大。電動機拖動機械負載運行時，輸出機械轉(zhuǎn)矩的大小，實際上決定于來自于電動機軸上負載阻轉(zhuǎn)矩的大小。換言之，當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩T等于負載阻轉(zhuǎn)矩TL時，電動機就會在某一速度下穩(wěn)定運行；若T>TL，電動機就會加速運行；若T<TL，電動機則要減速運行直至停轉(zhuǎn)。3.2.3三相異步電機轉(zhuǎn)矩與機械特性根據(jù)公式3.7，可得異步機的電磁轉(zhuǎn)矩特性曲，如圖3-28所示。其中，Tm對應(yīng)于最大電磁轉(zhuǎn)矩；sm對應(yīng)最大電磁轉(zhuǎn)矩的臨界轉(zhuǎn)差率。3.2.3三相異步電機轉(zhuǎn)矩與機械特性異步電機的機械特性1在異步電動機中，轉(zhuǎn)速

n=(1-s)n0可將曲線換成轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系曲線（把轉(zhuǎn)矩特性曲線旋轉(zhuǎn)90°），即稱為異步電動機的機械特性，如圖3-29所示。異步電動機在額定電壓和額定頻率下，用規(guī)定的接線方式，定子和轉(zhuǎn)子電路中不串聯(lián)任何電阻或電抗時的機械特性稱為固有（自然）機械特性。從特性曲線上可以看出，機械特性曲線可分為穩(wěn)定運行區(qū)AB段和非穩(wěn)定運行區(qū)BC段兩部分。3.2.3三相異步電機轉(zhuǎn)矩與機械特性

電動機運行在AB段，其電磁轉(zhuǎn)矩可以隨負載的變化而自動調(diào)整，這種能力稱為自適應(yīng)負載能力。

電機穩(wěn)定運行時，TL=TN。當(dāng)負載增加時，TL'>TN，動力小于阻力，電機穩(wěn)定運行狀態(tài)被破壞。這時，轉(zhuǎn)速n下降，轉(zhuǎn)差率s上升，轉(zhuǎn)子電路感應(yīng)電動勢增加，電流I2增大，定子電流I1隨之增大，電磁轉(zhuǎn)矩T增大至T′。當(dāng)T′=TL′時，電動機轉(zhuǎn)速重新穩(wěn)定在n'上，此時n′<n。特性曲線的N點向右移。當(dāng)負載減少時，TL″<TN，動力大于阻力，電機的穩(wěn)定運行狀態(tài)被破壞。這時，轉(zhuǎn)速n上升，轉(zhuǎn)差率s下降，轉(zhuǎn)子電路感應(yīng)電動勢減小，電流I2減小，定子電流I1隨之減小，電磁轉(zhuǎn)矩T減小至T″。當(dāng)T″=TL″時，電動機轉(zhuǎn)速重新穩(wěn)定在n″上，此時n″>n。特性曲線的N沿特性曲線左移。3.2.3三相異步電機轉(zhuǎn)矩與機械特性機械特性曲線上有四個特殊點，這四個特殊點是：（1）理想空載工作點圖3-29中的A點，電動機處于理想空載工作點，此時電動機的轉(zhuǎn)速為理想空載轉(zhuǎn)速。此時：T=0，n=n0，s=0。（2）電動機額定工作點電動機額定電壓下以額定轉(zhuǎn)速nN運行，輸出額定機械功率PN時，電機轉(zhuǎn)軸上對應(yīng)輸出的機械轉(zhuǎn)矩為額定電磁轉(zhuǎn)矩TN。此時額定轉(zhuǎn)矩和額定轉(zhuǎn)差率為：T=TN，n=nN，s=sN。其中：PN——電動機的額定功率；TN——電動機的額定轉(zhuǎn)矩；nN——電動機的額定轉(zhuǎn)速；一般nN=(0.94~0.985)n0；sN——電動機的額定轉(zhuǎn)差率，一般sN=0.06~0.0153.2.3三相異步電機轉(zhuǎn)矩與機械特性（3）電動機起動工作點圖3-29中的C點。起動工作點的起動轉(zhuǎn)矩反映了異步電機帶負載起動時的性能。此時轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)差率為：T=Tst，n=0，s=1。將s=1代入轉(zhuǎn)矩公式3.7中，可得：可見，異步電動機的啟動轉(zhuǎn)矩Tst

與U、R2及X20有關(guān)。當(dāng)施加在定子每相繞組上的電壓降低時，啟動轉(zhuǎn)矩會明顯減?。划?dāng)轉(zhuǎn)子電阻適當(dāng)增大時，啟動轉(zhuǎn)矩會增大；而若增大轉(zhuǎn)子電抗則會使啟動轉(zhuǎn)矩大為減小。通常把在固有機械特性上啟動轉(zhuǎn)矩Tst與額定轉(zhuǎn)矩TN之比：

st=Tst/TN3.2.3三相異步電機轉(zhuǎn)矩與機械特性

st稱作電動機的起動能力。其作為衡量異步電動機啟動能力的一個重要數(shù)據(jù)。通常在1.4~1.8之間。如果電機的起動轉(zhuǎn)矩Tst小于電動機軸上的負載阻轉(zhuǎn)矩TL時，電動機將無法起動。（4）電動機臨界工作點電機轉(zhuǎn)矩最大值的點稱為臨界工作點，如圖3-29中的B點。此時轉(zhuǎn)矩（最大轉(zhuǎn)矩）和轉(zhuǎn)差率（臨界轉(zhuǎn)差率）為：T=Tmax，n=nm，s=sm。欲求轉(zhuǎn)矩的最大值，可令：dT/dn=0；得臨界轉(zhuǎn)差率：sm=R2/X20，再將sm代入轉(zhuǎn)矩公式3.7中，即可得：通常把在固有機械特性上最大電磁轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比：

m=Tmax/T