三相異步電動機機械特性

1、4.1三相異步電動機的機械特性。作為一種將電能轉(zhuǎn)化為機械能并驅(qū)動其他機器工作的設(shè)備，我們最關(guān)心的是電機的機械特性。三相異步電動機的機械特性是指在一定條件下轉(zhuǎn)速n和轉(zhuǎn)矩Tem之間的關(guān)系，n=f(Tem)。三相異步電動機的轉(zhuǎn)速n和轉(zhuǎn)差率s之間存在一定的關(guān)系，因此三相異步電動機的機械特性通常以Tem=f(s)的形式表示。4.1.1機械特性的表達(dá)。根據(jù)前一章的研究，我們知道三相異步電動機的等效電路圖可以簡化為如圖4.1所示。從電路分析的角度來看，電磁功率是；圖4.1三相異步電動機1的T型等效電路圖。電磁轉(zhuǎn)矩的物理表達(dá)式，我們可以通過整理公式得到它(用我們以前學(xué)過的公式)；上述公式(4-1)中的轉(zhuǎn)矩常數(shù)

2、公式表明，電機的電磁轉(zhuǎn)矩與主磁通和轉(zhuǎn)子電流的有功分量成正比，從物理概念上反映了TEM、Tem和1之間的關(guān)系，符合左手定則。二、電磁轉(zhuǎn)矩的參數(shù)表達(dá)式轉(zhuǎn)子電流換算值為(4-2)，電磁轉(zhuǎn)矩為(4-3)，方程(4-3)清楚地顯示了電磁轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)差率和異步電動機各種參數(shù)之間的關(guān)系。根據(jù)這個公式，我們將分析三相異步電動機的固有特性和人工機械特性。4.1.2三相異步電動機的機械特性，1固有機械特性三相異步電動機的固有機械特性是指當(dāng)電動機在額定電壓和額定頻率下工作，并按規(guī)定的方法接線，且定子和轉(zhuǎn)子的外部電阻為零時，N(或S)與Tem之間的關(guān)系。對于某個馬達(dá)。力學(xué)特性方程表明，只有n(或s)和Tem是變量，其余為

3、定值。由于力學(xué)特性方程是二次方程，Tem有一個最大值。以Tem為橫軸，n(或s)為縱軸，繪制三相異步電動機的固有機械特性曲線，如圖4.2所示。圖4.2三相異步電動機的固有機械特性曲線從圖中可以看出，整個機械特性可以分為兩部分。(1)氫磷部分在sms0范圍內(nèi)。在這一部分，隨著電磁轉(zhuǎn)矩Tem的增加，轉(zhuǎn)速降低。根據(jù)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行條件，該部分為穩(wěn)定運行部分，電機應(yīng)在此范圍內(nèi)工作。此時，機械特性曲線近似為直線。(2)零件號在1秒內(nèi)。在這一部分，隨著扭矩的降低，轉(zhuǎn)速也降低。這個區(qū)域稱為不穩(wěn)定運行區(qū)域，三相異步電動機一般不能在這個范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。因此，這部分有時會被稱為非工作部分。為了進(jìn)一步描述三相異步

4、電動機的機械特性，下面重點介紹反映電動機運行的幾個特殊點。(1)理想空載點h為n=n1，s=0。電磁轉(zhuǎn)矩Tem=0，因為轉(zhuǎn)子電流I2=0，定子電流I1=I0。(2)最大轉(zhuǎn)矩點p，對于三相異步電動機，通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)，dTem/ds=0，可以看出產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩Tm時的臨界轉(zhuǎn)差率為(4-4)，那么最大電磁轉(zhuǎn)矩Tm可以得到為；(4-5)由于疏忽造成的近似表達(dá)；進(jìn)一步可知，三相異步電動機的臨界滑差與電源電壓U1無關(guān)，只與電動機自身參數(shù)有關(guān)，與轉(zhuǎn)子電阻成正比，因此改變轉(zhuǎn)子電阻(如在繞線式異步電動機的轉(zhuǎn)子電路中串聯(lián)變阻器)可以改變臨界滑差。三相異步電動機的最大電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子電阻無關(guān)。因此，電機的轉(zhuǎn)子電阻不會影響

5、電機的最大扭矩，只會在產(chǎn)生最大扭矩時影響轉(zhuǎn)差率。最大電磁轉(zhuǎn)矩與電源電壓U1的平方成正比，而臨界轉(zhuǎn)差率與此無關(guān)最大電磁轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比稱為過載能力，即其值可在電機技術(shù)數(shù)據(jù)中找到：通用異步電機的值在1.62.5之間，專用電機(如起重和冶金電機)的值在3.33.4之間。它是異步電動機的一個重要參數(shù)，反映了電動機承受負(fù)載波動的能力。(3)起始點A當(dāng)電機在起始點A工作時，n=0，s=1。是電機的啟動扭矩或鎖定轉(zhuǎn)子扭矩。在電機能夠啟動之前，電機的啟動扭矩必須大于電機負(fù)載的扭矩。因此，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩是衡量電機起動性能的一項技術(shù)指標(biāo)。從機械特性方程可以知道：(4-6)從公式可以知道，起動轉(zhuǎn)矩與電源電壓的平方成正比

6、，并且還受轉(zhuǎn)子電阻的影響。為了測量電動機的起動性能，我們使用起動轉(zhuǎn)矩與電動機額定轉(zhuǎn)矩的比值。也就是說，它被稱為起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)，它反映了電動機的起動能力。一般在1.82.0之間。(4)當(dāng)額定點N電機在額定點工作時，可從銘牌上得知，并由銘牌參數(shù)計算得出。額定工作點是期望的工作點。人為機械特性所謂三相異步電動機的人為機械特性是指通過人為改變電動機的某些參數(shù)或電源電壓而獲得的機械特性，人為機械特性的目的是獲得所需的拖動性能。從上面可以看出，機械特性將通過改變電機轉(zhuǎn)子繞組中的電阻或改變電源電壓而改變。下面的討論集中在這兩個常用的人工機械特性上。(1)電源電壓降低時的人工機械特性。當(dāng)電源電壓降低時，電機的轉(zhuǎn)

7、矩(包括或)將根據(jù)電壓的平方而減小，但臨界轉(zhuǎn)差率將保持不變。圖4.3顯示了不同電壓下電機的人工特性曲線。從圖中可以看出，降壓后機械特性變得“軟”，啟動能力和過載能力都降低。如果此時負(fù)載扭矩大于電磁扭矩，它將停止運行；如果此時的負(fù)載轉(zhuǎn)矩小于電磁轉(zhuǎn)矩，操作可以繼續(xù)，但是轉(zhuǎn)速N降低，滑差S增加，并且轉(zhuǎn)子電動勢增加，導(dǎo)致電流增加和電機過載。這種長期過載會導(dǎo)致電機溫升超過允許值，影響電機的使用壽命，甚至燒毀繞組。圖4.3三相異步電動機降低電源電壓時的人工機械特性和(2)轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)對稱電阻的人工機械特性。從公式(4-4)、(4-5)和(4-6)可知，起動轉(zhuǎn)矩將改變，最大轉(zhuǎn)矩將保持不變。人工機械特性曲線如圖5.4所示。從圖中可以看出，在一定范圍內(nèi)增加轉(zhuǎn)子電阻可以增加電機的起動轉(zhuǎn)矩，所以繞組異步電機主要用于起重機械。然而，如果在串聯(lián)一定值的電阻后，轉(zhuǎn)子電阻持續(xù)增加，則起動轉(zhuǎn)矩將開始降低。上述三相異步電動機的機械性能都是通過分析特征方程得到的。但方程復(fù)雜，一般情況下，