第五章三相感应电动机的电力拖动.

第五章三相感应电动机的电力拖动中国石油大学（华东）信控学院1§5-1三相感应电动机的机械特性回顾一下，直流电动机的机械特性，是指转速与电磁转矩之间的关系。感应电动机的机械特性也是指转速与电磁转矩之间的关系，不过通常用转差率与电磁转矩之间的关系来代替。一、机械特性的三种表达式1.机械特性的物理表达式P2Cup1r1X'2r'2XmrmX1E'2E1U1I'2I'21SrSmIMP12221112111cos22MwmPmEIfppEfNK2)/2/(cos'212211111pfIkNfmPTmwM1111/2wMmpNkC122cosMmTCI上式称为三相异步电动机机械特性的物理表达式。物理表达式反映了电磁转距与转子电流有功分量、每极磁通成正比的物理本质。直流电机的电磁转矩表达式？MaTCI32.机械特性的参数表达式'21SrS'2r12222112()UIrrxxs22122122112221)()/(xxsrrsrUmsrImPMpfPPTMM/211221221122112xxsrrfsrpUm它反映了感应电机的电磁转矩T跟电源电压U1、频率f1、电机的参数及转差率S之间的关系。4221221122112xxsrrfsrpUmT当U1、f1和电机的参数不变时，T仅是S的函数，可得到T=f(S)关系曲线。n与S存在一一对应的关系，所以可以得到n与T的关系n=f(T)，即为感应电动机的机械特性曲线。1S0表示感应电机处于电动状态，S1和S0表示感应电机处于发电状态在机械特性曲线上有两处最大电磁转矩点0dsdT0/)()/(/1221221dsxxsrrsd5)'(4)(4''''21121122'121211211212221212xxfpUmxxrrfpUmTxxrxxrrSmm正号表示电动，负号表示发电，分别对应于B、B’点Tm为最大电磁转矩，而Sm为临界转差率，为什么不是最大转差率？感应电机运行时，要有一定的过载能力，通常用来表示，也称为过载倍数，这是感应电动机的一个重要指标，一般感应电动机，过载倍数为1.6~2.2。/MmNTT6当电源频率和电机参数不变时21mTU)'(4)(4''''21121122'121211211212221212xxfpUmxxrrfpUmTxxrxxrrSmmSm与电源电压无关，只与电机参数有关。Tm与无关，而Sm与成正比。'2r'2rSm与f1有何关系？Tm呢？''121122()xxfLL7221221122112xxsrrfsrpUmT将S=1代入，可得到起动转矩221122112122QmpUrTfrrxx当电源频率和电机参数不变时21QTU在额定电压、额定频率和电机固有参数的条件下，起动转矩是一个固定的值。定义起动转矩与额定转矩之比为起动转矩倍数：/MQNKTT一般要求大于1，这样才能带额定负载顺利起动83.机械特性的实用表达式,222122112211xxsrrfsrpUmT)'(4211211xxfpUmTm222112''mrSrxx22mmmmmSSSSTssTss2mmmTTSSSS求出Tm和Sm即可得到实用表达式9mMNTT2(1)mNMMSS根据产品目录可以查出PN（单位为kW），nN和λM，求出TN：3310106095502NNNNNNNPPPTnn2mmmTTSSSS即可得到T与S的关系，称为实用表达式。实用表达式反映出感应电机机械特性是由一段直线段和一段双曲线构成。10当SSm时，mmSSSS22mmmmmTTTSSSSSS称为直线表达式注意：(1)直线表达式只表示SSm的那一段，不满足SSm，则不能用直线表达式。(2)此时，Sm应为，不能用2mMNSS2(1)mNMMSS11二、感应电动机的固有机械特性将定子三相绕组按规定接线方式联接，不经任何阻抗而直接施加三相对称额定频率的额定电压，转子回路也不串任何阻抗而短接。这时测得的n=f(T)关系曲线，称为固有机械特性。在固有机械特性上，有四个特殊的点：(1)A点(起动点)n=0，S=1，T=TQ，I1=IQ(2)B点(临界点)S=Sm，T=TmSm一般为0.1~0.212(3)C点(额定点)n=nN，T=TN，I1=I1N，I2=I2N，P2=PN(4)D点(同步点)n=n1，S=0，T=0，I2=0，E2S=0，I1=Im比较A、B、C、D四点对应的定子电流IA、IB、IC、ID的大小关系？1r1X'2r'2XmrmX1E'2E1U1I'2I'21SrSmI1=SASBSCSD=0，所以IAIBICID13例5-1三相四极50Hz绕线式感应电动机，PN=150kW，U1N=380VnN=1460r/min，λM=2，试求：(1)该机固有特性的表达式；(2)该机的固有起动转矩；(3)恒转矩负载且Tz=755Nm时的转速。三种表达式，等效电路参数未知，物理表达式和参数表达式不能写出。直线表达式只能表示线性段，不能表示全局，也不合适。只有实用表达式。2mmmTTSSSSmMNTT2(1)mNMMSS3310106095502NNNNNNNPPPTnn11NNnnSnS=1，可求出固有起动转矩TQTz=755代入可求出S14S=0.02或0.5EFE点是否是稳定的平衡点？F点呢？E点系统不能稳定运行，舍掉S=0.5S取0.02，可求出n。zdTdTdndn15三、感应电动机的人为机械特性人为地改变电动机的任一参数（如U1，f1，p，定子回路电阻或电抗，转子回路电阻或电抗等）的机械特性统称为人为机械特性。1.降低定子端电压的人为特性其它条件与固有特性一样，仅降低定子相电压得到的人为机械特性称为降低定子端电压的人为特性。特点：(1)频率不变，故理想空载点不变(2)，Sm不变。21mTU(3)21QTU16根据这三个特点，可以得到降低端电压人为机械特性的实用表达式：'2''112mmmmmNTTSSSSUTTU同理可以写出直线表达式：'2mmTTSS2''11mmNUTTU2mMNSS为什么必须降低定子端电压？频率不变，若端电压高于额定电压，则根据知，主磁通升高，磁路饱和，励磁电流迅速增大。111114.44wmUEfNk17课堂练习：4-33从图中可以看出电机转速下降额定恒转矩负载，故电磁转矩不变'122cosMmTCI'22'2arctanXrS111114.44wmUEfNk'2ImI1I难以确定如磁路不饱和，则能否确定？主磁路的磁阻由气隙决定，所以励磁电流与主磁通成正比，即与电压成正比。如果S不变，转子电流恰好与主磁通成反比，应增大。即使这样，定子电流也应增大。更何况S变大，会导致转子电流增大得更多，所以定子电流是增大的。18定转子电流均增大，定转子铜耗也增大，长时间运行，易使电机发热，烧坏。所以，不允许电机长时间带额定负载低压运行。一台高压电机，如果将其接到低压电网上，带额定转矩运行，结果运行一段时间发现电机烧坏，试分析原因？如与电压成比例的负载转矩运行，会不会烧坏电机？2'1'122mNmmmUTUTTSSSS'122cosMmTCI11NNUSSU11NUTU则11NUSU电机转子电流仍会高于额定电流，长时间运行会发热，损坏转子。高压电机低压运行要特别慎重。202.转子回路串对称三相电阻的人为特性仅绕线式感应电机可以转子回路串电阻。其它条件与固有特性一样，仅在转子回路串入对称三相电阻，得到的人为机械特性称为转子回路串对称三相电阻的人为特性。特点：(1)频率不变，故理想空载点不变(2)，Sm随转子电阻增大而增大但Tm不变。'2mSr(3)Sm1时，TQ随RΩ的增大而增大，Sm1时，TQ随RΩ的增大而减小。2223转子串对称三相电阻时的人为特性的实用表达式为：''2mmmTTSSSS''''2''22211mmSrRRRSrrr直线表达式为：'2mmTTSS'21mmSRSr令S’m=1，可以获得最大的起动转矩：此时''''22'''2222'211211()mrRrRrSrrrXX'2'2'1122()RrXXr24作业：4-31相同的截面积、相同的长度，铝导条的电阻较铜导条的电阻大1r1X'2r'2XmrmX1E'2E1U1I'2I'21SrSmI从等效电路可以看出，S=1，转子电阻增大，转子支路阻抗增大，整个等效电路的等效阻抗增大，起动电流减少。25效率跟什么有关？122121100%100%100%PpPPPPpPP2如何变化？轴上输出的转矩与转速之积，转矩不变，转速下降，故P2下降。转速下降不大，端电压也不变，故不变损耗基本不变，关键是定转子铜耗如何变化？定子铜耗取决于励磁电流与转子电流，而转子铜耗则取决于转子电流，励磁电流不变，所以只要知道转子电流如何变化，即可知定转子铜耗如何变化。261r1X'2r'2XmrmX1E'2E1U1I'2I'21SrSmI转子支路端电压近似不变，S增大，r2也增大，转子电流如何变化？应找到S与r2之间的关系，它们有何关系？'2mmTTSS'22mmSrRSr从机械特性上看，我们分析的点在直线段，可以用直线表达式22mmCuCuAlAlmCumAlTTTSTSSSCuAlmCumAlSSSS22CumCuCuAlmAlAlSSrSSrS与r2成正比，转子电流将如何变化？转子电流不变！而且转子的阻抗角也不变！转子铜耗也不变？转子铜耗变大，而定子铜耗基本不变，效率降低。27电磁功率如何变化？电磁功率有多种表示形式：''221212MCurPmITpPS究竟用哪种形式进行分析，要看哪种形式中的变化因素更单纯。在本题中，不宜用第三种形式进行分析，因为有变大的因素，也有变小的因素，最合适的是用转矩形式分析。电磁功率是不变的。进而推广到一般情况，转子回路串电阻，当负载为恒转矩负载，在转速变化不是很大（意味着电机运行于机械特性的直线段）或不计空载损耗的情况下，电磁功率不变。知识重要，有效地运用知识更重要！！！28定子电流如何变？1r1X'2r'2XmrmX1E'2E1U1I'2I'21SrSmI整个电路的参数哪几个发生了变化？从定子输入端看，输入阻抗没有发生变化，所以定子电流的大小和相位没有发生变化。故定子电流、功率因数不变。输出功率如何变化？可以从几个角度来理解，一是等效电路，总的机械功率降低，空载损耗几乎不变，输出功率降低；二是负载转矩不变，转速下降，所以输出功率降低。293、定转子回路串对称三相电抗器的人为特性笼型感应电机可在定子回路串电抗器，而绕线式感应电机则在定转子回路中都可以串对称三相电抗器。)'(4)(4''''21121122'121211211212221212xxfpUmxxrrfpUmTxxrxxrrSmm211222112122QmpUrTfrrxx