三相异步电动机的机械特性及各种运转状态

第十章三相异步电动机的机械特性及各种运转状态第一节三相异步电动机机械特性的三种表达式一、物理表达式122cosTmTCI式中：11112wTpmNkC异步机的转矩系数——异步机每极磁通m2222222222222cos)/(/cosXsRRXsRsR2222222XsREI异步电动机的机械特性二、参数表达式21112πwmEfNk12πsfp1222cossmTEI可得222ZIE222/cosZsR2122smRTIs则得3由于异步电动机的电磁功率为2212eRPmIsesPT分子分母同乘以（1-s），即得2PT由异步电动机的近似等效电路2222112UIRRXXs得异步电动机的机械特性参数表达式221222112sRUmsTRRXXs4221212XXRRsm临界转差率0d/dsT使，即可求得最大转矩21max2211122sUmTRRXX由于211XXR212XXRsm21max122()smUTXX起动转矩221221212stsURmTRRXX起动转矩倍数N/TTKstst5三、实用表达式1max212212mmmmRTsRTsRssssR忽略R1得机械特性的实用表达式max2mmTTssss)1(2NTTmKKss可以求出（式中）NNssnnsnmaxNNN2mmTTssss6第二节三相异步电动机的固有机械特性与人为机械特性一、固有机械特性固有机械特性是指异步电动机工作在额定电压及额定频率下，电动机按规定的接线方法接线，定子及转子电路中不外接电阻（电抗或电容）时所获得的机械特性曲线。三相异步电动机的固有机械特性1）起始点A；2）额定工作点B；3）同步转速点H；4）最大转矩点P和P′。7二、人为机械特性三相异步电动机降低定子相电压时的人为机械特性（一）降低xU降低后电动机电流将大于额定值，电动机如长时连续运行，最终温升将超过允许值，导致电动机寿命缩短，甚至烧坏。xU转子电路内串联对称电阻时的人为机械特性（二）转子电路内串联对称电阻转子电路串联对称电阻适用于绕线转子异步电动机的起动，也可用于调速。8（三）定子电路串联对称电抗定子电路内串联对称电抗时的人为机械特性定子电路串联对称电抗一般用于笼型异步电动机的降压起动，以限制电动机的起动电流。定子电路内串联对称电阻时的人为机械特性（四）定子电路串联对称电阻与串联对称电抗时相同，定子串联对称电阻一般也用于笼型异步电动机的减压起动。9转子电路接入并联阻抗时的电路图和人为机械特性（五）转子电路接入并联阻抗由于转子电路参数可变，如果参数配合恰当，电动机在整个加速过程中产生几乎恒定的转矩，在右图上绘出了这样的人为机械特性。转子电路接入并联阻抗时的转子等效电路图10第三节三相异步电动机的各种运转状态一、电动运转状态电动运转状态的特点是电动机转矩的方向与旋转的方向相同。电动状态下异步电动机的机械特性二、制动运转状态异步电动机可工作于回馈制动，反接制动及能耗制动三种制动状态。其共同特点是电动机转矩与转速的方向相反，以实现制动。此时，电动机由轴上吸收机械能，并转换为电能。11（—）回馈制动状态位能负载带动异步电动机进入回馈制动状态异步电动机在回馈制动时的相量图当异步电动机由于某种原因（例如位能负载的作用），使其转速高于同步速度时，转子感应电动势反向，转子电流的有功分量也改变了方向，其无功分量的方向则不变。此时异步电动机既回馈电能，又在轴上产生机械制动转矩，即在制动状态下工作。12当时snn/0sssnnn转子电流的有功分量为222cosIIa22222222222///XsRsRXsREIa222222//XsRsRE转子电流的无功分量为222sinII22222222222//EXIRsXRsX222222/XsRXE122cosTmTCI也为负，与转速方向相反异步电动机轴上输出的机械功率也为负TP213异步电动机回馈制动时的机械特性如果异步机定子脱离电网，又希望它能发电，则必须在异步机定子三相之间接上连接成三角形或者星形的三组电容器。这时电容器组可供给异步电动机发电所需要的无功功率，即供给建立磁场所需要的励磁电流。电容器接成三角形时N160π21031UfICN103.0II电容器接成星形时N160π2103UfIC14转速反向的反接制动时的异步电动机特性异步电动机转速反向反接制动电路图（二）反接制动状态1．转速反向的反接制动转子轴上机械功率为负2(1)ePPs()1ssssnnnnsnn此时的转差率转子由定子输入的电功率即为电磁功率2223feRRPIs为正转子电路的损耗为两者之和，因此能量损耗极大。22ePPP15异步电动机定子两相反接的电路图与机械特性2．定子两相反接的反接制动为了迅速停车或反向，可将定子两相反接，工作点由A转移到B此时转差率为1ssssnnnnsnn在两相反接时，电动机的转矩为－T，与负载转矩共同作用下，电动机转速很快下降，这相当于图中机械特性的BC段。在转速为零的C点，如不切断电源，电动机即反向加速，进入反向的电动状态（对应于特性CD段），加速到D点时，电动机将稳定运转，实现了电动机的逆转过程。16（三）能耗制动状态异步电动机能耗制动的电路图与机械特性当K1断开，电动机脱离电网时，立即将K2接通，则在定子两相绕组内通入直流电流，在定子内形成一固定磁场。当转子由于惯性而仍在旋转时，其导体即切割此磁场，在转子中产生感应电动势及转子电流。根据左手定则，可确定出转矩的方向与转速的方向相反，即为制动转矩。1718各个电流之间有下列关系2222221sin2IIIII得机械特性方程式221122222(/)/msmmIXRvTRvXX临界相对转速22mmRvXX19三、运转状态小结在正转方向，特性1与1′的第二象限为回馈制动特性，第四象限为反接制动特性；在反转方向，特性2与2′的第二象限为反接制动特性，而第四象限则为回馈制动特性。能耗制动电路的联结方法有所不同，其机械特性用曲线3与3′表示，第二象限部分对应于电动机正转，而第四象限则对应于反转。图中特性1＇，2′及3′对应于异步电动机转子有串联电阻时，而1，2及3则对应于没有串联电阻。20桥式起重机拖动主钩异步电动机的电路图对应手柄位置主钩异步电动机的机械特性21转速逐级提升过程为lkjihgfedcba转速逐级提升的机械特性22空钩提升与下放时的负载转矩特性提升和下放空钩时的机械特性与负载转矩特性在空钩下放时也属电动状态。此时不但有空钩重量产生的位能力矩，而且有摩擦力产生的阻力矩，而阻力矩又比位能力矩大，将二者叠加即为电动机轴上的负载转矩。23（二）反接制动状态（三）回馈制动状态反接制动下放重物时的机械特性与负载转矩特性回馈制动下放重物时的机械特性与负载转矩特性24第四节根据异步电动机的技术数据计算异步电动机的参数一般异步电动机的产品目录中可以查到一些技术数据，而不给出电动机的定、转子等具体参数，为此必须用工程计算法计算。一般可查到下列技术数据：1NI1）额定功率（kW）2）额定定子线电压（V）3）额定定子线电流（A）4）额定转速（r/min）5）额定效率6）定子额定功率因数7）过载倍数8）飞轮惯量（）NP1NUNn%NN1cosmaxN/TTKKTT2GD2mN11N/IIstKKIIN2E2NI9）对于绕线转子异步电动机，还给出两个转子数据，即a）转子额定线电动势（V）b）转子额定线电流（A）10）对于笼型异步电动机，没有转子数据，但给出下列两个数据a）起动转矩倍数b）起动电流倍数N/stststKKTT25此外，还可能给出定子极对数p；定子绕组的接线方式；工作制（或定额）；负载持续率；最高温升（或绝缘材料等级）等。额定频率我国为50Hz，即Hz。501f在已知上述数据的基础上，可用工程计算法计算异步电动机参数解mN13131mN24033095509550NNNnPT0X[例10-1]一绕线转子异步电动机的技术数据为：kW330NPV6000N1UA47N1Ir/min240Nn878.0N77.0cosN19.1TKV4952NEA4102NI0I2X1X2RmaxT试用工程计算法计算异步电动机的下列参数：NTk2R1RmsX2X26maxN1.913131Nm24949NmTTKT0N0Nnnns04.0250240250Ω0279.0Ω410349504.03N2N2N2IEsR5.11495600095.095.0N2N1EUk222kRRΩ69.35.11Ω0279.02Ω8.2Ω473600004.095.0395.0N1NN11IsUR12NTTmKKss141.0)19.19.1(04.0227160605012250sfpn22211N210TUpXRRKTΩ5.24Ω8.28.2131509.1210123/6000222Ω25.12Ω5.245.05.021XXX0932.05.11/25.12/2222kXX258.004.0/69.38.25.24/tgN2121N2sRRXXN12N1cos1sin64.077.012N2N1N1N10tgcossinIIA7.20A)258.077.064.0(470N10395.0IUXΩ159Ω7.203600095.028第五节绕线转子异步电动机调速及制动电阻的计算计算的方法是按已知条件，利用机械特性（一般是实用表达式）进行，计算时必须注意不同运转状态下方程式中各参量的正负符号等不同特点。8.6TKr/min1460NnA166N2I[例10-2]某绕线转子异步电动机的铭牌参数如下：kW75NPA144N1IV380N1UV399N2E（1）当负载转矩，要求转速时，转子每相应串入多大的电阻（图中B点）？N8.0TTzr/min500Bn绕线转子异步电动机的机械特性29（2）从电动状态（图1中A点）时换接到反接制动状态，如果要求开始的制动转矩等于（图中C点），则转子每相应该串接多大电阻？NnnAN5.1T（3）如果该电动机带位能负载，负载转矩，要求稳定的下放转速r/min，求转子每相的串接电阻值。N8.0TTz300Dn解NN150014600.02671500ssnnsnΩ053.0Ω11633990267.032NN2N2IUsRΩ62.1Ω053.011445.056.412RssRmmfB取（不合理）56.4ms097.0ms097.056.418.08.28.08.2666.02NNNN或TTTTsm（1）30考虑异步机的机械特性为直线,对于固有特性15.0267.08.222NsKsTm66.4666.08.08.22NNTTsm6.1053.01149.066.4fBR对于人为特性666.0BxssN8.0TTTBx973.1150