三相感应电动机的机械特性、人为机械特性

一、机械特性的三种表达式1、物理表达式2、参数表达式3、实用表达式•电磁转矩与转速之间的关系曲线，是电动机的机械特性。)(),(sfTnfTememrMMNememICICIfkNpfmpfIEmPT2122122111111122211coscos244.4/2cos'反映了感应电动机的电磁转矩与气隙每极磁通和转子电流有功分量的乘积成正比的物理本质。2221cosIEmPem22'122112)('xxsrrUI根据简化电路得到的转子电流602'122211nsrImPPTemem22122122111'''1xxsrrsrUmTem＋电磁转矩的参数表达式：•几个关键点：•起动点•最大转矩点•额定工作点•电动，Tem与n同向•发电，nn1•制动Tem与n反向TemS,nSmTmaxTstS=0n=n1S=1n=0•异步电动机的T-s曲线上有一个最高点；•最大转矩可以根据高等数学中求极值的方法求得。221212)'('0xxrrsdsdTmem令：2212112111max'21xxrrUmT代入转矩公式，得•过载能力：最大转矩与额定转矩之比：NmTTmax过载倍数电动机状态为+)2.2~6.1(6.1一般m•最大转矩与电压的平方成正比；与转子电阻无关.•最大转矩的位置与电压无关.可以由转子电阻的大小来调整；•最大转矩近似与漏电抗成反比；•2212112111max'21xxrrUmTTemS,nSmTmaxTst221212)'('xxrrsm•异步电动机的起动转矩与电压的平方成正比；•总漏抗越大，起动转矩越小；•绕线式异步电动机可以在转子回路串入适当的电阻可以增大起动转矩；22122122111)'()'('1xxrrrUmTst•当时，sm=1,起动转矩最大。•电源频率提高，起动转矩下降。•起动转矩倍数•要求：221212)'('xxrrNstststTTTk/倍7,2~1stIstststTIkTksrrsrxxrfsrpUmTem21222212112211'2''2'msrxxr222121''msrrfpUmT211211max'4srrsrsrfsrpUmTmem21222212211'2''2'2212112111max'21xxrrUmTmmmsrrsrfTsrrfTpUm2211max211max211'1'4*'4*srrsrsrfssrrrsTfsrrsrsrfsrpUmTmmmmem21222212221max121222212211'2''2')'1(*4'2''2'2121max'2'22rsrssssrsrTTmmmmem21'2rsrmms分子和分母中相对较小值在0.12~0.20范围内,mmsrrsrfTpUm2211max211'1'4*通过铭牌数据求取电动机转矩的方法。NmmNNmssssTT21max12mmNmssssssTTmm2max2由求出已知T2可求出s由已知s可求出T2线性时2maxmax222TTssssTTsssmmmNNmTTmax1、恒转矩负载1)位能性负载TZ的大小和方向与转速无关2)反抗性负载(磨擦)TZ的大小与转速无关,方向始终与Tz相反2、风机、水泵类负载3、恒功率负载31310220nknkpPzknknkTzTemS,nSmTmaxTstS=0S=1dtdnKdtdJTTZemTemS,nSmTmaxTstS=0S=1dtdnKdtdJTTZem转矩平衡点0ZemTT稳定运行点：受到扰动后TTzTZ'应能达到新的平衡点，扰动消除后，应能回到原平衡点运行0T图中白点不稳定对于恒转矩负载，区域为非稳定区域1ssmsm又称为临界转差率当定子的对称三相绕组•按规定的接线方式，Y或三角形；•定子不经任何阻抗直接加额定电压、额定频率的三相电压；•转子回路不串任何阻抗，直接短路。这种情况下得到的n＝f（Tem），称为固有机械特性。人为地改变电动机地任一个参数（如U1、f1、p、定子回路电阻或电抗、转子回路电阻或电抗的机械特性称为人为机械特性。1.降低定子端电压的人为特性；2.改变转子回路的电阻的人为特性；3.改变定、转子回路电抗的人为特性；4.改变极数后的人为特性；5.改变输入频率的人为特性；•从等效电路求出起动电流：22122112)'()'(xxrrUIIst•起动转矩，即起动瞬间电动机的电磁转矩22122122111)'()'('1xxrrrUmTst第十二章起动和调速NststTTk一，起动•直接起动大电机起动电流很大，会冲击电网•降压起动•增加转子回路电阻起动二，降压起动第十二章起动和调速1.用自耦变压器起动Ist2U1Ist1U2ＭstastaTkT2121aststkIIastststkIIUUI122第十二章起动和调速２Ｙ／Δ起动ststYTT2)3(1正常运行时定子绕组接成三角形的电动机，在起动时换接成星形，起动完毕后再恢复换接成三角形。三角形联接时，KNstzUI13星形联接时，定子绕组每相电压为31NUstKNstYIzUI3131起动转矩与相电压的平方成正比。第十二章起动和调速3，应用电力电子技术软起动M第十二章起动和调速三、增加转子回路电阻起动1、转子回路串电阻起动这种起动方法常应用于既要有较大的起动转矩、又要限制起动电流的场合。22122112)'()'(xxrrUIIst22122122111)'()'('1xxrrrUmTst3213stT3stT3ms1ms2ms3ms1stT2stT3stT'2str321'''stststrrr第十二章起动和调速２、用深槽式和双笼转子深槽式异步电机的转子槽形深而窄，其槽深与槽宽之比大到10~20或以上越靠近槽底的小导体具有越大的漏电抗，漏电抗越大，则电流越小导条中靠近槽底处的电流密度将很小，而越近槽口则越大。称为电流的集肤效应。由于电流好像被挤到槽口处，又称挤流效应。起动完成后,电动机正常运行，由于转子电流频率得低（一般为1~3HZ），漏电抗减小,集肤效应应基本消失，转子电阻会自动变小，从而满足了减小转子铜耗以提高电机效率的要求。挤流效应效果：转子电阻增加、槽漏抗减小第十二章起动和调速２、用深槽式和双笼转子电动机正常运行时，由于转子电流频率得低（一般为1~3HZ），集肤效应应基本消失，转子电阻会自动变小，从而满足了减小转子铜耗以提高电机效率的要求。双笼异步电动机的特点是转子上有两套笼,即上笼和下笼，上笼导条截面较小，通常用黄铜或铝青铜等电阻系数较大的材料制成，故电阻较大；下笼导条截面较大，用电阻系数较小的紫铜制成，故电阻较小。上笼下笼•要求电动机具有几种转速；•在一定的范围内可以连续调速；调速的方法：)1()1(1601snsnpf（1）改变定子绕组的极对数p（有级调速）；（2）改变电源的频率f1；（3）改变电动机的转差率；•改变定子绕组的端电压；•改变定子绕组的外加电阻或电抗；•转子回路加电阻或电抗；（绕线式转子）单绕组双速电机：一套定子绕组具备两种极对数而得到两个不同同步转速；三速或四速电机：定子内放两套独立的绕组；A1X1A2X2A1X1A2X2A1X1A2X2单绕组双速电机原理：•A1X1和A2X2串联形成四极磁场；•A1X1和A2X2串联，A2X2反向，形成两极磁场TemS,nSmTmaxTstUIUTUsUTststm22max无关与调速性能不好,常用作降压起动ststmITrTrsr无关与2max22,TemS,nSmTmaxTstSm2Sm1调速性能较好,但笼形转子不能实施风机类负载,r2↑,s↑,n↓,Tem=Tz↓↓Pem=Tem*Ω1↓,P1↓,I1↓22122112211)'('2'xxsrrfsrpUmTemTemS,nSmTmaxTstSm2Sm122122112211)'('2'xxsrrfsrpUmTem常常1*emememTP，T、常srsrr22''''nsrrrs,'22srImPem2221''2'I不变不变1111'22cos,,,,,cosPIEE不变1222,*PPTP)(22222rrImpcu转子转速下降部分的功率，消耗在串入电阻r上rIm222对于恒转矩负载，Tz=常由)('平移mmnn通过改变异步电动机输入电压的频率1f，以改变定子旋转磁场的同步速1n，mNkNfE111144.4常11'111'1'ffUUEE常212122112111211max'8'4LLfpUmxxrfpUmT121122121)'(2'''fLLfrxxrsm常pffknsnmm11160常时的转速）Tmmnnnmax(1)()(1'1'''11''nnnnnnnnnnnnmm平移平移mNkNfE111144.4常11'111'1'ffUUEE常pffknsnmm11160)('平移mmnn常212122112111211max'8'4LLfpUmxxrfpUmT当频率过低时，r1不能忽略，r1使Tmax下降，实际变频器用增大电压的办法进行补偿适用于恒转矩负载调速（过载倍数不变）)('平移mmnn22122112)'()'(xxrrUIIst2212212211)'()'('21xxrrrUmpfTstIstf,Tstf,)(),(11'2max平移过载倍数小近似mmmnnfsfTTemn1SmTmaxTstn1’Sm’ΔnmΔn’m向上变频调速对于恒功率调速，m减小，弱磁端电压无法提高，端电压无法提高端电压按比例上升端电压无法提高时