7.1 三相异步电动机的机械特性

第七章三相异步电动机的电力拖动7.1三相异步电动机的机械特性。教学要求：1、掌握三相异步电动机的三种表达式的物理意义及其应用。2、利用实用表达式绘制三相异步电动机的固有机械特性和人为机械特性，并学会利用机械特性和负载转矩特性分析问题。一、三相异步电动机机械特性的三种表达式。与直流电动机一样，三相异步电动机的机械特性也是指电磁转矩Tem与转子转速n之间的关系。三相异步电动机的机械特性有三种表达式：1、物理表达式emTmTCIφ22cosTC——异步机的转矩系数dpTmpNkCπ1114.442m——异步机每极磁通2I——转子电流的折算值222222)(XsREI——转子电路的功率因数φ2cosRsRφφRsXRsX2222222222222coscos()用于定性分析异步电机在各运转状态下的物理过程。nn1φ2cosI20s0emTemTIφ22,cos，2、参数表达式ememPmIRsTπfp212211/2/UIRRsXX12221212(/)()emmpURsTπfRRsXX21122211212/2(/)()参数表达式就是直接表示异步电动机的电磁转矩T与转差率s和电动机的某些参数（及阻抗等）之间的关系的数学表达式。U11、一、三相异步电动机机械特性的三种表达式一、三相异步电动机机械特性的三种表达式令0dsdT临界转差率mRsRXX222112()最大转矩emmpUTπfRRXX21122111124[()]RXX112正号对应于电动机状态，负号适用于发电机状态。考虑及，可绘制异步电动机的机械特性：)1(1snn60211nnn10TemsTmsNsmTN0mRsXX212()mmpUTπfXX2111124()emmpURsTπfRRsXX21122211212/2(/)()mRsRXX222112()mmpUTπfRRXX21122111124[()]mRsXX212mmpUTπfXX2111124()分析可得：1）当电动机各参数及电源频率不变时，Tm与U12成正比，sm则不变，且与U1无关。一、三相异步电动机机械特性的三种表达式3）Tm与值无关，sm则与成正比。R2R2对绕线式异步电动机，转子电路串电阻可使sm＝1(n=0)，即Tst=Tm：QRQRRRXX222112()QRRXXR221122()XX122）当电源频率及电压不变时，sm与Tm近似地与成反比。Tm是异步电动机可能产生的最大转矩。若TLTm，电动机停转。为保证电动机不会因短时过载而停转，电动机需有一定过载倍数KT一般异步电动机的KT=1.8~3.0，对于起重冶金机械用的电动机，KT可达3.5。NmTTTK——电动机短时过载的极限Tst是异步机接至电源开始起动时的电磁转矩（s＝1，n＝0）：对绕线式异步电动机，转子电路串附加电阻可改变Tst，从而改善起动特性。stmpURTπfRRXX211222112122()()emmpURsTπfRRsXX21122211212/2(/)()NststTTK——额定负载下，只有Kst＞1的笼型异步电动机才能起动。起动转矩倍数：电动机的起动能力一、三相异步电动机机械特性的三种表达式一、三相异步电动机机械特性的三种表达式3、实用表达式emmpURsTπfRRsXX21122211212/2(/)()mRsRXX'222112()mmpUTπfRRXX21122111122()mmemmmmRTsRTRsssssR12122(1)2忽略R1memmmTTssss2NmTTTKNss当时，：NTT,NTmTKTNNNnPT9550NmmNNTNmmNmNssssTKssssTT220222NmNTmsssKs)(12TTNmKKssNmss)(12TTNmKKss正号对应于电动机状态，负号适用于发电机状态。一、三相异步电动机机械特性的三种表达式电动机在额定负载以下运行时，转差率s很小:mmssssmmememmmmTTTTssssss22——机械特性的近似计算公式Nss当时，：emNTTNTmNmmNsKsssTT22一、三相异步电动机机械特性的三种表达式例：一台三相鼠笼型异步电动机的数据为：PN=7.5kW，fN=50Hz，nN=1440r/min，KT＝2.2。（1）若带某负载运行时转速n=1455r/min，求该电机的负载转矩TL是多少？（2）若负载转矩，则电动机的转速为多少？04.015001440150011nnnsNNmN76.4914405.795509550NNNnPTmN47.10976.492.2NTmTKT解：（1）由nN=1440r/min，则n1=1500r/minmNTTssKK=2(1)0.16603.015001455150011nnns而一、三相异步电动机机械特性的三种表达式mN32.3803.0166.0166.003.047.109222ssssTTTTmmmemL（2）当时mN452emLTTT12emmemmmTTTTss由实用表达式可得：因sms，上式中应取负号，则一、三相异步电动机机械特性的三种表达式036.014547.1094547.109166.0122emmemmmTTTTssr/min1446036.01150011）（）（snn由上例可知，实用表达式常用于工程计算。练习：已知一台三相异步电动机，额定功率PN=150kW,额定电压380V,额定转速nN=1460r/min，过载倍数KT＝2.4。当转子回路不串入电阻时，（1）求其转矩的实用表达式；（2）问电动机能否带动额定负载起动。三相异步电动机机械特性的三种表达式，虽然都能用来表征电动机的运行特性，但其应用的场合各有不同。一般来说，物理表达式适用于对电动机的运行作定性分析；emTmTCIφ22cos参数表达式适用于分析电机各参数变化对电动机运行特性的影响；emmpURsTπfRRsXX21122211212/2(/)()实用表达式适用于电动机机械特性的工程计算。memmmTTssss2一、三相异步电动机机械特性的三种表达式二、三相异步电动机的固有和人为机械特性固有机械特性是指在额定电压和额定频率下，按规定的接线方式接线，定子和转子电路中不外接电阻或电抗时的机械特性。1、固有机械特性11nnmTemTs0msstTNTNsABCD二、三相异步电动机的固有和人为机械特性11nnmTemTs0msstTNTNsABCD（2）最大转矩点B：。emmmTTss，（1）起动点A：其特点是对应的转速，对应的转矩称为起动转矩，又称堵转转矩。它是异步电动机接通电源开始起动时的电磁转矩。ns01，stT二、三相异步电动机的固有和人为机械特性11nnmTemTs0msstTNTNsABCD（3）额定运行点C：此时。电动机处于额定运行时，转差率很小，一般。NNemNnnssT=T，，Ns=~0.010.07（4）同步转速点D：此时。为理想空载运行点，异步电动机在实际空载运行时，由于存在空载转矩T0，因此工作点不可能达到同步转速点。emnnsT=100，，二、三相异步电动机的固有和人为机械特性例：某三相异步电动机，试绘出电动机的固有机械特性。NNTPKW,nrfHzK160725/min,50,2.5,解：（1）同步转速点A：emsnrT10750/min,0时，（2）额定运行点B：（3）最大转矩点C：)(19757905.2160.0)15.25.2(033.0)1(22mNTkTkkssNTmTTNm（4）起动点D：mstmmTTNmss22197561610.1610.1611NNNnnsn17507250.033750NNNPsNmn6095509550790725二、三相异步电动机的固有和人为机械特性2、人为机械特性emmpURsTπfRRsXX21122211212/2(/)()1）降低U1mmpUTπfRRXX21122111124[()]mRsRXX222112()stmpURTπfRRXX211222112122()()不变不变，、121,nsUTTmstm11nnmTemTs0msstTLTNU5.0NU8.0NUmTmTstTstTmmTT64.0ststTT64.0mmTT25.0ststTT25.0二、三相异步电动机的固有和人为机械特性降低电网电压对电动机运行的影响：NememLNUnITnsITTT122不变emNxNxmRTIIIsss'22212222111NxNxIIss22,U1降低后电动机电流大于额定值，若长时连续运行，温升最终超过允许值，导致电动机寿命缩短，甚至烧坏。11nnmTemTs0msstTLTNU5.0NU8.0NUmTmTstTstTmmTT64.0ststTT64.0mmTT25.0ststTT25.0二、三相异步电动机的固有和人为机械特性2.转子电路内串联对称电阻（绕线式异步电动机）stmstststmmTTTRRTsTn，，＝到不变，、1mmpUTπfRRXX21122111124[()]mRsRXX222112()stmpURTπfRRXX211222112122()()R~M3~1stTstT12RR2R1nnmstTTemTmss22RRmsms二、三相异步电动机的固有和人为机械特性3.定子电路串联对称电抗mstmsTTn,,1不变，mmpUTπfRRXX21122111124[()]mRsRXX222112()stmpURTπfRRXX211222112122()()11nnmTemTs0msmTstTmsRR11RstT11nnmTemTs0msmTstTmsXX11XstT一般用于鼠笼型异步电动机的降压起动，用来限制其起动电流。