第十章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态

(10-5)
第十章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态
按 （ －） 考 n = n0( −s)及 0＝πn0 / 60 式 10 5 并 虑 1 Ω 2 即 绘 异 电 机 机 特 ， 图 －所 可 制 步 动 的 械 性 如 10 2 示
第十章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态 机械特性曲线中的几个特殊点： 机械特性曲线中的几个特殊点： 起动状态点A 起动状态点A
定义: 定义: 起动转矩 Tst 与额定转矩 TN 的比值定义为起动转矩倍数K st ， 即：
起动转矩倍数
T Kst = st T N
（10－7）
第十章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态 额定运行点B 额定运行点
Tem = 0 。
(TN , nN )
:
）。由于无相对切割，该点的电磁转矩
同步运行点C 同步运行点C：对应于n = n1 （或 s = 0
C = T pmW Kw 1 1 1 2
（10－1） 10 1
−− 步 动 的 矩 数 异 电 机 转 系
Φ −−异 电 机 极 通 步 动 每 磁 m
′＝ I2 E′ 2 ′ ′ (R / s) + X22 2
2
−−转 电 的 算 子 流 折 值
′＝ cosϕ2
′ R /s 2 ′ ′ (R / s)2 + X22 2
临界运行点D 临界运行点D (Tm , S m ) ：该点对应于最大电磁转矩，相应的转差率 s m 又
称为临界转差率。s m 可通过下式求得： sm = ±
R′ 2 ′ R′ +(X1 + X2)2 2
2 Ux m 1 T =± m Ω 2 ±R + R′ +(X1 + X2)2 ′ 0 1 2
(
)
′ 正 2 当 源 率 电 不 时 sm与 m近 地 X1 + X2成 比 ） 电 频 及 压 变 ， T 似 与
3 T 与 2之 无 ， m与 2成 比 ） m R′ 值 关 s R′ 正 。
若负载转矩大于电动机的最大转矩，电动机停机或无法起动， 为保证电机不会因短暂过载而停机，电动机必须具有一定的过载能 力，用过载倍数KT表示：
三相异步电动机降低定子 相电压时的人为机械特性
转矩与电压的平方成正比。 临界转差率与电源电压无关。 机械特性如图10－4。
图10－4
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降低电网电压对电动机运行的影响：转速下降； 使电动机电流大于额定定流，电动机不能长期连续运 行。否则温升最终超过允许值，使电动机寿命缩短， 甚至烧毁。
sm = ± R′ 2 ′ R′ +(X1 + X2)2 2
2 Ux m T =± 1 m Ω 2 ±R + R′ +(X1 + X2)2 ′ 0 1 2
2 ′ Ux R m 1 2 T = st ′ ′ Ω (R +R )2 +(X1 + X2)2 0 2 1
′ ′ T =C ΦmI2 cosϕ2 （10－1） T
T
T
T m
此式称为异步电动机的机械特 性的第一种表达式，它反映了 不同转速时T与磁通 Φ及转子 m ′ o 2 电流的有功分量 I2 c sϕ′ 之 间的关系。在物理上三个量之 间的关系必须遵循左手定则。 故称为物理表达式。
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• 本章主要 研究三相异步电动机的机械特性及各种运转状态下的机械特性 的计算。包括机械特性的三种表达式的建立；固有机械特性与人为机械 特性的分析与绘制；三相异步电动机各种运转状态的物理概念、实用条 件。异步电动机参数的工程计算方法；异步电动机调速与制动电阻的计 算方法。
两 曲 相 ,即 n = f (T) 条 线 乘 得
′ 、 ′ n = f (I2) n = f (c sϕ ) n = f ( ) o 2、 T
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n
n 0
′ 小 n 时 虽 I′ 大 但 当 =0 ， 然 2较 ， cosϕ2较 ， T 不 ， 当 从 0减 时 I2增 较 ， 值 大 但 n n 小 ，′ 加 快 ′ 大 转 T 加 快 cosϕ2较 ， 矩 增 较 。 在 ～ 0之 ， 现 =T 0 n 间 出 T m T称 异 电 机 大 矩 为 步 动 最 转 m
定义: 定义: 将最大电磁转矩 Te max 与额定转矩 或过载能力）， ），用 表示， （或过载能力），用 KT 表示，即：
KT = Tm TNFra bibliotek的比值定义为最大转矩倍数 的比值定义为最大转矩倍数
KT: 一般电动机为1.8~3.0,冶金起重等电动机可达3.5
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回馈制动时的过载能力比电动状态时的过 载能力大。
′ sm = sm
T′ > T m m
第十章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态 • 二、人为机械特性 • 由机械特性的参数表达式
2 ′ Ux R / s m 2 1 T= ′ ′ Ω (R / s +R )2 +(X1 + X2)2 0 2 1
3 定 电 内 接 称 抗 4 定 电 内 接 称 阻 ） 子 路 串 对 电 ） 子 路 串 对 电 5 转 电 接 并 阻 ） 子 路 入 联 抗 6)改 频 f1 变 率 7)改 极 数 变 对 p
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• 1、降低电源电压 U x
2 ′ Ux R / s m 1 2 T= ′ ′ Ω (R / s +R )2 +(X1 + X2)2 0 2 1
将
(Tst ,0) ：对应于转速 n = 0（或 s = 1 ），st 即起动转矩(或堵转转矩) T
s = 1（或 n = 0 ）代入式（6-121）便可求出起动转矩为：
2 ′ m Ux R 1 2 T = st ′ ′ Ω (R +R )2 +(X1 + X2)2 0 2 1
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另外起动转矩也是电动机的一个重要参数：只有起动转矩大于负 载转矩，电动机才可起动。
−−转 电 的 率 数 子 路 功 因
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n
n 0
∵ = n ( −s) n 0 1
′ I2 ＝
′ E 2 ′ ′ (R / s)2 + X2 2
2
′、 s ′ 在图10－1上绘出 n = f (I2) n = f (co ϕ2)
′ cosϕ2
n = n (s =0 时 c s ′2=1 ) ， ϕ o , 0
• 二、参数表达式
Pem m1 2 R '2 ′ Tem = = I2 Ω0 Ω0 s
由 步 动 的 似 效 路 ， 异 电 机 近 等 电 图 得 I′ = 2 Ux ′ (R′ / s +R1)2 +(X +X2)2 带入上式 2 1
T=
′ m UxR / s 1 2 ′ ′ Ω (R / s +R )2 +(X1 + X2)2 0 2 1
可 ： 为 变 源 压 x， 流 率1,定 极 数 , 知 人 改 电 电 U 电 频 f 子 对 p 定 与 子 路 电 与 抗 1、 ′、 1、 ′可 到 子 转 电 的 阻 阻 R R2 X X2 得 不 的 械 性 同 机 特 : 1降 电 Ux ) 低 压 2)转 电 内 联 称 阻 子 路 串 对 电
此外，由图6.50还可以看出：三相异步电动机的机械特性曲线 可分为两个区域：（1）稳定运行区域；（2）不稳定运行区域。 稳定运行区域： 稳定运行区域： 在此区域内， 0 < s ≤ s m ， n1 (1 − s m ) ≤ n ≤ n1 。此时，机械特性向下 倾斜，无论是对于恒转矩负载还是对于风机、泵类负载，电力拖动 系统可以稳定运行； 不稳定运行区域： 不稳定运行区域： 在此区域内，s m < s ≤ 1 ，0 ≤ n ≤ n (1 − s ) 。此时，对于恒转矩负载， 系统将无法稳定运行；而对于风机、泵类负载，尽管系统可以稳定 运行，但由于转速太低，转差率较大，转子铜耗较大，三相异步电 动机将无法长期运行。
10.1 三相异步电动机机械特性的三种表达式
定义： ，它反映了在不同转速下，电动机所能提供 它反映了在不同转速下， 定义： 它反映了在不同转速下 的出力（转矩）情况。 的出力（转矩）情况。
1 1N 1 n = f (Tem ) U1 =U N
f =f
• 一、物理表达式
′ ′ T =C ΦmI2 cosϕ2 T
（10-8）
式中，正号对应于电动机状态，负号对应于发电机状态 ′ 有 通 R << X1 + X2,故 ： 常1 R′ mUx 2 1 T ≈± sm ≈ ± m （10-9） （10-10） ′ 2Ω (X1 + X′)2 X1 + X2 0
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1当 动 个 数 电 频 不 时 T 与 x成 比 sm保 不 。 ) 电 机 参 及 源 率 变 ，m U 正 ， 持 变
1 m
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• 三、实用表达式 • 参数表达式虽然对于理论分析很有用，但其中诸多参数不可查找。
2 ′ Ux R / s m 2 T= 1 ′ ′ Ω (R / s +R )2 +(X1 + X2)2 0 2 1
2 Ux m T =± 1 m Ω 2 ±R + R +(X1 + X2)2 ′ ′ 0 1 2