第九章 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
三相异步电动机的机械特性及各种运转状态

16
各个电流之间有下列关系
2 2 2 I I 2 I I sin I 1 2 2 2
2 2 ) m I ( R 1 1X m 2/v
得机械特性方程式
T
2 2 X R X s 2/v m 2
临界相对转速
R2 vm Xm X2
异步电动机轴上输出的机械功率也为负 P 2 T
11
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 1 I0 106 C I0 0 .3 I1N 2 π f U 3 1 N
I2
E2 R2 2 X 2 s
2
异步电动机的 机械特性
二、参数表达式
E π fN k 2 2 1 1 w 1 m
2 π f1m 1
I2 cos E2 2
/s R2 cos 2 Z2
则得
I2 Z E 2 2
cos 0 .77 K 1 .9 1 N T
A E 495 V I2 N410 2N
试用工程计算法计算异步电动机的下列参数:T N
T m ax R2
X
0
k
R2
解
R1
sm
X
X1
X2
X2
I0
P 330 N T 9550 9550 N m 13131 N m N n 240 N
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
三相异步电动机的机械特性

交流调速系统认识-异步电动机的机械特性
• 特性解读3-电动机的四个特殊9中的C点。起动工作点的起动转矩反映了异 步电机带负载起动时的性能。此时转矩和转差率为: T= Tst,n=0,s=1。
• 可见,异步电动机的启动转矩Tst 与U、 R2及X20 有关。当施加在定子每相绕组上的电压降低时,启 动转矩会明显减小;当转子电阻适当增大时,启动 转矩会增大;而若增大转子电抗则会使启动转矩大 为减小。
当负载减少时,TL″<TN,动力大于阻力,电机的稳定运行状态被破坏。这 时,转速 n上升,转差率s下降,转子电路感应电动势减小,电流I2减小,定 子电流I1随之减小,电磁转矩T减小至T″。当T″=TL″时,电动机转速重新稳 定在n″上,此时n″>n。特性曲线的N沿特性曲线左移。
交流调速系统认识-异步电动机的机械特性
Tst
K
R2U 2
R22
X
2 20
交流调速系统认识-异步电动机的机械特性
特性解读3-电动机的四个特殊点之四
(4)电动机临界工作点 电机转矩最大值的点称为临界工作点,如图中的B点。此 时转矩(最大转矩)和转差率(临界转差率)为:T= Tmax,n=nm,s= sm。 通常把在固有机械特性上最大电磁转矩与额定转矩之比:
• 特性解读1
• 在异步电动机中,转速 n=(1-s)n0将曲线换成转 速与转矩之间的关系曲线(把转矩特性曲线旋转 90°),即称为异步电动机的机械特性,异步电动 机在额定电压和额定频率下,用规定的接线方式, 定子和转子电路中不串联任何电阻或电抗时的机械 特性称为固有(自然)机械特性。从特性曲线上可 以看出,机械特性曲线可分为稳定运行区AB段和非 稳定运行区BC段两部分。
交流调速系统认识-异步电动机的机械特性
三相异步电动机械特性及各种运行状态

n
n0
a1
O
T
-n0
机械功率Pm
第 十 章 异步电动机的电力拖动
(2) 转子反向的反接制动 ——下放重物
① 制动原理
n
定子相序不变,转子 电路串联对称电阻 Rb。 低速提 a 点 惯性 b 点(Tb<TL),升重物
n↓ c 点 ( n = 0,Tc<TL )
n0
a
b
e TL
Oc
1 T
在TL 作用下 M 反向起动
由参数表达式可知,改变定子电压U1、 定子频率f1、极对数p、定子回路电阻 r1和电抗x1、转子回路电阻r2ˊ和电抗 x2ˊ,都可得到不同的人为机械特性。
(1)降低定子电压的人为机械特性
在参数表达式中,保持其它参数不变, 只改变定子电压U1的大小,可得改变 定子电压的人为机械特性。
讨论电压在额定值以下范围调节的人 为特性(为什么?)
Pe = m1—I2'—2 R定2'子+s 发Rb出'<电0功率,向电源回馈电能。
Pm=
(1-s ) ——
轴Pe上<输0入机械功率(位能负载的位能)。
PCu2 = Pe-Pm
|Pe | = |Pm|-PCu2
—— 机械能转换成电能(减去转子铜损耗等)。
第 十 章 异步电动机的电力拖动
制动效果 Rb →下放速度 。
第 十 章 异步电动机的电力拖动
(3) 能耗制动过程 —— 迅速停车 2
① 制动原理
b
n
a1
制动前:特性 1。
制动时:特性 2。
a 点 惯性 b 点 (T<0,制动开始)
O TL
T
n↓ 原点 O (n = 0,T = 0),制动过程结束。
高等教育工程类课件 三相异步机机械特性

Tm
m1 pU12
4f1[r1 r12 (x1 x2' )2
]
m1 pU12
4f1(x1 x2'
)
过载能力
T
Tm TN
由两个表达式可见
当其它参数一定时: 1、最大电磁转矩与电源电压平方成正比;
临界转差率与电源电压无关。 2、转子回路电阻越大,临界转差率越大;
最大电磁转矩与转子电阻无关。 3、频率越高,最大电磁转矩和临界转差率越小;
矩先增后减。 4、起动转矩倍数
K st
Tst TN
实用表达式
Tem
2Tm s sm sm s
已知电机的额定功率、额定转速、过载能力
TN
9550
PN nN
Tm TTN
sN
n1 nN n1
忽略空载转矩,有 TN
sm sN (T T2 1)
sN
2Tm sm sm
sN
将Tm和sm代入即可得到机械特性方程式
一、物理表达式
Tem
CT
m
I
' 2
cos 2
二、参数表达式
Tem
2f1 (r1
m1
pU12
r2' s
r2' s
)2
( x1
x2'
)2
三、实用表达式
Tem
2Tm s sm sm s
物理表达式
Tem
CT
m
I
' 2
cos 2
表明:三相异步电动机的电磁转
矩是由主磁通m 与转子电流的有
功分量
I
' 2
cos
三相异步电动机的固有机械特性m
三相异步电动机的机械特性

三相异步电动机的机械特性ppt xx年xx月xx日contents •介绍•三相异步电动机的工作原理•三相异步电动机的结构•三相异步电动机的机械特性•三相异步电动机的调速•三相异步电动机的优缺点•应用和发展趋势•参考资料目录01介绍三相异步电动机广泛应用于各种工业和商业场合,如泵、风扇、机床等。
理解三相异步电动机的机械特性对于掌握其性能、应用和控制具有重要意义。
背景和目的1电机概述23三相异步电动机是一种交流电机,其转子转速与旋转磁场速度存在差异。
电动机的定子和转子由铁芯和绕组组成,通过三相交流电驱动。
转子在旋转磁场的作用下产生感应电流,该电流在磁场中产生转矩,使电机旋转。
三相异步电动机根据冷却方式可分为开启式、防护式和封闭式三种类型。
根据电源频率和转速的不同,电动机还可以分为普通电动机和变频电动机。
电机分类02三相异步电动机的工作原理03旋转磁场的转速称为同步转速,它与电源频率及电动机的极数有关。
工作原理概述01三相异步电动机是利用旋转磁场与三相定子绕组相互作用产生电磁转矩驱动电动机运转的。
02旋转磁场的磁极与三相定子绕组之间的相互作用是异步电动机的主要工作原理。
定子是电动机的静止部分,由机座、定子铁芯和定子绕组构成。
定子铁芯由硅钢片叠压而成,以减少磁滞损耗和涡流损耗。
定子绕组是电动机的电路部分,由三个在空间互差120°的绕组组成,一般接成星形或三角形。
定子转子转子铁芯也是由硅钢片叠压而成,以减少磁滞损耗和涡流损耗。
转子绕组是电动机的电路部分,通入电流后会产生磁场,与旋转磁场相互作用产生电磁转矩。
转子是电动机的旋转部分,由转子铁芯、转子绕组和转轴构成。
旋转磁场旋转磁场是三相异步电动机的主要工作原理之一,它与三相定子绕组相互作用产生电磁转矩驱动电动机运转。
旋转磁场的磁极与三相定子绕组之间的相互作用是异步电动机的主要工作原理。
旋转磁场的转速与电源频率及电动机的极数有关,而与电动机的转矩及负载大小无关。
三相异步电动机在各种运行特性下的机械特性

三相异步电动机在容性种运行特下的机械特性实验五 三相异步电动机在各种运行状态下的机械特性【思考要点】如何利用现有设备测定三相绕线式异步电 动机的机械。
测定各种运行状态下的机械特性应注意哪 些问题。
如何根据所测得的数据计算被试电机在各 种运行状态下的机械特性。
【实验原理】三相异步电动机的定、转子之间没有直接电 的联系,它们之间的联系是通过电磁感应而实现 的。
一台三相异步电动机的电磁转矩的大小决定 了其拖动负载的能力,而三相异步电动机的电磁 力矩的大小不仅与电动机本身的参数有关,也和 其外加电源的电压有关。
本实验围绕异步电动机 的电磁力矩和其参数、外加电压的关系以及各种 运行状态等电力拖动问题进行展开。
1. 三相异步电动机的机械特性机械特性是指电动机转速n 与转矩T 之间的 关系,一般用曲线表示。
欲求机械特性,先求T 与n 的数学关系式,称为机械特性表达式。
电磁转矩由异步电动机的近似等效电路,得1. 2. 3.—Ux+ 号]+(尤+*;)2代入T的公式,即得参数表达式° (久+住)2+(尤+兀)考虑到// = (l-.v)n09即可由此式绘岀异步电动机的机械特性曲线“=/(/),如图6・24所示。
机械特性的参数表达式为二次方程,电磁转矩必有最大值,称为最大转矩Lo将表达式对s求导,并令 j 可求出产生as最大转矩7;时的转差率X^+(x, + x 2)2Sm 称为临界转差率。
代入T 的公式则可得几的公 式昭 2 ±/?,+^+(X 1+X 2)2式中正号对应于电动机状态,负号适用于发电机 状态。
一般d®,故可得近似公式一乙+疋T “ 〃武 ” 一2昭(若+Xj可见:(1)当电动机参数和电源频率不变时,几而S 与弘无关;(2)当电源电压和频率不变时,£和T a近似与(X. + XJ 成反比;(3)增大转子回路电阻心只能使£相应增大,而畫保持不变。
最大转矩監与额定转矩Z 之比称为过载倍数,也称过载能力,用心表示:般异步电动机K T =l. 8〜3. Oo 对于起重冶金机异步电动机起动时,力=0, s=l,代入参数 表达式,可得起动转矩的公式4 (尺 +/?2)+(X]由此式可知,对绕线式异步电动机,转子回lil 械用的电动机,可达3. 5。
三相异步电动机的机械特性和各种运转状态专题培训课件

sm可以通过下式求出
smsN(KT KT21)
式中
sN
ns
nN ns
实用表达式
T
2 T m ax s sm
sm s
由于机械特性的实用表达式中的临界转差率 Smax在电机铭牌与产品技术手册中是查不到的, 因此实用表达式还存在不方便使用的问题。为 此还应利用已知条件推导临界转差率Smax。
R1
R2 s
2
U
2
X 1 X 2
2
sm
R2
R12 X1X22
s
2
R1
R12
X1
X
2
2
忽略 R1 得机械特性的实用表达式
T
2Tmax
1
sm
R1 R 2
s sm
sm s
2sm
R1 R 2
T 2Tmax s sm sm s
T n
P2
Te与n反向 n n s
s<0
E2s sE2 0 E 2 0
I2acos2 0 I2asin2 0
异步电动机在回馈制 动时的相量图
U 1 超前I 1 角度小于90度 φ < 90°
U 1 超前I 1 角度小于90度 90°< φ < 180°
电机电动状态时的相量图
于是,当s < sN时,电磁转矩Te与转差率s成正比。
三相异步电动机 的固有机械特性
工作区 T 2T m ax s sm
非工作区 (通风机负载除外)
第二节 三相异步电动机的固有机械特性 与人为机械特性
相异步电动机的机械特性及各种运转状态

1)电动机转矩方向与转速方向相同。 2)机械特性在第一、三象限内。 3)电动机从电网吸收电能,转化为机械能。 • 二、制动状态特点: 1)电动机转矩方向与转速方向相反。 2)回馈制动与能耗制动时的机械特性在第二象限、反接制 动的机械特性在第四象限内。 3)回馈制动与能耗制动时电动机从轴上吸收机械能,转化 为电能
定子电路内串联对称电 抗时的人为机械特性
定子电路内串联对称电阻 时的人为机械特性
5、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 抗时的电路图和人为 机械特性
转子电路接入并联阻抗 时的转子等效电路图
不稳定运行区域:
在此区域内, sm s 1 ,0 n n1(1 sm )
。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。
• 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。
n n0
cos 2
图10-1
n n0 (1 s) I 2=
E2 ( R2 / s) 2 X 2 2
在图10-1上绘出 n f (I2 )、n f (cos 2 )
n n0 (s 0)时,cos 2 1,
I 2
T
R2 / s , I 2 0 当s较小时,R2 / s X 2 , X 2可忽略
机械特性参见下页图10-5。
转子电路内串联对称电阻 时的人为机械特性
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U
2 X
(10 17)
R12
(X1
X
' 2
)
2
正号对应于电动机状态,而负号则适用于发电机状态 考虑 R1 << ( X1 + X2') ,可得:
Sm
R2'
X1
X
' 2
(10 18)
Tm
m1U
2 X
20 ( X1
X
' 2
)
(10 19)
可以看出:
4.几点规律
1)当电动机各参数及电源频率不变时, Tm 与 UX2 成正比,sm 因与 UX 无关而保持不变
二.异步电动机机械特性的参数表达式
采用参数表达式可直接建立异步电动机工作时转矩和转速关系并 进行定量分析
E
' 2
2f1W1kW1 m (10 5)
0
2f
p
(10 6)
T
m1 0
E
' 2
I
' 2
c
os
' 2
(10 7)
E
' 2
I
' 2
Z
' 2
(10 8)
R2'
c
os
' 2
PT
3I
2 2
R2 R f s
(10 44)
转子轴上机械功率为
P2 PT (1 s) (10 45)
s > 1,P2 为负值,即电动机由轴上输入机械功率 转子电路的损耗为
DP2 PT (1 s) (10 45)
DP2 数值上等于 PT 与 P2 之和,所以反接制动时能量损耗极大 3)用途 可以用于稳定下放位能性负载
2)当电源频率及电压不变时, sm 与 Tm 近似地与 ( X1 + X2')成反比
3)Tm 与 R2' 之值无关,sm 与 R2'成正比
5.电动机过载倍数 KT
KT
Tm TN
(10 21)
一般异步电动机的 KT 约等于 1.8 ~ 3.0 起 过重载冶倍金数机KT械是用电的动电机动短机时,K过T 载可的达极3限.5
s
Z
' 2
(10 9)
T
m1 0
I
' 2
R2' s
(10 10)
由异步电动机的近似等效电路:
I
' 2
UX
( R2'
/
s
R1 ) 2
(X1
X
' 2
)
2
(10 14)
1.异步电动机的机械特性参数表达式
T m1
U
2 X
R2'
/
s
(10 15)
0
(R2'
/ s R1)2
(X1
缺点:能量损耗大,制动准确度差
1.方法 由于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,可以确定出转矩的方向与电动机的转速方向相反, 电动机产生的转矩为制动转矩
2.电路图 3.原理 4.机械特性
异步电动机能耗制动及其 机械特性(图10-18)
异步电动机回馈制动时的 机械特性(图10-13)
6.回馈发电的问题 回馈发电状态时 由于转子电流的无功分量方向不变 所以定子必须接到电网,并从电网吸取无功功率 才能建立电动机的磁场如果在异步电动机定子脱离电网的同时,又希望能发电 则定子三相必须接上连接成三角形或星形的三相电容器
异步电动机定子连接三 相电容器(图10-14)
(图9-3)其中:
起动点 A
额定工作点 B
同步速点 H
最大转矩点
电动状态最大 转矩点
P
回馈制动最大 转矩点
P'
sm ' sm (10 33)
Tm' Tm (10 34)
可见: 回馈制动时异步电动机过载能力大于电动状态时的过载能力
二.人为机械特性
由电动机的机械特性参数表达式可见: 异步电动机电磁转矩 T 的数值是由某一转速 n(或 s )下, 电源电压 Ux、 电源频率 f1、 定子极对数 p、 定子及转子电路的电阻 R1、R2' 及电抗 X1、X2' 等参数决定
I
' 2a
E2'
( R2'
/
s)2
X
' 2
2
R2' / s
( R2'
/
s)2
X
'2 2
E2' R2' (R2' / s)2
/s
X
'2 2
(10 38
转子电流的无功分量为 I2r'
I
' 2r
当 s 变负后,
E
' 2
( R2'
/
s)2
X
'2 2
转子电流的有功分量改变了方
向,无功分量的方向不变
X
' 2
第一节 三相异步电动机机械特性的三种表达式
一.异步电动机机械特性的物理表达式
1.异步电动机电磁转矩表达式:
T
CTJ
m
I
' 2
cos
' 2
(10
1)
2.转矩常数表达式:
3.转子电流表达式:
I
' 2
CTJ
pm1W1 kW 1 2
(10 2)
E2'
(10 3)
( R2'
/ s)2
X
' 2
1.转速反向的反接制动 1)转速反向反接制动电路图
异步电动机转速反向 反接制动(图9-15)
异步电动机转速反向反接 制动时的机械特性(图9-16)
2)对转速反向反接制动的说明 转子转速方向与电动状态相反.因此转差率:
s n0 (n) n0 n 1 (10 43)
n0
n0
转子由定子输入的电功率(电磁功率)为
2.降低电源电压的机械特性
异步电动机降低电源电压的机械特性(图9-4)
(二) 转子电路内串联对称电阻 由 (10-16) (10-17) 知道: 最大转矩 Tm 不变; sm 随串联电阻增大而增加
1.转子电路串联对称电阻时机械特性 异步电动机转子电路串联对称电阻时机械特性(图10-5)
2.转子电路串联对称电阻用途 (1)绕线转子异步电动机的起动 (2)调速
异步电动机转子电路串联对称电阻时机械特性(图9-7)
2.用途: 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
(五) 转子电路接入并联阻抗
1.电路
2.机械特性
3.对人为机械特性的解释
1)起动初期 ;因为转子频率相当大,感抗较大, 转子电流的大部分将流过电阻 Rst 所以起动转矩相当大, 相当于转 子电路串大电阻
人为地改变电源电压、电源频率、定子极对数、 定子和转子电路的电阻及电抗等参数, 可得到不同的人为机械特性。
(一) 降低电源电压 Ux
最大转矩 Tm 及起动转矩 Tst 与 Ux2 成正比地降低;sm 与 Ux 的降低无关 1.降低电网电压对电动机的影响 过载能力下降;负载电流上升.从机 械特性物理表达式进行分析 因为电网电压下降,电动机气隙磁 通下降,所以在电动机带一定负载 转矩情况下,转子电流增加
(一) 回馈制动状态 回馈制动状态的特点是电动机转速高于同 步速度
1.位能负载的回馈制动状态
带位能负载时进入回馈制动状态(图9-11)
2.对回馈制动状态的说明
位能负载使转速高于同步速度 n0 ,即 n > n0 时, 转差率 s = ( n0- n )/ n0 < 0, 转子感应电动势 sE2 反向,转子电流的有功分量为 I2a'
X
' 2
)
2
2.异步电动机所以在某一转差率 sm 时,转矩有一最 大值 Tm, 该值称为异步电动机的最大转矩 求出生产 Tm 时的转差 sm
Sm
R2'
(10 16)
R1'
(X1
X
' 2
)2
3.对应异步电动机的最大转矩Tm为
Tm
m1 0
2[ R1
由于 I2'cos2 为负 所以 T = CTJΦm I2'cos2 也变为负, 说明此时电动机电磁转矩与转向相反, 因此这时的电动机既回馈电能,又在轴上产生机械制动转矩因为 异步电动机轴上输出机械功率
P2 T (10 40)
所以 P2 也变为负, 说明此时电动机由轴上输入机械功率
5.回馈制动的机械特性
R1 R2'
忽略 R1 可以得到异步电动机机械特性的实用表达式
T 2Tm (10 25) s sm sm s
这里 Tm KT TN (10 26)
TN
9550
PN nN
(10 27)
TN
PN N
1000PN
1 60
2nN
9550 PN nN
sm sN (KT KT 2 1) (10 28)
sN
n0 nN n0
(10 29)
当电动机在额定负载下运行时,转差率很小,忽 略 s ,得:
sm
T 2Tm s (10 31) sm
第二节 三相异步电动机的机械特性
一.异步电动机的固有机械特性
异步电动机在下述条件下工作: 额定电压 额定频率 电动机按规定接线方法接线 定子及转子电路中不外接电阻 (电抗或电容) 时的机械特性曲线 n = f ( T ) , 称之为固有机械特性