Chap-3異步電動(dòng)機(jī)資料課件

Chap.3異步電動(dòng)機(jī)雷廷平ltp9851@2/80一、結(jié)構(gòu)二、工作原理三、磁動(dòng)勢(shì)四、電動(dòng)勢(shì)五、空載運(yùn)行和負(fù)載運(yùn)行六、等效電路與相量圖七、功率及轉(zhuǎn)矩八、工作特性九、參數(shù)測(cè)定十、起動(dòng)和調(diào)速3.1概述電機(jī)分類交流電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)鼠籠式繞線式異步機(jī)同步機(jī)他勵(lì)、異勵(lì)、串勵(lì)、復(fù)勵(lì)同步電機(jī)發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)主要用途變頻調(diào)速異步電機(jī)主要用作電動(dòng)機(jī)銘牌數(shù)據(jù)（1）額定功率PN：指電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)軸端輸出的機(jī)械功率，單位一般為kW。（2）額定電壓UN：電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)定子繞組上所加的線電壓，V或kV（3）額定電流IN：定子加額定電壓，軸端輸出額定功率時(shí)的定子線電流，單位A。（4）額定頻率f1：我國(guó)工頻為50Hz。（5）額定轉(zhuǎn)速nN：額定運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，單位為r/min。3.1概述銘牌數(shù)據(jù)定子繞組接線方法3.1概述國(guó)產(chǎn)主要系列JO2系列老式，一般用途的小型籠型異步電動(dòng)機(jī)，封閉風(fēng)扇冷式。Y系列取代JO系列的新系列小型通用籠型異步電動(dòng)機(jī)。YR系列新系列繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)。3.1概述定子由定子鐵芯、定子繞組和機(jī)座三個(gè)主要部分組成。鐵心內(nèi)圓周槽安放定子三相對(duì)稱繞組。3.2結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組、轉(zhuǎn)軸組成。轉(zhuǎn)子鐵芯的外圓周上槽內(nèi)安放轉(zhuǎn)子繞組。鼠籠式繞線式由槽內(nèi)導(dǎo)條和端環(huán)構(gòu)成三相對(duì)稱閉合繞組。常接成Y形，可串入電阻啟動(dòng)和調(diào)速時(shí)用3.2結(jié)構(gòu)氣隙定子鐵芯與轉(zhuǎn)子鐵芯之間的空間間隙3.2結(jié)構(gòu)Y180M-2型三相異步電機(jī)，PN=22kW，UN=380V，三角形聯(lián)結(jié)，IN=42.2A，fN=50Hz，nN=2940r/min，功率因數(shù)為0.89.求：（1）轉(zhuǎn)差率；（2）定子繞組的相電流；（3）輸入的有功功率；（4）效率。同步轉(zhuǎn)速為3000r/min，故轉(zhuǎn)差率：三角形聯(lián)結(jié)，故線電流是相電流的1.732倍輸入的有功功率效率：例題3.2結(jié)構(gòu)3.3工作原理旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)磁鐵閉合線圈e方向用右手定則確定f方向用左手定則確定磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)1.線圈跟著磁鐵轉(zhuǎn)→兩者轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致2.線圈比磁場(chǎng)轉(zhuǎn)得慢異步3.3工作原理旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)3.3工作原理旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)YBZXAC轉(zhuǎn)子定子定子繞組（三相）機(jī)座3.3工作原理旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)AYCBZ異步電機(jī)中,旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)代替了旋轉(zhuǎn)磁極(?)電流出()電流入XAXYCBZAXBYCZ合成磁場(chǎng)方向：向下3.3工作原理旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)XBZAYCAXYCBZAXYCBZ同理分析，可得其它電流角度下的磁場(chǎng)方向：3.3工作原理旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)3.3工作原理旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)方向：取決于三相電流的相序。改變電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向：換接其中兩相。3.3工作原理旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速電流頻率為

fHz，則磁場(chǎng)1/f秒旋轉(zhuǎn)1圈，每秒旋轉(zhuǎn)f圈。每分鐘旋轉(zhuǎn)：n1稱為同步轉(zhuǎn)速

一個(gè)電流周期，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間轉(zhuǎn)過360°3.3工作原理旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)——極對(duì)數(shù)AXBYCZ此種接法下，合成磁場(chǎng)只有一對(duì)磁極，則極對(duì)數(shù)為1。即：AXYCBZ3.3工作原理旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)——極對(duì)數(shù)C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'AXBYCZ將每相繞組分成兩段，按右下圖放入定子槽內(nèi)。形成的磁場(chǎng)則是兩對(duì)磁極。3.3工作原理旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)——極對(duì)數(shù)極對(duì)數(shù)C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'3.3工作原理極對(duì)數(shù)和轉(zhuǎn)速的關(guān)系3.3工作原理同步轉(zhuǎn)速極對(duì)數(shù)每個(gè)電流周期磁場(chǎng)轉(zhuǎn)過的空間角度同步轉(zhuǎn)速3.3工作原理轉(zhuǎn)速關(guān)系電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步轉(zhuǎn)速的關(guān)系電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（額定轉(zhuǎn)速）:電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的方向一致，但

異步電動(dòng)機(jī)無(wú)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)無(wú)轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)（轉(zhuǎn)子導(dǎo)體不切割磁力線）無(wú)轉(zhuǎn)子電流提示：如果3.3工作原理轉(zhuǎn)差率S異步電機(jī)運(yùn)行中:旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速(n1)和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(n)之差與

n1

之比。即：電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)瞬間:（轉(zhuǎn)差率最大）3.3工作原理旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)子感生電流的頻率：轉(zhuǎn)子感生電流的頻率與定子電流頻率不同3.3工作原理旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)例1：三相異步電動(dòng)機(jī)p=3，電源f1=50Hz，電機(jī)額定轉(zhuǎn)速n=960r/min。求：轉(zhuǎn)差率s，轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)的頻率f2同步轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)差率：3.4磁動(dòng)勢(shì)單相繞組磁動(dòng)勢(shì)A相通交流電流iy

后，將產(chǎn)生一個(gè)2極磁場(chǎng)。根據(jù)全電流定律，每根磁力線所構(gòu)成的磁通閉合回路的磁動(dòng)勢(shì)均為iyNy。略去定、轉(zhuǎn)子鐵芯中的磁阻，該磁動(dòng)勢(shì)消耗在兩個(gè)氣隙中，每個(gè)氣隙中消耗的磁動(dòng)勢(shì)為iyNy/2。單相繞組磁動(dòng)勢(shì)3.4磁動(dòng)勢(shì)單相繞組磁動(dòng)勢(shì)磁動(dòng)勢(shì)波形為矩形波。當(dāng)線圈電流i隨時(shí)間按正弦規(guī)律交變時(shí)，矩形波的高度為矩形波的高度和正負(fù)隨時(shí)間變化，變化的快慢取決于電流的頻率。脈振磁動(dòng)勢(shì)3.4磁動(dòng)勢(shì)單相繞組磁動(dòng)勢(shì)如何處理矩形波磁勢(shì)？為了得到所有繞組中電流共同產(chǎn)生的磁勢(shì)與磁場(chǎng)。兩個(gè)方法：1)各繞組矩形波磁勢(shì)相加；2)諧波分析后基波與各次諧波分別相加。對(duì)矩形波磁勢(shì)作傅里葉級(jí)數(shù)分解，得到在氣隙空間分布的正弦變化的基波磁勢(shì)與諧波磁勢(shì)。線圈磁動(dòng)勢(shì)是空間分布函數(shù)3.4磁動(dòng)勢(shì)單相繞組磁動(dòng)勢(shì)整距線圈的磁動(dòng)勢(shì)是時(shí)間和空間的函數(shù)，表示為：考慮線圈分布及距離等因素3.4磁動(dòng)勢(shì)單相繞組磁動(dòng)勢(shì)單相繞組磁動(dòng)勢(shì):空間位置固定，大小隨時(shí)間變化，脈振頻率與通入電流的頻率有關(guān)由一些列奇次諧波組成，基波磁動(dòng)勢(shì)幅值位置與繞組軸線重合諧波幅值為基波幅值的1/v

倍，采用分布短距繞組可以降低諧波磁動(dòng)勢(shì)幅值。單相繞組的磁動(dòng)勢(shì)方程：3.4磁動(dòng)勢(shì)三相繞組磁動(dòng)勢(shì)三相繞組的基波磁動(dòng)勢(shì)：三角變換3.4磁動(dòng)勢(shì)三相繞組磁動(dòng)勢(shì)三相基波合成磁動(dòng)勢(shì)是單相的1.5倍最大幅值處于磁動(dòng)勢(shì)幅值恒定位置隨時(shí)間變化按照對(duì)應(yīng)的角度變化旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)3.4磁動(dòng)勢(shì)三相繞組磁動(dòng)勢(shì)三相繞組輪流通直流電產(chǎn)生具有一定旋轉(zhuǎn)效應(yīng)的步進(jìn)磁場(chǎng)A相B相C相3.4磁動(dòng)勢(shì)三相繞組磁動(dòng)勢(shì)iAwtiBwtiCwt120°240°3.4磁動(dòng)勢(shì)三相繞組磁動(dòng)勢(shì)三相繞組通對(duì)稱三相交流電A相電流最大時(shí)產(chǎn)生的磁場(chǎng)此刻C相電流產(chǎn)生磁場(chǎng)此刻B相電流產(chǎn)生磁場(chǎng)磁場(chǎng)抵消3.4磁動(dòng)勢(shì)A相電流的磁場(chǎng)三相繞組磁動(dòng)勢(shì)+A+A3相電流的合成磁場(chǎng)A相電流最大時(shí)3.4磁動(dòng)勢(shì)A相電流最大時(shí)，合成磁場(chǎng)軸線與+A軸重合三相繞組磁動(dòng)勢(shì)+A+A3相電流的合成磁場(chǎng)A相電流最大時(shí)3.4磁動(dòng)勢(shì)三相繞組磁動(dòng)勢(shì)+B+CB相電流最大時(shí)，合成磁場(chǎng)軸線與+B軸重合C相電流最大時(shí)，合成磁場(chǎng)軸線與+C軸重合3.4磁動(dòng)勢(shì)三相繞組磁動(dòng)勢(shì)三相合成的基波磁動(dòng)勢(shì)是一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，轉(zhuǎn)速為

旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速，有時(shí)也稱為同步轉(zhuǎn)速當(dāng)某相電流達(dá)最大值時(shí)，合成旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)的幅值恰在這一相繞組軸線上。三相合成基波磁動(dòng)勢(shì)的幅值為每相基波脈振磁動(dòng)勢(shì)最大幅值的1.5倍，且保持不變?nèi)鄬?duì)稱繞組通入三相對(duì)稱交流電產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)其合成磁動(dòng)勢(shì)矢量的端點(diǎn)軌跡是個(gè)圓，故稱為圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。三相合成磁動(dòng)勢(shì)為正弦分布旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，轉(zhuǎn)向由超前電流相轉(zhuǎn)到滯后電流相。要改變磁場(chǎng)轉(zhuǎn)向，只須改變?nèi)嚯娏鞯南嘈颉?.4磁動(dòng)勢(shì)3.5電動(dòng)勢(shì)三相繞組電動(dòng)勢(shì)定子繞組——產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)速n1轉(zhuǎn)子繞組——切割磁力線，隨定子磁場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速n定子繞組的相電動(dòng)勢(shì)有效值：繞組與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)變壓器是由于磁通正弦規(guī)律變化而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)3.6空載運(yùn)行電動(dòng)勢(shì)平衡方程定子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

E1定子漏磁通產(chǎn)生的感應(yīng)漏磁電動(dòng)勢(shì)定子繞組電阻壓降定子繞組電路的電動(dòng)勢(shì)平衡方程：3.6空載運(yùn)行空載電流能量傳遞過程有功分量無(wú)功分量鐵損勵(lì)磁，產(chǎn)生主磁通三相空載電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)磁動(dòng)勢(shì)為空載磁動(dòng)勢(shì)，其基波幅值為：3.6空載運(yùn)行電磁關(guān)系3.6空載運(yùn)行等效電路主磁通產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可表示為：I0I06.空載運(yùn)行異步電機(jī)與變壓器的異同主磁場(chǎng)性質(zhì)不同：異步電機(jī)為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng);變壓器為脈動(dòng)磁場(chǎng)異步電機(jī)空載時(shí);變壓器由于存在氣隙，異步電機(jī)I0為20-30%;變壓器僅為2-10%由于存在氣隙，異步電機(jī)漏抗較變壓器要大異步電機(jī)通常采用短距和分布繞組，計(jì)算式需考慮繞組系數(shù);變壓器為整距繞組，可以認(rèn)為繞組系數(shù)為13.7負(fù)載運(yùn)行變壓器的磁動(dòng)勢(shì)平衡方程空載電流負(fù)載電流負(fù)載增加轉(zhuǎn)速降低轉(zhuǎn)差率增大轉(zhuǎn)子頻率增大轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)增大轉(zhuǎn)子電流增大電磁轉(zhuǎn)矩增大轉(zhuǎn)矩平衡3.7負(fù)載運(yùn)行變壓器的磁動(dòng)勢(shì)平衡方程定子側(cè)轉(zhuǎn)子側(cè)3.7負(fù)載運(yùn)行定子電路電壓平衡方程轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)頻率轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)？？3.7負(fù)載運(yùn)行轉(zhuǎn)子繞組阻抗轉(zhuǎn)子電路的電壓平衡方程轉(zhuǎn)子電路的電流起動(dòng)瞬間的電流較大，需要降壓起動(dòng)3.7負(fù)載運(yùn)行轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)n2是轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相對(duì)于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n為轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子的轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速）所以轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的相對(duì)于定子的轉(zhuǎn)速為：繞線式繞組轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速：與定子磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速相同，方向相同；轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相對(duì)靜止；n1

稱為同步轉(zhuǎn)速。3.7負(fù)載運(yùn)行磁動(dòng)勢(shì)平衡方程或3.7負(fù)載運(yùn)行基本方程電壓平衡方程磁動(dòng)勢(shì)平衡方程電流電壓系數(shù)3.8等效電路及相量圖折算定子與轉(zhuǎn)子之間只有磁聯(lián)系，無(wú)電聯(lián)系頻率、相數(shù)、匝數(shù)、繞組系數(shù)不同基本要求：轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)保持不變轉(zhuǎn)子回路各功率或損耗保持不變相數(shù)、匝數(shù)、繞組系數(shù)與定子繞組相同電磁本質(zhì)和能量關(guān)系保持不變3.8等效電路及相量圖頻率折算轉(zhuǎn)子的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、電流、阻抗都與頻率有關(guān)靜止的等效轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)與實(shí)際轉(zhuǎn)子繞組的相同，包括轉(zhuǎn)速、幅值和相位角靜止的等效轉(zhuǎn)子繞組的有功功率、無(wú)功功率、銅耗等電磁性能與原轉(zhuǎn)子繞組相同串入的電阻：3.8等效電路及相量圖頻率折算3.8等效電路及相量圖頻率折算實(shí)際轉(zhuǎn)子：機(jī)械輸出、機(jī)械損耗等效的靜止轉(zhuǎn)子：附加電阻模擬機(jī)械功率的等效電阻轉(zhuǎn)子回路的電動(dòng)勢(shì)平衡方程：3.8等效電路及相量圖轉(zhuǎn)子繞組折算電流折算磁動(dòng)勢(shì)不變，即：相數(shù)、匝數(shù)、繞組系數(shù)與定子繞組相同電流變比電動(dòng)勢(shì)折算視在功率不變，即：電壓變比3.8等效電路及相量圖轉(zhuǎn)子繞組折算阻抗折算轉(zhuǎn)子銅耗不變：相數(shù)、匝數(shù)、繞組系數(shù)與定子繞組相同阻抗變比漏磁場(chǎng)儲(chǔ)能不變：3.8等效電路及相量圖3.8等效電路及相量圖相量圖勵(lì)磁磁通定子及折算后的轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)勵(lì)磁電流折算后電流定子繞組電流定子繞組電壓3.8等效電路及相量圖等效電路的簡(jiǎn)化3.8等效電路及相量圖鼠籠轉(zhuǎn)子問題

本章前面是以繞線型電機(jī)為例來分析的，這種電機(jī)轉(zhuǎn)子在設(shè)計(jì)制造時(shí)就確定了極對(duì)數(shù)、相數(shù)、有效匝數(shù)等數(shù)據(jù)。

對(duì)于鼠籠轉(zhuǎn)子繞組由于轉(zhuǎn)子導(dǎo)條在轉(zhuǎn)子鐵心表面均勻布置，那么得到如下關(guān)系：

1）轉(zhuǎn)子極對(duì)數(shù)自動(dòng)恒等于定子極對(duì)數(shù)；

2）轉(zhuǎn)子相數(shù)通常就認(rèn)為等于總的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條數(shù)；

3）轉(zhuǎn)子的有效匝數(shù)：1)等效電路中為機(jī)械功率的等效電阻：當(dāng)轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時(shí)，，，此時(shí)無(wú)機(jī)械功率輸出；旋轉(zhuǎn)時(shí)，，此時(shí)有機(jī)械功率輸出，即對(duì)應(yīng)的功率等于機(jī)械功率——總機(jī)械功率。小結(jié)3.8等效電路及相量圖空載時(shí)，，，轉(zhuǎn)子繞組2)旋轉(zhuǎn)的異步電動(dòng)機(jī)和一臺(tái)副邊繞組接有電阻負(fù)載的變壓器相似：

時(shí)，即剛起動(dòng)瞬間，相當(dāng)于副邊短路的變壓器；近似開路，相當(dāng)于空載運(yùn)行的變壓器。3.8等效電路及相量圖小結(jié)3)機(jī)械負(fù)載的變化在等效電路中由轉(zhuǎn)差率的變化來體現(xiàn)：電動(dòng)機(jī)從電源吸收更多的電功率3.8等效電路及相量圖小結(jié)4）總是滯后，所以異步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)總是滯后的。原因是異步電動(dòng)機(jī)只能從電網(wǎng)吸收感性無(wú)功功率來建立主磁場(chǎng)和漏磁場(chǎng)。勵(lì)磁電流愈大，所需感性無(wú)功亦愈多，功率因數(shù)亦愈低。5）異步電動(dòng)機(jī)和變壓器有相同形式的等效電路，但是它們對(duì)應(yīng)的參數(shù)數(shù)值相差較大。3.8等效電路及相量圖小結(jié)3.9功率及轉(zhuǎn)矩功率關(guān)系3.9功率及轉(zhuǎn)矩功率關(guān)系輸入功率定子銅損定子鐵損電磁功率轉(zhuǎn)子銅耗驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子的機(jī)械功率輸出功率電磁功率機(jī)械損耗附加損耗P1(電)PMP2(機(jī))pcu1pFepcu2pm+pad

P

m3.9功率及轉(zhuǎn)矩功率流程圖定子氣隙轉(zhuǎn)子幾個(gè)重要的關(guān)系式PM：PCu2：Pm=1：s：(1-s)3.9功率及轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩關(guān)系根據(jù)機(jī)械功率關(guān)系

，在等號(hào)兩側(cè)同除于機(jī)械角速度，得轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系：

稱為空載轉(zhuǎn)矩；稱為電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩。電磁轉(zhuǎn)矩3.9功率及轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式其中稱為轉(zhuǎn)矩因數(shù)。

從異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩物理表達(dá)式可以看出：電磁轉(zhuǎn)矩T

的大小與氣隙每極磁通量、轉(zhuǎn)子每相電流以及轉(zhuǎn)子功率因數(shù)三者有關(guān)。3.9功率及轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式3.9功率及轉(zhuǎn)矩機(jī)械特性的參數(shù)表達(dá)式電機(jī)的簡(jiǎn)化等效電路的等效電流3.9功率及轉(zhuǎn)矩機(jī)械特性的參數(shù)表達(dá)式如果給出U1、f1

及阻抗參數(shù)，根據(jù)

上式機(jī)械特性的參

數(shù)表達(dá)式畫出曲線

便為“T-s”

曲線——機(jī)械特性曲線。3.9功率及轉(zhuǎn)矩固有機(jī)械特性曲線三相異步電動(dòng)機(jī)在電壓、頻率為額定不變，定轉(zhuǎn)子回路不串任何電路元件條件下的機(jī)械特性，稱為固有機(jī)械（自然）特性。曲線1為電源正序時(shí)的；曲線2為電源負(fù)序時(shí)的曲線。機(jī)械特性曲線位于坐標(biāo)的三個(gè)象限：第Ⅰ象限：0<s<=1電動(dòng)狀態(tài)；第Ⅱ象限：s<0發(fā)電狀態(tài)；第Ⅳ象限：s>1電動(dòng)機(jī)工作在一種電磁制動(dòng)狀態(tài)。D點(diǎn)（n=0，T=Ts）為堵轉(zhuǎn)點(diǎn)，或者說叫起動(dòng)點(diǎn)。C點(diǎn)（nm，Tm）為電磁轉(zhuǎn)矩最大點(diǎn)；B點(diǎn)為額定運(yùn)行；A點(diǎn)（n=n1，T=0）為理想空載運(yùn)行點(diǎn)；3.9功率及轉(zhuǎn)矩固有機(jī)械特性曲線實(shí)際額定電磁轉(zhuǎn)矩求解中，通常用額定輸出功率PN和額定轉(zhuǎn)速nN來求解轉(zhuǎn)矩：3.9功率及轉(zhuǎn)矩機(jī)械特性——額定電磁轉(zhuǎn)矩點(diǎn)（TN,nN）3.9功率及轉(zhuǎn)矩機(jī)械特性————最大電磁轉(zhuǎn)矩點(diǎn)（Tm,nm）3.9功率及轉(zhuǎn)矩機(jī)械特性————最大電磁轉(zhuǎn)矩點(diǎn)（Tm,nm）式中：“＋”號(hào)適用于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)；“－”適用于發(fā)電機(jī)狀態(tài)。

一般情況下，數(shù)值遠(yuǎn)小于的數(shù)值，可以忽略的影響，這樣上面兩式可簡(jiǎn)化為1）與電壓的平方成正比，而和無(wú)關(guān)；2）與轉(zhuǎn)子回路總電阻大小無(wú)關(guān)，而和轉(zhuǎn)子回路總電阻的大小成正比；3）過載能力最大電磁轉(zhuǎn)矩與額定電磁轉(zhuǎn)矩的比值：

3.9功率及轉(zhuǎn)矩機(jī)械特性————最大電磁轉(zhuǎn)矩點(diǎn)（Tm,nm）3.9功率及轉(zhuǎn)矩機(jī)械特性————堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩點(diǎn)（Tm,nm）電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)，即n=0,s=1時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩稱為堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，也稱起動(dòng)轉(zhuǎn)矩：

堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)定義：堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩與與額定電磁轉(zhuǎn)矩的比值，即：與電壓的平方成正比；漏電抗越大，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩越小；

當(dāng)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)負(fù)載穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩T和負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL總是大小相等方向相反。如圖所示，這時(shí)電機(jī)運(yùn)行在“a”或者“b”點(diǎn)都沒有什么問題。

現(xiàn)在由于某種原因引起波動(dòng)，當(dāng)波動(dòng)消失后，理論分析和實(shí)踐都發(fā)現(xiàn)電機(jī)在“a”點(diǎn)繼續(xù)保持穩(wěn)定運(yùn)行，但是不能在“b”點(diǎn)保持穩(wěn)定運(yùn)行。3.9功率及轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定運(yùn)行理論分析很容易得到，當(dāng)電機(jī)的機(jī)械特性和負(fù)載特性配合，滿足：那么電機(jī)就能穩(wěn)定運(yùn)行；反之，電機(jī)就不能穩(wěn)定運(yùn)行。3.9功率及轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定運(yùn)行所謂三相異步電動(dòng)機(jī)的人為機(jī)械特性，是指認(rèn)為降低電機(jī)的定子電源電壓、頻率或者在繞線式轉(zhuǎn)子回路中串附加電阻后獲得的異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性。

3.9功率及轉(zhuǎn)矩人為機(jī)械特性

這些人為機(jī)械特性很重要，因?yàn)樵诟纳齐姍C(jī)的起動(dòng)性能和調(diào)速場(chǎng)合經(jīng)常用到。0

0.20.40.60.21.03002502001501005003.9功率及轉(zhuǎn)矩人為機(jī)械特性轉(zhuǎn)子電阻變化時(shí)的TM-s曲線s3.9功率及轉(zhuǎn)矩實(shí)用公式但實(shí)際使用中，某些參數(shù)不易知道，我們可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)銘牌上的一些數(shù)據(jù)推導(dǎo)機(jī)械特性實(shí)用簡(jiǎn)化公式（忽略定子電阻）。其中令3.9功率及轉(zhuǎn)矩實(shí)用公式最后可得實(shí)用公式：由于其中3.9功率及轉(zhuǎn)矩實(shí)用公式

根據(jù)銘牌上給出PN、額定轉(zhuǎn)速nN和過載能力用轉(zhuǎn)矩實(shí)用表達(dá)式作出T-s曲線或進(jìn)行轉(zhuǎn)矩計(jì)算。2)利用求出最大電磁轉(zhuǎn)矩；1)利用和求出額定電磁轉(zhuǎn)矩3)根據(jù)，求出

其中。這樣就可利用實(shí)用式來計(jì)算實(shí)際問題了。三相異步電動(dòng)機(jī)的工作特性是指在額定電壓和額定頻率下，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n、定子電流I1、功率因數(shù)cos、輸出轉(zhuǎn)矩T2

、效率

η

與輸出功率P2的關(guān)系曲線3.10工作特性工作特性nP2＝0I2≈0pCu2≈0s→0n→n1

P2↑I2↑pCu2↑↑Pm↑s↑n↓是一條稍向下傾斜的曲線，且特性較硬。

3.10工作特性轉(zhuǎn)速特性P2＝0I2′≈0I1≈Im＝I0=(0.2~0.5)I1NP2↑I’2↑I1↑是一條上升曲線。3.10工作特性定子電流特性P2＝0I1≈Im＝

I0P2↑I2a↑I1a↑s↑n↓I1r↑3.10工作特性功率因數(shù)特性3.10工作特性轉(zhuǎn)矩特性是一條稍微上翹的曲線。轉(zhuǎn)速變化不大,且有點(diǎn)下降,故3.10工作特性效率特性P2較小↑η↑P2較大↑η↓當(dāng)可變損耗=不變損耗時(shí)，有最大效率。對(duì)于中小型電動(dòng)機(jī)，在（3/4~1）額定負(fù)載時(shí)，取得最大效率。 3.11參數(shù)測(cè)定空載實(shí)驗(yàn)通過空載試驗(yàn)可測(cè)得勵(lì)磁參數(shù)（Rm、Xm、Zm）、鐵損PFe、機(jī)械損耗pm。額定電壓下，空載下運(yùn)行一段時(shí)間——機(jī)械損耗穩(wěn)定定子電壓從（1.1~1.2）UN開始下調(diào)，至轉(zhuǎn)速有明顯變化測(cè)量此時(shí)的相電壓U1、空載電流I0、空載功率P0、電機(jī)轉(zhuǎn)速nP0=P1+P2繪制P0=f(U1)和I0=f(U1)曲線3.11參數(shù)測(cè)定空載實(shí)驗(yàn)——功率平衡n≈n1s≈0f2≈0E2≈0I2≈0PCu2≈0附加損耗：轉(zhuǎn)子的橫向電流等≈0機(jī)械損耗pm：僅與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速有關(guān)鐵損pFe：僅與電壓的平方成正比空載開路用電橋測(cè)量堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)測(cè)定3.11參數(shù)測(cè)定空載實(shí)驗(yàn)——?jiǎng)?lì)磁參數(shù)3.11參數(shù)測(cè)定短路實(shí)驗(yàn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子堵住不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)進(jìn)行，故又稱堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)。堵轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)可測(cè)得短路參數(shù)（rk、xk、Zk）、定轉(zhuǎn)子銅損。量程變大一般應(yīng)從U1=(0.3~0.4)UN開始，監(jiān)視電流表讀數(shù)，逐漸將壓，使電流為額定值為止，然后再逐漸降低電壓，同時(shí)記錄定子端電壓Uk、定子相電流Ik和輸入的三相功率Pk。作短路特性Ik=?(Uk)、Pk=?(Uk)。堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)時(shí)，要保證額定電壓還是額定電流？3.11參數(shù)測(cè)定短路實(shí)驗(yàn)電機(jī)堵轉(zhuǎn)外加電壓低短路電阻大中型100kW以下3.12起動(dòng)復(fù)習(xí)——機(jī)械特性起動(dòng)點(diǎn)同步點(diǎn)額定運(yùn)行點(diǎn)最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)3.12起動(dòng)復(fù)習(xí)——固有特性0IsIsTnT0mTNTnmnN定子端電壓降低轉(zhuǎn)子電路內(nèi)串入對(duì)稱電阻3.12起動(dòng)復(fù)習(xí)——人為機(jī)械特性R2U11.起動(dòng)電流倍數(shù)2.起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)3.起動(dòng)時(shí)間4.起動(dòng)時(shí)能量消耗與發(fā)熱5.起動(dòng)設(shè)備的簡(jiǎn)單性和可靠性6.起動(dòng)中的過渡過程3.12起動(dòng)起動(dòng)性能起動(dòng)：從靜止不動(dòng)加速到工作轉(zhuǎn)速的過程要求：在起動(dòng)時(shí)有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩（Tst>1.1TL），較小的起動(dòng)電流（Ist<Imax）,起動(dòng)時(shí)間短3.12起動(dòng)起動(dòng)性能3.12起動(dòng)起動(dòng)性能要求：有足夠的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使電動(dòng)機(jī)盡快加速縮短起動(dòng)過程，避免長(zhǎng)時(shí)間繞組過熱；滿足起動(dòng)轉(zhuǎn)矩時(shí)，盡量降低起動(dòng)電流，減少對(duì)電源的影響。原則措施：籠型電動(dòng)機(jī)可直接起動(dòng)；降壓（自耦、Y-△、定子串電抗）轉(zhuǎn)子串電阻（籠型：深槽和雙籠。繞線型：串(頻敏)電阻）制約起動(dòng)的因素：供電系統(tǒng)的容量、負(fù)載的性質(zhì)、起動(dòng)的頻繁程度3.12起動(dòng)起動(dòng)性能供電容量比異步電動(dòng)機(jī)的容量大得多，起動(dòng)電流所造成的電壓降不致影響同一電網(wǎng)上的其它電氣設(shè)備的正常工作，對(duì)非頻繁起動(dòng)——允許電動(dòng)機(jī)在額定電壓下直接起動(dòng)。供電變壓器的容量與異步電動(dòng)機(jī)容量相差不是很大，則應(yīng)采取降壓措施以限制起動(dòng)電流。3.12起動(dòng)供電系統(tǒng)對(duì)起動(dòng)方式的影響1)起動(dòng)時(shí)有大的負(fù)載阻力，需較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩2)起動(dòng)時(shí)負(fù)載阻力小，只需很小的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩3)起動(dòng)初期負(fù)載阻力小，隨著轉(zhuǎn)速增加轉(zhuǎn)矩增加——變轉(zhuǎn)矩負(fù)載，如流體負(fù)載。3.12起動(dòng)負(fù)載性質(zhì)對(duì)起動(dòng)方式的要求直接起動(dòng)，當(dāng)電網(wǎng)容量足夠大。3.12起動(dòng)全壓起動(dòng)降壓起動(dòng)——起動(dòng)時(shí)，施加低于額定電壓的電壓。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速上升到接近額定轉(zhuǎn)速后，再切換到額定電壓下運(yùn)行。包括：自耦變壓器、Y-△、延邊三角形、串電抗起動(dòng)3.12起動(dòng)降壓起動(dòng)作用：限制起動(dòng)電流起動(dòng)轉(zhuǎn)矩按電壓的平方而下降.應(yīng)用：適用于對(duì)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求不高的場(chǎng)合，如風(fēng)機(jī)、離心泵電機(jī)等設(shè)在額定電壓下直接起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流為Ist。自耦變壓器的變比為KA電網(wǎng)供給的起動(dòng)電流比直接起動(dòng)時(shí)減小到倍3.12起動(dòng)自耦變壓器降壓起動(dòng)適用于在正常運(yùn)行時(shí)定子繞組按三角形連接的電機(jī)。三角形連接直接起動(dòng)時(shí)起動(dòng)電流星形連接起動(dòng)，起動(dòng)電流起動(dòng)電流和轉(zhuǎn)矩均減少為1/33.12起動(dòng)Y-?降壓起動(dòng)3.12起動(dòng)延邊三角形換接降壓起動(dòng)3.12起動(dòng)電網(wǎng)供給的起動(dòng)電流減少至原來的K倍，而電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩減少為原來的K2(與前面同)，但損耗增加定子回路串電阻、電抗起動(dòng)3.12起動(dòng)大中型電機(jī)起動(dòng)大中型電機(jī)起動(dòng)，存在兩種矛盾：降低起動(dòng)電流的同時(shí)，不減小轉(zhuǎn)矩采用繞線式電機(jī)，轉(zhuǎn)子串電阻。既增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，又減小起動(dòng)電流。常用的方法：轉(zhuǎn)子串電阻或轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器。3.12起動(dòng)轉(zhuǎn)子回路串電阻、電抗起動(dòng)3.12起動(dòng)轉(zhuǎn)子回路串頻敏電阻

頻敏變阻器特點(diǎn)：磁路較飽和，電抗較小，鐵耗隨頻率變化

額定轉(zhuǎn)速附近時(shí)，近似全部切斷串聯(lián)電阻3.12起動(dòng)起動(dòng)方法定子相壓相對(duì)值起動(dòng)電流相對(duì)值起動(dòng)轉(zhuǎn)矩相對(duì)值起動(dòng)設(shè)備全壓111最簡(jiǎn)單自耦1/KA1/KA21/KA2較復(fù)雜Y-△1/√31/31/3簡(jiǎn)單定子串電抗K（K<1）K2K2一般轉(zhuǎn)子串電阻1繞線式電機(jī)降壓起動(dòng)方式比較3.12起動(dòng)3.12起動(dòng)3.12起動(dòng)3.13調(diào)速調(diào)速方法（1）改變定子繞組的極對(duì)數(shù)P；（2）改變電源的頻率f1；（3）改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率；改變定子繞組的端電壓；改變定子繞組的外加電阻或電抗；轉(zhuǎn)子回路加電阻或電抗；轉(zhuǎn)子回路引進(jìn)f＝sf1

的外加電勢(shì)3.13調(diào)速變極調(diào)速單繞組雙速電機(jī)：一套定子繞組具備兩種極對(duì)數(shù)而得到兩個(gè)不同同步轉(zhuǎn)速；三速或四速電機(jī)：定子內(nèi)放兩套獨(dú)立的繞組；A1X1A2X2A1X1A2X2A1X1A2X2單繞組雙速電機(jī)原理：

A1X1和A2X2串聯(lián)形成四極磁場(chǎng)；

A1X1和A2X2串聯(lián)，A2X2反向，形成兩極磁場(chǎng)；變極調(diào)速的注意事項(xiàng)：（1）為獲得恒定的平均轉(zhuǎn)矩，定、轉(zhuǎn)子繞組的極對(duì)數(shù)必須保持一致。因此一般只適用于鼠籠式異步機(jī)。（2）在改變繞組接法時(shí)，要保證變極后三相繞組的對(duì)稱以及基波磁勢(shì)的轉(zhuǎn)向不變。（3）變極調(diào)速是一個(gè)有級(jí)調(diào)速。極數(shù)變換后，節(jié)距、相帶、氣隙磁密都要變化，電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩和額定容量都要變化。3.13調(diào)速變極調(diào)速3.13調(diào)速改變轉(zhuǎn)差率——調(diào)壓調(diào)速

由異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性參數(shù)表達(dá)式可知，因此這種調(diào)速方式有以下特點(diǎn)：1）對(duì)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，電壓不能降得過低，否則電機(jī)可能會(huì)停轉(zhuǎn)，且其調(diào)速范圍也較窄；2）對(duì)風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載，其調(diào)速范圍較大，當(dāng)轉(zhuǎn)差率大于最大轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)的臨界轉(zhuǎn)差率時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)仍能穩(wěn)定運(yùn)行，但是要注意電動(dòng)機(jī)過電流的問題。3.13調(diào)速改變轉(zhuǎn)差率——轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速

這種調(diào)速方式屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速性質(zhì)，從圖中看出增大轉(zhuǎn)子回路的電阻，曲線向下移動(dòng)，恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載下，轉(zhuǎn)差率增大，從而達(dá)到調(diào)速的目的。對(duì)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載而言，這種調(diào)速方法下，一定有以下這個(gè)關(guān)系：3.13調(diào)速改變轉(zhuǎn)差率——轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速方法特點(diǎn)：1）這種調(diào)速方法的調(diào)速范圍不大，特別負(fù)載小時(shí)，調(diào)速范圍就更??；2）調(diào)速時(shí)效率很低，在恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速時(shí)，轉(zhuǎn)子回路所串電阻越大，轉(zhuǎn)速越低，效率也更低；3）調(diào)速的平滑性較差；4）機(jī)械特性軟；5）這種調(diào)速方法只能用于三相繞線型異步電動(dòng)機(jī)。3.13調(diào)速改變轉(zhuǎn)差率——串級(jí)調(diào)速在轉(zhuǎn)子回路接入一個(gè)轉(zhuǎn)差頻率的附加電動(dòng)勢(shì)，改變附加電動(dòng)勢(shì)的大小和相位將轉(zhuǎn)差功率轉(zhuǎn)換為機(jī)械能加以利用，或者送回電網(wǎng)。既有較高的效率，又能達(dá)到調(diào)速的目的?！?jí)調(diào)速的原理：有超同步、亞同步和改善功率因數(shù)三種控制形式。3.13調(diào)速變頻調(diào)速如果電源頻率可以連續(xù)調(diào)節(jié)，則電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可以連續(xù)、平滑調(diào)節(jié)。要求：氣隙磁通量基本保持不變；磁路的飽和程度不變；激磁電流和電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)可以保持基本不變。電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩保持不變；3.13調(diào)速變頻調(diào)速電壓方程：降低電源頻率，必須同時(shí)減小電源電壓。（1）保持E1/f1不變，降頻調(diào)速——恒磁通的控制方式TSf1f2f3f1>f2>f3電磁轉(zhuǎn)矩不變屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速3.13調(diào)速變頻調(diào)速（1）保持E1/f1不變調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)機(jī)械特性硬，調(diào)速范圍寬；低速運(yùn)行穩(wěn)定性好；無(wú)級(jí)調(diào)速平滑性好；正常負(fù)載時(shí)，轉(zhuǎn)