項目一 任務(wù)2 三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩

項目一：認識CA6140型普通車床的電機系統(tǒng)14三相異步電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理三相異步電動機的機械特性電力拖動系統(tǒng)運動方程和負載轉(zhuǎn)矩特性3三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩特性25電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定性判斷6電力拖動系統(tǒng)的選擇與運行維護一、電動機的電磁轉(zhuǎn)矩三相異步電動機的工作原理：定子繞組通入三相交流電，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場n1，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體被動切割磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢E2和感應(yīng)電流I2（轉(zhuǎn)子電流），載流轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在旋轉(zhuǎn)磁場中受到電磁力F的作用，電磁力F與轉(zhuǎn)子半徑的乘積是電磁轉(zhuǎn)矩T，電磁轉(zhuǎn)矩T帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。電磁轉(zhuǎn)矩T是電動機將電能轉(zhuǎn)換成機械能的最重要的物理量。它是定子旋轉(zhuǎn)磁場的各個磁極的磁通Φm與轉(zhuǎn)子電流I2相互作用，而在轉(zhuǎn)子上形成的旋轉(zhuǎn)力矩。電動機和發(fā)電機在運行時，轉(zhuǎn)子都會受到電磁轉(zhuǎn)矩的作用。電磁轉(zhuǎn)矩是個向量，既有大小，又有方向。電動機正常運行時，電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相同，為驅(qū)動轉(zhuǎn)矩。發(fā)電機正常運行時，電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反，為制動轉(zhuǎn)矩。1.物理表達式

物理表達式?jīng)]有反映出電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速n的關(guān)系，不適用于電磁轉(zhuǎn)矩的定量計算。由電磁功率表達式及轉(zhuǎn)子電動勢公式推導(dǎo)而來物理表達式反映了三相異步電動機電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的物理本質(zhì)，適用于對電動機的運行性能作定性分析。三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩T，由定子旋轉(zhuǎn)磁場的主磁通Φm與轉(zhuǎn)子電流I2s的有功分量相互作用而產(chǎn)生，并與二者成正比。二、電磁轉(zhuǎn)矩的三種表達式掌握各參數(shù)的含義T=Pem/Ω=CTΦmI2scosφ2T-電磁轉(zhuǎn)矩，Pem-傳送到轉(zhuǎn)子上的電磁功率，Ω-轉(zhuǎn)子的機械角速度，CT-轉(zhuǎn)矩常數(shù)，Φm-旋轉(zhuǎn)磁場的每極磁通，即主磁通，I2s-轉(zhuǎn)子電流有效值，cosφ2-轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)。參數(shù)表達式適用于分析各參數(shù)變化對電動機運行性能的影響，但它也沒有反映出電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速n的關(guān)系，也不適用于電磁轉(zhuǎn)矩的定量計算（R2、X2的值不容易得到）。由物理表達式和簡化等效電路得到2.參數(shù)表達式參數(shù)表達式反映了電磁轉(zhuǎn)矩T與電源參數(shù)（U1、f1）、電機的結(jié)構(gòu)參數(shù)（CT、R2、X2）及運行參數(shù)（s）之間的關(guān)系。掌握各參數(shù)的含義U1-定子相電壓有效值，s-電動機的轉(zhuǎn)差率，f1-定子電源頻率，R2-轉(zhuǎn)子每相繞組的電阻值，X2-轉(zhuǎn)子不動時每相繞組的漏阻抗。當(dāng)s=0時，T=0。當(dāng)s從0開始增大，但其數(shù)值很小(比如s=0.000003)時，sX2比R2小得多，分母上的(sX2)2可忽略不計，T與s成正比。當(dāng)s的值增大到一定值（比如s=0.987237）時，漏抗sX2又比R2大得多，分母上的R2可忽略不計，T與s成反比。電磁轉(zhuǎn)矩T從正比于s到反比于s，中間必然會出現(xiàn)一個最大轉(zhuǎn)矩，用Tm表示。Tm又稱為臨界轉(zhuǎn)矩。因為Tm所對應(yīng)的運行點是電機穩(wěn)定運行與不穩(wěn)定運行的分界點。臨界轉(zhuǎn)矩Tm對應(yīng)的轉(zhuǎn)差率sm，稱為臨界轉(zhuǎn)差率?！镫姶呸D(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)差率s的關(guān)系曲線當(dāng)電源參數(shù)與電動機的結(jié)構(gòu)參數(shù)都不變時，電磁轉(zhuǎn)矩T僅與轉(zhuǎn)差率s有關(guān)，對應(yīng)不同的s值就可求得不同的T值。以s與T為坐標(biāo)軸構(gòu)成直角坐標(biāo)系，確定出對應(yīng)的s與T的一系列坐標(biāo)，利用描點法繪成曲線，就是T=f(s)的函數(shù)關(guān)系曲線。T與s成正比T與s成反比T=f(s)是奇函數(shù)，它在直角坐標(biāo)系中的圖形關(guān)于原點對稱?！镫姶呸D(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)差率s的關(guān)系曲線★由T=f(s)到T=f(n)的圖形變換s=(n1-n)/n1s

軸變換成n

軸

步驟1：T

=f(s)3個步驟T

=f(n)n=(1-s)n1T

=f(n)關(guān)系曲線將T軸向左平移至n=0處步驟2：★由T=f(s)到T=f(n)的圖形變換機械特性將整張圖逆時針旋轉(zhuǎn)90度，再水平翻轉(zhuǎn)180度。步驟3：★由T=f(s)到T=f(n)的圖形變換★三相異步電動機的三種運行狀態(tài)三相異步電動機的固有機械特性電動狀態(tài)發(fā)電狀態(tài)制動狀態(tài)ⅠⅡⅣ電動狀態(tài)ⅠⅡⅣ電動機把從電網(wǎng)吸收的電能轉(zhuǎn)變成機械能，對負載做功。第Ⅰ象限：電動狀態(tài)0<n<n1，0<s<1，電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速n都為正值，二者方向相同，T為驅(qū)動轉(zhuǎn)矩。★三相異步電動機的三種運行狀態(tài)n>n1，s<0，n轉(zhuǎn)速為正值，電磁轉(zhuǎn)矩T為負值，二者方向相反，T為制動轉(zhuǎn)矩。第Ⅱ象限：發(fā)電狀態(tài)ⅠⅡⅣ發(fā)電狀態(tài)電動機將機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽仞伣o電網(wǎng)?！锶喈惒诫妱訖C的三種運行狀態(tài)n<0，s>1，轉(zhuǎn)速n為負值，電磁轉(zhuǎn)矩T為正值，二者方向相反，T為制動轉(zhuǎn)矩。第Ⅳ象限：制動狀態(tài)制動狀態(tài)ⅠⅡⅣ電動機把電能和機械能都變成內(nèi)能，以發(fā)熱的形式消耗掉?！锶喈惒诫妱訖C的三種運行狀態(tài)三相異步電動機的運行狀態(tài)依據(jù)轉(zhuǎn)差率s的大小來區(qū)分。★三相異步電動機的三種運行狀態(tài)機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，回饋給電網(wǎng)電能和機械能都變成內(nèi)能，消耗掉電能變成機械能，對負載做功能量關(guān)系T>0，制動轉(zhuǎn)矩T<0，制動轉(zhuǎn)矩T>0，驅(qū)動轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)差率范圍轉(zhuǎn)速范圍定子接入三相交流電；外力使轉(zhuǎn)子沿磁場反方向旋轉(zhuǎn)定子接入三相交流電；外力使轉(zhuǎn)子沿磁場方向快速旋轉(zhuǎn)定子繞組接入三相交流電實現(xiàn)方法制動狀態(tài)發(fā)電狀態(tài)電動狀態(tài)運行狀態(tài)0<n<n1n>n1n<00<s<1s<0s>1判斷感應(yīng)電流的方向用右手定則，右手定則又被稱為發(fā)電機定則；判斷電磁力的方向用左手定則，左手定則又被稱為電動機定則?！锶喈惒诫妱訖C的三種運行狀態(tài)電動狀態(tài)：發(fā)電狀態(tài)：制動狀態(tài)：電網(wǎng)電動機負載電能機械能電網(wǎng)電動機電能機械能外力電能內(nèi)能電動機電動機外力機械能電網(wǎng)★三相異步電動機的三種運行狀態(tài)3.實用表達式實用表達式反映了電動機的機械參數(shù)（Tm和sm）對電磁轉(zhuǎn)矩T的影響，適用于利用銘牌數(shù)據(jù)對電磁轉(zhuǎn)矩T進行工程計算?？紤]到（s/sm）<<（sm/s），可將分母上的s/sm忽略不計，進一步化簡，得到實用表達式的線性式：注意事項：電磁轉(zhuǎn)矩的實用表達式并非精確計算公式，因為其簡化過程忽略了不少因素，計算結(jié)果一定存在誤差。此誤差在工程允許范圍內(nèi)，實用表達式有工程應(yīng)用價值。簡化3.實用表達式用實用表達式計算電磁轉(zhuǎn)矩的一般步驟：一查找二計算三代入四求解T

=？一查找：在電動機銘牌上或者產(chǎn)品目錄中，查出額定功率PN，額定轉(zhuǎn)速nN和過載能力λm等參數(shù)的值。二計算：根據(jù)如下4個物理關(guān)系式：

TN=9550PN/nN

Tm=λmTN

sm=sN（λm+√λm）

sN=（n1-nN）/n1

計算出最大電磁轉(zhuǎn)矩Tm和臨界轉(zhuǎn)差率sm。3.實用表達式三代入：將第二步計算出的Tm和sm值代入實用表達式，得到僅包含轉(zhuǎn)差率s與電磁轉(zhuǎn)矩T這兩個未知數(shù)的函數(shù)關(guān)系