第10章 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性及各種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)

第十章三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性及各種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)第一節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的三種表達(dá)式一、物理表達(dá)式二、參數(shù)表達(dá)式三、實(shí)用表達(dá)式一、物理表達(dá)式式中：異步機(jī)的轉(zhuǎn)矩系數(shù)——異步機(jī)每極磁通二、參數(shù)表達(dá)式可得則得由于異步電動(dòng)機(jī)的電磁功率為分子分母同乘以（1—s），即得由異步電動(dòng)機(jī)的近似等效電路得異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性參數(shù)表達(dá)式異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性臨界轉(zhuǎn)差率使，即可求得最大轉(zhuǎn)矩由于1、最大電磁轉(zhuǎn)矩與電源電壓平方成正比；臨界轉(zhuǎn)差率與電源電壓無(wú)關(guān)。3、當(dāng)電源頻率及電壓不變時(shí)，他們與X1+X2’反比2、轉(zhuǎn)子回路電阻越大，臨界轉(zhuǎn)差率越大；最大電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子電阻無(wú)關(guān)。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)1、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與電源電壓平方成正比；2、頻率越高，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩越小；

3、繞線式電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子回路電阻越大，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩先增后減。三、實(shí)用表達(dá)式忽略

R1

得機(jī)械特性的實(shí)用表達(dá)式可以求出（式中）異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)過(guò)載倍數(shù)p84一、物理表達(dá)式二、參數(shù)表達(dá)式三、實(shí)用表達(dá)式三相異步電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性與人為機(jī)械特性一、固有機(jī)械特性固有機(jī)械特性是指異步電動(dòng)機(jī)工作在額定電壓及額定頻率下，電動(dòng)機(jī)按規(guī)定的接線方法接線，定子及轉(zhuǎn)子電路中不外接電阻（電抗或電容）時(shí)所獲得的機(jī)械特性曲線。1）起始點(diǎn)A；2）額定工作點(diǎn)B；3）同步轉(zhuǎn)速點(diǎn)H；4）最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)P和P′。二、人為機(jī)械特性（一）降低特點(diǎn)：1）n0不變

2）sm不變，Tem隨Ux2成正比例下降

3）Tst也隨Ux2成正比例下降降低后電動(dòng)機(jī)電流將大于額定值，電動(dòng)機(jī)如長(zhǎng)時(shí)連續(xù)運(yùn)行，最終溫升將超過(guò)允許值，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)壽命縮短，甚至燒壞。AB（二）轉(zhuǎn)子電路內(nèi)串聯(lián)對(duì)稱(chēng)電阻轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)對(duì)稱(chēng)電阻適用于繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)，也可用于調(diào)速。特點(diǎn)：1）n0不變

2）sm隨RΩ

的增加而變大，

Tm保持不變

3）當(dāng)sm<1時(shí)，Tst隨RΩ

的增加而變大。當(dāng)sm>1時(shí)，Tst隨RΩ

的增加而減小。（三）定子電路串聯(lián)對(duì)稱(chēng)電抗定子電路內(nèi)串聯(lián)對(duì)稱(chēng)電抗時(shí)的人為機(jī)械特性定子電路串聯(lián)對(duì)稱(chēng)電抗一般用于籠型異步電動(dòng)機(jī)的降壓起動(dòng)，以限制電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流。定子電路內(nèi)串聯(lián)對(duì)稱(chēng)電阻時(shí)的人為機(jī)械特性（四）定子電路串聯(lián)對(duì)稱(chēng)電阻與串聯(lián)對(duì)稱(chēng)電抗時(shí)相同，定子串聯(lián)對(duì)稱(chēng)電阻一般也用于籠型異步電動(dòng)機(jī)的減壓起動(dòng)。（五）轉(zhuǎn)子電路接入并聯(lián)阻抗由于轉(zhuǎn)子電路參數(shù)可變，如果參數(shù)配合恰當(dāng)，電動(dòng)機(jī)在整個(gè)加速過(guò)程中產(chǎn)生幾乎恒定的轉(zhuǎn)矩，在右圖上繪出了這樣的人為機(jī)械特性。轉(zhuǎn)子電路接入并聯(lián)阻抗時(shí)的電路圖和人為機(jī)械特性第三節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的各種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)一、電動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)電動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的特點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的方向與旋轉(zhuǎn)的方向相同。電動(dòng)狀態(tài)下異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性二、制動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)異步電動(dòng)機(jī)可工作于回饋制動(dòng)，反接制動(dòng)及能耗制動(dòng)三種制動(dòng)狀態(tài)。其共同特點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的方向相反，以實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。此時(shí)，電動(dòng)機(jī)由軸上吸收機(jī)械能，并轉(zhuǎn)換為電能。（—）回饋制動(dòng)狀態(tài)位能負(fù)載帶動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)入回饋制動(dòng)狀態(tài)當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)由于某種原因（例如位能負(fù)載的作用），使其轉(zhuǎn)速高于同步速度時(shí)，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)反向，轉(zhuǎn)子電流的有功分量也改變了方向，其無(wú)功分量的方向則不變。此時(shí)異步電動(dòng)機(jī)既回饋電能，又在軸上產(chǎn)生機(jī)械制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，即在制動(dòng)狀態(tài)下工作。當(dāng)時(shí)轉(zhuǎn)子電流的有功分量為轉(zhuǎn)子電流的無(wú)功分量為也為負(fù)，與轉(zhuǎn)速方向相反異步電動(dòng)機(jī)軸上輸出的機(jī)械功率也為負(fù)異步電動(dòng)機(jī)在回饋制動(dòng)時(shí)的相量圖位能負(fù)載帶動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)入回饋制動(dòng)狀態(tài)異步電動(dòng)機(jī)回饋制動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性如果異步機(jī)定子脫離電網(wǎng)，又希望它能發(fā)電，則必須在異步機(jī)定子三相之間接上連接成三角形或者星形的三組電容器。這時(shí)電容器組可供給異步電動(dòng)機(jī)發(fā)電所需要的無(wú)功功率，即供給建立磁場(chǎng)所需要的勵(lì)磁電流。p90異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速反向反接制動(dòng)電路圖（二）反接制動(dòng)狀態(tài)1．轉(zhuǎn)速反向的反接制動(dòng)轉(zhuǎn)子軸上機(jī)械功率為負(fù)此時(shí)的轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)子由定子輸入的電功率即為電磁功率為正轉(zhuǎn)子電路的損耗為兩者之和，因此能量損耗極大。2．定子兩相反接的反接制動(dòng)在兩相反接時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩為－T，與負(fù)載轉(zhuǎn)矩共同作用下，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速很快下降，這相當(dāng)于圖中機(jī)械特性的BC段。在轉(zhuǎn)速為零的C點(diǎn)，如不切斷電源，電動(dòng)機(jī)即反向加速，進(jìn)入反向的電動(dòng)狀態(tài)（對(duì)應(yīng)于特性CD段），加速到D點(diǎn)時(shí)，電動(dòng)機(jī)將穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)的逆轉(zhuǎn)過(guò)程。為了迅速停車(chē)或反向，可將定子兩相反接，此時(shí)轉(zhuǎn)差率為E（三）能耗制動(dòng)狀態(tài)當(dāng)K1斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)脫離電網(wǎng)時(shí)，立即將K2接通，則在定子兩相繞組內(nèi)通入直流電流，在定子內(nèi)形成一固定磁場(chǎng)。當(dāng)轉(zhuǎn)子由于慣性而仍在旋轉(zhuǎn)時(shí)，其導(dǎo)體即切割此磁場(chǎng)，在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及轉(zhuǎn)子電流。根據(jù)左手定則，可確定出轉(zhuǎn)矩的方向與轉(zhuǎn)速的方向相反，即為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。三、運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)小結(jié)在正轉(zhuǎn)方向，特性1與1′的第二象限為回饋制動(dòng)特性，第四象限為反接制動(dòng)特性；在反轉(zhuǎn)方向，特性2與2′的第二象限為反接制動(dòng)特性，而第四象限則為回饋制動(dòng)特性。能耗制動(dòng)電路的聯(lián)結(jié)方法有所不同，其機(jī)械特性用曲線3與3′表示，第二象限部分對(duì)應(yīng)于電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，而第四象限則對(duì)應(yīng)于反轉(zhuǎn)。圖中特性1＇，2′及3′對(duì)應(yīng)于異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子有串聯(lián)電阻時(shí)，而1，2及3則對(duì)應(yīng)于沒(méi)有串聯(lián)電阻。橋式起重機(jī)拖動(dòng)主鉤異步電動(dòng)機(jī)的電路圖對(duì)應(yīng)手柄位置主鉤異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性（一）電動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)速逐級(jí)提升過(guò)程為轉(zhuǎn)速逐級(jí)提升的機(jī)械特性空鉤提升與下放時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性提升和下放空鉤時(shí)的機(jī)械特性與負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性在空鉤下放時(shí)也屬電動(dòng)狀態(tài)。此時(shí)不但有空鉤重量產(chǎn)生的位能力矩，而且有摩擦力產(chǎn)生的阻力矩，而阻力矩又比位能力矩大，將二者疊加即為電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。（二）反接制動(dòng)狀態(tài)（三）回饋制動(dòng)狀態(tài)反接制動(dòng)下放重物時(shí)的機(jī)械特性與負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性回饋制動(dòng)下放重物時(shí)的機(jī)械特性與負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性第四節(jié)根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)計(jì)算異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù)一般異步電動(dòng)機(jī)的產(chǎn)品目錄中可以查到一些技術(shù)數(shù)據(jù)，而不給出電動(dòng)機(jī)的定、轉(zhuǎn)子等具體參數(shù)，為此必須用工程計(jì)算法計(jì)算。一般可查到下列技術(shù)數(shù)據(jù)：1）額定功率

（kW）2）額定定子線電壓（V）

3）額定定子線電流（A）

4）額定轉(zhuǎn)速（r/min）

5）額定效率

6）定子額定功率因數(shù)7）過(guò)載倍數(shù)

8）飛輪慣量（）

9）對(duì)于繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)，還給出兩個(gè)轉(zhuǎn)子數(shù)據(jù)，即

a）轉(zhuǎn)子額定線電動(dòng)勢(shì)

（V）

b）轉(zhuǎn)子額定線電流（A）10）對(duì)于籠型異步電動(dòng)機(jī)，沒(méi)有轉(zhuǎn)子數(shù)據(jù)，但給出下列兩個(gè)數(shù)據(jù)

a）起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)

b）起動(dòng)電流倍數(shù)

此外，還可能給出定子極對(duì)數(shù)p

；定子繞組的接線方式；工作制（或定額）；負(fù)載持續(xù)率；最高溫升（或絕緣材料等級(jí)）等。額定頻率我國(guó)為50Hz，即Hz。

在已知上述數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，可用工程計(jì)算法計(jì)算異步電動(dòng)機(jī)參數(shù)

（1）額定轉(zhuǎn)矩TN（2）最大轉(zhuǎn)矩Tm（3）繞線轉(zhuǎn)子每相繞組電阻R2（4）電壓比k（5）轉(zhuǎn)子繞組每相電阻折算值R2’（6）定子繞組每相電阻R1（7）臨界轉(zhuǎn)差率sm（8）總電抗XX=X1+X2’（9）定子電抗X1及轉(zhuǎn)子電抗的折算值X2’（11）空載電流

I0（12）勵(lì)磁電抗X0（10）轉(zhuǎn)子每相電阻的折算值R2’p102[例10-1]一繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)為：試用工程計(jì)算法計(jì)算異步電動(dòng)機(jī)的下列參數(shù)：解第五節(jié)繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速及制動(dòng)電阻的計(jì)算計(jì)算的方法是按已知條件，利用機(jī)械特性（一般是實(shí)用表達(dá)式）進(jìn)行，計(jì)算時(shí)必須注意不同運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下方程式中各參量的正負(fù)符號(hào)等不同特點(diǎn)。[例10-2]某繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的銘牌參數(shù)如下：（1）當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩，要求轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)子每相應(yīng)串入多大的電阻（圖中B點(diǎn)）？（2）從電動(dòng)狀態(tài)（圖1中A點(diǎn)）時(shí)換接到反接制動(dòng)狀態(tài)，如果要求開(kāi)始的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩等于（圖中C點(diǎn)），則轉(zhuǎn)子每相應(yīng)該串接多大電阻？（3）如果該電動(dòng)機(jī)帶位能負(fù)載，負(fù)載轉(zhuǎn)矩，要求穩(wěn)