電工電子技術(shù)（第3版） 課件 3.7 三相異步電動(dòng)機(jī) 電磁轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性

三相電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性田玉主講老師：電工電子技術(shù)

知識(shí)目標(biāo)01

1.認(rèn)識(shí)三相異步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩2.認(rèn)識(shí)三相異步電機(jī)的機(jī)械特性3.認(rèn)識(shí)三相異步電機(jī)的三個(gè)典型轉(zhuǎn)矩能力目標(biāo)021.會(huì)計(jì)算額定轉(zhuǎn)矩2.會(huì)根據(jù)三個(gè)典型轉(zhuǎn)矩的影響因素分析電機(jī)的故障3.會(huì)根據(jù)機(jī)械特性分析電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)

思政目標(biāo)03學(xué)習(xí)中國(guó)電機(jī)人的奮斗精神，為科技發(fā)展做貢獻(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)K知識(shí)引入中國(guó)電機(jī)成就--永磁電機(jī)為了提升電機(jī)的功率密度，工程師發(fā)現(xiàn)可以把圓線改為扁形的線，因?yàn)閳A線會(huì)導(dǎo)致相鄰的三根線有間隙，而扁形的線則幾乎沒(méi)有間隙，就提高了電機(jī)的功率密度。但是扁線電機(jī)加工難度很大，為了解決這個(gè)難題，工程師在扁形銅線上涂了10層特殊材料，使用更先進(jìn)的纏繞方式才解決了這個(gè)難題，現(xiàn)在全球主要的扁線加工產(chǎn)能基本在中國(guó)大陸，也就是說(shuō)我們掌握了永磁電機(jī)最關(guān)鍵的兩項(xiàng)：永磁材料和扁線加工現(xiàn)在在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的特斯拉ModelY就換裝了新的國(guó)產(chǎn)電機(jī)，不斷價(jià)格更低了，扭矩和功率反而比大陸以外的同類電機(jī)提升近10%，這就是國(guó)產(chǎn)永磁電機(jī)的崛起，也讓我們?cè)谶@個(gè)領(lǐng)域整體上真正領(lǐng)先了世界。電磁轉(zhuǎn)矩T由轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中的電流I2（電流的有功分量I2cos

2

）和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)每極磁通

相互作用而產(chǎn)生

CT——與電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)

cos

2——轉(zhuǎn)子電路功率因數(shù)一、三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩定子

三相異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理與變壓器相似。三相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組相當(dāng)于變壓器的一次繞組和二次繞組，它們都是彼此相互獨(dú)立的電路。定子繞組外接交流電源，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以同步轉(zhuǎn)速n1切割靜止的定子繞組，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e1。與變壓器原理相似。上式表明，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁通量Φ由電源電壓U1決定。當(dāng)U1不變時(shí)，Φ就基本是恒定的，與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的機(jī)械負(fù)載無(wú)關(guān)。

定子電壓：定子磁通：一、三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩

轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)子頻率轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子功率因數(shù)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組相當(dāng)于變壓器的二次繞組，但轉(zhuǎn)子繞組電路的電量的頻率f2與交流電源頻率f1不同，而是小于f1，這是因?yàn)樾D(zhuǎn)磁場(chǎng)以同步轉(zhuǎn)速切割定子繞組；而以相對(duì)轉(zhuǎn)速切割轉(zhuǎn)子繞組61.TU12

電源電壓變化時(shí)，對(duì)轉(zhuǎn)矩的影響很大。2.T受轉(zhuǎn)子電阻的影響(非線性）。

∵R2

、X20為常數(shù)，U1和f1一定（電源電壓為額定值）

∴

T只隨轉(zhuǎn)差率S（轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n）變化。

T=f(S)—固有轉(zhuǎn)矩特性

n=f(T)

—機(jī)械特性K——常數(shù)U1——定子繞組的相電壓3.電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)：一、三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩二、三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性bc段，是電動(dòng)機(jī)的非穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)：在bc區(qū)段內(nèi)，若機(jī)械負(fù)荷增大，電機(jī)轉(zhuǎn)速n2下降，隨轉(zhuǎn)速n2下降，電磁轉(zhuǎn)矩減小，轉(zhuǎn)速進(jìn)一步下降，直至停轉(zhuǎn)。所以電機(jī)在bc區(qū)段內(nèi)不可能穩(wěn)定運(yùn)行

當(dāng)電動(dòng)機(jī)的電源電壓U1保持恒定，轉(zhuǎn)子電路的參數(shù)R2、X20為定值時(shí)，其轉(zhuǎn)速n與電磁轉(zhuǎn)矩T的關(guān)系稱為機(jī)械特性。（一）穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)和非穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)n0TnTnabc

最大轉(zhuǎn)矩

啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩

臨界轉(zhuǎn)差率ab段，是電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)：在此區(qū)段內(nèi)，若機(jī)械負(fù)荷增大，因阻力矩大于電磁轉(zhuǎn)矩，電機(jī)轉(zhuǎn)速n2下降，隨轉(zhuǎn)速n2下降，電磁轉(zhuǎn)矩增大，當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩與阻力矩平衡時(shí)，電機(jī)以較低轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行二、三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

當(dāng)Sm=R/X20

電磁轉(zhuǎn)矩為最大轉(zhuǎn)矩,最大轉(zhuǎn)矩Tmax與額定轉(zhuǎn)矩TN之比稱為過(guò)載系數(shù)，,表示電機(jī)過(guò)載能力。一般電機(jī)過(guò)載系數(shù)在1.8-2.5之間。（二）三個(gè)典型轉(zhuǎn)矩n0TnTnabc

最大轉(zhuǎn)矩

啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩

臨界轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩1.額定轉(zhuǎn)矩(Nm)2.最大轉(zhuǎn)矩Tmax3．起動(dòng)轉(zhuǎn)矩起動(dòng)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速n=0,s=1代入得起動(dòng)轉(zhuǎn)矩

上式表示起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與電源電壓、轉(zhuǎn)子繞組電阻成正比。提高電源電壓或轉(zhuǎn)子繞組電阻可提高電機(jī)起動(dòng)能力，電機(jī)越易于起動(dòng)，起動(dòng)越迅速。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比稱為起動(dòng)系數(shù)，表示電機(jī)起動(dòng)能力。一般電機(jī)起動(dòng)系數(shù)1.7～2.2之間二、三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

最大電磁轉(zhuǎn)矩與電源電壓成正比，當(dāng)電源電壓降低，最大電磁轉(zhuǎn)矩按平方規(guī)律下降，當(dāng)負(fù)載大于最大電磁轉(zhuǎn)矩，電機(jī)停車，這時(shí)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以最大相對(duì)轉(zhuǎn)速切割轉(zhuǎn)子繞組，轉(zhuǎn)子電流、定子電流最大。如不及時(shí)切斷電源容易出現(xiàn)“悶車”，即電機(jī)因過(guò)熱而燒毀。（二）三個(gè)典型轉(zhuǎn)矩

臨界轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)子繞組電阻成正比，增大轉(zhuǎn)子繞組電阻，臨界轉(zhuǎn)差率提高，臨界轉(zhuǎn)速下降，而最大電磁轉(zhuǎn)矩不變，機(jī)械特性圖變化如圖，這時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)范圍變大，調(diào)速范圍大，另外起動(dòng)轉(zhuǎn)矩增大，起動(dòng)性能好。繞線式電機(jī)外接可調(diào)電阻，轉(zhuǎn)子繞組電阻大，所以其調(diào)速性能、起動(dòng)性能好。nnmnm′