運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試（第2版）課件 3.2.3三相異步電機(jī)轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性 b2

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試主講：南工機(jī)電教學(xué)團(tuán)隊(duì)高等教育出版社3.2.3三相異步電機(jī)轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性異步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩1

異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩等于轉(zhuǎn)子中各載流導(dǎo)體在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下，受到電磁力所形成的轉(zhuǎn)矩之總和。電磁轉(zhuǎn)矩的另一種表達(dá)形式為：其中：K——與電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)、電源頻率有關(guān)的一個(gè)常數(shù)；U1——電源電壓；R2——轉(zhuǎn)子每相繞組的電阻；s——轉(zhuǎn)差率；X20——電動(dòng)機(jī)不動(dòng)（s=1）時(shí)轉(zhuǎn)子每相繞組的感抗。3.2.3三相異步電機(jī)轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性式3.7說(shuō)明，只要電機(jī)參數(shù)不發(fā)生變化，電磁轉(zhuǎn)矩正比于電源電壓的平方。反映了電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩在負(fù)載不變情況下，其大小取決于電源電壓的高低。但這并不意味電動(dòng)機(jī)的工作電壓越高，電動(dòng)機(jī)實(shí)際輸出的電磁轉(zhuǎn)矩就越大。電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)機(jī)械負(fù)載運(yùn)行時(shí)，輸出機(jī)械轉(zhuǎn)矩的大小，實(shí)際上決定于來(lái)自于電動(dòng)機(jī)軸上負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩的大小。換言之，當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩T等于負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩TL時(shí)，電動(dòng)機(jī)就會(huì)在某一速度下穩(wěn)定運(yùn)行；若T>TL，電動(dòng)機(jī)就會(huì)加速運(yùn)行；若T<TL，電動(dòng)機(jī)則要減速運(yùn)行直至停轉(zhuǎn)。3.2.3三相異步電機(jī)轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性根據(jù)公式3.7，可得異步機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩特性曲，如圖3-28所示。其中，Tm對(duì)應(yīng)于最大電磁轉(zhuǎn)矩；sm對(duì)應(yīng)最大電磁轉(zhuǎn)矩的臨界轉(zhuǎn)差率。3.2.3三相異步電機(jī)轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性異步電機(jī)的機(jī)械特性1在異步電動(dòng)機(jī)中，轉(zhuǎn)速

n=(1-s)n0可將曲線換成轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系曲線（把轉(zhuǎn)矩特性曲線旋轉(zhuǎn)90°），即稱(chēng)為異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，如圖3-29所示。異步電動(dòng)機(jī)在額定電壓和額定頻率下，用規(guī)定的接線方式，定子和轉(zhuǎn)子電路中不串聯(lián)任何電阻或電抗時(shí)的機(jī)械特性稱(chēng)為固有（自然）機(jī)械特性。從特性曲線上可以看出，機(jī)械特性曲線可分為穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)AB段和非穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)BC段兩部分。3.2.3三相異步電機(jī)轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性

電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在AB段，其電磁轉(zhuǎn)矩可以隨負(fù)載的變化而自動(dòng)調(diào)整，這種能力稱(chēng)為自適應(yīng)負(fù)載能力。

電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，TL=TN。當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，TL'>TN，動(dòng)力小于阻力，電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)被破壞。這時(shí)，轉(zhuǎn)速n下降，轉(zhuǎn)差率s上升，轉(zhuǎn)子電路感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)增加，電流I2增大，定子電流I1隨之增大，電磁轉(zhuǎn)矩T增大至T′。當(dāng)T′=TL′時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速重新穩(wěn)定在n'上，此時(shí)n′<n。特性曲線的N點(diǎn)向右移。當(dāng)負(fù)載減少時(shí)，TL″<TN，動(dòng)力大于阻力，電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)被破壞。這時(shí)，轉(zhuǎn)速n上升，轉(zhuǎn)差率s下降，轉(zhuǎn)子電路感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)減小，電流I2減小，定子電流I1隨之減小，電磁轉(zhuǎn)矩T減小至T″。當(dāng)T″=TL″時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速重新穩(wěn)定在n″上，此時(shí)n″>n。特性曲線的N沿特性曲線左移。3.2.3三相異步電機(jī)轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性機(jī)械特性曲線上有四個(gè)特殊點(diǎn)，這四個(gè)特殊點(diǎn)是：（1）理想空載工作點(diǎn)圖3-29中的A點(diǎn)，電動(dòng)機(jī)處于理想空載工作點(diǎn)，此時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為理想空載轉(zhuǎn)速。此時(shí)：T=0，n=n0，s=0。（2）電動(dòng)機(jī)額定工作點(diǎn)電動(dòng)機(jī)額定電壓下以額定轉(zhuǎn)速nN運(yùn)行，輸出額定機(jī)械功率PN時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)軸上對(duì)應(yīng)輸出的機(jī)械轉(zhuǎn)矩為額定電磁轉(zhuǎn)矩TN。此時(shí)額定轉(zhuǎn)矩和額定轉(zhuǎn)差率為：T=TN，n=nN，s=sN。其中：PN——電動(dòng)機(jī)的額定功率；TN——電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩；nN——電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速；一般nN=(0.94~0.985)n0；sN——電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)差率，一般sN=0.06~0.0153.2.3三相異步電機(jī)轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性（3）電動(dòng)機(jī)起動(dòng)工作點(diǎn)圖3-29中的C點(diǎn)。起動(dòng)工作點(diǎn)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩反映了異步電機(jī)帶負(fù)載起動(dòng)時(shí)的性能。此時(shí)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)差率為：T=Tst，n=0，s=1。將s=1代入轉(zhuǎn)矩公式3.7中，可得：可見(jiàn)，異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst

與U、R2及X20有關(guān)。當(dāng)施加在定子每相繞組上的電壓降低時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩會(huì)明顯減??；當(dāng)轉(zhuǎn)子電阻適當(dāng)增大時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩會(huì)增大；而若增大轉(zhuǎn)子電抗則會(huì)使啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大為減小。通常把在固有機(jī)械特性上啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst與額定轉(zhuǎn)矩TN之比：

st=Tst/TN3.2.3三相異步電機(jī)轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性

st稱(chēng)作電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)能力。其作為衡量異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)能力的一個(gè)重要數(shù)據(jù)。通常在1.4~1.8之間。如果電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst小于電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩TL時(shí)，電動(dòng)機(jī)將無(wú)法起動(dòng)。（4）電動(dòng)機(jī)臨界工作點(diǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩最大值的點(diǎn)稱(chēng)為臨界工作點(diǎn)，如圖3-29中的B點(diǎn)。此時(shí)轉(zhuǎn)矩（最大轉(zhuǎn)矩）和轉(zhuǎn)差率（臨界轉(zhuǎn)差率）為：T=Tmax，n=nm，s=sm。欲求轉(zhuǎn)矩的最大值，可令：dT/dn=0；得臨界轉(zhuǎn)差率：sm=R2/X20，再將sm代入轉(zhuǎn)矩公式3.7中，即可得：通常把在固有機(jī)械特性上最大電磁轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比：

m=Tmax/T