1、重庆大学自动化学院,电机学及拖动基础,2,第十章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态,3,第一节 机械特性的三种表达式第二节 固有机械特性与人为机械特性,主要内容,4,第一节 机械特性的三种表达式,直流电力拖动和交流电力拖动的共同问题稳定运行：机械特性和负载转矩特性的配合机械特性也是指转速与转矩间的关系n=f(T)，包括：固有机械特性和人为机械特性负载转矩特性也是指转速与负载转矩间的关系n=f(Tz)，包括：恒转矩、恒功率、通风机负载异步电机机械特性的三种表达式：物理表达式参数表达式实用表达式,5,一、物理表达式,机械特性的物理表达式：CT1 转矩系数m 每极磁通I2归算后的转子电流cos
2、2转子电路功率因数,显然，,第一节 机械特性的三种表达式,6,由物理表达式绘制异步电动机的机械特性曲线：转子电流公式n=f(I2)转子电路功率因数公式n=f(cos2)上述两条曲线相乘并乘以CT1mn=f(T),表明：异步电动机的电磁转矩T，与气隙磁通m和转子电流有功分量I2cos2的乘积成正比第一种表达式中，三个量在物理上遵循左手定则物理表达式物理表达式适用于定性分析,第一节 机械特性的三种表达式,7,二、参数表达式,物理表达式不能直接反映转矩与电机参数（如U、s、R1、R2、X1、X2）间的关系，需推导出一种参数表达式参数表达式适用于分析参数变化对电动机运行性能的影响,1、推导,第一节 机
3、械特性的三种表达式,8,由参数表达式绘制异步电动机的机械特性曲线：,第一节 机械特性的三种表达式,9,对s求导，令dT/ds=0临界转差率最大转矩正号对应于电动机状态，负号对应于发电机状态,2、几个重要参数,第一节 机械特性的三种表达式,10,1）电动机各参数及电源频率不变， sm不变，TmaxU22）电源频率及电压不变，sm与Tmax近似与X1+X2成反比3）Tmax与R2无关，sm与R2成正比对于绕线转子异步电动机，当转子电路串联某一恰当电阻R时，可使sm=1（n=0），即Tst=Tmax,3、几点结论,第一节 机械特性的三种表达式,11,4、过载倍数,如果负载转矩TzTmax，电动机将会
4、停转为保证电动机不会因为短时过载而停转，电动机必须具有一定的过载倍数：KT反映了电动机短时过载的极限,第一节 机械特性的三种表达式,12,即n=0或s=1时的电磁转矩：可见，对于绕线转子异步电动机，转子电路串联附加电阻，可以改善起动特性,5、起动转矩,第一节 机械特性的三种表达式,13,6、起动转矩倍数,对于笼型转子异步电动机，转子电路不能串联附加电阻为使电动机能起动，电动机须具有一定的起动转矩倍数：Kst反映了电动机的起动能力,结论：只有TstTz时，电动机才能起动对笼型转子异步电动机，额定负载下只有Kst1时才能起动,第一节 机械特性的三种表达式,14,三、实用表达式,问题：如何求Tmax
5、和sm？,第一节 机械特性的三种表达式,参数表达式中的电动机参数（如R1、R2、X1、X2 等）一般不在产品目录中，不便于计算需要导出实用表达式用于机械特性的工程计算,忽略R1，得实用表达式,15,Tmax和sm根据电动机产品数据计算 其中，,第一节 机械特性的三种表达式,额定负载以下(TzTN)，s很小，忽略s/sm，得简化表达式：,此时，,16,TzTN (ssN)时，s/smsm/s，忽略s/sm，得简化表达式，T与s近似成正比机械特性的直线部分，又称工作部分不论带动何种负载均能稳定运行ssm时，机械特性为一曲线机械特性的曲线部分，又称非工作部分对恒转矩和恒功率负载不能稳定运行，仅对通风
6、机负载可以稳定运行,异步电动机的稳定性问题：,第一节 机械特性的三种表达式,17,第二节 固有机械特性与人为机械特性,一、固有机械特性,固有机械特性异步电动机工作在额定电压及额定频率，按规定接线方法接线，定子及转子电路中不外接电阻（电抗或电容）时所获得的机械特性曲线 。,18,几个特殊点：起动点An=0，s=1，T=Tst，I1st=(47)I1N额定工作点Bn=nN，s=sN，T=TN，I1=I1N同步转速点Hn=ns，s=0，T=0，I2=0，I1=I0最大转矩点P和P电动状态最大转矩点P T=Tmax， s=sm回馈制动最大转矩点PT=-Tmax，s=-sm回馈制动时的过载能力较电动状态
7、时大,第二节 固有机械特性与人为机械特性,19,由机械特性的参数表达式：异步电动机电磁转矩T的数值，是由某一转速n（或s）下的电源电压U、电源频率f1、定子极对数p、定子及转子电路的电阻及电抗（R1、R2、X1、X2）决定的。,二、人为机械特性,第二节 固有机械特性与人为机械特性,人为机械特性通过人为改变上述参数得到的机械特性。,20,1、降低 U,Tst及Tmax与U2成正比降低，即TstU2，TmaxU2；sm与U无关，故sm保持不变；ns与U无关，故ns保持不变。可见，固有机械特性上转矩值乘以电压变化百分数的二次方，即可得到降压的人为机械特性。,第二节 固有机械特性与人为机械特性,21,
8、额定运行时，U=UN，I1=I1N，n=nN，T=TNUI1、I2T（TTz）n、ssE2I2T（T=Tz时达到新的平衡）U下降前后负载保持额定值不变 在新的平衡点：sxsN，故I2xI2N可见，U降低后电动机转子电流将大于额定值。如长时连续运行，最终温升将超过允许值，导致电动机寿命缩短，甚至烧坏。,降低电网电压对异步电动机运行的影响：,第二节 固有机械特性与人为机械特性,22,Tst、Tmax、sm将随R1及X1的增大而减小；同步转速ns保持不变。一般用于笼型异步电动机的起动，以限制起动电流。,第二节 固有机械特性与人为机械特性,2、定子电路串联对称电阻,3、定子电路串联对称电抗,23,Tm
9、ax不变，sm随着R的增大而增大；Tst刚开始随R的增大而增大，直到Tst=Tmax后，Tst随着R的增大而减小；同步转速ns不变。适用于绕线转子异步电动机的起动，也可用于调速。,第二节 固有机械特性与人为机械特性,4、转子电路串联对称电阻,24,起动初期，转子频率sf1较大，Xst=2sf1Lst较大，转子电流的大部分流过Rst；Rst决定起动电流和转矩；nsf1Xst，转子电流的大部分流过电抗；,第二节 固有机械特性与人为机械特性,5、转子电路接入并联阻抗,起动过程结束，sf1很小，转子电流几乎全部流过电抗器，近乎将电阻短路。优点由于转子电路参数可变，如果参数配合恰当，电动机在整个加速过程中产生几乎恒定的转矩可限制起动电流，保证电动机在最少级数下平滑加速,25,本节要求,掌握异步电动机机械特性的三种表达式及其适用范围物理、参数表达式实用表达式掌握固有机械特性和人为机械特性的形状及其特点固有机械特性降压人为机械特性转子串电阻人为机械特性,26,第十章（1） 结束,
