1、第5章 三相异步电动机的 原理和特性,5.1 三相异步电动机的基本结构与工作原理 5.1.1 基本结构重点 5.1.2 工作原理重点，难点 5.1.3 额定数据 5.2 异步电动机的基本方程式和等效电路 5.2.1 转子不转时的异步电动机简介 5.2.2 转子旋转时的异步电动机重点 5.2.3 笼形转子的极数、相数和参数的折合不讲 5.2.4 简化等效电路,第5章 三相异步电动机的 原理和特性,5.3 异步电动机的功率和转矩 5.3.1 三相异步电动机的功率难点 5.3.2 三相异步电动机的转矩难点 5.4 异步电动机的机械特性 5.4.1 机械特性的参数表达式重点 5.4.2 固有机械特性重
2、点 5.4.3 机械特性的实用公式重点 5.4.4 人为机械特性重点 5.5 异步电动机的工作特性不讲,5.4 异步电动机的机械特性,5.4.1 机械特性的参数表达式重点 5.4.2 固有机械特性重点 5.4.3 机械特性的实用公式重点 5.4.4 人为机械特性重点,5.4 异步电动机的机械特性,1定义 三相异步电动机在电源电压 U1、电源频率 f1 以及电动机参数固定的条件下 其电磁转矩 T 与转子转速 n 之间的关系 定义为三相异步电动机的机械特性 2表示方法 （1）函数表示法T = f（n）或 T = f（s） （2）曲线表示法T - s 曲线,直流电动机 T - n 曲线,5.4.1
3、机械特性的参数表达式,三相异步电动机电磁转矩 T 的物理表达式已知 但没有直接反映 T = f（n） 若用式(5-73) 确定不同转速下相应的 T 计算过程过于麻烦，这里不采用 而是利用下面方法得到 T = f（s）,5.4.1 机械特性的参数表达式,再利用图5.22所示的三相异步电动机简化等效电路得到转子电流有效值为,5.4.1 机械特性的参数表达式,因为 ，所以可将(5-75)代入(5-74)，得,5.4.1 机械特性的参数表达式,当固定异步电动机的 定子电压 U1 电源频率 f1 电机参数 p、 改变转差率 s 就能按上式算出对应的电磁转矩 T,、 、 、,5.4.2 固有机械特性,1定
4、义 2三相异步电动机的固有机械特性曲线 3三种运行状态 4四个特殊点 5三个重要转矩 6异步电动机的稳定运行问题,5.4.2 固有机械特性,1定义 若三相异步电动机 定子加额定电压、额定频率 转子回路本身直接短路 不另串电阻或电抗 这种情况下电动机的机械特性 称为固有机械特性,2三相异步电动机的 固有机械特性曲线,如右图所示： 机械特性 不是一条直线 而是一条非线性曲线,0,T,s,0,1.0,2.0,n,n1,-n1,电源正相序,电源负相序,3三种运行状态,该曲线反映不同状态： 0 n1 第象限，T 负，n 正 回馈制动运行状态 即发电状态 s 1 或 n 0 第象限，T 正，n 负 电磁制
5、动运行状态,0,T,s,0,1.0,n,n1,回馈 制动,电动 运行,电磁 制动,4四个特殊点,以正转为例 （1）起动点 Q 转速 n 为0 ( s = 1 ) 电磁转矩是堵转转矩 TS 定子电流为堵转电流 IS （2）额定工作点 N 转速是额定转速 nN 转差率为额定转差率 sN 电磁转矩为额定转矩 TN 电流为额定电流 IN,0,TS,T,s,0,1.0,n,n1,sN,4四个特殊点,（3）同步速点 H 转速为同步转速 n1(s = 0) 电磁转矩 T 为零 定子电流为励磁电流 I0 转子绕组里没有电流（4）最大电磁转矩点 P 和 P P 点是电动状态时的最大电磁转矩点 P 点是异步发电（
6、回馈制动）状态时的最大电磁转矩点,0,TS,T,s,0,1.0,n,n1,sN,5三个重要转矩,额定转矩TN 电动机在额定负载时转矩 叫做额定转矩 用 TN 表示 最大转矩 Tm 电机带动最大负载的能力 堵转转矩（起动转矩）TS 当s = 1(即 n = 0)时的转矩 叫做堵转转矩 用 TS 表示,-Tm,0,TN,TS,Tm,T,s,-sm,0,sm,1.0,n,n1,nN,H,N,P,Q,P,sN,（1）额定转矩TN,电动机在额定负载时的转矩 叫做额定转矩，用 TN 表示 PN已知TN公式,（1）额定转矩TN,PN未知TN公式,（2）最大转矩 Tm,电机带动最大负载的能力 将式(5-76)
7、对转差率 s 求导 并令 可得,（2）最大转矩 Tm,式中， Tm 异步电动机的最大转矩 sm 最大转矩对应的转差率，又称为临界转差率 “”号用于电动状态； “”号用于发电状态,（2）最大转矩 Tm,在一般情况下如果忽略 R1 的影响，sm 和 Tm 可以近似表示为,的值不超过 的5%,（2）最大转矩 Tm,可见：， sm与 R2 有关，适当使 R2 sm n 对绕线式电机改变转子附加电阻 R2, 可实现调速 Tm 与 R2 无关；sm 与电压大小无关,过载倍数（或称过载能力）km,最大转矩 Tm 与额定转矩 TN 之比 称为过载倍数，也叫过载能力，用 km 表示普通中小型三相异步电动机的过载
8、倍数 km = 2.0 2.2 起重、冶金机械用的三相异步电动机的过载倍数 km = 2.2 2.8,（3）堵转转矩（起动转矩）TS,当 s = 1（即 n = 0）时的电磁转矩 叫做堵转转矩，用 TS 表示 将 s = 1代入式(5-76)，得到堵转转矩为可见：， TS 与 R2 有关，适当使 R2 TS 对绕线式电机改变转子附加电阻 R2 ，可使 TS = Tm 若 TS T2 电机能起动，否则不能起动,堵转转矩倍数 kS,异步电动机堵转转矩 TS 与额定转矩 TN 之比 称为堵转转矩倍数，用 kS 表示堵转转矩倍数 kS 的大小 反映了电动机起动负载的能力 堵转转矩倍数设计得越大 电动机
9、起动就越快 电机的成本也随之增加,堵转转矩倍数 kS,对于Y系列小型笼型三相异步电动机 其堵转转矩倍数 kS = 1.72.2 对于三相绕线转子异步电动机 可以通过在转子回路中串入电阻来改变堵转转矩的大小 这部分内容将在转子回路串入三相对称电阻的人为机械特性中介绍,6异步电动机的稳定运行问题,当0 s sm时机械特性下斜 拖动恒转矩负载和泵类负载都能稳定运行 当sm s 1时机械特性上翘 拖动恒转矩负载不能稳定运行,-Tm,0,TN,TS,Tm,T,s,-sm,0,sm,1.0,n,n1,nN,H,N,P,Q,P,sN,6异步电动机的稳定运行问题,拖动泵类负载需满足 稳定运行的充要条件T =
10、TL 且 即可以稳定运行,-Tm,0,TN,TS,Tm,T,s,-sm,0,sm,1.0,n,n1,nN,H,N,P,Q,P,sN,6异步电动机的稳定运行问题,因此，异步电动机应长期稳定运行在0 s sN范围内 正常情况下电动机都工作在特性曲线的 HN 段 HN 段比较平坦称为硬特性,-Tm,0,TN,TS,Tm,T,s,-sm,0,sm,1.0,n,n1,nN,H,N,P,Q,P,sN,5.4.3 机械特性的实用公式,前面分析异步电动机的机械特性 是基于电动机参数为已知的前提 实际使用中，往往不知道电动机的参数 那如何得到机械特性呢？ 最好的办法： 从异步电动机产品目录中所给的数据 大致求出
11、机械特性 为此要用到机械特性的实用公式,5.4.3 机械特性的实用公式,1实用公式的表达式 2实用公式的应用1已知 TL 先求 s 再求 n 3实用公式的应用2已知 s（或 n） 求 T 4关于实用公式的说明,1实用公式的表达式,通过推导（推导过程从略） 求得的机械特性的实用公式如下：式中， Tm 和 sm可以从异步电动机产品目录中的有关数据，根据相关公式求出,求取 Tm 的过程,根据电机的额定转速 nN、额定功率 PN和过载倍数 km 求取 Tm和 sm的过程如下： 额定转矩 式中，忽略空载转矩 T0 最大转矩,求取 sm 的过程,额定转差率 把 TN、sN、Tm和 km代入实用公式(5-8
12、5)，可得sm的计算公式,舍去,2实用公式的应用1： 已知 TL 先求 s 再求 n,当三相异步电动机拖动负载转矩 TL 已知时 就可以把 T = TL代入实用公式由上式可解得电动机运行时的转差率 s 进而得到电动机的转速 n,3实用公式的应用2： 已知 s（或 n） 求 T,如果是三相异步电动机的转差率 s（或转速 n ）已知 把它代入机械特性的实用公式可求得电动机的电磁转矩,4关于实用公式的说明,实用公式形式简单，使用方便 但只适用于一定的范围内，如0 s sN 如果用它计算三相异步电动机的堵转转矩，则误差较大,例题5-4(P149),例题5-4 一台三相异步电动机的 额定功率 PN =
13、30 kW 额定电压 UN = 380 V 额定转速 nN = 980 r/min 过载倍数 km = 2.1 求： （1）该电动机电磁转矩的实用公式； （2）当s = 0.015时的电磁转矩； （3）电动机拖动 200 Nm 负载时的转速。,例题5-4(P149),解：（1）额定转差率为临界转差率为,例题5-4(P149),额定电磁转矩为最大转矩为所以，该电动机电磁转矩实用公式为,例题5-4(P149),（2）当s = 0.015时，电磁转矩为,例题5-4(P149),（3）当T = TL = 200 Nm时，电动机的转差率为 电动机的转速为,5.4.4 人为机械特性,1降低定子电压U1的人
14、为机械特性 2定子回路串接三相对称电阻的人为机械特性 3定子回路串接三相对称电抗的人为机械特性 4转子回路串入三相对称电阻的人为机械特性,1降低定子电压U1 的人为机械特性,n1、sm 都将保持不变 U1 Tm、TS ,T,n,s,U1,0.8U1,0.6U1,n1,0,1.0,0,图5.27 降低U1时的人为机械特性曲线,特点：,同步转速 n1、最大转矩对应的转差率 sm都将保持不变 最大转矩 Tm 以及堵转转矩 TS 都要随 U1的降低而按 U1 的平方规律减小 拖动额定负载时，降低 U1电动机不能长时间运行,2定子回路串接三相对称电阻的人为机械特性,(a)接线图,(b)等效电路,图5.2
15、9 定子回路串电阻 的人为机械特性曲线,n1 保持不变 Rf Tm、TS、sm ,1.0,0,n,n1,0,TS,TS,s,T,R1,R1 + Rf,特点：,同步转速 n1 保持不变 最大转矩 Tm、堵转转矩 TS 以及 sm都随串入电阻 Rf 的增大而减小 方法简单，设备投资少 电能消耗较大,3定子回路串接三相对称电抗的人为机械特性,接线图,等效电路,图5.30(b) 定子回路串电抗 的人为机械特性曲线,n1 保持不变 Xf Tm、TS、sm ,n,n1,0,TS,TS,s,T,X1,X 1 + X f,1.0,0,特点：,同步转速 n1 保持不变 最大转矩 Tm、堵转转矩 TS 以及 sm
16、都随串入电抗 Xf 的增大而减小 比定子串电阻方法节省电能 电抗器设备成本高,4转子回路串入三相对称电阻的人为机械特性,接线图,等效电路,图5.31(b) 转子回路串电阻 的人为机械特性曲线,n1、Tm 保持不变 RS sm TS 随 RS 变化情况： sm 1，RS TS,0,TS,TS,TS,s,T,1.0,0,TS,sm,n,n1,R2,R2 + RS1,R2 + RS2,R2 + RS3,特点：,同步转速 n1、最大转矩 Tm 保持不变 sm 随串入电阻的增加而增大堵转转矩TS 随串入电阻的变化情况如下： 当 sm 1 时，TS 随串入电阻的增加反而减小,最大转矩 Tm、临界转差率sm
17、、堵转转矩TS计算公式,本章小结,三相异步电动机的基本结构 定子的组成 转子的组成 三相异步电动机的工作原理 简述工作原理 三相异步电动机产生旋转磁场，同步转速,极对数 极数,本章小结 异步电动机的转差率,根据 s 不同区分各种状态 0 n1 第象限，T 负，n 正 回馈制动运行状态 即发电状态 s 1 或 n 0 第象限，T 正，n 负 电磁制动运行状态,0,T,s,0,1.0,n,n1,回馈 制动,电动 运行,电磁 制动,本章小结,异步电动机的基本方程式 T形等效电路 简化等效电路,本章小结 三相异步电动机的功率,定子 铜损耗,铁损耗,转子 铜损耗,本章小结,异步电动机的转矩 计算公式：或 理论分析公式：,本章小结,异步电动机的机械特性 参数已知T = f（n）或 T = f（s） 参数未知 实用公式：,第5章作业：,必做题：P158 5-7 六极：p = 3 PN 未知TN 公式 PN 已知TN 公式选做题：P158 5-9,
