三相异步电机的转矩特性与机械特性 1．电磁转矩（简称转矩） 异步电动机的转矩T 是由旋转磁场的每极磁通Φ与转子电流I 2相互作用而产生的。电磁转矩的大小与转子绕组中的电流I 及旋转磁场的强弱有关。 经理论证明，它们的关系是： 22cos T T K I ?=Φ （5-4） 其中 T 为电磁转矩 K T 为与电机结构有关的常数 Φ为旋转磁场每个极的磁通量 I 2为转子绕组电流的有效值 ?2为转子电流滞后于转子电势的相位角 若考虑电源电压及电机的一些参数与电磁转矩的关系，（5-4）修正为： 22122220()T sR U T K R sX '=+ （5-5） 其中 T K '为常数 U 1为定子绕组的相电压 S 为转差率 R 2为转子每相绕组的电阻 X 20为转子静止时每相绕组的感抗 由上式可知，转矩T 还与定子每相电压U 1的平方成比例，所以当电源电压有所变动时，对转矩的影响很大。此外，转矩T 还受转子电阻R 2的影响。图4-15为异步电动机的转矩特性曲线。 2．机械特性曲线 图 5-5 三相异步电动机的机械特性曲线 在一定的电源电压U 1和转子电阻R 2下，电动机的转矩T 与转差率n 之间的n n m (a) T =f (s )曲线
关系曲线T=f(s)或转速与转矩的关系曲线n=f(T)，称为电动机的机械特性曲线，它可根据式（5-4）得出，如图5-5所示。 在机械特性曲线上我们要讨论三个转矩： 1）．额定转矩T N 额定转矩T N 是异步电动机带额定负载时，转轴上的输出转矩。 29550N P T n = （5-6） 式中P 2是电动机轴上输出的机械功率，其单位是瓦特，n 的单位是转/分，T N 的单位是牛·米。 当忽略电动机本身机械摩擦转矩T 0时，阻转矩近似为负载转矩T L ，电动机作等速旋转时，电磁转矩T 必与阻转矩T L 相等，即T = T L 。额定负载时，则有T N = T L 。 2）．最大转矩T m T m 又称为临界转矩，是电动机可能产生的最大电磁转矩。它反映了电动机的过载能力。 最大转矩的转差率为S m ，此时的S m 叫做临界转差率，见图5-5（a ） 最大转矩Tm 与额定转矩T N 之比称为电动机的过载系数λ，即 λ= Tm / T N 一般三相异步的过载系数在1.8~2.2之间。 在选用电动机时，必须考虑可能出现的最大负载转矩，而后根据所选电动机的过载系数算出电动机的最大转矩，它必须大于最大负载转矩。否则，就是重选电动机。 3）．起动转矩T st ， T st 为电动机起动初始瞬间的转矩，即n=0，s ＝１时的转矩。 为确保电动机能够带额定负载起动，必须满足：T st >T N ，一般的三相异步电动机有T st /T N =1~2.2。 3．电动机的负载能力自适应分析 电动机在工作时，它所产生的电磁转矩T 的大小能够在一定的范围内自动调整以适应负载的变化，这种特性称为自适应负载能力。 2 L T n S I T ↑?↓?↑?↑?↑直至新的平衡。此过程中，2I ↑时，1 I ↑? 电源提供的功率自动增加。
三相异步电动机的机械特性 （一）机械特性方程 1）物理表达式：T=CTФmI2’ cosф2 (T是电磁作用的结果) 2）参数表达式： 3) 工程表达式： ——外施电源电压； ——电源频率； ——电机定子绕组参数； ——电机转子绕组参数。 （二）固有机械特性曲线 1．形状(根据工程表达式来说明) AB段（s较大）：为双曲线，T与S成反比。 BO段(s很小)：为直线，T与S 成正比。
2．起动点A，n=0,S=1， 起动转矩倍数KT=TS/TN 一般取0.8~1.8 3.临界点B 临界转差率只与转子电阻有关. 取0.1~0.2 最大转矩与电源电压UI2有关。 过载能力λ=Tm/TN 取1.6~2.2 4.同步点O n=n1 T=0 (理想的空载转速，旋转磁场的转速 ) 5.额定点C 0< SN 2、转子串电阻的人为机械特性——“变软” 当转子回路串电阻时，同步点不变，Sm与转子电阻成正比，转速随电阻增加而减小，最大转矩Tm保持不变，在一定范围内起动转矩有所增加，其特性曲线（红色）所示 3、降低定子电压频率的人为机械特性——“变小” 降低定子电压频率时，同步转速随之下降，从而使得电机转速下降，但特性的硬度基本保持不变。 电动机在工作时要求主磁通保持不变，因此在降低频率的同时，定子电压也要随之降低。 10.3 节 一、填空题 1、异步电动机的电磁转矩是由和共同作用产生的。 2、三相异步电动机最大电磁转矩的大小与转子电阻r2 值关，起动转矩的大小与转子电阻r2 关。 （填有无关系） 3、一台线式异步电动机带恒转矩负载运行，若电源电压下降，则电动机的旋转磁场转速，转差率，转速，最大电磁转矩，过载能力，电磁转矩。 4、若三相异步电动机的电源电压降为额定电压的0.8 倍，则该电动机的起动转矩T st =?T stN 。 5、一台频率为f1= 60Hz 的三相异步电动机，接在频率为50Hz 的电源上（电压不变），电动机的最大转矩为原来的，起动转矩变为原来的。 6、若异步电动机的漏抗增大，则其起动转矩，其最大转矩。 7、绕线式异步电动机转子串入适当的电阻，会使起动电流，起动转矩。 二、选择题 1、设计在f1= 50Hz 电源上运行的三相异步电动机现改为在电压相同频率为60Hz 的电网上，其电动机的（）。 （A）T st 减小，T max 减小，I st 增大（B）T st 减小，T max 增大，I st 减小 （C）T st 减小，T max 减小，I st 减小（D）T st 增大，T max 增大，I st 增大 2、适当增加三相绕线式异步电动机转子电阻r2时，电动机的（）。 （A）I st 减少, T st 增加, T max 不变, s m 增加（B）I st 增加, T st 增加, T max 不变, s m 增加 （C）I st 减少, T st 增加, T max 增大, s m 增加（D）I st 增加, T st 减少, T max 不变, s m 增加 3、一台运行于额定负载的三相异步电动机，当电源电压下降10%，稳定运行后，电机的电磁转矩（）。（A）T em =T N （B）T em = 0.8T N （C）T em = 0.9T N （D）T em >T N 4、一台绕线式异步电动机，在恒定负载下，以转差率s 运行，当转子边串入电阻r = 2r2',测得转差率将为 （）（r 已折算到定子边）。 （A）等于原先的转差率s （B）三倍于原先的转差率s （C）两倍于原先的转差率s （D）无法确定 5、异步电动机的电磁转矩与( )。 （A）定子线电压的平方成正比；（B）定子线电压成正比； （C）定子相电压平方成反比；（D）定子相电压平方成正比。 6、一般电动机的最大转矩与额定转矩的比值叫过载系数，一般此值应( )。 （A）等于1 （B）小于1 （C）大于1 （D）等于0 三、问答题 电励磁双凸极电机的建模与仿真方法研究 目录 摘要 (3) Abstract (4) 第一章绪 论………………………………………………………………………… (5) 1.1电励磁双凸极电机的发 展 (5) 1.2飞机发电系统的发 展 (6) 1.3课题研究的目的和内 容 (6) 第二章电励磁双凸极电机 (7) 2.1 电励磁双凸极电机的结 构 (7) 2.2 电励磁双凸极发电机的数学模 型 (7) 2.3 发电运行工作原 理 (8) 第三章电磁场有限元分析简介 (11) 3.1 电磁场基本理论 (11) 3.1.1 麦克斯韦方程 (11) 3.1.2 一般形式的电磁场微分方程 (12) 3.1.3 电磁场中常见的边界条件 (13) 3.2 电磁场求解的有限元法 (14) 3.2.1 一维有限元法 (14) 3.2.2 电磁场解后处理 (16) 第四章电励磁双凸极电机模型的建立 (17) 4.1 建模工具的探讨 (17) 4.2 电机模型的建立 (17) 4.2.1 定转子模型 (17) 4.2.2 绕组模型 (18) 4.2.3 电机材料的分配 (19) 4.2.4 励磁电流方向和大小的判定 (19) 4.2.5 相绕组电流方向和大小的判 定 (20) 4.2.6 给定边界条件 (21) 4.2.7 其它条件的设定 (22) 第五章电励磁双凸极电机的静态特性 (23) 5.1 双凸极电机的空载磁链与电势 (24) 5.2 空载特性 (25) 5.3 负载特性 (27) 第六章总结与展望 (28) 致谢 (29) 参考文献 (30) 附录 (31) 直流电动机的人为机械特性 直流电动机可以通过改变电枢回路电阻、电枢电源电压、励磁磁通等方法使机械特性发生变化，以适应负载和工艺的要求。参数改变后对应的机械特性称为人为机械特性。下面以他励直流电动机为例说明三种人为机械特性。 （1）电枢回路串电阻的人为机械特性 电枢加额定电压U N ，每极磁通为额定值φN ，电枢回路串入电阻R 后，机械特性表达式为 T C C R R C U n N T e a N e N 2Φ+-Φ= 电枢串入电阻(R)值不同时的人为机械特性如图1所示。 图1 电枢回路串电阻的人为机械特性 图2 改变电枢电压的人为机械特性 显然，理想空载转速Φ=e C U n 0，与固有机械特性的n 0相同，斜率2 Φ=T e a C C R α与电枢回路电阻有关，串入的阻值越大，特性越倾斜。 电枢回路串电阻的人为机械特性是一组放射形直线，都过理想空载转速点。 （2）改变电枢电压的人为机械特性 保持每极磁通为额定值不变，电枢回路不串电阻，只改变电枢电压时，机械特性表达式为 T C C R C U n N T e a N e 2Φ-Φ= 电压U 的绝对值大小不能比额定值高，否则绝缘将承受不住，但是电压方向可以改变。改变电压大小的人为机械特性见图32所示。 显然，U 不同，理想空载转速Φ =e C U n 0随之变化，并成正比关系，但是斜率都与固有机械特性斜率相同，因此各条特性彼此平行。 改变电压U 的人为机械特性是一组平行直线。 （3）减少气隙磁通量的人为机械特性 减少气隙每极磁通的方法是用减小励磁电流来实现的。由于电动机磁路接近于饱和，增大每极磁通难以做到，改变磁通时，都是减少磁通。 图3 减少气隙磁通量的人为机械特性 电枢电压为额定值不变。电枢回路不串电阻，仅改变每极磁通的人为机械特性表达式为 T C C R C U n T e a e N 2Φ-Φ= 显然理想空载转速n 0 ∝Φ1，Φ越小，n 0越高；而斜率α∝21Φ ，Φ越小，特性越倾斜。改变每极磁通的人为机械特性如图3所示，是既不平行又不呈放射形的一组直线。 三相异步电动机的运行特性 摘要：本章介绍了三相异步电动机的机械特性的三个表达式。固有机械特性和人为机械特性，阐述了三相异步电动机的起动、调速和制动的各种方法、特点和应用 5.1三相异步电动机的运行特性 三相异步电动机的运行特性就是三相异步电动机的运行工作时的机械特性。和直流电动机一样，三相异步电动机的机械特性也是指电磁转矩 与转子转速之间的关系。由于转子转速与同步转速、转 差率存在下列关系，即 （5.1） 则三相异步电动机的机械特性用曲线表示时，习惯上纵坐标同时表示转速 和转差率，横坐标表示电磁转矩。 三相异步电动机的机械特性有三种表达式，现介绍如下： 5.1.1机械特性的物理表达式 由上一章三相异步电动机的转矩关系知，三相异步电动机转矩的一般表达式为 （5.2）式中为三相异步电动机的转矩系数，是一常数； 为三相异步电动机的气隙每极磁通量； 为转子电流的折算值； 为转子电路的功率因数； 式（5.2）表明了电磁转矩与磁通量和转子电流的有功分量的乘积成正比，它是电磁力定律在三相异步电动机的应用，它从物理特性上描述了三相异步电动机的运行特性，因此这一表达式又称为三相异步电动机的物理表达式。 仅从式（5.2）不能明显地看出电磁转矩 与转差率之间的变化规 律。要从分析气隙每极磁通量，转子相电流，以及为转子功率 因数与转差率之间的关系，间接地找出其变化规律。现分析如表5.1所示。 根据表5.1中的分析，可作出曲线、和 分别如图5.2、5.3、5.4所示，据此可得出图5.1所示的机械特性曲 线。曲线分为两段：当较小时(),变化不大，， 与转子相电流成正比关系，表现为AB段近似为直线， 电磁转矩 较大时 ()，如，减少近一 称为直线部分；当 半，很小，尽管转子相电流增大，有功电 不大，使电磁转矩反而减小了，此时表现为段， 流 段为曲线段，称为曲线部分。由此分析知，三相异步电动机的机械特下，产生最大转矩，即点称为最大转矩点，相应的 性在某转差率 转矩为 称为最大转矩，对应的转差率称为临界转差率。 5.1.2机械特性的参数表达式 1.参数表达式的推导： 他励直流电动机的机械特性 一、实验目的 了解和测定他励直流电动机在各种运转状态的机械特性 二、预习要点 1、改变他励直流电动机机械特性有哪些方法？ 2、他励直流电动机在什么情况下，从电动机运行状态进入回馈制动状态？他励直流电动机回馈制动时，能量传递关系，电动势平衡方程式及机械特性又是什么情况？ 3、他励直流电动机反接制动时，能量传递关系，电动势平衡方程式及机械特性。 三、实验项目 1、电动及回馈制动状态下的机械特性 2、电动及反接制动状态下的机械特性 3、能耗制动状态下的机械特性 四、实验方法 1、实验设备 2、屏上挂件排列顺序 D51、D31、D42、D41、D31、D44 按图1接线，图中M用编号为DJ15的直流并励电动机(接成他励方式)，MG用编号为DJ23的校正直流测功机，直流电压表V1、V2的量程为1000V，直流电流表A1、A3的量程为200mA，A2、A4的量程为5A。R1、R2、R3、及R4依不同的实验而选不同的阻值。 3、R2=0时电动及回馈制动状态下的机械特性 (1) R 1、R 2分别选用D44的1800Ω和180Ω阻 值，R 3选用D42上4 只900 Ω串联共3600Ω阻值，R 4 选用D42上1800Ω再加上D41上6只90Ω串联共2340Ω阻值。 (2) R 1阻值置最小位置，R 2、R 3及R 4阻值置最大位置，转速表置正向1800r/min 量程。开关S 1、S 2选用D51挂箱上的对应开关，并将S 1合向1电源端，S 2合向2'短接端。 (3) 开机时需检查控制屏下方左、右两边的“励磁电源”开关及“电枢电源”开关都须在断开的位置，然后按次序先开启控制屏上的“电源总开关”，再按下“开”按钮，随后接通“励磁电源”开关，最后检查R 2阻值确在最大位置时接通“电枢电源”开关，使他励直流电动机M 起动运转。调节“电枢电源”电压为 220V ；调节R 2阻值至零位置，调节R 3阻值，使电流表A 3为100mA 。 (4) 调节电动机M 的磁场调节电阻R 1阻值，和电机MG 的负载电阻R 4阻值(先调节D42上1800Ω阻值，调至最小后应用导线短接)。使电动机M 的n=n N =1600r/min ，I N =I f +I a =1.2A 。此时他励直流电动机的励磁电流I f 为额定励磁电流I fN 。保持U=U N =220V ，I f =I fN ，A 3表为100mA 。增大R 4阻值，直至空载(拆掉开关S 2的2'上的短接线)，测取电动机M 在额定负载至空载范围的n 、I a ，共取8-9组数据记录于表1中。 (5) 在确定S 2上短接线仍拆掉的情况下，把R 4调至零值位置(其中D42上1800Ω阻值调至零值后用导线短接)，再减小R 3阻值，使MG 的空载电压与电枢电源电压值接近相等 (在开关S 2两端测)，并且极性相同，把开关S 2合向1'端。 (6) 保持电枢电源电压U=U N =220V ，I f =I fN ，调节R 3阻值，使阻值增加，电动机转速升高，当A 2表的电流值为0A 时，此时电动机转速为理想空载转速（此时转速表量程应打向正向3600r/min 档），继续增加R 3阻值，使电动机进入第二象限回馈制动状态运行直至转速约为1900 r/min ，测取M 的n 、I a 。共取8～9组数据记录于表2中。 电枢电源 图 1他励直流电动机机械特性测定的实验接线图 三相异步电动机的机械特 性 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020 三相异步电动机的运行特性 摘要：本章介绍了三相异步电动机的机械特性的三个表达式。 固有机械特性和人为机械特性，阐述了三相异步电动机的起动、调速和制动的各种方法、特点和应用 三相异步电动机的运行特性 三相异步电动机的运行特性就是三相异步电动机的运行工作时的机械特性。和直流电动机一样，三相异步电动机的机械特性也是指电磁转矩与转子转速之间的关系。由于转子转速与同步转速 、转差率存在下列关系，即 （） 则三相异步电动机的机械特性用曲线表示时，习惯上纵坐标同时表示转速和转差率，横坐标表示电磁转矩。 三相异步电动机的机械特性有三种表达式，现介绍如下： 机械特性的物理表达式 由上一章三相异步电动机的转矩关系知，三相异步电动机转矩的一般表达式为 （） 式中为三相异步电动机的转矩系数，是一常数； 为三相异步电动机的气隙每极磁通量； 为转子电流的折算值； 为转子电路的功率因数； 式（）表明了电磁转矩与磁通量和转子电流的有功分量的乘积成正比，它是电磁力定律在三相异步电动机的应用，它从物理特性上描述了三相异步电动机的运行特性，因此这一表达式又称为三相异步电动机的物理表达式。 仅从式（）不能明显地看出电磁转矩与转差率之间的变化规律。要从分析气隙每极磁通量，转子相电流，以及为转子功 率因数与转差率之间的关系，间接地找出其变化规律。现分析如表所示。 根据表中的分析，可作出曲线、和分别如图、、所示，据此可得出图所示的机械特性曲线。曲线分为两段：当较小时(),变化不大，，电磁转矩 与转子相电流成正比关系，表现为AB段近似为直线，称为直线部分；当较大时 ()，如，减少近一 半，很小，尽管转子相电流增大，有功电流不大，使电磁转矩反而减小了，此时表现为段，段为曲线段，称为曲线部分。由此分析知，三相异步电动机的机械特性在某转差率下，产生最大转矩，即点称为最大转矩点，相应的转矩为称为最大转矩，对应的转差率称为临界转差率。 机械特性的参数表达式 1.参数表达式的推导： 第一章电力拖动系统的动力学基础 【引入】用电动机作原动机的拖动方式，称为电力拖动。现代化矿井使用着大量的生产机械，几乎全部是采用电力拖动的。 第一节机械特性 一、电力拖动装置的组成 通常，一套电力拖动装置由工作机构（生产机械）、电动机、传动机构和控制设备四部分组成。如图1.1.1所示。 图 1.1.1电力拖动系统示意图 1、工作机构 工作机构是生产机械执行工作的机械部分，如提升机的卷筒、钢丝绳及提升容器，采煤机的滚筒与截齿等。电力拖动过程中，负荷的变化往往来自工作机构。 2、电动机 电动机是电力拖动装置的原动机，它的作用是把电源提供的电能转变为机械能用以拖动生产机械运转。 电动机分交流电动机和直流电动机两大类。 3、传动机构 大多数情况下，电动机与工作机构并不直接连接，而是中间还有一套传动机构用来变速或改变运行方式，如联轴器、皮带、链条及减速器等。 4、控制设备 控制设备是控制电动机运转的设备，由各种控制电器和控制电机组成，用以控制电动机的起动、调速、制动和反转等。 除了上述四部分外，还有电源装置，如各种开关柜，上面配有继电保护装置和指示仪表，用以向电动机和控制设备供电。 二、拖动系统的类型 单轴系统：电动机的转轴直接与工作机构的转轴相连接的拖动系统； 多轴系统：电动机和工作机构之间通过若干传动机构相连接的拖动系统。 1、电动运行状态（第一三象限） 其特点是电动机转矩M的方向与 旋转方向(转速n的方向)相同，M为拖 动转矩。电动机从电网取得电能并变为 机械能带动负载运转。 2、制动运转状态（第二四象限） 电动机的转矩M与转速的方向相反，M为制动转矩。此时生产机械带动电动机旋转，电动机吸收机械能并变成电能送回电网或消耗在电阻上。关于制动运转状态的分析将在后面有关章节中讨论。 三、机械特性 1、生产机械的负载特性 生产机械在运转中受到阻转矩的作用。此转矩叫负载转矩M?L反映到电动机轴上即为M L。生产机械的负载特性指其转速n L与负载转矩M L'的关系反映到电动机轴上便是 n=?（M L） 大多数生产机械的负载特性可归纳为以下三种类型： 1) 恒转矩特性 恒转矩特性的特点是负载转矩与转速无关，如图1.1.3所示。矿井提升机、带式输送机等机械具有这种特性。 浅析：他励直流电动机的机械特性 在电源电压U 和励磁电路的电阻R f 为常数的条件下，表示电动机的转矩n 和转矩之间的关系n=f （T ）曲线，称为机械特性曲线。利用机械特性和负载转矩特性可以确定拖动系统的稳定转速，在一定条件下还可以利用机械特性和运动方程式分析拖动系统的动态运动情况，如转速、转矩及电流随时间的变化规律。可见，电动机的机械特性对分析电力拖动系统的启动、调速、制动等运行性能是十分重要的。 下图是他励直流电动机的电路原理图，他励直流电动机的机械特性方程式，可由他励直 流电动机的基本方程式导出。由公式 ， 和 导出机械特性方程式 ( 1-1 ) 他励直流电动机电路原理图 当电源电压U =常数，电枢回路总电阻R ＝常数，励磁磁通Φ＝常数时，电动机的机械特性如下图所示，是一条向下倾斜的直线，这说明加大电动机的负载，会使转速下降。特性 曲线与纵轴的交点为n 0时的转速，称为理想空载转速。 他励直流电动机的机械特性 实际上，当电动机旋转时，不论有无负载，总存在有一定的空载损耗和相应的空载转矩， 而电动机的实际空载转速 将低于n 0。由此可见式（1-1）的右边第二项即表示电动机带负载后的转速降，用 表示，则 ( 1-2 ) 式中 β——机械特性曲线的斜率。 β越大， 越大，机械特性就越“软”，通常称β大的机械特性为软特性。一般他励电动机在电枢没有外接电阻时，机械特性都比较“硬”。 机械特性的硬度也可用额定转速调整率△n N %来说明，转速调整率小，则机械特性硬度就高。 电动机的机械特性分为固有机械特性和人为机械特性 。 固有机械特性是当电动机的电枢工作电压和励磁磁通均为额定值，电枢电路中没有串入附加电阻时的机械特性，其方程式为 固有机械特性如下图中的 曲线 所示，由于 较小，故他励直流电动机固有机械特性较“硬”。 他励直流电动机串电阻时的机械特性 人为机械特性是人为地改变电动机电路参数或电枢电压而得到的机械特性，即改变公式（1-1）中的参数所获得的机械特性，一般只改变电压、磁通、附加电阻中的一个，他励电动机有下列三种人为机械特性。 （1） 枢串电阻时的人为机械特性 此时 ，人为机械特性的方程式 与固有特性相比，理想空载转速n 0不变，但是，转速降△n 增大 。R pa 越大，△n 也越大，特性变“软”,这类人为机械特性是一组通过 n 0 ,但具有不同斜率的直线。 如下图所示 （2） 改变电枢电压时的人为机械特性 a a a R I E U + =n E a Φe C =φa T em I C T =em T R U n 2T e e C C C ΦΦ-=Φ e 0C U n =0 n 'n ?em em T T R n βΦ==?2T e C C n ?em N a N N T R U n 2T e e C C C ΦΦ-=pa a N N R R R U U +===,,ΦΦem N pa a N N T R R U n 2T e e C C C ΦΦ+-=0=pa R N ΦΦ= 三相异步电动机的机械特性 三相异步电动机的运行特性 摘要：本章介绍了三相异步电动机的机械特性的三个表达式。固有机械特性和人为机 械特性，阐述了三相异步电动机的起动、调速和制动的各种方法、特点和应用 5.1三相异步电动机的运行特性（返回顶部） 三相异步电动机的运行特性就是三相异步电动机的运行工作时的机械特性。和直流电 动机一样，三相异步电动机的机械特性也是指电磁转矩 与转子转速之间的关系。由于转子转速与同步转速 、转差率存在下列关系，即 （5.1） 则三相异步电动机的机械特性用曲线表示时，习惯上纵坐标同时表示转速和转差率，横坐标表示电磁转矩 。 三相异步电动机的机械特性有三种表达式，现介绍如下： 5.1.1机械特性的物理表达式（返回顶部） 由上一章三相异步电动机的转矩关系知，三相异步电动机转矩的一般表达式为 （5.2） 式中 为三相异步电动机的转矩系数，是一常数； 为三相异步电动机的气隙每极磁通量； 为转子电流的折算值； 为转子电路的功率因数； 式（5.2）表明了电磁转矩与磁通量和转子电流的有功分量的乘积成正比，它是电磁 力定律在三相异步电动机的应用，它从物理特性上描述了三相异步电动机的运行特性，因 此这一表达式又称为三相异步电动机的物理表达式。 仅从式（5.2）不能明显地看出电磁转矩 与转差率之间的变化规律。要从分析气隙每极磁通量 因数 ，转子相电流 ，以及为转子功率 与转差率之间的关系，间接地找出其变化规律。现分析 如表5.1所示。 根据表5.1中的分析，可作出曲线 、和 分别如图5.2、5.3、5.4所示，据此可得出图5.1所示的机械特性曲线。曲线分为两段：当较小时( 电磁转矩 与转子相电流 ), 变化不大， ， 成正比关系，表现为AB 段近似为直线， ) ，如 ， 减少近一 称为直线部分；当较大时 ( 半， 很小，尽管转子相电流 增大，有功电流 段， 段为曲线 不大，使电磁转矩 93 1 市场前景 电励磁双凸极高速电机是在成熟产品开关磁阻电机和永磁双凸极电机基础上研制开发的产品。该电机具备了开关磁阻电机和永磁双凸极电机的优点，用电励磁代替电机永磁结构，使电机结构和制造工艺都非常简单，可靠性高、成本低，特别适用于高速运行。因电机转子上无铸铝和嵌线，定子上有集中绕组，容易冷却，效率高，调速性能好。 电机是一种实现电能的装置，它在国民经济的各个领域和人们的日常生活中发挥着不可替代的作用。 目前，直流调速电机和高压电机在工业中占有很大比重，但因直流调速电机有电刷，机械换向会 产生火花，不能用于易燃易爆和环境恶劣的场所；变频电机调速范围较小。而电励磁双凸极高速电机完全可解决上述各种问题，能够取代直流电机和变频电机。因此，它具有很好的市场前景。 我国电机行业的发展趋势是：产品向多用途、多品种和多适应性方向发展；机电一体化电机发展空间较大；高效节能电机将成为开发重点；可靠性高、寿命长、噪音低、重量轻和外形美观的电机被市场看好。国际上对电机的需求呈增长趋势。 电励磁双凸极高速电机就是一种新型节能高效产品，它由于独特的定、转子结构使稳定性增加、效率增加、成本降低，能满足市场的需求。 浅谈电励磁双凸极电机 袁留明 （江苏航天动力机电有限公司，江苏 靖江 214523） 摘要： 电励磁双凸极高速电机是一种新型节能高效产品，它具备高稳定性、高效率、低成本等优点，能满足市场的需求。江苏航天动力机电有限公司研制的双凸极高速电机系统是一种新型调速驱动系统，除以上优点外，还实现了系统调速智能化、调速范围广等特点，在各个领域都能广泛应用。文章对电励磁双凸极电机市场前景进行了介绍，并对江苏航天动力机电有限公司研制的双凸极高速电机系统的市场竞争力进行分析，希望对相关专业读者起到借鉴作用。 关键词： 电励磁双凸极电机；调速驱动系统；开关磁阻电机；永磁双凸极电机；市场前景；市场竞争中图分类号： TM302 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）30-0093-022012年第30期（总第237期）NO.30.2012 （CumulativetyNO.237） 4 锅炉抢修需紧急冷却可采取锅炉换水的 方法以降低汽包壁温差 在事故抢修时，可采取换水的方法加快冷却速度。即在保持汽包高水位的情况下，尽量保持给水温度在100℃以上，并在向锅炉上水的同时，适当依次开启锅炉定排放水，利用适当的换水量，使锅炉不断得到冷却。 对于自然循环锅炉来说，汽包是锅炉内加热、 蒸发、过热这三个过程的连接枢纽。在实际操作中，只要加强调整，精心维护，控制好锅炉启动初期的升温升压、锅炉停炉后的降温降压及防水过程，就一定能将汽包壁温差控制在规定范围内，从而延长汽包的使用寿命。 作者简介：刘涛（1981-），男，陕西韩城人，大唐韩城第二发电有限责任公司助工，研究方向：发电厂热能动力。 （责任编辑：周 琼） 教案首页（宋体小四号字） 任务二并励（他励）直流 电动机机械特性 第几节项目五 班级机电时数2课时 教学目标1. 知识目标：熟悉并励直流电动机的固有机械特 性。 2. 能力目标：熟悉并励直流电动机的人为机械特 性。 3.情感目标：培养学生积极向上的学习态度，培养学生接受新知识的能力。 教学内容1. 并励直流电动机的固有机械特性 2. 并励直流电动机的人为机械特性 教材分析重点 通过自主探究，让学生掌握并励直流 电动机的人为机械特性。 难点 对并励直流电动机的固有机械特性的掌握。 教学方法问题引导 动画演示 教学准备多媒体 性。 2.帮助学生了解并励直流电动机的人为机械特 性。 3.帮助学生建立把理论与实践结合起来的抽象思维方 式。 第二部分：授课 ………………………………………… 第 一 课 时 并励直流电动机的机械特性是指电动机在电枢电压U，励磁电流 I L,电枢回路总电阻R a为恒值的条件下，电动机转速与电磁转矩T的关 系。 一、机械特性方程式 并励直流电动机的电路如图5-4所示。 图5-4 并励直流电动机电路图 并励直流电动机的机械方程式可以从公式，得到： （5-3） 再把公式代入上式，得： （5-4） 其中，称为理想空载转速， 机械特性曲线如图5-5所示，是一条稍向下倾斜的直线，其斜率为。这 说明加大电动机负载会使转速下降。 图5-5 并励电动机的机械特性 二、固有机械特性 固有机械特性是当电动机的电枢工作电压和励磁磁通均为额定 值，电枢电路中没有串入附加电阻时的机械特性，其方程式为： （5-5） 固有机械特性如图5-6中的曲线 所示，由于较小，故并励直流电 动机固有机械特性为硬特性，这种特性适用与负载变化时要求转速比 较稳定的场合，经常用金属切削机床、造纸机械等要求恒速的地方。 必须注意的是：当磁通过分削弱后，如果负载转矩不变，将使电动机 电流大大增加而严重过载。另外，当=0时，从理论上说，电动机的空 载转速将趋于，实际上励磁电流为零时，电动机尚有剩磁，这时转速 虽不趋于，但会升到机械强度所不允许的数值，通常称为“飞车”， 实验一直流并励电动机的机械特性和调速 一、实验目的 1、掌握用实验方法测取直流并励电动机的机械特性。 2、掌握直流并励电动机的调速方法。 二、预习要点 1、什么是直流电动机的机械特性？ 2、直流电动机调速原理是什么？ 三、实验项目 1、机械特性 保持U=U N和I f=I fN不变，测取n、T2，得到n=f（T2） 2、调速特性 （1）改变电枢电压调速 保持U=U N、I f=I fN=常数，T2=常数，测取n=f（U a） （2）改变励磁电流调速 保持U=U N，T2=常数，测取n=f（I f） 四、实验方法 1、实验设备 2、屏上挂件排列顺序 D31、D42、D51、D31、D44 3、并励电动机的机械特性 1）按图1-1接线。校正直流测功机MG按他励发电机连接，在此作为直流电动机M的负载，用于测量电动机的转矩和输出功率。R f1选用D44的1800Ω阻值。R f2选用D42的900Ω串联900Ω共1800Ω阻值。R1用D44的180Ω阻值。R2选用D42的900Ω串联900Ω再加900Ω并联900Ω共2250Ω阻值。 图1－1 直流并励电动机接线图 2）将直流并励电动机M的磁场调节电阻R f1调至最小值，电枢串联起动电阻R1调至最大值，接通控制屏下边右方的电枢电源开关使其起动，其旋转方向应符合转速表正向旋转的要求。 3）M起动正常后，将其电枢串联电阻R1调至零，调节电枢电源的电压为220V，调节校正直流测功机的励磁电流I f2为校正值（100 mA），再调节其负载电阻R2和电动机的磁场调节电阻R f1，使电动机达到额定值： U＝U N，I＝I N，n＝n N。此时M的励磁电流I f即为额定励磁电流I fN。 4）保持U＝U N，I f=I fN，I f2为校正值不变的条件下，逐次减小电动机负载。测取电动机电枢输入电流 I，转速n和校正电机的负载电流I F（由校正曲线查 a 出电动机输出对应转矩T2）。共取数据9-10组，记录于表1-1中。 表1－1 U＝U N＝V I f=I fN= mA I f2= mA 《机电传动控制》实验指导书 实验一直流电动机的机械特性 一、实验目的 掌握用实验方法测取直流并励电动机的机械特性。 二、实验内容 1、实验设备 1)、电源控制屏、D31直流数字电压电流表（2件）、D42三相可调电阻器、D44可调电阻器，挂箱排列顺序见图1-1。 2）、DD03导轨、测速发电机及转速表 DJ23校正直流测功机参数：I N=2.2A，P N=355W，n N=1500r/min，U fN=220A，R f=26Ω，R=2090ΩDJ15直流并励电动机参数：I N=1.2A，P N=185W，n N=1600r/min，U fN=220A，R f=57Ω，R=1387Ω 转速表DJ23 DJ15 DJ15直流并励电动机 电阻串联接法：旋钮在最大值时R=1800Ω电阻并联接法：旋钮在最大值时R=450Ω 图1-1实验挂件及顺序 D 42 D 31 （1） D 31 （2） D 44 电源控制屏 量程选择1000v 量程选择200m A 励磁电源 电枢电源 接线图 2、实验步骤 1）按上图接线。图中直流电动机M用DJ15，其额定电压U N=220V，额定励磁电流I fN<0.16A。校正直流测功机MG用DJ23，MG按他励发电机连接，在此作为直流电动机M的负载，用于测量电动机的转矩和输出功率。R f1选用D44的1800Ω阻值，R f2选用D42的900Ω串联900Ω共1800Ω阻值，R1用D44的180Ω阻值，R2用D42的900Ω串联900Ω再加900Ω并联900Ω共2250Ω阻值。接好线后，检查M、MG之间是否用联轴器直接联接好。 2）将直流并励电动机M的磁场调节电阻R f1调至最小值，电枢串联起动电阻R1调至最大值，接通控制屏下边右方的电枢电源开关使其启动，其旋转方向应符合转速表正向旋转的要求。 3）M启动正常后，将其电枢串联电阻R1调至零，调节电枢电源的电压为220V，调节校正直流测功机的励磁电流I f2为校正值（100mA），再调节其负载电阻R2和电动机的磁场调节电阻R f1，使电动机达到额定值：U=U N，I=I N，n=n N，此时M的励磁电流I f即为额定励磁电流I fN。 4）保持U=U N，I f=I fN，I f2为校正值不变的条件下，逐次增加负载电阻R2（减小电动机负载）。测取电动机电枢输入电流I a、转速n和校正电机的负载电流I F（由校正曲线查出对应电动机输出转矩T2）。共取数据5-6组，记录于表1-1中。 表1-1 U=U N= V I f=I fN= mA I f2= mA 直流电动机的机械特性 直流电动机按励磁方式不同可分为他励、并励、串励和复励四种。下面一常用的他励和并励电动机为例介绍其机械特性、起动、反转和调速，他励和并励电动机只是连接方式上的不同，两者的特性是一样的。 直流电机的接线图 图是他励和并励直流电动机的接线原理图。他励电动机的励磁绕组与电枢是分离的，分别由励磁电源电压Uf和电枢电源电压U两个直流供电；而在并励电动机中两者是并联的，由同一电压U 供电。 并励电动机的励磁绕组与电枢并联，其电压与电流间的关系为： U=E+RaIa 即：Ia=（Ra为电枢电压） If= I=Ia+If≈Ia 当电源电压U和励磁电路的电阻Rf（包括励磁绕组的电阻和励磁调节电阻）保持不变时，励磁电流If以及由它所产生的磁通Φ也保持不变，即Φ=常数。 则电动机的转距也就和电枢电流成正比，T= KTΦIa= KIa这是并励电动机的特点。 当电动机的电磁转距T必须与机械负载转距T2及空载损耗转距T0相平衡时，电动机将等速转动；当轴上的机械负载发生变化时，将引起电动机的转速、电流及电磁转距等发生变化。，称为： n===－Ｔ＝n0－ 式中 并励电动机的起动与反转 并励电动机在稳定运行时，其电枢电流位：Ia＝，因电枢电阻Ra很小，所以电动机在正常运行时，电源电压U与反电动势E近似相等。 在起动时，n=０，所以E＝kEΦn＝０。这时电枢电流及起动电流为Iast=，由于Ra很小，因此起动电流I ast可达额定电流IN的10～20倍，这时不允许的。同时并励电动机的转距正比于 电枢电流Ia，这么大的起动电流引起极大的起动转距，会对生产机械的传动机构产生冲击和破坏。 限制起动电流的方法就是在起动时的电枢电路中串接起动电阻Rst，见图。这时起动电枢中的起动电流的初始值为：Iast= 则起动电阻为：Rst=－Ra 一般：Iast=（1.5～2.5）IN 起动时，可将起动电阻Rst放在最大值处，待起动后，随着电动机转速的上升，再把它逐段切除。 注意：直流电动机在起动或工作时，励磁电路一定要保持接通，不能断开（满励磁起动）。普则，由于磁路中只有很小的剩磁，就有可能发生以下： 要改变电动机的转动方向，就必须改变电磁转距T的方向，可通过改变磁通Φ（励磁电流）或电枢电流Ia的方向实现。 并励电动机的调速 电动机的调速就是在同一负载下获得不同的转速，以满足不同的要求。 由转速公式：n=可知常用的调速方式有调磁调速和调压调速两种。 9.5.1改变磁通Φ（调磁调速） 当保持电源电压U为额定值不变时，调节励磁电路的电阻，改变励磁电流If而改变磁通Φ。 由式n=－Ｔ可见，当磁通Φ减小时，n0升高了，转速降也增大了；但 与Φ2成正比，所以磁通愈小，机械特性曲线也愈陡，但仍有一定的硬度。见图 10.3节 一、填空题 1、异步电动机的电磁转矩是由 和 共同作用产生的。 2、三相异步电动机最大电磁转矩的大小与转子电阻2r 值 关，起动转矩的大小与转子电阻2r 关。（填有无关系） 3、一台线式异步电动机带恒转矩负载运行，若电源电压下降，则电动机的旋转磁场转速 ，转差率 ，转速 ，最大电磁转矩 ，过载能力 ，电磁转矩 。 4、若三相异步电动机的电源电压降为额定电压的0.8倍，则该电动机的起动转矩=st T _________stN T ?。 5、一台频率为Hz f 601=的三相异步电动机，接在频率为Hz 50的电源上（电压不变），电动机的最大转矩为原来的 ，起动转矩变为原来的 。 6、若异步电动机的漏抗增大，则其起动转矩 ，其最大转矩 。 7、绕线式异步电动机转子串入适当的电阻，会使起动电流 ，起动转矩 。 二、 选择题 1、设计在Hz f 501=电源上运行的三相异步电动机现改为在电压相同频率为Hz 60的电网上，其电动机的（ ）。 （A ）st T 减小，max T 减小，st I 增大 （B ）st T 减小，max T 增大，st I 减小 （C ）st T 减小，max T 减小，st I 减小 （D ）st T 增大，max T 增大，st I 增大 2、适当增加三相绕线式异步电动机转子电阻2r 时，电动机的（ ）。 （A ）st I 减少,st T 增加,max T 不变,m s 增加 （B ）st I 增加,st T 增加,max T 不变,m s 增加 （C ）st I 减少,st T 增加,max T 增大,m s 增加 （D ）st I 增加,st T 减少,max T 不变,m s 增加 3、一台运行于额定负载的三相异步电动机，当电源电压下降10%，稳定运行后，电机的电磁转矩（ ）。 （A ） N em T T =（B ）N em T T 8.0=（C ）N em T T 9.0=（D ）N em T T > 4、一台绕线式异步电动机，在恒定负载下，以转差率s 运行，当转子边串入电阻22r r '=,测得转差率将为（ ）（r 已折算到定子边）。 （A ）等于原先的转差率s （B ）三倍于原先的转差率s （C ）两倍于原先的转差率s （D ）无法确定 5、异步电动机的电磁转矩与( )。 （A ）定子线电压的平方成正比； （B ）定子线电压成正比； （C ）定子相电压平方成反比； （D ）定子相电压平方成正比。 6、一般电动机的最大转矩与额定转矩的比值叫过载系数，一般此值应( )。 （A ）等于1 （B ）小于1 （C ）大于1 （D ）等于0 三、问答题 实验五 三相异步电动机在各种运行状态下的机械特性 【思考要点】 1． 如何利用现有设备测定三相绕线式异步电动机的机械。 2． 测定各种运行状态下的机械特性应注意哪些问题。 3． 如何根据所测得的数据计算被试电机在各种运行状态下的机械特性。 【实验原理】 三相异步电动机的定、转子之间没有直接电的联系，它们之间的联系是通过电磁感应而实现的。一台三相异步电动机的电磁转矩的大小决定了其拖动负载的能力，而三相异步电动机的电磁力矩的大小不仅与电动机本身的参数有关，也和其外加电源的电压有关。本实验围绕异步电动机的电磁力矩和其参数、外加电压的关系以及各种运行状态等电力拖动问题进行展开。 1. 三相异步电动机的机械特性 机械特性是指电动机转速n 与转矩T 之间的关系，一般用曲线表示。欲求机械特性，先求T 与n 的数学关系式，称为机械特性表达式。 电磁转矩 '' 2 12 00 em R m I P s T ==ΩΩ 由异步电动机的近似等效电路，得 ()'22 ' 2 '2 112X U I R R X X s = ??+++ ?? ? 代入T 的公式，即得参数表达式 ) ()(' 212' 21' 22 1 X X s R R s R U m T X +++Ω= 考虑到 0(1)n s n =-， 00260 n πΩ= ， 即可由此式绘出异步电动机的机械特性曲线()n f t =，如图6.24所示。 图6.24 三相异步电动机机械特性 机械特性的参数表达式为二次方程，电磁转矩必有最大值，称为最大转矩T m 。 将表达式对s 求导，并令0dT ds =，可求出产生最大转矩T m 时的转差率S m ()'2 22'112m R S R X X =±++ S m 称为临界转差率。代入T 的公式则可得T m 的公式 ()2 122' 011122X m U T R R X X =± Ω??±+++???? 式中正号对应于电动机状态，负号适用于发电机状态。 一般' 112()R X X +，故可得近似公式 ' 2 ' 12 m R S X X =±+ () 2 1' 0122X m mU T X X =± Ω+ 可见：（1）当电动机参数和电源频率不变时，2 m X T U ∝，而S m 与U X 无关； （2）当电源电压和频率不变时，S m 和T m 近似与' 12()X X +成反比； （3）增大转子回路电阻'2R ，只能使S m 相应增大，而T m 保持不变。 最大转矩T m 与额定转矩T N 之比称为过载倍数，也称过载能力，用K T 表示： m T N T K T = 一般异步电动机K T ＝1.8～3.0。对于起重冶金机械用的电动机，可达3.5。 异步电动机起动时，n ＝0，s ＝1，代入参数表达式，可得起动转矩的公式 ()()2' 12 22 ''01 2 1 2 X st m U R T R R X X =Ω+++ 由此式可知，对绕线式异步电动机，转子回路串接适当大小的附加电阻，能加大起动转矩T st ，从而改善起动性能。三相异步电动机的机械特性习题
电励磁双凸极电机的建模与仿真方法研究毕业论文
直流电动机的人为机械特性(精)
三相异步电动机的机械特性分解
他励直流电动机的机械特性
三相异步电动机的机械特性
电动机的机械特性教案
他励直流电动机的机械特性曲线的分析
三相异步电动机的机械特性
电励磁双凸极电机
并励(他励)直流电动机机械特性
直流并励电动机的机械特性和调速
《机电传动控制》实验1-直流电动机机械特性
直流电动机的机械特性
三相异步电动机的机械特性习题(精)
三相异步电动机在各种运行特性下的机械特性
相关主题
文本预览