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电机机械特性

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§6-1 三相异步电动机的机械特性

6.1.1三相异步电动机机械特性的三种表达式

一.异步电动机机械特性的物理表达式

1.异步电动机电磁转矩表达式:

2.转矩常数表达式:

3.转子电流表达式:

4.转子电路功率因数表达式:

可以看出:

转差与电流、功率因数的关系及异步电动机机械特性(图6.1.1)

图6.1.1

1.电流与转差关系(图6.1.1)

I2' 最初与 s 成正比地增加，

s 较大时，I2' 增加逐步减缓

2.功率因数与转差关系(图6.1.1)

s = 0，cosΦ'2 = 1

随着 n 的逐步下降，s 增加，cos Φ'2 将逐步下降

3.合成曲线

两条曲线相乘，并乘以常数 CTJ Φm ,即得 n = f(T) 的曲线，

称为异步电动机的机械特性。(图6.1.1)

反映了不同转速时 T 与 Φm 及转子电流的有功分量 I2' cosΦ'2 间的关系

在物理上，这三个量的方向遵循左手定则

二.异步电动机机械特性的参数表达式

采用参数表达式可直接建立异步电动机工作时转矩和转速关系并进行定量分析

由异步电动机的近似等效电路:

1.异步电动机的机械特性参数表达式：

2.异步电动机的机械特性

图6.1.2 异步电动机的机械特性

因为异步电动机机械特性为二次方程式，

所以在某一转差率 sm 时，转矩有一最大值 Tm，

该值称为异步电动机的最大转矩

求出生产 Tm 时的转差 sm

3.对应异步电动机的最大转矩Tm为

正号对应于电动机状态，而负号则适用于发电机状态

考虑 R1 << ( X1 + X2') ,可得：

4.几点规律

1)当电动机各参数及电源频率不变时，

Tm 与 U 成正比，sm 因与 UX 无关而保持不变

2)当电源频率及电压不变时，

sm 与 Tm 近似地与 ( X1 + X2')成反比

3)Tm 与 R2' 之值无关，sm 与 R2'成正比

5.电动机过载倍数 KT

一般异步电动机的 KT 约等于 1.8 ~ 3.0

起重冶金机械用的电动机，KT 可达 3.5

过载倍数 KT 是电动机短时过载的极限

6.起动转矩倍数 Kst

异步电动机起动转矩 Tst ，即为 S = 1 时电机的电磁转矩

三.机械特性的实用表达式

考虑机械特性参数表达式

及 最大转矩 Tm 的表达式

，

机械特性可简化为

忽略 R1 可以得到异步电动机机械特性的实用表达式

这里

当电动机在额定负载下运行时，转差率很小，忽略 s/sm，得:

6.1.2三相异步电动机的固有机械特性和人为机械特性

一.异步电动机的固有机械特性

异步电动机在下述条件下工作：

额定电压

额定频率

电动机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）

时的机械特性曲线 n = f ( T ) ，称之为固有机械特性

其中：

起动点 额定工作点 同步速点 最大转矩点

电动状态最大转矩点 回馈制动最大转矩点 A B H

P

P'

可见:回馈制动时异步电动机过载能力大于电动状态时的过载能力

二.人为机械特性

由电动机的机械特性参数表达式可见：异步电动机电磁转矩

T 的数值是由某一转速 n（或 s ）下，电源电压 Ux、电源频率 f1、定子极对数 p、定子及转子电路的电阻 R1、R2'及电抗 X1、X2' 等参数决定人为特性，

改变电源电压、电源频率、定子极对数、定子和转子电路的电阻及电抗等参数，可得到不同的人为机械特性。

(一) 降低电源电压 Ux

最大转矩 Tm 及起动转矩 Tst 与 U 成正比地降低；

sm 与 Ux 的降低无关

1.降低电网电压对电动机的影响

过载能力下降

负载电流上升

从机械特性物理表达式进行分析

因为电网电压下降，电动机气隙磁通下降，

所以在电动机带一定负载转矩情况下， 转子电流增加

2.降低电源电压的机械特性

图 6.2.2异步电动机降低电源电压的机械特性

(二) 转子电路内串联对称电阻

由 (6.2.3)

由(6.2.4) 知道：最大转矩 Tm 不变；

sm 随串联电阻增大而增加

1.转子电路串联对称电阻时机械特性

图6.2.3 异步电动机转子电路串联对称电阻时机械特性

2.转子电路串联对称电阻用途

(1)绕线转子异步电动机的起动

(2)调速

(三) 定子电路串联对称电抗

由 (6.2.3) (6.2.4) 知道：

最大转矩 Tm 随串联电抗增大而减小；

sm 随串联电抗增大而减小

1.转子电路串联对称电抗时机械特性

图6.2.4异步电动机转子电路串联对称电抗时机械特性

2.用途：

用于笼型异步电动机的降压起动，以限制电动机的起动电流

(四) 定子电路串联对称电阻

由 (6.2.3) (6.2.4) 知道：

最大转矩 Tm 随串联电阻增大而减小；

sm 随串联电阻增大而减小

1.转子电路串联对称电阻时机械特性

图6.2.5 异步电动机转子电路串联对称电阻时机械特性

2.用途：

用于笼型异步电动机的降压起动，以限制电动机的起动电流

(五) 转子电路接入并联阻抗

1.电路 异步电动机转子电路接入并联阻抗的电路(图6.2.5)

2.机械特性 异步电动机 转子电路接入并联阻抗的机械特性(图6.2.5)

3.对人为机械特性的解释

1)起动初期

因为转子频率相当大，感抗较大，转子电流的大部分将流过电阻 Rst

所以起动转矩相当大, 相当于转子电路串大电阻

2)转子加速

转子频率逐步降低，转子频率将变得很小，Xst 之值很小

所以相当于电动机转子串联很小对称电阻时的机械特性

3)几乎恒定的转矩

适当的参数配合，

可使电动机在整个加速过程中产生几乎恒定的转矩

4)电抗器参数选取

接入并联阻抗的转子等效电路

图6.2.6 接入并联阻抗转子的等效电路其中：

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生产机械的机械特性

生产机械的机械特性

生产机械的机械特性

同一转轴上负载转矩与转速之间的函数关系，称为生产机械的机械特性。即n=f(𝑇𝐿)。不同类型的生产机械在运动中受阻力的性质不同，其机械特性曲线的形状也有所不同，大体上可以归纳为以下几种典型的机械特性。

一、恒转矩型机械特性

此类机械特性的特点是负载转矩为常数，如图2.4所示。属于这一类的生产机械有提升机构、提升机的行走机构、皮带运输机以及金属切削机床等。

依据负载转矩与运动方向的关系，可以将恒转矩型的负载转矩分为反抗转矩和位能转矩。

反抗转矩也称摩擦转矩，是因摩擦、非弹性休的压缩、拉伸与扭转等作用所产生和负载转矩，机床加工过程中切削所产生的负载转矩就是反抗转矩。反抗转矩的方向恒与运动方向相反，运动方向发生改变时，负载转矩的方向也会随着改变，因而它是阻碍运动的。按关于转矩正方向的约定可知，反抗转矩恒与转速n取相同的符号，即n为正方向时𝑇𝐿为正，特性曲线在第一象限；n为反方向时𝑇𝐿为负，特性曲线为第三象限，如图2.4所示。

位能转矩与摩擦转矩不同，它是物体的重力和弹性体的压缩、拉伸与扭转等作用所产生的负载转矩，卷扬机起吊重物时重力所产生的负载转矩就是位能转矩。位能转矩的作用方向恒定，与运动方向无关，它在某方向阻碍运动，而在相反方向便促进运动。卷扬机起吊重物时由于重力的作用方向永远向着地心，所以，由它产生的负载转矩永远作用在使重物下降的方向，当电动机拖动重物上升时，𝑇𝐿与n方向相反；而当重物下降时，𝑇𝐿则与n方向相同。不管n为正向还是反向，反抗转矩𝑇𝐿和符号总是正的；位能转矩𝑇𝐿的符号则有时为正，有时为负。

二、离心式通风机型机械特性

这一类型的机械是按离心力原理工作的，如离心式鼓风机、水泵等，它们的负载转矩𝑇𝐿与n的平方成正比，即𝑇𝐿=𝐶𝑛2，C为常数，如图2.5所示。

三、直线型机械特性

这一类机械的负载转矩𝑇𝐿是随n的增加成正比地增大，即𝑇𝐿=𝐶𝑛，C为常数，如图2.6所示。

电机特性曲线

电机特性曲线

如何绘制性能曲线图

作者：刘小鑫

性能曲线图的四个要点

1、空载转速(N0)—指 电机不受任何机械阻力或负载时的电压，在轴枝上测得的速度，单位为rpm(每分钟内旋转的圈数)。

2、空载载电流(I0)—指 在电机无任何负载的情况下测得的电流量。

3、堵转转矩(Ts)—指 因加载引致电机停止旋转时测得的转矩。但建议阁下不要如此操作，因“退磁”或过载可能损坏电机。

4、堵转电流(Is)—指在电机因过载而停止旋转时测得的电流量。

绘制性能曲线图

1、速度曲线—是连接N0(空载转速)点及Ts(堵转转矩)点的曲线，其标示出电机在不同情况下的速度。

2、电流曲线—是连接I0(空载电流)点及Is(堵转电流)点的曲线，其标示出电机在不同情况下的电流量。

3、输出功率曲线—用以表示电机的输出功率，并可用以下公式计算：P=(速度x转矩)/9500(速度单位为rpm,转矩单位为mNm)。

4、效率曲线—用以表示电机的效率，可用以下公式计算：Eff(%)=(输出功率/(电压x电流))x100

影响电机性能的主要因素

1、输入电压—在保持I0不变的情况下，输入电压增大会令N0、Is及I0增大。

2、串接电阻—在保持N0不变的情况下，串接电阻增大会令Ts及Is减小。

3、绕组的匝数—在保持Ts不变的情况下，绕组匝数增加将令N0、I0及Is增大。

4、绕组的线径—在保持I0及N0不变的情况下，绕组直径增大将令Ts及Is增大。

5、磁通量—在保持Is不变的情况下，磁通量增大将令N0及I0减小。

6、温度—在Is及Ts 减小的情况下，环境温度的上升将令N0及I0增大。

电机特性曲线 2

电机特性曲线 2

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1.1.3三相异步电动机的工作特性

作者: Admin | 来源： | 点击: 517 | 发布时间: 2007-10-07

异步电动机的转矩特性动画演示

一、三相异步电动机的转矩特性

异步电动机的电磁转矩T是由载流导体在磁场中受电磁力的作用而产生的，它使电动机旋转。

式中U1——定子绕组相电压有效值，单位是伏特(V)；

f1——定子电源频率，单位是赫兹(Hz)；

s——电动机的转差率；

R2——转子绕组一相电阻，单位是欧姆(Ω)；

X20——转子不动时一相感抗，单位是欧姆(Ω)；

C——与电机结构有关的比例常数。

为了分析方便，将异步电动机的电磁转矩T代替电动机的输出转矩T2

由于电动机的转子参数R2及X20是一定的，电源频率f1也是一定的，故当电源电压U1一定时，上式即表明异步电动机的电磁转矩T只与转差率s有关，因此可用函数式T=f（s）表示，称为异步电动机的转矩特性，画出其图象则称为转矩特性曲线，如图1-13所示。

图1-13异步电动机的转矩特性曲线

二、异步电动机的机械特性

1.电动机的额定转矩的实用计算式

旋转机械的机械功率等于转矩和转动角速度的乘积,对于电动机而言,就有

P2=T2Ω(1-4)

当电动机的输出转矩T2用牛·米(N·m)作单位，旋转角速度Ω用弧度/秒(rad/s)作单位时，输出功率P2的单位是瓦特。

在电动机中计算转矩时输出功率P2的单位是千瓦(kW)，转速n的单位是转/分(r/min)，所以可以将计算公式简化，如在额定状态下转矩公式为

式中TN——电动机的额定转矩，单位是牛·米(N·m)；

PN——电动机的额定功率，单位是千瓦(kW)；

直流电动机的机械特性

直流电动机的机械特性

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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： -----WORD格式--可编辑--专业资料-----

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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Iast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。 -----WORD格式--可编辑--专业资料-----