当前位置：文档之家 › 三相异步电动机的机械特性(精)

三相异步电动机的机械特性(精)

  • 格式：ppt
  • 大小：285.00 KB
  • 文档页数：11

下载文档原格式

  / 11

合集下载

7.6三相异步电动机的机械特性

7.6三相异步电动机的机械特性
I2 cos 2 E2
2 R s X 2 2 2
) n f (I2 ) n f (cos 2
s R2
2 R s X 2 2 2
r1
I1

x1
rm
x2
I2
E 1 E2

r2

U1

Im

1 s r2 s
• 起动时的情况
– “起动”即是转子堵转状态。 – n＝0，s＝1； – 附加电阻为0，电路为短路状态。 – 起动电流很大，功率因素较低。
r1
I1

x1
rm
x2
I2
E 1 E2

r2

U1

Im

1 s r2 s
xm
异步电动机起动时起动电流的大小与负载轻重无关
• 发电机运行
n1
n1
n1
外转矩使转子逆着旋转磁场的 方向旋转，此时电磁转矩方向 仍和旋转磁场方向一致，但与 外转矩方向相反，电磁转矩仍 是制动性质的。
异步电动机，转速略低 于同步转速，电磁转矩 是拖动性质的。
用一外在转矩拖动异步电机， 使转速超过同步转速，此时电 磁转矩是制动性质的，异步电 机从转子轴上输入机械功率。
1、降低定子端电压的人为机械特性
异步电机磁路在额定电压下已有点饱和，故不宜再升高电压。 只能讨论降低定子端电压时的人为机械特性。
U 3 Tm ' 21 ( X1 X 2 )
' U12 R2 3 Tst ' 2 ' 2 1 ( R1 R2 ) ( X1 X 2 )
几种异步电机的典型运行情况

三相异步电机的机械特性(精)

三相异步电机的机械特性(精)

实验报告课程名称：电机与拖动基础实验项目：三相异步电动机机械特性姓名：lmysdju一．实验目的理解三相异步电动机的机械特性，用MATLAB绘制出不同控制方法下三项异步电机的机械特性曲线。

二．实验项目1. E1/f1为常数，在不同供电频率下绘制出机械特性曲线；2. U1/f1为常数，在不同供电频率下绘制出机械特性曲线；，在不同供电频率下绘制出机械特性曲线。

三．实验内容本实验是基于MATLAB软件的，所需要的电机时参数已知的。

电机的特征如下：三相四极，定子绕组为Y接，其额定数据和毎相参数如下：1. 采用恒E1/f1控制，通过MATLAB编程，绘制出不同供电频率下三相异步电机的机械特性。

其程序如下：%Mechanical characteristic with E1/f1=Constclcclearsyms U1n Nph Poles Fe0 Nn R1 R2p X10 X20p R0 X0 Nsn Sn Zeq Z1 F1 Ns X1 X2p Xm...E1 E1n S Nrl Teml a b;U1n=380/sqrt(3);Nph=3;Poles=4;Fe0=50;Nn=1480;R1=1.03;R2p=1.02;X10=1.03;X20p=4.4;R0=7;X0=90;Nsn=120*Fe0/Poles;Sn=(Nsn-Nn)/Nsn;Zeq=(R0+j*X0)*(R2p/Sn+j*X20p)/((R0+j*X0)+(R2p/Sn+j*X20p)); Z1=R1+j*X10; E1n=abs(Zeq*U1n/(Zeq+Z1));for b=1:4if b==1F1=50;elseif b==2F1=35;elseif b==3F1=25;elseif b==4F1=10;endNs=120*F1/Poles;X1=X10*(F1/Fe0);X2p=X20p*(F1/Fe0);Xm=X0*(F1/Fe0);E1=E1n*(F1/Fe0);for a=1:2000S=a/2000;Nrl=Ns*(1-S);Teml=Nph*Poles/(4*pi)*(E1/F1)^2*F1*R2p/S/((R2p/S)^2+X2p^2);Tem(a)=Teml;Nr(a)=Nrl;plot(Teml,Nrl);hold on;endhold on;endxlabel('Torque[N.m]');ylabel('Speed[r/min]');title('Mechanical characterristic with E1/f1=const');ylim([0,1600]);xlim([0,105]);text(50,1350,'f=50Hz');text(50,900,'f=35Hz');text(50,600,'f=25Hz');text(50,150,'f=10Hz');运行结果：Mechanical characterristic with E1/f1=constSpeed[r/min]Torque[N.m]2．采用恒U1/f1控制，重新绘制出不同供电频率下三相异步电机的机械特性曲线。

第九章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态 第一节 三相异步电动机机械特性的三种表达式

第九章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态 第一节 三相异步电动机机械特性的三种表达式

U
2 X
(10 17)
R12
(X1
X
' 2
)
2
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：
Sm
R2'
X1
X
' 2
(10 18)
Tm
m1U
2 X
20 ( X1
X
' 2
)
(10 19)
可以看出：
4.几点规律
1)当电动机各参数及电源频率不变时， Tm 与 UX2 成正比，sm 因与 UX 无关而保持不变
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
E
' 2
2f1W1kW1 m (10 5)
0
2f
p
(10 6)
T
m1 0
E
' 2
I
' 2
c
os
' 2
(10 7)
E
' 2
I
' 2
Z
' 2
(10 8)
R2'
c
os
' 2
PT
3I
2 2
R2 R f s
(10 44)
转子轴上机械功率为
P2 PT (1 s) (10 45)
s > 1，P2 为负值，即电动机由轴上输入机械功率 转子电路的损耗为
DP2 PT (1 s) (10 45)
DP2 数值上等于 PT 与 P2 之和，所以反接制动时能量损耗极大 3)用途 可以用于稳定下放位能性负载

三相异步电动机的机械特性

三相异步电动机的机械特性

三相异步电动机的机械特性
三相异步电动机的机械特性（1）转子机械特性转子是定子绕组中通过一对或几对磁极而产生旋转磁场，在转子导条轴上装有铁芯和滑环。

由于各种原因会使转子发生振动。

为了保证起动时的正常运行，要求转子机械特性曲线应与负载所需的机械特性曲线相符合。

三相异步电动机的机械特性（2）磁路机械特性当定子绕组通以直流电后，便产生感应电势，并随着转速增大而增大，同时转子也将感应出较强的交变磁场，这个磁场称为旋转磁场，它可分解成若干个正弦波，在空间形成闭合回路，并沿转轴作切割磁力线的运动。

53三相异步电动机的转矩特性和机械特性

53三相异步电动机的转矩特性和机械特性

电动机也会停转
此外，电网电压下降 ，在负载不变的条件下，将使电动机转 速下降，转差率S 增大，电流增加，引起电动机发热甚至烧坏。
（2）定子电路接入电阻或电抗时的人为特性
在电动机定子电路中外串电阻或电抗后，电动机端电压为电源 电压减去定子外串电阻上或电抗上的压降，致使定子绕组相电压降 低,这种情况下的人为特性与降低电源电压时的相似.。
四．机械特性 在异步电动机中，转速 n=(1-S)n0，为了符合习惯画法，可将
曲线换成转速与转矩之间的关系曲线，即称为异步电动机的机械特 性。
1．固有机械特性
异步电动机在额定电压和额定频率下，用规定的接线方式， 定子和转子电路中不串联任何电阻或电抗时的机械特性称为固有 （自然）机械特性。
根据
T
R22
设定子和转子每相绕组的匝数分别为N1和N2，如图所示电路 图是三相异步电动机的一相电路图。
旋转磁场的磁感应强度沿定子与转子间空气隙的分布是近于按 正弦规律分布的，因此，当其旋转时，通过定子每相绕相的磁通也 是随时间按正弦规律变化的，
m sin t
定子每相绕组中产生的感应电动势为：e1
N1
d
dt
（3）改变定子电源频率时的人为特性
n0
60 f p
Sm
R2 X 20
n0 nm n0
Tmax
K
U2 2 X 20
Tst
K
R2U 2
R22
X
2 20
Tmax
注意到TN：X 20 f , K 1 f
一般变频调速采用恒转矩调速， 即希望最大转矩保持为恒值，为此在 改变频率的同时，电源电压也要作相 应的变化，使 U/f =C ，这在实质上 是使电动机气隙磁通保持不变。

三相异步电动机的电磁转矩及机械特性

三相异步电动机的电磁转矩及机械特性

电动机起动时有最大转矩，可令sk=1 ，则起动 转矩为最大转矩时转子回路所串的电阻应为：
rs xk r2
16
1、三相绕线式异步电动机转子回路串电阻后，下 列参数将如何变化？ （1）起动电流 （2）起动转矩 （3）最大转矩 （4）临界转差率
减小，增大，不变，增大
17
2、若频率为50HZ的三相异步电动机接在频率为 60Hz的电网上运行，电动机下列参数将如何变化？ （1）起动转矩； （2）最大转矩； （3）起动电流。
最大电磁转矩与电源电压平方成正比；临界转差 率与电源电压无关。
转子回路电阻越大，临界转差率越大；最大电磁 转矩与转子电阻无关。
频率越高，最大电磁转矩和临界转差率越小；漏 抗越大，最大电磁转矩和临界转差率越小。
13
3.最大电磁转矩、起动转矩、额定转矩
Tmax
pm1
1
U12
1 2 xk
注意：
（1）三相异步机的 Tmax和电压的平方成正比，所
（2）最大电磁转矩 Tmax 最大转矩:电机带动最大负载的能力。
TL Tmax，电机因带不动负载而停转。
电磁转矩
r2
T
pm1
2 f1
U12
s ( r2)2
s
xk2
令 dT 0，求出当T最大时的转差率sK。
dS
10
3.最大电磁转矩、起动转矩、额定转矩
（2）最大电磁转矩 Tmax
sk
C1r2 r12 (x1 C1x2 )2
Tmax
m1 pU12
2 f1
2C1(r1
1 r12 (x1 x2 )2 )
sk
r2 xk
C1 1 Tmax
m1 pU12

三相异步电动机的机械特性


空载时损耗占比例大，效率低；随P2增 加，增加，当负载过大，铜损耗增加快，使 效率下降，如图所示。
2023年8月26日 星期六
§4－5 三相异步电动机的机械特性
效率曲线和功率因数曲线都是在额定负载附近 达到最高，因此合理选用电动机容量时，对电动 机的寿命、功率因数和效率都有很实际的意义。 5、功率因数特性cos1=f(P2)
§4－5 三相异步电动机的机械特性
本节要点： 一、三相异步电动机的工作特性 二、机械特性：n = f ( T ) ㈠固有机械特性曲线分析 ㈡人为机械特性 三、运行性能 1、运行状态 2、启动转矩倍数
3、过载能力 4、异步电动机机械特性的结论
2023年8月26日 星期六
§4－5 三相异步电动机的机械特性
原因：是静止的转子导体与定子旋转磁 场之间的相对切割速度很大（n1）。将 产生很大的I2，使定子电流也增大。但 由于转子绕组的功率因数cosφ2很小， 由于Tst=CTφI2cosφ2，故启动转矩并不 很大。
只有当Tst达到一定值时，电动机才 能启动。
Tst>TL ，将 S = 1代入T公式，即 可得Tst 的表达式。
2023年8月26日 星期六
§4－5 三相异步电动机的机械特性
⑵额定运行点（TN、nN） TN = 9.55 PN/nN
⑶临界工作点（Tm、nm） 当S = Sm 时，电磁转矩达到最大
值。
Sm ∈( 0.04，0.14 ) ⑷同步点（0、n1）
n = n1
2023年8月26日 星期六
§4－5 三相异步电动机的机械特性
2023年8月26日 星期六
§4－5 三相异步电动机的机械特性
2、转矩特性T=f(P2) 空载时P2=0，电磁转矩T等于空载转矩 T0。随着P2的增加，已知T2=9.55P2/n， 如n基本不变，则T2为过原点的直线。 考虑到P2增加时，n稍有降低，故 T2=f(P2)随着P2增加略向上偏离直线。 在T=T0+T2式中。T0很小，且为常数。所 以T=f(P2)将比平行上移T0数值，如图所 示。

4-5 三相异步电动机的机械特性


4-6 三相笼型异步电动机的起动与控制
图4-30 XJ0l系列自耦减压起动器电路图
4-6 三相笼型异步电动机的起动与控制
（三)星一三角减压起动控制电路
•原理： 1 I I stY st 3
1 TstY Tst 3
•特点：Y-△减压起动时，起动电流和起动转矩都下降为直接 起动时的1／3。这种起动方法简便、经济，运行可靠。 Y系 列电动机采用Y-△降压起动不仅适用于轻载起动，也可适用 于中型负载下的起动。 •线路：两接触器式 ----用于13kW以下电动机的控制 三接触器式-- --用于13kW以上电动机的控制
二、减压起动与控制 （一） 定子串电阻(或电抗)减 压起动 1 •原理 t
I st I st k Tst 1 Tst 2
k
•特点：优点是起动较平稳，运 行可靠，设备简单。缺点是起 动转矩随电压的平方降低，只 适合轻载起动，同时起动时电 能损耗较大。 •线路
图4-29 时间原则自动短接电阻减压起动电路 a）自动短接电阻减压起动 b)自动与手动短 接电阻减压起动
4-5 三相异步电动机的机械特性 三相异步电动机的机械特性是指在一定条件下，电动机的 转速n与电磁转矩Tem之间的关系，即n= ƒ (Tem)，也用 Tem= ƒ (s)的形式表示。
一、固有机械特性的分析 三相异步电动机的固有机械特性是指异步电动机工作在额 定电压和额定频率下，按规定的接线方式接线，定、转子外 接电阻为零时的机械特性。整个机械特性可看作由两部分组 成： 1)H—P部分(转矩由0～Tm，转差率由0～sm)。工作部分，特 性接近于一条直线 。 2)P—A部分(转矩由Tm～Tst，转差率由sm～1)。称为机械特 性的非工作部分，曲线部分 。
图4-24 电动机单向旋转接触器控制 电路

电机机械特性的测定(精)

第五章电机机械特性的测定实验一三相异步电动机在各种运行状态下的机械特性一．实验目的了解三相绕线式异步电动机在各种运行状态下的机械特性。

二．预习要点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。

三．实验项目1．测定三相绕线式异步电动机在电动运行状态和再生发电制功状态下机械特性。

2．测定三相绕线式异步电动机在反接制动运行状态下的机械特性。

四．实验设备及仪器1．MEL系列电机系统教学实验台主控制屏。

2．电机导轨及测速表（MEL-13、MEL-14）3．直流电压、电流、毫安表4．三相可调电阻器900Ω（MEL-03）5．三相可调电阻器900Ω（MEL-04）6．波形测试及开关板（MEL-05）五．实验方法及步骤按实验线路图5-5接线M为三相绕线式异步电动机M09，额定电压U N=220伏，Y接法；G为直流并励电动机M03（作他励接法），其U N=220伏，P N=185WR S选用三组90Ω电阻（每组为MEL-04，90Ω电阻）R1选用675Ω电阻（MEL-03中，450Ω电阻和225Ω电阻相串联）。

R f选用3000Ω电阻（电机起动箱中，磁场调节电阻）V2、A2、mA分别为直流电压、电流、毫安表，采用MEL-06或直流在主控制屏上V1、A1、W1、W2为交流、电压、电流、功率表，含在主控制屏上S1选用MEL-05中的双刀双掷开关1．测定三相绕线式异步电机电动及再发电制动机械特性仪表量程及开关、电阻的选择：（1）V2的量程为300V档，mA的量程为200mA档，A2的量程为2A档。

实验步骤：（1）接下绿色“闭合”按钮，接通三相交流电源，调节三相交流电压输出为180V（注意观察电机转向是否符合要求），并在以后的实验中保持不变。

（2）接通直流电机励磁电源，调节R f阻值使I f=95mA并保持不变。

三相异步电动机的机械特性

电动机的最大转矩和启动转矩是反映电动机的过载能力和启动性能的两个重要指标，最大转矩和启动转矩越大，则电动机的过载能力越强，启动性能越好。
三相异步电动机的机械特性是一条非线性曲线，一般情况下，以最大转矩（或临界转差率）为分界点，其线性段为稳定运行区，而非线性段为不稳定运行区。固有机械特性的线性段属于硬特性，额定工作点的转速略低于同步转速。人为机械特性曲线的形状可用参数表达式分析得出，分析时关键要抓住最大转矩、临界转差率及启动转矩这三个量随参数的变化规律。
1 三相异步电动机的机械特性文
三相异步电动机的机械特性是指电动机的转速n与电磁转矩Tem之间的关系。由于转速n与转差率S有一定的对应关系，所以机械特性也常用Tem＝f（s）的形式表示。三相异步电动机的电磁转矩表达式有三种形式，即物理表达式、参数表达式和实用表达式。物理表达式反映了异步电动机电磁转矩产生的物理本质，说明了电磁转矩是由主磁通和转子有功电流相互作用而产生的。参数表达式反映了电磁转矩与电源参数及电动机参数之间的关系，利用该式可以方便地分析参数变化对电磁转矩的影响和对各种人为特性的影响。实用表达式简单、便于记忆，是工程计算中常采用的形式。
摘 要：阐述了异步电动机结构，运行可靠、价格低、维护方便等一系列的优点，目前，异步电动机的电力拖动已被广泛地应用在各个工业电气自动化领域中。就三相异步电动机的机械特性出发，主要简述电动机的启动、制动、调速等技术问题。
关键词：三相异步电动机；电力拖动机具有结构简单、运行可靠、价格低、维护方便等一系列的优点，因此，异步电动机被广泛应用在电力拖动系统中。尤其是随着电力电子技术的发展和交流调速技术的日益成熟，使得异步电动机在调速性能方面大大提高。目前，异步电动机的电力拖动已被广泛地应用在各个工业电气自动化领域中。就三相异步电动机的机械特性出发，主要简述电动机的启动，制动、调速等技术问题。
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
m m N
（3）启动点A Tst 为电动机 Tem Tst 。 电动机工作在启动点A时n=0，s=1， 的启动转矩或称堵转转矩。电动机的启动转矩必须大于电动 机所带负载的转矩，电动机才能启动，因此，堵转转矩的大 小是衡量电动机启动性能好坏的技术指标。由机械特性方程 式知： 2
Tst
（4-6） 由式可知：启动转矩 Tst 的大小与电源电压的平方成正比， 同时也受转子电阻大小的影响。为了衡量电动机的启动性能， TN Tst 我们用电动机的启动转矩 与额定转矩 之比来表示。 T K Km 即 被称之为启动转矩倍数，反映电动机的 T ， K 启动能力。一般 在 1.8 m ～2.0之间。 （4）额定点N n n P n n ,s s , T T 9 550 n n ， nN 由 电动机工作在额定点时， 铭牌可知，TN 可通过铭牌参数计算得到。额定工作点是希望的 工作点。
m1PU1
2


由此进一步可知： ① 三相异步电动机的临界转差率S m 与电源电压U1无关，只与 成正比，所以改变转子 电动机自身的参数有关，且与转子电阻 R2 的大小（如在绕线型异步电动机转子电路中串接变阻器） 电阻 R2 即可改变临界转差率 Sm 。 无关。 ② 三相异步电动机的最大电磁转矩 Tm 与转子电阻 R2 因此，电动机转子电阻的大小不会影响电动机的最大转矩，只会 影响产生最大转矩时的转差率。 ③ 最大电磁转矩 Tm 的大小与电源电压U1的平方成正比，而 临界转差率 S m 却与电源电压无关。最大电磁转矩 Tm 与额定转矩 T m 的值在电动机技术数据资料中 之比叫过载能力， 即 ， T 可查到：一般异步电动机 m 在1.6～2.5之间，特殊用途的电动机 （如起重、冶金用电动机）的 m 值在3.3～3.4之间。m 是异步电 动机的一个重要参数，反映电动机承受负载波动的能力。
由图可见整个机械特性可以分成两个部分。 （1）H-P部分 即sm>s>0范围内。在这一部分，随着 电磁转矩 Tem 的增加，转速降低。根据电力系统稳定运 行的条件，这部分为稳定运行工作部分，电动机应工作 于这一范围内。此时机械特性曲线近似为一条直线。 （2）P-A部分 即1>s>sm范围内。这一部分随着转矩 的减小，转速也减小。此区域称为不稳定运行区域，三 相异步电动机一般不能稳定地工作于这一范围。因此， 有时也将称这一部分为非工作部分。 为了进一步描述三相异步电动机机械特性的特点， 下面重点研究几个反映电动机工作的特殊点。 （1）理想空载点H 此时n=n1, s=0。因转子电流I2=0，定子电流I1=I0， 所以电磁转矩Tem=0。
（2）最大转矩点P
对于三相异步电动机而言，通过数学求导，令 dTem/ds=0 分析可知，产生最大转矩 Tm 时的临界转差率 为 Sm R2 Sm 2 2 R12 X 1 X （4-4） 进而可求得最大电磁转矩Tm为； m PU （4-5） T
m 2 2 2 4f1 R1 R1 X 1 X 1 2 1
4.1 三相异步电动机的机械特性 电动机作为一种将电能转化成机械能，从而 带动其他机械进行工作的设备，我们最关心的是 电动机的机械特性。所谓三相异步电动机的机械 特性是指在一定条件下，电动机的转速n与转矩 Tem之间的关系n=f（Tem）。三相异步电动机的转 n n s 速n与转差率s之间存在一定关系： n ，所以 三相异步电动机的机械特性也往往用Tem=f（s） 的形式表示。
1 1
4.1.1 机械特性的表达式
根据前面章节的学习，我们知道三相异步电动机的等效电路图 可以化简为如图4.1所示。 从电路的观点分析知，电磁功率为；
P em m 1I 2
2
R2 s
图4.1 三相异步电动机T型等效电路图
一、电磁转矩的物理表达式
我们把 ' cos （4-1） Tem CT 1I 2 2 式中 CT——转矩常数 上式表明电动机的电磁转矩与主磁通成正比，与转子电流 的有功分量成正比，从物理概念上反映了Tem、 I 2' cos 2 、Φ1 三者的关系，并符合左手定则。 二、电磁转矩的参数表达式 U I 转子电流折算值为 （4-2） R R X X

ห้องสมุดไป่ตู้
m1 I 2
2
2f1 p
R2 s
m1 pU12
2 R2 2 2f1 R1 X 1 X 2 s
R2 s
4.1.2 三相异步电动机的机械特性
1．固有机械特性 三相异步电动机的固有机 械特性是指电动机工作在额定 电压和额定频率下，按规定方 法接线，定子、转子外接电阻 为零时，n（或s）与Tem的关系。 对于某一台确定的电动机 而言。机械特性方程式表明， 此时只有n（或s）与Tem是变量， 其余均为确定值。因为机械特 性方程式是一个二次方程，故 Tem存在最大值。以Tem为横轴， n（或s）为纵轴，做出如图4.2 所示的三相异步电动机固有机 图4.2 三相异步电动机的 械特性曲线。 固有机械特性曲线
2 1 2
Tem
PMEC 公式进行整理（利用前面已学的公式）可得；

1
2
s
1
2
2
电磁转矩为
Tem
Pem
（4-3） 可见， （4-3）方程，它清楚地表示了异步电动机电磁转 矩、转差率与电动机各参数之间的关系，下面我们就从这个公 式出发，分析三相异步电动机的固有特性及人为机械特性。
1
由于 X1 X 2' R1 忽略Ｒ１得近似表达式；
Sm 2 2 R12 X 1 X R2
Ｘ ＋Ｘ＇
１ ２
＇ R ２
m1 pU12 Tm ' 2 2 4 f （ X X ） 1 1 2 2 4f1 R1 R1 X 1 X