T m1 2 n 0 60 2 f p U R2 / s 2 1 2 ' 2 2 0 [( R1 R 2 / s ) ( X 1 X ) ] n n(1 s ) 0 0 这样可绘制机械特性曲线,曲线形式与物理表达式 绘制的一样。是s的二次曲线。 n s sm n0 0 第四章 三相异步电动机的机械特性 及各种运行状态 第一节 机械特性的三种表达式 第二节 固有机械特性和人为机械特性 第三节 各种运行状态 第一节 机械特性的三种表达式 机械特性:转速与转矩的关系,n 物理表达式 参数表达式 实用表达式 f (T ) 。 一、物理表达式: T = C T m I cos 1、起动点: A n=0,s=1,T=Tst,Ist n=nN,s=sN,T=TN,IN 2、额定工作点: B 3、同步转速点: H n=n0,s=0,T=0,I=0 4、最大转矩点: P s=sm,T=Tm 5、回馈制动最大转矩点:P ' s=-sm,T=-Tm n 电车下坡 P ' H n0 B P A T 0 TN T st 二、人为机械特性:据参数表达式知,T与一定转速 下的定子电压 U 1,电源频率 f 1 ,极对数p,电机 定转子参数有关。人为地改变某些参数可以获得 人为机械特性: ' 2 ' ( I 2 )曲线与 n n0 cos 2 ' T ' I2 0 T I2 ' cos ' 2 二、参数表达式:为反映电机参数与电磁转矩的关系, 从电机的等值电路图及电磁转矩的公式推导参数表达式: P m1 I I ' 2 '2 2 R ' 2 T U1 P 0 T m1 0 I s பைடு நூலகம் '2 2 R ' 2 s ' / s R1 ) 2 ( X 1 X 2 ) 2 ( R2 T m1 2 n 0 60 U R2 / s 2 1 2 ' 2 2 0 [( R1 R 2 / s ) ( X 1 X ) ] 2 f 1 p 0 1、降低电源电压 U 1 :最大转矩和起动转矩与电源 电压 U 1的平方成正比;临界转差 s m 和理想空 载转速 n 0 不变化。注意:若电源电压因为某种 原因降低,负载为额定,电动机将不能长期运行。 1)电机拖动位能负载,在固有特性上作回馈制动下放, 当 当 I a 60 安 时,求电动机反向下放速度? 2)电动机带动位能负载,作反接制动下放, n I a 50 安 时, 600 转 / 分 ,求 串接在电枢回路的电阻值、电网输入功率、电机轴上 输入的电磁功率、电枢回路电阻消耗功率? 3)电动机带位能负载从 n 500 转 / 分 作能耗制动, 若将其最大制动电流限制在100安,计算在 电枢回路应串的电阻值? n 电车下坡 n0 T TZ 0 特点: 1、属于稳定制动; 2、制动时转子回路不串电阻,以免转速过高 (因串电阻越大,稳定转速越高); 3、当电机由少极对数换成多极对数时也有可能发生 回馈制动; 4、定子接在电网上,从电网吸取无功功率以建立磁场; 5、若为异步发电机,定子三相应接上成星形或三角形 的三组电容器,以供给无功功率。 n0 sm n U3 U2 U1 U1 U 2 U 3 0 T 2、转子电路内串联对称电阻(绕线式转子用):理想 空载转速和最大转矩不变;起动转矩增大,直到等 于最大转矩后又减小;临界转差率随电阻增大而增 大。 n R1 R1 R 2 n0 R3 R 4 R2 R3 R4 0 T 3、定子电路串联对称电抗:理想空载转速不变,最大 转矩、起动转矩、临界转差随电抗的增大而减小。 很快停车。特性为第二象限的BC段。 n B n0 A 反 接 正 转 C TZ TZ T O D n0 n (三)、能耗制动: 电机在电动状态下运行,突将三相交流电断开, 同时在定子两相间通入直流电流,在定子内形成固 定磁场,转子由于惯性仍旋转,切割磁场感应电势 和电流,据左手定则,可确定转矩的方向与转速的 方向相反,特性在第二象限。 起动转矩倍数: K st= T st Te , 只有当 K st 1 时, 电机才能起动。 三、实用表达式:一般电机产品目录中,有些参数没有, 用参数表达式不方便,因此将T的参数表达式除以Tm参 数表达式,并代入Sm值,有 2 T m (1 s m T= s sm sm s R1 R ' 2 (当忽略定子电阻时。) n0 sm 2 s m1 n x11 x12 T x11 x12 0 4、定子串对称电阻:理想空载转速不变,最大转矩、 起动转矩和临界转差随电阻的增大而减小。曲线 与串电抗的相似。 n0 sm 2 s m1 n R 11 R11 R12 R12 T 0 5、转子接入并联阻抗:改善起动性能,限制起动电流, 保证电机平滑加速。起动时,由电阻决定电流和转 矩,起动结束后,电阻被短接。 RQ 过载倍数: K T= Tm Te 2 ) R 2 R X1 X 2 ( 2 1 (1 . 8 ~ 3 . 0 ) 电机短时过载的极限。 4、起动转矩:当S=1时的电磁转矩: T st m1 ' 2 U R 2 2 1 ' 2 ' 2 2 0 [( R1 R ) ( X 1 X ) ] 0 1 T st Tm T 临界转差率和最大转矩公式 sm R Tm m1 0 2[ R 1 R 2 1 ' 2 ' 2 2 (X1 X ) U 2 2 1 ' 2 R1 ( X 1 X 2 ) ] sm Tm R ' 2 ' 2 2 1 ' 2 X1 X (R 1 X 1 X ) ' 2 ' 2 I ' 2
E2 ( R2 / s) 2 ' X ' ' 2 2 cos 2 cos ' 2 R2 R '2 2 '
2 '2 2 R2 s (R ' 2 s X s) X 2 '2 2 n n 0 (1 s ) n0 ns 将 n f n f (cos ) 曲线相乘, 再乘以转矩常数等就可得到 n f (T ) 曲线。 ' 2 m 1U 2 0 ( X 1 X ) 特点: 1、当各参数及电源频率不变时,临界转差率与定子 2 相电压无关;而 T m U 1 。 2、当 f 1 及U 1 不变时,临界转差率和最大电磁转矩 近似反比于 X 1 X 2' 。 3、最大电磁转矩与转子电阻无关,临界转差率与 转子电阻成正比。 当转子回路串入电阻使临界转差等于1时,启动 转矩最大,并可求出转子外串的电阻值; (二)、反接制动: 1、转速反向(正接反转): 电动机起动时带重负载,负载作用使电机在反向 起动转矩方向上加速,特性在第四象限。 分析: 属于稳定制动。转子回路可串电阻。 轴上输入机械功率,定子吸收电功率传给转子, 这两部分功率均消耗于转子回路总电阻中。 n n0 正接反转 0 T st TZ T n 2、定子两相反接:(反接正转) 电机本来运行在电动状态,突将定子两相 反接,定子电流相序改变,磁场旋转方向改变, 从而得到理想空载转速与原转速方向相反的 机械特性,工作点也改变,电动机的转矩为负, 电机在负载转矩与反向电磁转矩的共同作用下 n n0 固有 人为 T 0 第三节 三相异步电动机的 各种运转状态 运行状态:电动(T与n同方向) (原来) 发电(T与n反方向) 电磁制动(T与n反方向) 运行状态:电动(T与n同方向) (现在) 制动(T与n反方向)
制动:回馈制动 反接制动 能耗制动 电动和制动运转状态 一、电动运转状态: 机械特性在一、三象限,转矩与转速同向。 3)、若将磁通减弱10%,电枢回路无外串电阻, 求稳定时电机转速? ) R1 R ' 2 T 2T m s sm sm s 2 sm 已知KT、TN和nN,可求出Tm、sN、sm;这样实用表达式 中只有两个未知数,可绘制机械特性。 第二节 固有机械特性与 人为机械特性 固有机械特性 人为机械特性 一、固有机械特性:在额定电压和额定频率下, 按规定的接线方法,定转子不串电阻时的机械特性 n f (T ) 。 例2、一台他励直流电动机数据: U N 220 伏 , n N 1500 转 / 分, R a 0 . 4 欧, I N 41 . 1安。 电机在额定负载下进行如下调速: 1)、在电枢回路串1.65欧的电阻,求稳定时电机的转速? 2)、电源电压下降为110伏,电枢无外串电阻, 求稳定时电机转速? 二、制动运转状态: 转矩与转速反向。机械和电气制动两种。 要求:足够大的制动转矩,且制动电流不宜过大。 制动的平滑性好、可靠性高、经济性好、时间短。 (一)、回馈制动: 位能性负载使转速大于理想空载转速, 转子感应电势反向,转子电流有功分量也 改变方向,无功分量方向不变,所以转矩 也就改变了方向。制动运行时,轴上输入 机械功率,特性在第二象限。 3 n 能 耗 制 动 1 2 T TZ 直流励磁增大,特性曲线如何变化? 同一电动机在相同电枢电阻时各种运行状态: n 降压回馈 反接正转 正向电动 能耗 0 能耗 T 正接反转 反向电动 位能回馈 例1、一台他励直流电动机数据: PN 29 千瓦, U N 440 伏 , R a 0 . 393 欧, I N 76 . 2 安。 n N 1050 转 / 分,