第二章-三相异步电动机的机械特性.课件.ppt

1、第二章第二章三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性180tXBZ1nAYC 60tAXYCBZSN1n60A120tXYCBZ1nAiBiCitmIBiAXBYCZAiCi旋转磁场的旋转磁场的转速转速大小大小分）转 /( 601fn 一个电流周期，旋转磁场在空间转过一个电流周期，旋转磁场在空间转过360电流频率为电流频率为 f Hz，则磁场，则磁场1/f秒旋转秒旋转1圈，每秒旋圈，每秒旋转转f圈。每分钟旋转：圈。每分钟旋转：n1称为称为同步转速同步转速分转/3000,501nHzfXNSASNZBX AYCZBCY0t分）转/( 601pfn 60t A0nAZXXCZCSNSN30

2、极对数和转速的关系极对数和转速的关系AiBiCimIt电动机转速和旋转磁场同步转速的关系电动机转速和旋转磁场同步转速的关系电动机转速（额定转速）电动机转速（额定转速）:n电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致， 但但 异步异步电动机电动机1nn 无转距无转距转子与旋转磁场间没有相对运动转子与旋转磁场间没有相对运动无转子电动势（转子导体不切割磁力线）无转子电动势（转子导体不切割磁力线）无转子电流无转子电流提示提示：如果如果1nn 转差率转差率 的概念：的概念：)(s%10011nnns异步电机运行中异步电机运行中:%91s转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速

3、之差。即：转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。即：电动机起动瞬间电动机起动瞬间:1 ,0sn（转差率最大）（转差率最大）转转差差率率最最小小），转转子子最最大大转转速速(01snn10ss范围：分）转/( 6011pfn 1nnns1转子感生电流的频率：转子感生电流的频率：pnnf6012111160sfpnnnnpnf6011例例1：三相异步电动机：三相异步电动机 p=3，电源，电源f1=50Hz，电机额定，电机额定 转速转速n=960r/min。求：转差率求：转差率s，转子电动势的频率，转子电动势的频率f2min/1000350606011rpfn同步转速：同步转速：04. 010

4、00960100011nnns转差率：转差率：Hzsff25004. 012一、三相异步电动机的一、三相异步电动机的“电磁电磁”关系关系 8.2 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性定子电路定子电路i2R1R2i1u1e1e2：主磁通产生的感应电动势主磁通产生的感应电动势e1e2、转子电路转子电路dtdNeeRiu111111设：设：tsin1m则：则：tNum1111cos定子边：定子边：YBZXACmmmNffNNU111111144. 42/22/tNum1111cosmNfUE111144. 4i2R1R2i1u1e1e211144. 4NfUm2f：转子感应电动势的频率：

5、转子感应电动势的频率2N：转子线圈匝数：转子线圈匝数2f取决于转子和旋转磁场的相对速度取决于转子和旋转磁场的相对速度12sff mNfE22244. 4同理可得：同理可得：mNfUE111144. 4i2R1R2i1u1e1e2YBZXAC202122222sXLsfLfX的最大值）（时的22212020212221,44. 444. 444. 4EEsNfEsENsfNfEmmmi2R1R2i1u1e1e222022202)(sXRsEI222222XREI转子电流转子电流1nnns1转子功率因数转子功率因数220222222222)(cossXRRXRR22022202)(sXRsEI对于

6、某一台异步电动对于某一台异步电动机来说，机来说，R2及及X20和和E20基本上是不变的，故基本上是不变的，故I2与与cos2均随均随s的变化的变化而变化，一般可用曲而变化，一般可用曲线表示出它们之间的线表示出它们之间的变化关系，如图所示。变化关系，如图所示。转子电流转子电流从公式和图中看出，当从公式和图中看出，当定子电源电压定子电源电压U不变时，不变时，异步电动机的转差率异步电动机的转差率S愈大，转子电流愈大，转子电流I2愈大，愈大，cos2愈小。愈小。想一想，电机起动时，想一想，电机起动时，I2，cos2的情况。的情况。由图看出：当由图看出：当s=1时，则时，则I2很大，即起动时转子中的起动

7、电流很很大，即起动时转子中的起动电流很大，当大，当s=0时，时，I2很小，即正常运行时转子电流较小。很小，即正常运行时转子电流较小。当当s=1时，由于只时，由于只R2X20，故，故cos2很小，即电动机起动时转子很小，即电动机起动时转子功率因数很低。当功率因数很低。当s=0时，则时，则cos2 1，即正常运行时功率因数，即正常运行时功率因数较高。较高。22022202)(sXRsEI2202222)(cossXRR电磁转矩电磁转矩 T：转子中各载流导体在旋转磁场的作用下转子中各载流导体在旋转磁场的作用下,受到电磁力所形成的转距之总和。受到电磁力所形成的转距之总和。22cosIKTmT常数常数每

8、极磁通每极磁通转子电流转子电流转子电路的转子电路的2cos转矩公式的推导转矩公式的推导 （牛顿（牛顿 米）米）由于异步电动机的起动转矩不大，因此用来拖动机由于异步电动机的起动转矩不大，因此用来拖动机械的异步电动机可先空载起动，待升速后再用机械离械的异步电动机可先空载起动，待升速后再用机械离合器加上负载。合器加上负载。思考题思考题 1、根据旋转磁场的转速公式当、根据旋转磁场的转速公式当f1=50HZ时时,则两极异步电动机则两极异步电动机(p=1)和四极异步电动机和四极异步电动机(p=2)的额定转速分别为的额定转速分别为3000r/min和和1500r/min. ( ) 2.转差率转差率s是分析异

9、步电动机的运行性能的是分析异步电动机的运行性能的一个重要参数一个重要参数,当电动机转速越快时当电动机转速越快时,则对应则对应的转差率也就越大的转差率也就越大. （ ） 3、异步电动机转差率异步电动机转差率s越大，转子电流越大，转子电流I2越越大。（大。（ ）22022202)(sXRsEI思考题思考题 4、异步电动机起动时，起动电流大异步电动机起动时，起动电流大但起动转矩却不大，为什么？但起动转矩却不大，为什么？22cosIKTmT22cosIKTmT21220222)(UsXRsRKT得到得到转矩公式转矩公式22022202)(sXRsEI2202222)(cossXRR将其中参数代入：将其

10、中参数代入：11144. 4NfUmmNfE212044. 4二、二、 三相电动机的机械特性三相电动机的机械特性21220222)(UsXRsRKT根据转矩根据转矩公式公式得特性曲线：得特性曲线：11nnns三个重要转矩三个重要转矩NT额定转矩额定转矩 ：电机在额定电压下，以额电机在额定电压下，以额定转速定转速 运行，输出额运行，输出额定功率定功率 时，电机转轴时，电机转轴上输出的转矩。上输出的转矩。NPNn( 1 )/()(9550602分转千瓦NNNNNnPnPT（牛顿（牛顿米）米） 如果如果 电机将会电机将会因带不动负载而停转。因带不动负载而停转。maxTTL最大转矩最大转矩 ：( 2

11、)maxT电机带动最大负载的能力。电机带动最大负载的能力。求解求解0ST21220222)(UsXRsRKT202XRsm2021max21XKUTsm临界转差率临界转差率过载系数：过载系数：NTTmax三相异步机三相异步机2 .28 .12021max21XKUT当负载转矩超过最大转矩时，电动机就带不动了，发生所谓闷车现当负载转矩超过最大转矩时，电动机就带不动了，发生所谓闷车现象。一闷车后，电动机的电流马上升高六，七倍，电机严重过热，象。一闷车后，电动机的电流马上升高六，七倍，电机严重过热，以致烧坏。以致烧坏。电动机的最大过载可以短时间电动机的最大过载可以短时间地接近最大转矩，电机不至于地接

12、近最大转矩，电机不至于立即过热，是容许的。因此最立即过热，是容许的。因此最大转矩也表示电动机短时容许大转矩也表示电动机短时容许的过载能力。的过载能力。过载系数：过载系数：NTTmax三相异步机三相异步机2.28.1 工作时，一定令负载转矩工作时，一定令负载转矩 ，否，否则电机将停转。致使则电机将停转。致使注意：注意： （1）三相异步机的）三相异步机的 和电压的平方成正比，所和电压的平方成正比，所以对电压的波动很敏感，使用时要注意电压的变化。以对电压的波动很敏感，使用时要注意电压的变化。maxTmaxTTL （2）0n121)(s II2021max21XKUT电机严重过载电机严重过载22022

13、202)( sXRsEIi2R1R2i1u1e1e2stT起动转矩起动转矩 ：( 3 )电机起动时的转矩。电机起动时的转矩。21220222)(UsXRsRKT0n1)(s 其中其中则则21220222)(UXRRKTstLstTT stT体现了电动机带载起动的能力。若体现了电动机带载起动的能力。若 电机能电机能起动，否则将起动不了。起动，否则将起动不了。启动转矩倍数启动转矩倍数Kst=Tst/TNY和和Y2系列系列Kst约为约为2.0思考题 1、三相异步电动机正在运行时，转子突然被卡、三相异步电动机正在运行时，转子突然被卡住，这时电动机的电流会（住，这时电动机的电流会（ ） a、增加、增加

14、b、减小、减小 c、等于零、等于零 2、三相鼠笼式异步电动机在额定电压和额定频、三相鼠笼式异步电动机在额定电压和额定频率下，空载起动比满载起动的起动转矩率下，空载起动比满载起动的起动转矩 （ ） A、小、小 B、大、大 C、相同、相同 答案：答案：C 3、若交流异步电动机的供电电源电压降低了，、若交流异步电动机的供电电源电压降低了，此时电动机转子电磁起动转矩此时电动机转子电磁起动转矩 （ ） A、增加、增加 B、减小、减小 C、不变、不变22022202)(sXRsEI21220222)(UsXRsRKT)(Tfn 机械特性曲线机械特性曲线启动：启动： TstTL (负载转矩负载转矩)，电机启

15、动，电机启动转速转速n ，转矩，转矩T c点：转矩达最大点：转矩达最大Tmax ，转速，转速n继续继续 ，T ，沿，沿cb走走b点：点：T=TL，转速，转速n不再上升，稳定运行不再上升，稳定运行 电动机的自适应负载能力电动机的自适应负载能力 电动机的电磁转矩可以随负电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整，这种载的变化而自动调整，这种能力称为自适应负载能力。能力称为自适应负载能力。稳定运行段稳定运行段 通常三相异步电动机都工作在特通常三相异步电动机都工作在特性曲线的性曲线的abc段。当负载转矩增段。当负载转矩增大大(譬如车床切削时的吃刀量加譬如车床切削时的吃刀量加大，起重机的起重量加大大，起

16、重机的起重量加大)时，时，在最初瞬间电动机的转矩在最初瞬间电动机的转矩TTL，所以它的转速所以它的转速n开始下降。随着开始下降。随着转速的下降，由图可见，电动机转速的下降，由图可见，电动机的转矩增加了，因为这时转子电的转矩增加了，因为这时转子电流流I2增加的影响超过功率因数增加的影响超过功率因数cos减小的影响。减小的影响。当转矩增加到当转矩增加到T=TL时，电动机在新的稳定状态下运行，这时转速较时，电动机在新的稳定状态下运行，这时转速较前为低。但是，前为低。但是，abc段比较平坦，当负载在空载与额定值之间变化段比较平坦，当负载在空载与额定值之间变化时，电动机的转速变化不大。这种特性称为时，电

17、动机的转速变化不大。这种特性称为硬的机械特性硬的机械特性。三相异。三相异步电动机的这种硬特性非常适用于一般金属切削机床。步电动机的这种硬特性非常适用于一般金属切削机床。22cosIKTmT稳定运行段稳定运行段22022202)(sXRsEI三相异步电动机，额定功率三相异步电动机，额定功率PN=10kW，额定转速额定转速nN=1450r/min，启动转矩倍数启动转矩倍数Tst/TN=1.2，过载，过载系数系数 =1.8。)/()(9550分转千瓦NNNnPT（1）额定转矩）额定转矩TN米牛顿9 .651450109550（2）启动转矩）启动转矩Tst792.1NstTT（3）最大转矩）最大转矩T

18、max6 .1189 .658 . 1NmTTaxn1TnTmaxTstTNcbs=0s=1a思考题思考题 1、三相异步电动机要保持稳定、三相异步电动机要保持稳定运行运行,则其转差率则其转差率S应该应该 ( ) A.小于临界转差率小于临界转差率 B等于临界等于临界转差率转差率 C.大于临界转差度大于临界转差度 2、三相异步电动机在机械特性、三相异步电动机在机械特性曲线的稳定段运行时曲线的稳定段运行时,当负载转当负载转矩减小矩减小,则电动机的转速将有所则电动机的转速将有所增加增加,电流及电磁转矩将减小。电流及电磁转矩将减小。 ( ) 3、若三相异步电动机在机械特、若三相异步电动机在机械特性曲线的

19、稳定段斜率小，则该电性曲线的稳定段斜率小，则该电机的机械特性硬。（机的机械特性硬。（ ） 4、电动机在运行中拖动的负载、电动机在运行中拖动的负载转矩转矩TL必须小于电动机的最大转必须小于电动机的最大转矩矩Tmax，电动机才能稳定运行。，电动机才能稳定运行。（ ）稳定运行段稳定运行段22022202)(sXRsEI5.1.25.1.2 三相异步电动机的固有机械特性和人为机械特性三相异步电动机的固有机械特性和人为机械特性一、固有机械特性固有机械特性固有机械特性是指电动机在额定电压和额定频率下，按规定的接是指电动机在额定电压和额定频率下，按规定的接线，定、转子电路不外接阻抗时的机械特性。线，定、转子

20、电路不外接阻抗时的机械特性。sn0nNsNnmsm10TNTstTmTem几个特殊点：几个特殊点：A AB BC CD1.起动点起动点A:01emstn,s,TT 2.最大转矩点最大转矩点B:mmemmnn ,ss ,TT 3.额定运行点额定运行点CNmemNnn ,ss ,TT 4.同步运行点同步运行点D100emnn ,s,T 也称理想空载工作点也称理想空载工作点21220222)(UsXRsRKT二、人为机械特性人为机械特性人为机械特性是指人为改变电源参数或电动机参数而得到的机是指人为改变电源参数或电动机参数而得到的机械特性。械特性。1. 1. 降压时的人为机械特性降压时的人为机械特性s

21、nsm10TNUN0TstTmTemn10.8UN0.64Tst0.64Tm 下降后下降后, 和和 均下降均下降, 但但 不变不变, 和和 减少。减少。1UmTstTmsstkT 如果电机在额定负载下运如果电机在额定负载下运行行, 下降后下降后, 下降下降, 增大增大, 转子电流因转子电流因 增大而增增大而增大大,导致电机过载。长期欠压导致电机过载。长期欠压过载运行将使电机过热，减过载运行将使电机过热，减少使用寿命。少使用寿命。1Uns22sEsE 22022202)(sXRsEISm称为临界转差率称为临界转差率 21220222)(UsXRsRKT21220222)(UsXRsRKT 机械特

22、性和电路参数的关系机械特性和电路参数的关系21 UT和电压的关系和电压的关系 snsm10TLUN0TstTmTemn10.8UN0.64Tst0.64Tm在同一转差率情况下，在同一转差率情况下，人为特性与固定特性人为特性与固定特性的转矩之比等于电压的转矩之比等于电压的平方之比。的平方之比。降压时的人为机械特性降压时的人为机械特性 在绘制降低电压的人为特性时，是以固有特性为基础，在绘制降低电压的人为特性时，是以固有特性为基础，在不同的在不同的S处，取固有特性上对应的转矩乘降低电压与处，取固有特性上对应的转矩乘降低电压与额定电压比值的平方，即可作出人为特性曲线，电压愈额定电压比值的平方，即可作出

23、人为特性曲线，电压愈低，人为特性曲线愈往左移。由于异步电动机对电网电低，人为特性曲线愈往左移。由于异步电动机对电网电压的波动非常敏感，运行时，如电压降低太多，会大大压的波动非常敏感，运行时，如电压降低太多，会大大降低它的过载能力与启动转矩，甚至使电动机发生带不降低它的过载能力与启动转矩，甚至使电动机发生带不动负载或者根本不能启动的现象。动负载或者根本不能启动的现象。snsm10TLUN0TstTmTemn10.8UN0.64Tst0.64Tm21220222)(UsXRsRKT2. 2. 转子回路串电阻时的人为机械特性转子回路串电阻时的人为机械特性串电阻后串电阻后, , 、 不变，不变， 增大

24、。增大。nmTms在一定范围内增加电阻，可以在一定范围内增加电阻，可以增加增加 。当。当 时时 ，若，若再增加电阻，再增加电阻， 减小。减小。stT1ms stmTT stT 串电阻后，机械特性线性段斜率串电阻后，机械特性线性段斜率变大，特性变软。变大，特性变软。 除了上述特性外，还有除了上述特性外，还有改变电源频率、极对数等人改变电源频率、极对数等人为机械特性。为机械特性。21220222)(UsXRsRKT1 0TstTmTems n0n1smR2TstsmR2+Rs和转子电阻的关系和转子电阻的关系22RR 2 RR2的的 改变改变 ： 鼠笼式电机转子导条的金属材料不同，线绕式电鼠笼式电机

25、转子导条的金属材料不同，线绕式电机外接电阻不同。机外接电阻不同。 2Rmsms0TnstTstT mmssststTT结论：结论： 机械特性的软硬机械特性的软硬 硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。软特性：负载增加转速下降较快，但起动转矩大，起软特性：负载增加转速下降较快，但起动转矩大，起 动特性好。动特性好。 硬特性硬特性 （R2小）小）软特性软特性（R2大）大）0Tn 不同场合应选用不同的电机。如金属切削，选硬特性不同场合应选用不同的电机。如金属切削，选硬特性电机；重载起动则选软特性电机。电机；重载起动则选软特性电机。思考题 1. 电

26、动机的最大电磁转矩与电源电压的平方成正电动机的最大电磁转矩与电源电压的平方成正比。（比。（ ） 2. 起动电流会随着转速的升高而逐渐减小，最后起动电流会随着转速的升高而逐渐减小，最后达到稳定值。达到稳定值。 （ ）snsm10TLUN0TstTmTemn10.8UN0.64Tst0.64Tm22022202)(sXRsEI思考题思考题 3. 电动机正常运行时，负载的转矩不得超过最大转矩，电动机正常运行时，负载的转矩不得超过最大转矩，否则将出现堵转现象。（否则将出现堵转现象。（ ） 4. 当临界转差率当临界转差率Sm小于小于1时，增加串入转子回路中的电时，增加串入转子回路中的电阻阻值，可增大起动

27、转矩，但会使电动机的机械特性变阻阻值，可增大起动转矩，但会使电动机的机械特性变软。（软。（ ） 5、当负载不变的情况下，增加串入转子回路中的电阻、当负载不变的情况下，增加串入转子回路中的电阻阻值，会使转子的转速升高。（阻值，会使转子的转速升高。（ ）1 0TstTmTems n0n1smR2TstsmR2+Rs思考题思考题1绕线式三相异步电动机负载不变，转子串电阻后，电动机各量的变化是绕线式三相异步电动机负载不变，转子串电阻后，电动机各量的变化是（）（）n Tmax B. n TmaxC. n Tmax不变不变 Dn Tmax2.三相异步电动机负载转矩不变，当电源电压下降时，电动机各量的变化是

28、三相异步电动机负载转矩不变，当电源电压下降时，电动机各量的变化是（）（）n I2 Tmax B.n I2 TmaxC. n I2 Tmax C. n I2 Tmax1 0TstTmTems n0n1smR2TstsmR2+Rssnsm10TLUN0TstTmTemn10.8UN0.64Tst0.64Tm22022202)(sXRsEI思考题 已知已知Y2132S-4三相异步电动机的额定功率三相异步电动机的额定功率PN=5.5kw，额定转速额定转速nN=1440r/min，起动转矩倍数，起动转矩倍数Kst=Tst/TN=2.0，试求：试求：(1)在额定电压下起动时的起动转矩在额定电压下起动时的起动转矩Tst； (2)若若电动机轴上所带负载的阻力矩电动机轴上所带负载的阻力矩TL为为50Nm，当电网电压，当电网电压降为额定电压的降为额定电压的90时，该电动机能否起动时，该电动机能否起动?解解：（：（1）m48N36mN1440559550nP9550TNNN.m8N47m59N81081T0Tstst.810U9U0TT2NNstst.).(m59Nm36.48N2.02.0TTNst.LTstT（2）由于由于 ，所以当电网电压降为额定电压的，所以当电网电压降为额定电压的90 时，时，电动机电动机不可以启动。不可以启动。