第4章交流电动机原理及特性-2
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1、第4章 交流电动机原理和特性4.1 异步电动机的基本结构和工作原理4.2 三相异步电动机的机械特性4.2.1 机械特性的参数表达式4.2.2 机械特性的实用公式4.2.3 固有机械特性和人为机械特性4.2 三相异步电动机的机械特性4.2.1 机械特性的参数表达式4.2.2 机械特性的实用公式4.2.3 固有机械特性和人为机械特性4.2 三相异步电动机的机械特性1定义三相异步电动机在电源电压 U1、电源频率 f1 以及电动机参数固定的条件下其电磁转矩 T 与转子转速 n 之间的关系定义为三相异步电动机的机械特性2表示方法（1）函数表示法 T = f（n）或 T = f（s） （2）曲线表示法 T
2、 - s 曲线直流电动机T - n 曲线M1PT 22213(435)260RIsn4.2.1 机械特性的参数表达式1jX1RmRmjX21sRs2jX2R0I1I1U12EE2I22122112)(XXSRRUI转子电流转子电流pfSRInSRIPTM122212221236023电磁转矩的参数表达式电磁转矩的参数表达式221222111232RpUsTRf( R)( XX)s 说明：电磁转矩与电源参数（说明：电磁转矩与电源参数（1 1、f f1 1）、结构参数（）、结构参数（R R、X X、p p）和运行参数（和运行参数（s s）有关。）有关。电源参数（电源参数（1 1、f f1 1）、结
3、构参数（）、结构参数（R R、X X、p p）一定，得到）一定，得到T=f(n)T=f(n)或或T=f(s)T=f(s)的关系，为电动机的机械特性。的关系，为电动机的机械特性。0Ts01.0nn111sn=nn 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性 曲线曲线)(Tfn 非线性曲线非线性曲线该曲线反映不同状态： 0 s 1 或 0 n n1第象限，T 和 n 都为正电动运行状态s n1第象限，T 负，n 正回馈制动运行状态即发电状态s 1 或 n T2 电机能起动，否则不能起动S22112212213(443)2()() pTfRRXXU R2S1TU1SUT堵转转矩倍数 kS异步电
4、动机堵转转矩 TS 与额定转矩 TN 之比称为堵转转矩倍数，用 kS 表示堵转转矩倍数 kS 的大小反映了电动机起动负载的能力堵转转矩倍数设计得越大电动机起动就越快电机的成本也随之增加SSN(444)TkT堵转转矩倍数 kS对于Y系列小型笼型三相异步电动机其堵转转矩倍数 kS = 1.72.2对于三相绕线转子异步电动机可以通过在转子回路中串入电阻来改变堵转转矩的大小这部分内容将在转子回路串入三相对称电阻的人为机械特性中介绍异步电动机的稳定运行问题当0 s sm时机械特性下斜拖动恒转矩负载和泵类负载都能稳定运行当sm s 1时机械特性上翘拖动恒转矩负载不能稳定运行-Tm0TNTSTmTs-sm0
5、sm1.0nn1nNHNPQPsN拖动泵类负载需满足稳定运行的充要条件 T = TL且 即可以稳定运行-Tm0TNTSTmTs-sm0sm1.0nn1nNHNPQPsNLdTdTdndn异步电动机的稳定运行问题因此，异步电动机应长期稳定运行在0 s sN范围内正常情况下电动机都工作在特性曲线的 HN 段 HN 段比较平坦称为硬特性-Tm0TNTSTmTs-sm0sm1.0nn1nNHNPQPsN异步电动机的稳定运行问题4.2.2 机械特性的实用公式前面分析异步电动机的机械特性是基于电动机参数为已知的前提实际使用中，往往不知道电动机的参数那如何得到机械特性呢？为此要用到机械特性的实用公式4.2.
6、2 机械特性的实用公式1实用公式的表达式2实用公式的应用1已知 TL 先求 s 再求 n3实用公式的应用2已知 s（或 n） 求 T4关于实用公式的说明1实用公式的表达式利用电磁转矩除以最大电磁电磁转矩转矩求得的机械特性的实用公式如下：式中，Tm 和 sm根据相关公式求出mmm2TssTss根据电机的额定转速 nN、额定功率 PN和过载倍数 km求取 Tm和 sm的过程如下：mmNTk T 29550NNNNPTTn 21mNmmss ( kk) 11NNnnsn 将将T Tm m和和s sm m代入即可得到机械特性方程式。代入即可得到机械特性方程式。mmm2TssTss2实用公式的应用1：已
7、知 TL 先求 s 再求 n当三相异步电动机拖动负载转矩 TL 已知时就可以把 T = TL代入实用公式由上式可解得电动机运行时的转差率 s 进而得到电动机的转速 nmmm2TssTssLmTT1(1)ns nLmmN2mTssk Tss3实用公式的应用2：已知 s（或 n） 求 T如果是三相异步电动机的转差率 s（或转速 n ）已知把它代入机械特性的实用公式可求得电动机的电磁转矩mmm2TssTssmmm2TTssssmNmm2k Tssss4关于实用公式的说明实用公式形式简单，使用方便但只适用于一定的范围内，如0 s sN如果用它计算三相异步电动机的堵转转矩，则误差较大例题4-4(61)例
8、题4-4 一台三相异步电动机的额定功率 PN = 90 kW额定电压 UN = 380 V额定转速 nN = 990 r/min过载倍数 km = 2.0求：（1）该电动机电磁转矩的实用公式；（2）当s = 0.0084时的电磁转矩；（3）电动机拖动 560 Nm 负载时的转速。4.2.3-1 固有机械特性1定义若三相异步电动机定子加额定电压、额定频率转子回路本身直接短路不另串电阻或电抗这种情况下电动机的机械特性称为固有机械特性2三相异步电动机的固有机械特性曲线0Ts01.02.0nn1-n1电源正相序电源负相序11sn=nn几个特殊点：几个特殊点：4.4.起动点起动点01sn,s,TT 3.
9、3.最大转矩点最大转矩点mmss ,TT 2.2.额定运行点额定运行点NNNnn ,ss ,TT 1.1.同步运行点同步运行点100nn ,s,T 4.2.3-2 人为机械特性1降低定子电压U1的人为机械特性2定子回路串接三相对称电阻的人为机械特性3定子回路串接三相对称电抗的人为机械特性4转子回路串入三相对称电阻的人为机械特性221112222132()() RUfRRXspTsX1降低定子电压U1的人为机械特性TnssmU10.8U10.6U1n101.0 0图4.19 降低U1时的人为机械特性曲线TmU12；TsU12；n1和和sm与电压无关。与电压无关。n n1 1、s sm m 都将保
10、持不变都将保持不变U U1 1 T Tm m、T TS S 特点：同步转速 n1、最大转矩对应的转差率 sm都将保持不变最大转矩 Tm 以及堵转转矩 TS 都要随 U1的降低而按 U1 的平方规律减小拖动额定负载时，降低 U1电动机不能长时间运行2定子回路串接三相对称电阻的人为机械特性M3RfRfRffR1R1jX2R2jXmRmjX21sRs(a)接线图(b)等效电路定子回路串电阻的人为机械特性曲线1.00nn10TSsmTmTSsmTmsTR1R1 + Rf特点：同步转速 n1 保持不变最大转矩 Tm、堵转转矩 TS 以及 sm都随串入电阻 Rf 的增大而减小方法简单，设备投资少电能消耗较
11、大3定子回路串接三相对称电抗的人为机械特性M3XfXfXffX1R1jX2R2jXmRmjX21sRs接线图等效电路定子回路串电抗的人为机械特性曲线nn10TSTSsTX1X 1 + X f1.00TmsmTmsm特点：同步转速 n1 保持不变最大转矩 Tm、堵转转矩 TS 以及 sm都随串入电抗 Xf 的增大而减小比定子串电阻方法节省电能电抗器设备成本高4转子回路串入三相对称电阻的人为机械特性M3RSRSRS1R1jX2R2jXmRmjX21sRsSRs接线图等效电路转子回路串电阻的人为机械特性曲线T TS S0TSTmTSTSsT1.00smsmTSsmsmnn1R2R2 + RS1R2
