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电机学 第五章感应电机 本章主要内容 5 1概述5 2异步电动机的基本方程式和等值电路5 3异步电动机的功率和转矩5 4异步电动机的机械特性5 5异步电动机的运行特性5 6异步电动机的参数测定 5 1概述 交流电机主要包括异步电机和同步电机两大类 两类电机在结构上既具有共同之处 又各有其自身特点 异步电动机运行时 定子绕组接到交流电源上 转子绕组自身短路 由于电磁感应的关系 在转子绕组中产生电动势 电流 从而产生电磁转矩 所以 异步电机又叫感应电机 优点 结构简单 制造 使用和维护方便 运行可靠 效率较高 价格低廉 坚固耐用 缺点 转速不易调节 鼠笼式异步电动机的起动性能较差 功率因数滞后 激磁电流由电网供给 主要分类 1 按定子相数分有 单相异步电动机 两相异步电动机 三相异步电动机 2 按转子结构分有 绕线式异步电动机 鼠笼式异步电动机 后者又包括单鼠笼异步电动机 双鼠笼异步电动机和深槽式异步电动机 此外 根据电机定子绕组上所加电压的大小 又有高压异步电动机 低压异步电动机之分 从其它角度看 还有高起动转矩异步电机 高转差率异步电机 高转速异步电机等 一 三相异步电动机的主要结构 1定子 异步电动机的定子是由机座 定子铁心和定子绕组三个部分组成的 1 定子铁心 是电动机磁路的一部分 装在机座里 为了降低定子铁心里的铁损耗 定子铁心用用0 5mm厚的硅钢片叠压而成的 在硅钢片的两面还应途上绝缘漆 一 三相异步电动机的主要结构 一 三相异步电动机的主要结构 2 定子绕组 一 三相异步电动机的主要结构 3 机座 主要是为了固定与支撑定子铁心 如果是端盖轴承电机 还要支撑电机的转子部分 因此 机座应有足够的机械强度和刚度 对中 小型异步电动机 通常用铸铁机座 对大型电机 一般采用钢板焊接的机座 整个机座和座式轴承都固定在同一个底板上 一 三相异步电动机的主要结构 2气隙 异步电动机的气隙比同容量直流电动机的气隙小得多 在中 小型异步电动机中 气隙一般为0 2 1 5mm左右 一 三相异步电动机的主要结构 3转子 异步电动机的转子是由转子铁心 转子绕组和转轴组成的 1 转子铁心 是电动机磁路的一部分 它用0 5mm厚的硅钢片叠压而成 铁心固定在转轴或转子支架上 整个转子的外表呈圆柱形 2 转子绕组 分为笼型和绕线型两类 笼型转子 笼型绕组是一个自己短路的绕组 在转子的每个槽里放上一根导体 在铁心的两端用端环连接起来 形成一个短路的绕组 如果把转子铁心拿掉 则可看出 剩下来的绕组形状像个松鼠笼子 因此又叫鼠笼转子 导条的材料有用铜的 也有用铝的 一 三相异步电动机的主要结构 3转子 如果用的是铜料 就需要把事先做好的裸铜条插入转子铁心上的槽里 再用铜端环套在伸了两端的铜条上 最后焊在一起 如果用的是铸铝 就连同端环 风扇一次铸成 笼型转子结构简单 制造方便 是一种经济 耐用的电机 所以应用极广 一 三相异步电动机的主要结构 3转子 绕线型转子 绕线型转子的槽内嵌放有用绝缘导线组成的三相绕组 一般都联接成Y形 转子绕组的三条引线分别接到三个滑环上 用一套电刷装置引出来 这就可以把外接电阻串联到转子绕组回路里去 以改善电动机的启动性能或调节电动机的转速 与笼型转子相比较 绕线型转子结构稍复杂 价格稍贵 因此只在要求起动电流小 起动转距大 或需平滑调速的场合使用 二 异步电动机的额定数据 1 额定功率PN指电动机在额定运行时轴上输出的机械功率 单位是kw 2 额定电压UN指额定运行状态下加在定子绕组上的线电压 单位为V 3 额定电流IN指电动机在定子绕组上加额定电压 轴上输出额定功率时 定子绕组中的线电流 单位为A 4 额定频率f指我国规定工业用电的频率是50Hz 5 额定转速n指电动机定子加额定频率的额定电压 且轴端输出额定功率时电机的转速 单位为r min 6 额定功率因数指电动机定子加额定负载时 定子边的功率因数 1 当电动机铭牌上标明 电压380 220V 接法Y 时 这种情况下 究竟是接成Y或 要看电源电压 线电压 的大小 如果电源电压为380V 则接成Y接 电源电压为220V时 则接成 接 2 当电动机铭牌上标明 电压380V 接法时 时 则只有这一种 接法 但是在电动机起动过程中 可以接成Y接 接在380V电源上 起动完毕 恢复 接法 对有些高压电动机 往往定子绕组有三根引出线 只在电源电压符合电动机铭牌电压值 便可使用 二 异步电动机的额定数据 异步电机的铭牌 三 异步电动机的主要系列 我国生产的异步电动机种类很多 下面列出一些常见的产品系列 Y2系列 为小型鼠笼全封闭自冷式三相异步电动机 用于金属切削机床 通用机械 矿山机械 农业机械等 也可用于拖动静止负载或惯性负载较大的机械 如压缩机 传送带 磨床 锤击机 粉碎机 小型起重机 运输机械等 YX 系列是高效率异步电动机 用在长期运行负载或负荷率较大的场合 YD 系列是变极多速三相异步电动机 YR 系列是三相绕线式异步电动机 YQS2系列 是井用潜水三相异步电动机 四 异步电动机的工作原理 三相异步电动机定子接三相电源后 电机内便形成旋转磁动势 设其方向为逆时针转 若转子不转 转子鼠笼导条与旋转磁密有相对运动 导条中有感应电动势e 方向由右手定则确定 由于转子导条彼此在端部短路 于是导条中有电流 不考虑电动势与电流的相位差时 电流方向同电动势方向 这样 导条就在磁场中受力f 用左手定则确定受力方向 如图所示 四 异步电动机的工作原理 转子受力 产生转矩T 为电磁转矩 方向与旋转磁通势同方向 转子便在该方向上旋转起来 转子旋转后 转速为n 只要n nS nS为旋转磁通势同步转速 转子导条与磁场仍有相对运动 产生与转子不转时相同方向的电动势 电流及受力 电磁转矩T仍旧为逆时针方向 转子继续旋转 稳定运行在T TL情况下 记为异步电动机转差率 注意 在正常情况下 异步电动机的转子转速总是略低与旋转磁场的转速 同步转速 转差率是一个表征异步电动机运行状态的一个基本参数 感应电动机的转速随负载的变化而变化 例5 1 有一台50Hz的感应电动机 其额定转速nN 730r min 试求该机的额定转差率 解 同步磁场转速与电流频率之间关系 nS 60f p f 50Hz 当p 1时 nS 3000r min p 2时 nS 1500r min p 3时 nS 1000r min p 1时 nS 3000r min p 4时 nS 750r min 由于感应电机转差率很小 故可知nS 750r min 5 2异步电动机的基本方程式与等值电路 转子开路时异步电动机转子堵转时异步电动机转子旋转的异步电动机鼠笼转子的极数 相数和参数的折合简化等值电路 正常情况下 电机转子总是旋转的 但是为了分析问题的方便 首先从转子静止出发进行分析 一 转子开路时异步电动机 正方向的规定 右图绕线式三相异步电动机 定 转子绕组都是Y接 定子接三相对称电源上 用角标1表示定子侧 角标2表示转子侧 转子绕组开路 下图是定 转子的连接方式和各物理量的规定正方向 一 转子开路时异步电动机 1基波磁通势 主磁通和漏磁通 异步电动机通入对称的三相交流电时 可知将会在气隙中会产生一个旋转的气隙磁场 这个旋转的磁场会同时切割定转子绕组 这样 在两个绕组内会产生相应的感应电动势 但是由于转子绕组是开路的所以 没有电流 即没有磁通势 由此可见 在这种情况下 整个气隙磁场全部是由定子绕组内的三相对称电流产生 为此 定子磁通势又叫做励磁磁通势 定子电流亦叫做励磁电流 而由于整个分析过程是完全对称的 分析时仅以A相为例 一 转子开路时异步电动机 1基波磁通势 主磁通和漏磁通 旋转磁场的磁通势的特点 1 幅值 2 转向 逆时针转向 A1 B1 C13 转速 相对于定子绕组以角频率旋转 n1 60f1 p4 瞬间位置 正如前面所分析的 当A相电流达到正最大时 其所对应的磁通势也达到正最大 一 转子开路时异步电动机 主磁通 同时铰链定子 转子 气隙构成闭和回路的磁通 气隙里每极主磁通量用 1表示 1基波磁通势 主磁通和漏磁通 转子不转的三相异步电机 相当于一台副边开路的三相变压器 其中定子绕组是原绕组 转子绕组是副绕组 只是在磁路中 异步电机定 转子铁心中多了一个空气隙磁路而已 一 转子开路时异步电动机 漏磁通 漏磁通 只铰链定子绕组就形成闭和回路 叫定子漏磁通 用 1 表示 定子漏磁通主要有定子槽漏磁通和定子绕组端部漏磁通 1基波磁通势 主磁通和漏磁通 一 转子开路时异步电动机 2电压平衡方程式 等值电路与相量图 旋转磁场同时切割定转子绕组 在定转子绕组内将会产生感应电动势E1 E2 定子 转子每相电动势之比叫电压变比 用ke表示 即 在转子不转 且转子绕组开路的情况下 定子和转子是被同一个磁通所铰链 所以 很显然 两个感应电动势之间是同相位的 一 转子开路时异步电动机 2电压平衡方程式 等值电路与相量图 定子绕组的漏磁通在定子绕组内也会产生一个电动势 称之为定子漏电动势 用E1 表示 式中z1是定子一相绕组的漏阻抗 上式用相量表示时 与三相变压器副绕组开路时的情况 完全一样 一 转子开路时异步电动机 如果用励磁电流I10在参数Zm上的压降表示 E1 则 2电压平衡方程式 等值电路与相量图 定子绕组电压方程式可以表示为 一 转子开路时异步电动机 2电压平衡方程式 等值电路与相量图 和前面分析变压器的情况是一样的 励磁电流也是由有功分量I0a和无有功分量I0r两部分组成 有功分量I0a很小 因此I0领先I0r一个不大的角度 转子绕组开路 一 转子开路时异步电动机 2电压平衡方程式 等值电路与相量图 二 转子堵转时异步电动机 堵转 即堵住转子让转子不转的现象 实际上就是对转子进行了短路 异步电动机转子被短路的这种情况和变压器副边短路的情况类似 转子被短路 所以 当在定子绕组内通入三相对称电流后 产生的沿逆时针方向旋转的磁场 不仅在定子绕组内产生磁动势 在转子绕组内也会产生磁动势 转子电流产生空间旋转磁动势F2的特点1 幅值 2 转向 A2 B2 C2 逆时针方向旋转 3 转速 2 2 f2 2 pn2 60 2 pn1 60 1 rad s 4 瞬间位置 当转子绕组某一相电流达正最大值时 F2正好位于该相绕组的轴线上 二 转子堵转时异步电动机 1基波磁动势 主磁通和漏磁通 二 转子堵转时异步电动机 1基波磁动势 主磁通和漏磁通 转子绕组短路的三相异步电机 作用在磁路上的磁动势有两个 一为定子旋转磁动势 一为转子旋转磁动势 由于它们的旋转方向相同 转速又相等 只是一前一后地旋转着 我们称它们为同步旋转 既然它们是同步旋转 又作用在同一个磁路上 把它们按向量的关系加起来 得到合成的磁动势仍用F0表示 二 转子堵转时异步电动机 1基波磁动势 主磁通和漏磁通 从上面的分析我们可以看出 当转子侧电流不为零时 也会产生一个磁动势 而此时定子侧的磁动势此时变成F1了 定子绕组里的电流也就变为了I1 这就可以认为定子旋转磁动势里包含着两个分量 一个分量是大小等于F2 而方向与F2相反 它的作用是抵消转子旋转磁动势对主磁通的影响 另一个分量就是励磁磁动势F0 它是用来产生气隙旋转磁密的 定子绕组中有电流I1时 要产生漏磁通 表现的电抗为X1 由于漏磁路是线性的 X1 是常数 同样转子绕组中有电流I2时 也要产生漏磁通 表现的电抗为X2 二 转子堵转时异步电动机 2主磁通和漏磁通产生的感应电势 旋转磁场同时切割定转子绕组 在定转子绕组内将会产生感应电动势E1 E2 二 转子堵转时异步电动机 3定 转子回路电压方程式 是转子绕组回路漏阻抗的阻抗角 转子回路电压方程 定子回路电压方程 二 转子堵转时异步电动机 4转子绕组的折合 异步电动机定 转子之间没有电路上的联结 只有磁路的联系 这点和变压器的情况相类似 采用折算的方法 把转子折算到定子侧 用一个新转子 它的相数 每相串联匝数以及绕组系数都分别和定子的一样 但是关键的一点是 要保证转子侧在折算前后对整个磁场的影响不能发生改变 即折算前后转子的总视在功率 有功功率 转子的铜耗和漏磁场储能均保持不变 简单的说就是转子侧的磁通势没有改变 不影响定子边 二 转子堵转时异步电动机 4转子绕组的折合 折算前后的电流的关系为 折算前后的电动势的关系为 电流变比 保证转子基波磁通势不变的条件 二 转子堵转时异步电动机 4转子绕组的折合 保证折合前后的功率关系不变 则折合后转子漏阻抗与折合前转子漏阻抗的关系为 二 转子堵转时异步电动机 4转子绕组的折合 转子绕组的折合后 磁通势平衡式 转子回路电压方程 二 转子堵转时异步电动机 5基本方程式 等值电路和向量图 三 转子旋转的异步电动机 1定 转子磁动势关系 为此转子频率也叫转差频率 正常运行的异步电动机 转子频率约为0 5 2 5Hz 在转子绕组内感应产生的感应电动势和感应电流及其他一些相关的参数的频率发生了变化 因为现在切割速度为 此时的E2S不等于转子堵转时的E2 三 转子旋转的异步电动机 1定 转子磁动势关系 转子电动势 当异步电动机转子以转速n恒速运转时 此时一些相应的物理量将要结合转差率发生相应的变化 转子回路的电压方程式为 转子漏抗x2s是对应转子频率时的漏电抗 它与转子堵转时转子漏电抗x2 对应于频率50Hz 的关系为 正常运行的异步电动机 1定 转子磁动势关系 定 转子磁动势及磁动势关系 1 幅值 2 转速 三 转子旋转的异步电动机 1定 转子磁动势关系 3 转向 由于现在的气隙磁场在切割转子绕组时仅是切割速度发生了变化 而它的旋转方向并没有发生改变 所以此时是以 nS n 的速度沿逆时针方向切割转子绕组 因此 产生电流的相序仍然是A2 B2 C2 由转子电流入产生的三相合成旋转磁通势的转向 相对于转子绕组而言 仍为逆时针方向旋转 4 瞬间位置 当转子绕组哪相电流达正最大值时 正好位于该相绕组的轴线上 三 转子旋转的异步电动机 1定 转子磁动势关系 合成磁动势 站在定子绕组的角度上看定 转子旋转磁动势 1 幅值 关于定 转子磁势的幅值 不因站在定子上看而有什么改变 仍为前面分析的结果 2 转速 相对与定子绕组而言 定子磁动势的转速为nS 而转子磁通势相对于转子的转速为而转子本身又是以转速n旋转 为此站在定子绕组上看转子旋转磁通势的转速为n2 n于是 转子旋转磁通势相对于定子绕组的转速为 三 转子旋转的异步电动机 1定 转子磁动势关系 3 转向 二者的转向相对于定子都为逆时针方向旋转 可见 转子磁动势和定子磁动势的转速在空间总是等于同步转速 始终保持相对静止 即定 转子磁势之间没有相对运动 所以 感应电机在任何异步转速下均能产生恒定的电磁转矩 并实现机电能量转换 所以 合成的总磁动势 即这种情况下的合成磁动势 与前面介绍过的励磁磁动势 就实质来说都一样 都是产生气隙每极主磁通的励磁磁动势 就大小来说 不一定都一样大 三 转子旋转的异步电动机 1定 转子磁动势关系 三 转子旋转的异步电动机 2转子频率的折合 通过对转子旋转的分析可知 转子旋转后 转子频率的大小仅仅影响转子旋转磁势相对于转子本身的转速 转子旋转磁势相对于定子的转速永远为同步转速 与转子电流的频率无关 另外 定转子之间是通过磁势相联系的 所以只要保持转子旋转磁势的大小不变 至于电流的频率是多少无所谓 而当转子静止时 定 转子两方的频率是相同的 这样就能带来电路上的一致 因此 只要把旋转的转子化为等效静止的转子 便会使转子频率由f2变为f1 从而也就可以按n 0 转子短路情况得出相应的等值电路和相量图 把旋转的转子化为等效静止的转子 称为频率折算 三 转子旋转的异步电动机 2转子频率的折合 转子对定子的影响是通过F2 只要保持转子旋转磁势的大小不变 至于电流的频率是多少无所谓 同时 在频率变换的过程中 除了电流有效值保持不变外 转子电路的功率因数角也没有发生任何变化 三 转子旋转的异步电动机 2转子频率的折合 此时 转子电路虽然经过这种变换 但是从定子边看转子旋转磁通势并没有发现任何不同 两个情况下产生的磁通势的幅值大小是完全一样的 这就是转子电路的频率折算 即 把转子旋转时实际频率为f2的电路 变成了转子不转 频率为f1的电路 三 转子旋转的异步电动机 2转子频率的折合 由此可见 频率折算是用一个静止的电阻为R2 s的等效转子去代替电阻为R2的实际旋转的转子 等效转子将于实际转子具有相同的转子磁通势 而把上式得到的电阻的形式再进行变形 可以分解成 R2 1 s R2 s 三 转子旋转的异步电动机 电机在转子旋转时有机械能产生 在经过了频率折算后 得到转子侧的频率和定子侧的频率相等 而在转子静止转子短路的情况下 得到两侧的频率相等的情况 能量是不能凭空消失的 所以 显然 此时用一个静止的转子电阻来代替旋转的转子电阻后 在静止的转子上如果R2为转子铜损耗 则 1 s R2 s则表征转子旋转的时候产生的机械功率 3转子绕组的折合 在转子频率折合的基础上 再考虑把转子绕组的相数 匝数以及绕组系数都折合到定子边 转子回路的电压方程式则变为 三 转子旋转的异步电动机 当异步电动机转子电路进行了频率折合后 转子旋转磁通势的幅值可写成 3转子绕组频率的折合 三 转子旋转的异步电动机 4基本方程式 等值电路和向量图 与异步电动机转子绕组短路并把转子堵住不转时相比较 在基本方程式中 只有转子绕组回路的电压方程式有所差别 其他几个方程式都一样 三 转子旋转的异步电动机 4基本方程式 等值电路和向量图 这样就可以画出相应的等值电路 从等效电路图上我们可以看出 转子电路中多了一个表征机械负载的等效电阻 而在这个电阻上消耗的电功率在数值上刚好和转子旋转时的机械功率相等 三 转子旋转的异步电动机 4基本方程式 等值电路和向量图 当异步电动机空载时 转子的转速接近同步速 转差率s很小 电流可认为等于零 这时定子电流就是励磁电流 电动机的功率因数很低当电动机运行于额定负载时 转差率s 0 05左右 则R2 s约为R2的20倍左右 等值电路里转子边呈电阻性 功率因数较高 这时定子边的功率因数也比较高 可达0 8 0 85 三 转子旋转的异步电动机 四 鼠笼转子的极数 相数和参数的折合 1鼠笼转子的极数 鼠笼转子的极数取决于定子绕组的极数并且等于定子绕组的极数 2鼠笼转子的相数 鼠笼转子每相邻两根导条电动势 电流 的相位相差的电角度与他们空间相差的电角度是相同的 导条是均匀分布的 若一对磁极范围内有m2根导条 转子就感应产生m2相对称的感应电动势和电流 若一对磁极范围内的导条数不为整数 则取m2等于转子槽数 四 鼠笼转子的极数 相数和参数的折合 3鼠笼转子参数的折合 四 鼠笼转子的极数 相数和参数的折合 五 简化等值电路 5 3异步电动机的功率和转矩 三相异步电动机的功率三相异步电动机的转矩 一 三相异步电动机的功率 当三相异步电动机以转速n稳定运行时 从电源输入的功率为 定子铜耗 定子铁耗 从等值电路看出 传输给转子回路的电磁功率等于转子回路全部电阻上的损耗 电磁功率也可表示为 转子绕组中的铜损耗为 从以上功率关系定量分析中看出 异步电动机运行时电磁功率 转子回路铜损耗和机械功率三者之间的定量关系是 一 三相异步电动机的功率 转化的机械功率为 二 三相异步电动机的转矩 机械功率Pmec除以轴的角速度 就是电磁转矩T 即 式中 1为同步角速度 用机械角表示 对功率表达式进行变形 T0是空载转矩 式中 CT是一常数 叫转矩系数 电磁功率除以同步机械角速度 得电磁转矩 二 三相异步电动机的转矩 5 4异步电动机的机械特性 机械特性物理表达式机械特性的参数表达式机械特性的实用公式固有机械特性和人为机械特性 三相异步电动机的机械特性是指在定子电压 频率和参数固定的条件下 电磁转矩T与转速n 或转差率s 之间的函数关系 电磁功率除以同步机械角速度 得电磁转矩 一 电磁转矩的物理表达式 式中 CT是一常数 叫转矩系数 从等式可以看出异步电动机的电磁转矩与气隙每极磁通和转子电流的有功分量乘积成正比 二 机械特性的参数表达式 异步机等值电路中 由于励磁阻抗比定 转子漏阻抗大很多 把T型等值电中励磁阻抗这一段电路前移来计算 误差很小 故 1 在0 S 1 即0 n nS的范围内 特性在第 象限 电磁转矩T和转速n都为正 从正方向规定判断 T与n同方向 如图所示 电动机工作在这范围内是电动状态 2 在s 0范围内 n n1 特性在第 象限 电磁转矩为负值 是制动性转矩 电磁功率也是负值 是发电状态 3 在s 1范围内 n 0 特性在第 象限 T 0 也是一种制动状态 三相异步电动机机械特性不是一条直线 它具有以下特点 二 机械特性的参数表达式 1最大转矩Tm 最大转矩对应的转差率称为临界转差率 最大转矩 二 机械特性的参数表达式 1最大转矩Tm 一般情况下 异步发电机状态和电动机状态的最大电磁转矩绝对值可近似认为相等 临界转差率也近似认为相等 机械特性具有对称性 二 机械特性的参数表达式 1最大转矩Tm 过载倍数 最大电磁转矩与额定电磁转矩的比值即最大转矩倍数 又称过载能力 用km表示为 一般三相异步电动机km 1 6 2 2 起重 冶金用的异步电动机km 2 2 2 8 二 机械特性的参数表达式 2堵转转矩TS 当n 0 s 1的电磁转矩叫堵转转矩 也叫起动转矩 起动转矩倍数 起动转矩与额定转矩的比值称为起动转矩倍数 用ks表示 电动机起动时 只有TS大于 1 1 1 2 倍的负载转矩才可顺利起动 一般异步电动机起动转矩倍数ks 0 8 1 2 二 机械特性的参数表达式 三 机械特性的实用表达式 实际应用时 三相异步电机的参数不易得到 用前面的机械特性表达式就很不方便 所以 在实际工程中 若利用异步电机产品目录中给出的数据 找出异步电动机的机械特性公式 即便是粗糙些 但也很有用 这就是实用公式 三 机械特性的实用表达式 式中 其中Sm大约在0 1 0 2范围内 上式中 显然在任何s值时 都有 而q 2可忽略 这样上式可简化为 这就是三相异步电动机机械特性的实用公式 三 机械特性的实用表达式 从实用公式看出 必须先知道最大转矩及临界转差率才能计算 而额定输出转矩可以通过额定功率和额定转速计算 在实际应用中 忽略空载转矩 近似认为TN T2N 过载能力km 可从产品目录中查到 三 机械特性的实用表达式 三 机械特性的实用表达式 将TN带入下式 而 故 如果已知负载转矩 可以求出转速 三 机械特性的实用表达式 如果已知转速 也可以求出电磁转矩 当三相异步电动机在额定负载范围内运行时 它的转差率小于额定转差率 SN 0 01 0 05 经过以上简化 使三相异步电动机的机械特性呈线性变化关系 使用起来更为方便 但是 上式只能用于转差率在SN s 0的范围内 三 机械特性的实用表达式 四 固有机械特性和人为机械特性 1固有机械特性 1 起动点Q n 0 s 1 T Tst2 额定工作点N s sN T TN3 理想空载点 n n1 s 0 T 04 最大电磁转矩点Tmax和sm 三相异步电动机在电压 频率均为额定值不变 定 转子回路不串入任何电路元时的机械特性称为固有机械特性 2人为机械特性 从机械特性表达式上 可以通过改变一些参数使得特性曲线更满足使用的需要 这样就得到了人为机械特性曲线 1 降低定子端电压的人为机械特性 除了自变量与因变量外 保持其它量都不变 只改变定子电压的大小 研究这种情况下的机械特性 由于异步电机的磁路有额定电压要求 故不宜再升高电压 只能下降 四 固有机械特性和人为机械特性 1 降低定子端电压的人为机械特性 从表达式上可以看出 异步电机的同步转速与电压无关不同电压的人为机械性 都得通过点ns 电磁转矩T与U1成正比 为此最大转矩Tm以及起动转矩TS都要随U1的降低而按U1的平方减小 而最大转矩对应的转差率Sm不变 如图所示 四 固有机械特性和人为机械特性 1 降低定子端电压的人为机械特性 四 固有机械特性和人为机械特性 2 定子回路串接三相对称电阻的人为机械特性 三相异步电动机把三相对称电阻串入定子回路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 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 四 固有机械特性和人为机械特性 3 定子回路串接三相对称电抗的人为机械特性 三相异步电动机把三相对称电抗器串入定子回路 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 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 四 固有机械特性和人为机械特性 4 转子回路串入三相对称电阻的人为机械特性 绕线式三相异步电动机通过滑环 可以把三相对称电阻串入转子回路而后三相再短路 1 绕线转子异步电动机的起动 2 调速 四 固有机械特性和人为机械特性 从机械特性的表达式上可以看出 最大电磁转矩与转子每相电阻值无关 即转子串入电阻后 Tm不变 转子回路串电阻并不改变同步转速转子回路稍串入电阻 可以增大起动转矩 但是若串入转子回路的电阻再增加 则sm 1了 因此转子回路串电阻增大起动转矩并非是电阻越大越好 而是有一个限度 4 转子回路串入三相对称电阻的人为机械特性 当sm 1时 四 固有机械特性和人为机械特性 异步电动机的工作特性 指U1 UN f1 fN 时电动机的转速n 定子电流 功率因数cos 1 电磁转矩T 效率 等与输出功率P2的关系 可以通过直接给异步电动机带负载测得工作特性 也可以利用等值电路计算而得 转速特性n f P2 三相异步电动机空载时 转子的转速n接近于同步转速 随着负载的增加 转速n要略微降低 这时转子电动势增大 转子电流增大 以产生大的电磁转矩来平衡负载转矩 因此 随着P2的增加 转子转速n下降 转差率s增大 5 5异步电动机的运行性能 转矩特性T2 f P2 由于机械角速度 变化不大 输出转矩T2随的变化近似地为一条直线 定子电流特性I1 f P2 空载时 转子电流基本上为零 此时的定子电流就是励磁电流I0 随着负载的增加 转速降低 转子电流增大 定子电流也增大 效率特性 f P2 空载时 P2 0 0 随着输出功率的增加 效率也在增加 在正常运行范围内因主磁通变化很小 所以铁损耗变化不大 机械损耗变化也很小 合起来叫不变损耗 定 转子铜损耗与电流平方成正比 变化很大 叫可变损耗 当不变损耗等于可变损耗时 电动机的效