第六章三相异步电动机机械特性及各种运转状态

1、第六章三相异步电动机机械特性及第六章三相异步电动机机械特性及 各种运转状态各种运转状态 1 第六章第六章 三相异步电动机的三相异步电动机的 机械特性及各种运转状态机械特性及各种运转状态 第一节第一节 三相异步电动机机械特性的三种表达式三相异步电动机机械特性的三种表达式 一、物理表达式一、物理表达式 22 cosICT mTJ 式中：式中： 2 111w TJ kWpm C异步机的转矩系数异步机的转矩系数 异步机每极磁通异步机每极磁通 m 2 2 2 22 2 2 2 2 2 2 2 2 cos )/( / cos XsR R XsR sR 第六章三相异步电动机机械特性及第六章三相异步电动机机械

2、特性及 各种运转状态各种运转状态 2 2 2 2 2 2 2 X s R E I 异步电动机的 机械特性 二、参数表达式二、参数表达式 mw kWfE 1112 2 p f1 0 2 222 0 1 cos IE m T 可得可得 222 ZIE 2 2 2 / cos Z sR s R I m T 2 2 2 0 1 则得则得 第六章三相异步电动机机械特性及第六章三相异步电动机机械特性及 各种运转状态各种运转状态 3 由于异步电动机的电磁功率为由于异步电动机的电磁功率为 s R ImP T 22 21 0 T P T 分子分母同乘以分子分母同乘以（1-s），），即得即得 2 P T 由异步电

3、动机的近似等效电路由异步电动机的近似等效电路 2 21 2 1 2 2 XXR s R U I x 得异步电动机的机械特性参数表达式得异步电动机的机械特性参数表达式 2 21 2 2 1 2 2 0 1 XX s R R s R U m T x 第六章三相异步电动机机械特性及第六章三相异步电动机机械特性及 各种运转状态各种运转状态 4 2 21 2 1 2 XXR R sm 临界转差率临界转差率 0d/dsT使使 ，即可求得，即可求得 最大转矩最大转矩 2 21 2 11 2 0 1 2XXRR Um T x m 由于由于 211 XXR 21 2 XX R sm )(2 210 2 1 XX

4、 Um T x m 起动转矩起动转矩 2 21 2 21 2 2 0 1 XXRR RUm T x st 起动转矩倍数起动转矩倍数 N /TTK stst 第六章三相异步电动机机械特性及第六章三相异步电动机机械特性及 各种运转状态各种运转状态 5 三、实用表达式三、实用表达式 2 1 2 1 2 12 R R s s s s s R R sT T m m m mm 忽略忽略 R1 得机械特性的实用表达式得机械特性的实用表达式 s s s s T T m m m 2 )1( 2 N TTm KKss 可以求出可以求出 （式中（式中 ） 0 N0 N n nn s N N N 2 s s s s

5、T T m m m 第六章三相异步电动机机械特性及第六章三相异步电动机机械特性及 各种运转状态各种运转状态 6 第二节第二节 三相异步电动机的固有机械特性与人为机械特性三相异步电动机的固有机械特性与人为机械特性 一、固有机械特性一、固有机械特性 固有机械特性是指异步电动机工作在额定电压及额定频率下，固有机械特性是指异步电动机工作在额定电压及额定频率下， 电动机按规定的接线方法接线，定子及转子电路中不外接电阻（电电动机按规定的接线方法接线，定子及转子电路中不外接电阻（电 抗或电容）时所获得的机械特性曲线抗或电容）时所获得的机械特性曲线 。 三相异步电动机的 固有机械特性 1）起始点）起始点A；

6、2）额定工作点）额定工作点B； 3）同步转速点）同步转速点H； 4）最大转矩点）最大转矩点P和和P。 第六章三相异步电动机机械特性及第六章三相异步电动机机械特性及 各种运转状态各种运转状态 7 二、人为机械特性二、人为机械特性 三相异步电动机降低定子 相电压时的人为机械特性 （一）降低（一）降低 x U 降低后电动机电流将大于降低后电动机电流将大于 额定值，电动机如长时连续运行，额定值，电动机如长时连续运行， 最终温升将超过允许值，导致电最终温升将超过允许值，导致电 动机寿命缩短，甚至烧坏。动机寿命缩短，甚至烧坏。 x U 转子电路内串联对称电阻 时的人为机械特性 （二）转子电路内串联对称电阻

7、（二）转子电路内串联对称电阻 转子电路串联对称电阻适转子电路串联对称电阻适 用于绕线转子异步电动机的用于绕线转子异步电动机的 起动，也可用于调速。起动，也可用于调速。 第六章三相异步电动机机械特性及第六章三相异步电动机机械特性及 各种运转状态各种运转状态 8 （三）定子电路串联对称电抗（三）定子电路串联对称电抗 定子电路内串联对称电抗 时的人为机械特性 定子电路串联对称电抗定子电路串联对称电抗 一般用于笼型异步电动机的一般用于笼型异步电动机的 降压起动，以限制电动机的降压起动，以限制电动机的 起动电流。起动电流。 定子电路内串联对称电阻 时的人为机械特性 （四）定子电路串联对称电阻（四）定子电

8、路串联对称电阻 与串联对称电抗时相同，与串联对称电抗时相同， 定子串联对称电阻一般也用于定子串联对称电阻一般也用于 笼型异步电动机的减压起动笼型异步电动机的减压起动 。 第六章三相异步电动机机械特性及第六章三相异步电动机机械特性及 各种运转状态各种运转状态 9 （五）转子电路接入并联阻抗（五）转子电路接入并联阻抗 由于转子电路参由于转子电路参 数可变，如果参数配合数可变，如果参数配合 恰当，电动机在整个加恰当，电动机在整个加 速过程中产生几乎恒定速过程中产生几乎恒定 的转矩，在右图上绘出的转矩，在右图上绘出 了这样的人为机械特性。了这样的人为机械特性。 转子电路接入并联阻抗时 的电路图和人为机

9、械特性 转子电路接入并联阻抗 时的转子等效电路图 第六章三相异步电动机机械特性及第六章三相异步电动机机械特性及 各种运转状态各种运转状态 10 第三节第三节 三相异步电动机的各种运转状态三相异步电动机的各种运转状态 一、电动运转状态一、电动运转状态 电动运转状态的特点是电动机电动运转状态的特点是电动机 转矩的方向与旋转的方向相同。转矩的方向与旋转的方向相同。 电动状态下异步电 动机的机械特性 二、制动运转状态二、制动运转状态 异步电动机可工作于回馈制异步电动机可工作于回馈制 动，反接制动及能耗制动三种制动，反接制动及能耗制动三种制 动状态。其共同特点是电动机转动状态。其共同特点是电动机转 矩与

10、转速的方向相反，以实现制矩与转速的方向相反，以实现制 动。此时，电动机由轴上吸收机动。此时，电动机由轴上吸收机 械能，并转换为电能。械能，并转换为电能。 第六章三相异步电动机机械特性及第六章三相异步电动机机械特性及 各种运转状态各种运转状态 11 （）回馈制动状态）回馈制动状态 位能负载带动异 步电动机进入回 馈制动状态 异步电动机在回馈 制动时的相量图 当异步电动机由于某种原因（例如位能负载当异步电动机由于某种原因（例如位能负载 的作用的作用 ），使其转速高于同步速度），使其转速高于同步速度 时，转子感时，转子感 应电动势反向，转子电流的有功分量也改变了方应电动势反向，转子电流的有功分量也改

11、变了方 向，其无功分量的方向则不变。此时异步电动机向，其无功分量的方向则不变。此时异步电动机 既回馈电能，又在轴上产生机械制动转矩，即在既回馈电能，又在轴上产生机械制动转矩，即在 制动状态下工作。制动状态下工作。 第六章三相异步电动机机械特性及第六章三相异步电动机机械特性及 各种运转状态各种运转状态 12 当当 时时 0 nn 0/ 00 nnns 转子电流的有功分量为转子电流的有功分量为 222 cosII a 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 / / /XsR sR XsR E I a 2 2 2 2 22 / / XsR sRE 转子电流的无功分量为转子电流的无功分量为 222

12、 sinII r 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 /XsR X XsR E I a 2 2 2 2 22 /XsR XE 22 cosICT mTJ 也为负，与转速方向相反也为负，与转速方向相反 异步电动机轴上输出的机械功率也为负异步电动机轴上输出的机械功率也为负TP 2 第六章三相异步电动机机械特性及第六章三相异步电动机机械特性及 各种运转状态各种运转状态 13 异步电动机回馈制 动时的机械特性 如果异步机定子脱离电网，如果异步机定子脱离电网， 又希望它能发电，则必须在异又希望它能发电，则必须在异 步机定子三相之间接上连接成步机定子三相之间接上连接成 三角形或者星形的三组电容器。

13、三角形或者星形的三组电容器。 这时电容器组可供给异步电动这时电容器组可供给异步电动 机发电所需要的无功功率，即机发电所需要的无功功率，即 供给建立磁场所需要的励磁电供给建立磁场所需要的励磁电 流。流。 电容器接成三角形时电容器接成三角形时 N1 6 0 2 10 3 1 Uf I C N10 3 . 0 II 电容器接成星形时电容器接成星形时 N1 6 0 2 103 Uf I C 第六章三相异步电动机机械特性及第六章三相异步电动机机械特性及 各种运转状态各种运转状态 14 转速反向的反接制动 时的异步电动机特性 异步电动机转速反向 反接制动电路图 （二）反接制动状态（二）反接制动状态 1转速

14、反向的反接制动转速反向的反接制动 转子轴上机械功率转子轴上机械功率 为负为负)1 ( 2 sPP T 1 )( 0 0 0 0 n nn n nn s此时的转差率此时的转差率 转子由定子输入的电功率即为电磁功率转子由定子输入的电功率即为电磁功率 s RR IP f T 2 2 2 3为正为正 转子电路的损耗转子电路的损耗 为两者之和，因此为两者之和，因此 能量损耗极大能量损耗极大 。 22 PPP T 第六章三相异步电动机机械特性及第六章三相异步电动机机械特性及 各种运转状态各种运转状态 15 异步电动机定子两相反 接的电路图与机械特性 2定子两相反接的反接制动定子两相反接的反接制动 为了迅速

15、停车或反向，可将定子两相反接，工作点由为了迅速停车或反向，可将定子两相反接，工作点由A转移到转移到B 此时转差率为此时转差率为 1 00 0 n nn n nn s o 在两相反接时在两相反接时 ，电动机的转矩为，电动机的转矩为T，与负载转矩共同作用下，与负载转矩共同作用下， 电动机转速很快下降，这相当于图中机械特性的电动机转速很快下降，这相当于图中机械特性的BC段。段。 在转速为零的在转速为零的C 点，如不切断电源，点，如不切断电源， 电动机即反向加速，电动机即反向加速， 进入反向的电动状态进入反向的电动状态 （对应于特性（对应于特性CD段），段）， 加速到加速到D点时，电动点时，电动 机将

16、稳定运转，实现机将稳定运转，实现 了电动机的逆转过程。了电动机的逆转过程。 第六章三相异步电动机机械特性及第六章三相异步电动机机械特性及 各种运转状态各种运转状态 16 （三）能耗制动状态（三）能耗制动状态 异步电动机能耗制动的 电路图与机械特性 当当K1断开，电动机脱离电网时，立即将断开，电动机脱离电网时，立即将K2接通，则在定子两相接通，则在定子两相 绕组内通入直流电流，在定子内形成一固定磁场。当转子由于惯性绕组内通入直流电流，在定子内形成一固定磁场。当转子由于惯性 而仍在旋转时，其导体即切割此磁场，在转子中产生感应电动势及而仍在旋转时，其导体即切割此磁场，在转子中产生感应电动势及 转子电

17、流。根据左手定则，可确定出转矩的方向与转速的方向相反，转子电流。根据左手定则，可确定出转矩的方向与转速的方向相反， 即为制动转矩。即为制动转矩。 第六章三相异步电动机机械特性及第六章三相异步电动机机械特性及 各种运转状态各种运转状态 17 第六章三相异步电动机机械特性及第六章三相异步电动机机械特性及 各种运转状态各种运转状态 18 各个电流之间有下列关系各个电流之间有下列关系 2 22 2 2 2 1 sin2 IIIII 得机械特性方程式得机械特性方程式 2 2 2 20 2 22 11 / )/( XXvR vRXIm T 临界相对转速临界相对转速 2 2 XX R vm 第六章三相异步电

18、动机机械特性及第六章三相异步电动机机械特性及 各种运转状态各种运转状态 19 三、运转状态小结三、运转状态小结 在正转方向，特性1与1的第二 象限为回馈制动特性，第四象限 为反接制动特性； 在反转方向，特性2与2的第二 象限为反接制动特性，而第四象 限则为回馈制动特性。 能耗制动电路的联结方法有所不 同，其机械特性用曲线3与3表 示，第二象限部分对应于电动机 正转，而第四象限则对应于反转。 图中特性1，2及3对应于异 步电动机转子有串联电阻时，而1， 2及3则对应于没有串联电阻。 第六章三相异步电动机机械特性及第六章三相异步电动机机械特性及 各种运转状态各种运转状态 20 桥式起重机拖动主钩异

19、 步电动机的电路图 对应手柄位置主钩异步 电动机的机械特性 第六章三相异步电动机机械特性及第六章三相异步电动机机械特性及 各种运转状态各种运转状态 21 转速逐级提升过程为转速逐级提升过程为 lkjihgfedcba 转速逐级提升 的机械特性 第六章三相异步电动机机械特性及第六章三相异步电动机机械特性及 各种运转状态各种运转状态 22 空钩提升与下放时 的负载转矩特性 提升和下放空钩时的机 械特性与负载转矩特性 在空钩下放时也属电动状态。此时不但有空钩重量产生的位能力矩，在空钩下放时也属电动状态。此时不但有空钩重量产生的位能力矩， 而且有摩擦力产生的阻力矩，而阻力矩又比位能力矩大而且有摩擦力产

20、生的阻力矩，而阻力矩又比位能力矩大 ， 将二者将二者 叠加即为电动机轴上的负载转矩。叠加即为电动机轴上的负载转矩。 第六章三相异步电动机机械特性及第六章三相异步电动机机械特性及 各种运转状态各种运转状态 23 （二）反接制动状态（二）反接制动状态 （三）回馈制动状态（三）回馈制动状态 反接制动下放重物时的机 械特性与负载转矩特性 回馈制动下放重物时的机 械特性与负载转矩特性 第六章三相异步电动机机械特性及第六章三相异步电动机机械特性及 各种运转状态各种运转状态 24 第四节第四节 根据异步电动机的技术数据计算异步电动机的参数根据异步电动机的技术数据计算异步电动机的参数 一般异步电动机的产品目录

21、中可以查到一些技术数据，而不给一般异步电动机的产品目录中可以查到一些技术数据，而不给 出电动机的定、转子等具体参数，为此必须用工程计算法计算。一出电动机的定、转子等具体参数，为此必须用工程计算法计算。一 般可查到下列技术数据：般可查到下列技术数据： 1N I 1）额定功率）额定功率 （kW） 2）额定定子线电压）额定定子线电压 （V） 3）额定定子线电流）额定定子线电流 （A） 4）额定转速）额定转速 （r/min） 5）额定效率）额定效率 6）定子额定功率因数）定子额定功率因数 7）过载倍数）过载倍数 8）飞轮惯量）飞轮惯量 （ ） N P 1N U N n % N N1 cos N /TT

22、KK mTT 2 GD 2 mN N /,TTKK ststst N2 E 2N I 9）对于绕线转子异步电动机，还）对于绕线转子异步电动机，还 给出两个转子数据，即给出两个转子数据，即 a）转子额定线电动势）转子额定线电动势 （V） b）转子额定线电流）转子额定线电流 （A） 10）对于笼型异步电动机，没有）对于笼型异步电动机，没有 转子数据，但给出下列两个数据转子数据，但给出下列两个数据 a）起动转矩倍数）起动转矩倍数 b）起动电流倍数）起动电流倍数 N1111 /,TTKK st 第六章三相异步电动机机械特性及第六章三相异步电动机机械特性及 各种运转状态各种运转状态 25 此外，还可能给

23、出定子极对数此外，还可能给出定子极对数p ；定子绕组的接线方式；工作；定子绕组的接线方式；工作 制（或定额）；负载持续率；最高温升（或绝缘材料等级）等。额制（或定额）；负载持续率；最高温升（或绝缘材料等级）等。额 定频率我国为定频率我国为50Hz，即，即 Hz 。 50 1 f 在已知上述数据的基础上，可用工程计算法计算异步电动机参数在已知上述数据的基础上，可用工程计算法计算异步电动机参数 解解 mN13131mN 240 330 95509550 N N N n P T 0 X 例例6-16-1 一绕线转子异步电动机的技术数据为：一绕线转子异步电动机的技术数据为： kW330 N P V60

24、00 N1 UA47 N1 Ir/min240 N n878. 0 N 77. 0cos N1 9 . 1 T K V495 2N EA410 2N I 0 I 2 X 1 X 2 R m T试用工程计算法计算异步电动机的下列参数：试用工程计算法计算异步电动机的下列参数： N Tk 2 R 1 R m s X 2 X 第六章三相异步电动机机械特性及第六章三相异步电动机机械特性及 各种运转状态各种运转状态 26 mN24949mN131319 . 1 N TKT Tm 0 N0 N n nn s 04. 0 250 240250 0279. 0 4103 49504. 0 3 N2 N2N 2

25、I Es R 5 .11 495 600095. 095. 0 N2 N1 E U k 2 22 kRR 69. 35 .110279. 0 2 8 . 2 473 600004. 095. 0 3 95. 0 N1 NN1 1 I sU R 1 2 N TTm KKss141. 0)19 . 19 . 1 (04. 0 2 第六章三相异步电动机机械特性及第六章三相异步电动机机械特性及 各种运转状态各种运转状态 27 12 250 506060 0 1 n f p 2 1 2 1 N 2 210 RR TK pU X T x 5 .248 . 28 . 2 131509 . 1210 123/

26、6000 2 2 2 25.125 .245 . 05 . 0 21 XXX 0932. 05 .11/25.12/ 22 22 kXX 258. 0 04. 0/69. 38 . 2 5 .24 / tg N21 21 N2 sRR XX N1 2 N1 cos1sin64. 077. 01 2 N2N1N1N10 tgcossin IIA7 .20A)258. 077. 064. 0(47 0 N1 0 3 95. 0 I U X 159 7 .203 600095. 0 第六章三相异步电动机机械特性及第六章三相异步电动机机械特性及 各种运转状态各种运转状态 28 第五节第五节 绕线转子异

27、步电动机调速及制动电阻的计算绕线转子异步电动机调速及制动电阻的计算 计算的方法是按已知条件，利用机械特性（一般是实用表达式）计算的方法是按已知条件，利用机械特性（一般是实用表达式） 进行，计算时必须注意不同运转状态下方程式中各参量的正负符号进行，计算时必须注意不同运转状态下方程式中各参量的正负符号 等不同特点。等不同特点。 8 . 6 T K r/min1460 N n A166 N2 I 例例6-26-2 某绕线转子异步电动机的铭某绕线转子异步电动机的铭 牌参数如下：牌参数如下： kW75 N P A144 N1 IV380 N1 U V399 N2 E （1）当负载转矩）当负载转矩 ， 要

28、求转速要求转速 时，时， 转子每相应串入多大的电阻转子每相应串入多大的电阻 （图中（图中B点）？点）？ N 8 . 0 TTz r/min500 B n 绕线转子异步电 动机的机械特性 第六章三相异步电动机机械特性及第六章三相异步电动机机械特性及 各种运转状态各种运转状态 29 （2）从电动状态（图）从电动状态（图1中中A点）点） 时换接到反接制动状态，如时换接到反接制动状态，如 果要求开始的制动转矩等于果要求开始的制动转矩等于 （图中（图中C点），则转子每相应该串点），则转子每相应该串 接多大电阻？接多大电阻？ N nnA N 5 . 1 T （3）如果该电动机带位能负载，负载转矩）如果该电

29、动机带位能负载，负载转矩 ，要求稳定的，要求稳定的 下放转速下放转速 r/min，求转子每相的串接电阻值。，求转子每相的串接电阻值。 N 8 . 0 TTz 300 D n 解解 0267. 0 1500 14601500 0 N0 N n nn s 053. 0 1163 3990267. 0 3 2N N2N 2 I Us R 62. 1053. 01 1445. 0 56. 4 1 2 R s s R m m fB 取取 （ 不合理）不合理） 56. 4 m s097. 0 m s 097. 056. 41 8 . 0 8 . 2 8 . 0 8 . 2 666. 0 2 N N N N

30、 或 T T T T sm（1） 第六章三相异步电动机机械特性及第六章三相异步电动机机械特性及 各种运转状态各种运转状态 30 考虑异步机的机械特性为直线考虑异步机的机械特性为直线, 对于固有特性对于固有特性 15. 0267. 08 . 222 N sKs Tm 66. 4666. 0 8 . 0 8 . 22 N N T T sm 6 . 1053. 01 149. 0 66. 4 fB R 对于人为特性对于人为特性 666. 0 Bx ss N 8 . 0 TTT Bx 973. 1 1500 14601500 0 N0 n nn sA （2） 57. 08 . 61 5 . 1 8 .

31、 2 5 . 1 8 . 2 973. 1 2 N N N N 或 T T T T sm 第六章三相异步电动机机械特性及第六章三相异步电动机机械特性及 各种运转状态各种运转状态 31 44. 2053. 01 1445. 0 8 . 6 fA R 取取 8 . 6 m s 取取57. 0 m s 16. 0053. 01 1445. 0 57. 0 fA R 考虑机械特性为直线考虑机械特性为直线 149. 0 m s37. 7973. 1 5 . 1 8 . 22 N N m T T s 57. 2053. 01 149. 0 37. 7 fC R （3） 2 . 1 1500 )300(15

32、00 0 0 n nn s D D ND TT8 . 0175. 0225. 81 8 . 0 8 . 2 8 . 0 8 . 2 2 . 1 2 或 N N N N m T T T T s 第六章三相异步电动机机械特性及第六章三相异步电动机机械特性及 各种运转状态各种运转状态 32 取取 （ 时不能稳定运转）时不能稳定运转）225. 8 m s 175. 0 m s 96. 2053. 01 1445. 0 225. 8 fD R 考虑机械特性为直线考虑机械特性为直线 149. 0 m s4 . 82 . 1 8 . 0 8 . 22 N N T T sm 94. 2053. 01 149.

33、 0 4 . 8 fD R 第六章三相异步电动机机械特性及第六章三相异步电动机机械特性及 各种运转状态各种运转状态 33 绕线转子异步电 动机能耗制动接 线图及特性 例例6-36-3 绕线转子异步电动机的铭牌数据同例绕线转子异步电动机的铭牌数据同例 6-2，设从额定点，设从额定点A换接到能换接到能 耗制动状态的运行点耗制动状态的运行点E（见下图），如果要求制动转矩的开始值等（见下图），如果要求制动转矩的开始值等 于电动机的额定转矩，求转子每相的串接电阻。能耗制动时的接线于电动机的额定转矩，求转子每相的串接电阻。能耗制动时的接线 如图，定子通入大小为如图，定子通入大小为 的直流电流，假如电动机的

34、空载电的直流电流，假如电动机的空载电 流流 。假定应考虑电动机磁路的饱和。假定应考虑电动机磁路的饱和。 0 5 . 2 I A80 0 I 解解 A200A805 . 25 . 2 0 IIA3 .163 3 2 1 II 04. 2 80 3 .163 0 1 1 I I i 第六章三相异步电动机机械特性及第六章三相异步电动机机械特性及 各种运转状态各种运转状态 34 已知，当已知，当 时，时， 04. 2 1 i5 . 1 m m4 . 1 m V mN503mN5 . 1 60/15002 3/3808033 0 0 m x mT m UI T 905. 0 399 38095. 095

35、. 0 N2 N1 U U k 0434. 0905. 0053. 0 22 22 kRR 0222. 04 . 1 3/380 0435. 080 20 m x m V U RI v 973. 0 1500 1460 0 N 0 n n n n v E E mN491mN 1460 75 95509550 N N N n P TTE 第六章三相异步电动机机械特性及第六章三相异步电动机机械特性及 各种运转状态各种运转状态 35 973. 0 973. 0 5052 490 m m v v 0947. 0998. 1 2 mm vv 2 947. 04998. 1998. 1 2 m v 773. 0225. 1或 取取225. 1 m v 87. 2053. 01 0222. 0 225. 1 1 2 R