三相绕线式异步电动机各种运行状态下的机械特性

1、三相绕线式异步电动机各种运行状态下的机械特性原理简述机械特性是指其转速与转矩间的关系,一般表示为刃=/OT。由于三相异步电动机的机械特性呈非线性关系，所以函数表达式以转速为自变量，转矩为因变量，写为T = j 更为方便。又因转差率s也可以用来表征转速， 而且用s表示的机械特性表达式更为简洁，所以对三相异步电动机一般用 F来表示机械特性，同时将T作为横坐标，这样和原 2 j 的图形是 一致的。一、三相异步电动机机械特性的表达式三相异步电动机机械特性的表达式一般有三种:A加T其中1 .物理表达式为异步电机的转矩常数；为每极磁通，:为转子电流的折 算值，皿辄为转子回路的功率因数。2 参数表达式闻+岁

2、（石+苍S3 .实用表达式其中瞪遊为最大转矩，祕为发生最大转矩时的转差率。三种表达式其应用场合各有不同，一般物理表达式适用于定性分析丁与 及匚阳鶴 间而实用表达式最适合用于进的关系，参数表达式可以分析各参数变化对电动机运行性能的影响, 行机械特性的工程计算。二、三相异步电动机的机械特性1 .固有机械特性固有机械特性是指异步电动机在额定电压、额定频率下，电动机按规定方法接线， 定子及转子回路中不外接电阻（电抗或电容）时所获得的机械特性丁，如图15-1所示。(1)图15-1三相异步电动机的固有机械特性F面对机械特性上反映其特点的几个特殊点进行分析:起动点比：其特点是：袍=00= 1），F =兀，起

3、动电流人克=（4 -B咕；(2)额定运行点衣：其特点是：耳酣（吕=%），T = G，11=叫(3)同步速点H :其特点是:月=%（ = 0）7 = 0 厶=01 =厶円点是电动状态与回馈制动的转折点;(4)最大转矩点：电动状态最大转矩点F大转矩点 产，其特点是：=， =；由公式可以看岀2.人为机械特性由三相异步电动机机械特性的参数表达式可见,异步电动机的电磁转矩在某一转速下的数值,是由电源电压、频率、极对数及定转子电路的电阻、电抗尺1、用、忑、星匸决定的。因此人为的改变这些参数,化：就可得到不同的人为机械特性。现介绍改变某些参数时人为机械特性的变(1) 降低电压不变敲不变，因为硏，匚灿;丁唤试

4、，所以降低电压S时，T、J、均减小，其人为机械特性见图15-2。(2) 转子回路串联对称电阻匚几以iJ；图15-2三相异步电动机降低电压时的人为机械特性图15-3三相异步电动机转子回路串联对称电阻时的人为机械特性适用绕线式电机，用1不变，当说H增大，即串入耳增大，兀K不变，其人为机械特性见图15-3。(3) 定子回路串联对称电抗一般用于鼠笼式异步电动机降压起动,随所串电抗Xyr值的增大而减小，其人为机械特性见图15-4。(4) 定子回路串联对称电阻同定子回路串联对称电抗，不变,耳、&随所串电阻止才值的增大而减小，其人为机械特性见图15-5。图 15-4图 15-5三相异步电动机定子回路串联对称

5、电抗时的人为机械特性三相异步电动机定子回路串联对称电阻时的人为机械特性(5) 转子回路接入并联电阻和电抗图15-6三相异步电动机转子回路接入并联电阻和电抗时的人为机械特性适用于绕线式电机。转子回路接入并联电阻和电抗如图15-6a所示，起动过程中，电抗值随转子回路的频率变化，转速较低即频率较高时电抗值较大，转子电流大部分流过电阻，随着转速升高，电抗逐步减小，流过电阻的电流逐步减小，流过电抗的电流逐步增大，起动结束后，几乎全部转子电流都流过电抗，近乎将并联的电阻开路。如果参数配合适当， 电动机在整个加速过心由于电抗的串入程中产生几乎恒定的转矩，绕线式异步电动机转子串联频敏变阻器起动即应用了上述原理

6、。其人为机械特性芹1不变，低速时由于电阻流过的电流大，转矩比固有特性大,略有减小，曲线见图15-6b。电机学有关章节中专门讨论， 因对于改变电源频率和电动机极对数的人为机械特性，在 本次实验不包括这些内容，此处就不再介绍。三、三相异步电动机的各种运行状态与直流电动机相同，三相异步电动机也可工作于两大运行状态，即电动运行状态和制动运行状态。在交流电力拖动系统运行时，拖动不同负载的条件下，改变异步电动机电源电压的大小、 相序及频率，或者改变绕线式异步电动机转子回路所串电阻等参数，三相异步电动机可以运行在四个象限的各种不同状态。1.电动运行状态15-7电动运行状态下异步电动机的机械特性电动运行状态的

7、特点是电动机转矩T的方向与旋转的方向*2相同，在图15-7的第I及第III象限绘岀了电动状态下电动机的机械特性。第I象限电动机工作在正向电动状态，第III象限相当于电动机改变相序后，工作在反向电动状态。 在电动状态下运行，电动机由电网吸取电能，变换为机械能带动负载。2 .制动运行状态与直流电动机相同，异步电动机也可工作于回馈制动、反接制动及能耗制动三种制动状态。其共同的特点是电动机转矩丁与转速冷的方向相反，以实现制动。此时电动机由轴上吸收机械 能，并转换为电能，或消耗在电阻中，或反馈回电网。(1)回馈制动当异步电动机由于某种原因，例如位能性负载的作用，使其转速高于同步速丹1，转差率，转子感应电

8、势 反应2反向，转子电流的有功分量r;cow径也反向，而转子电流的无功分量方向则不变，由相量图可以看岀，定子电流也相应改变,S和厶间的相位差角此时定子功率 R = 叫人片cos为负，即定子绕组将电能回馈电网。同时转差率0，电磁转矩T 0，电磁转矩的方向和转向相反，在转子轴上产生制动转矩。综上所述，当转速高于同步速时，电动机处于回馈制动运行状态。回馈制动状态一般用于位能性负载下放，以获得稳定的下放速度，或异步电动机变极调速由少极数变为多极数时发生。(a)(b)图15-8异步电动机回馈制动的机械特性(a)正向回馈制动(b) 反向回馈制动如图15-8a所示；当电动当电动机处于正向电动运行时，转速高于

9、同步速为正向回馈制动，机处于反向电动运行时，转速高于同步速为反向回馈制动，如图15-8b所示。本次实验做的是正向回馈制动，由一直流电动机拖动异步电动机使其转速高于同步速。(2)反接制动状态实现反接制动可有转速反向和定子两相反接两种方法，分别讨论如下: 转速反向的反接制动(或称倒拉反转制动)转速反向的反接制动与直流电动机的电势反接制动相似。异步电动机带位能性负载，按正转接线，转子回路串入较大电阻，机械特性的最大转矩点到了第IV象限。当接通电源，电动机的起动转矩的方向与重物G产生的负载转矩相反，而且J *込，在重物G的作用下，迫使2现一（呵=辽“随着的增加，武、厶及T均增大，直到转矩增至-2，转速

10、稳定为-丹2，此时重物以等速下降，稳定运行点在第IV象限的占点，如图15-9b所示，图中机械特性在第IV象限的电动机反爲！的方向旋转，并在重物下降的方向加速。此时转差率部分（用实线表示）即为异步电动机转速反向的反接制动。(b)科叭1-*110r： 1r-勺丿图15-9三相绕线式异步电动机转速反向的反接制动电路图和机械特性（a）电路图(b)机械特性这种制动与前述回馈制动一样，可用于起重机的重物下放，这也属于一种稳定运行状态。电动机在反接制动状态时，它由轴上输入机械功率（e b马为负），同时，定子又通过气隙向转子输送电功率，这两部分合起来消耗在转子电路的总电阻中。定子两相反接的反接制动异步电动机带

11、动生产机械原在正向电动状态稳定运行（图15-10b中的丄点），为了迅速停车或反向，可将定子两相反接（如为绕线式转子，可同时在转子回路中串联电阻 戏f，见图 15-10a），定子相序改变，旋转磁场方向也改变，转子转向未变，转差率变为L 込、工及丁均与正向电动运行时相反，从而得到反向的机械特性如图15-10b所示。定子绕组刚反接瞬间，工作点由丿转移到占，然后在电动机的转矩 一和负载转矩 5共同作用下，电动机转速很快下降，相当于机械特性的眈段。在转速为零的D点，如不切断电源，电动机将反向加速，进入反向电动运行状态，如果是位能性负载，将继续加速进入反向回馈运行。-TB(b)图15-10定子两相反接的反

12、接制动的电路图与机械特性(a)电路图(b)机械特性定子两相反接的反接制动就是指机械特性的EC段。本次实验要做的是转速反向的反接制动, 拟位能性负载。由一直流电动机拖动异步电动机使其反向旋转,(3)能耗制动状态异步电动机原在图15-11b所示的丿点运行，相应于图15-11a电路图中闭合，$2断开。为了迅速停车，开关转换，即当1断开，电动机脱离电网时，立即将Eq接通，则在定子两相绕组中通入直流电流， 在定子内形成一固定磁场。当转子由于惯性而仍在旋转时，其导体即切割该磁场，在转子中产生感应电动势和转子电流。根据左手定则，可以确定岀转矩方向与转速方向相反，即为制动转矩。是一条具可以证明，能耗制动的机械

13、特性与定子接三相交流电源运行时的机械特性很相似, 有正、负最大值，过鬥=0点的曲线，如图15-11b中的曲线1、2和3。能耗制动的机械特性曲线在第II象限。如果以转子不外串电阻，定子直流励磁电流为某一定值时的曲线1为基准，如果增大转子回路所串电阻而直流励磁电流不变时，最大转矩不变， 产生最大转矩的转速增加，如图15-11b曲线3所示。如果转子回路所串电阻不变而直流励磁电流增大时，最大转矩增大，产 生最大转矩的转速不变，如图15-11b曲线2所示。除图15-11a所示的两相绕组通入直流电流外，根据绕组接法的不同，还可以有其它的方法 给定子绕组通入直流电流。-T Gk 2 札 1J2(b)图 15

14、-11异步电动机能耗制动的电路图与机械特性(a)电路图(b)机械特性II若三相异步电动机带动反抗性恒转矩负载运行时，采用能耗制动停车，电动机的运行点在第 象限，如图15-11b所示，从丘TO，最后准确停在也=0处。实验十五三相绕线式异步电机在各种运行状态下的机械特性实验一、实验目的了解三相绕线式异步电动机在各种运行状态下的机械特性。二、实验内容.测定三相绕线异步电动机在电动运行状态下的机械特性。.测定三相绕线异步电动机在正向回馈(也叫再生发电)制动运行状态下的机械特性。.测定三相绕线异步电动机在转速反向的反接制动运行状态下的机械特性。三、实验说明及操作步骤实验线路如图15-12所示，图中施 为

15、被试三相绕线式异步电动机M09，其额定值为:弓J =10俩，巧=22附，讣=0一5/ , SfiTnin , G?为作为负载用的直流电机，安装时和涡流测攻机TH用联轴器直接联接（图虚线所示）。三相电阻农选用挂件 妙丄-M上的三只90G、1.站的可调电阻，接成K接法，即禺 论 G端短接，如给 端接转子端；鬲选用挂件MSE - 0弓上的90DG （考虑到电枢电流 0.4M，故采用900 900+900X900）,实际接线为禺4端短接，月r氏端短接，务 场端短接，禺 禺端分别接向开关和电流表一端；&选用挂件 倔Z-IB上的lEOOG（接G端，即两只900C串联）。异步电动机定子回路测量用的交流表和厘

16、选用主控屏左侧的交流电压表、电流表。直流电流表舄 选用直流稳压电源上的电流表（占）；直流电流表选用直流电机励磁电 源上的电流表（曲）；直流电压表 厂选用 血E-06上的电压表，量程为300*开关1、尿为挂件 0曲上的爲、虽。1 .测定三相绕线转子异步电动机在电动运行状态下的机械特性操作前三相调压器输岀调至最小（即“交流电源输岀调节”黑色旋钮逆时针旋到底）；电阻忍调至最小，电阻 尺1、&调至最大;主控屏左侧的交流电压表、电流表、功率表的红色开关至“ ON位置。各仪表的量程选择： 若各表的“自动/手动”按钮选择“自动”（即红色按钮按下位置），那么各表量程选择按钮 （白色）可不选择；若选择“手动”（

17、即红色按钮弹岀位置），那么应选择各表量程。本次实验各表 量程选择为：电流表 选用a乃盘量程档（山巧占按钮按下），电压表 厂选用220*量程档（22W按钮按下），功率表陌选用0仍丄量程档和22W量程档;上的红色开关至“ ON位置，电压表选择300卩量程档;挂件MSL-13 上的红色开关置“ ON位置，“3虫”开关搬向上方，“转速控制 /转矩控 制”转换开关搬向“转矩控制”端，“转矩设定”旋钮逆时针调到头，即负载最小位置;开关1、断开。操作步骤如下:U V* 三相调压器十 Aowe -励磁电源D/S1 3宜流稳a电源十 -图15-12异步电机机械特性接线图（1）合上电源开关（实验台左侧端面），按下

18、“闭合”按钮（左下方绿色按钮），调节“交流电源输岀调节”黑色旋钮，使三相调压器输岀电压升高至200*，并保持此电压不变。（1）电动机起动后，顺时针缓慢调节“转矩设定”旋钮,异步电动机负载增加，定子电流升高，直至电流上升到 1卫5倍额定电流。（2）从1卫5倍额定电流开始，逐渐减小负载直至空载,在这范围内读取异步电动机定子电流1、转速昭、转矩第，共取组数据，记录于表15-1 中。表15-1 电动运行实验数据!7= 200r序号笃(M琬)2 .测定三相绕线转子异步电动机正向回馈制动机械特性这里用直流电机 03作为电动机运行，和异步电动机同方向旋转，拖动被试的异步电动机 超过同步速丹1旋转。轧，在在回

19、馈制动状态下， 异步电动机是由轴上输入转矩，此转矩即为直流电机的输岀转矩。由于 在本实验中转矩爲不能直接测量，而在忽略空载转矩后，直流电动机的不变即不变的条件下，Tea，所以用直流电机电枢电流J代替爲得到和总=了居)成正比的忌=了(0特性曲线。操作步骤如下:(1) 接线如图15-12不变，各电阻及开关位置同上，MBL-3上的“ 3占”开关合向下方，起动异步电动机。调节三相调压器使输岀电压0 = 20CF，并保持此电压值不变。(2)合上直流发电机励磁电源开关及直流稳压电源开关，调节磁场调节电阻应,使发电机励磁电流r - 55并保持不变，测量直流发电机的输岀电压与极性。按下直流稳压电源上的白色“复

20、位”按钮， 调节“电压调节”旋钮使电源电压与直流发电机电压大小相等,并且极性相同，把用卫合向电源端。(3)开关接通(即电阻尺1短路)，增加直流稳压电源输岀，使电枢电压升高，电机转速上升,当电机转速为同步转速时，异步电机电流达最小值，继续调高电枢电压，则异步电机从第I象限进入第II象限回馈制动进行状态，直至异步电机的电流为额定值。A、转速昭和直流电表15-2回馈制动实验数据?7= 2005加(4)从同步速时的电流到额定电流范围内，测取异步电动机定子电流 机电枢电流旦，共取5-6组数据记录于表15-2中。序号U4)3 .测定三相绕线转子异步电动机转速反向的反接制动运行状态下的机械特性这里用直流电机 03作为电动机运行，和异步电动机反方向旋转，模拟位能性负载