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，一般表示为片=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=更为方便。又因转差率 s s 也可以用来表征转速，而且用 s 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T二,来表示机械特性，同时将 T T 作为横坐标，这样和原用二的图形是一致的。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：1 1.物理表达式丁=C 户 J；8色其中为异步电机的转矩常数；益为每极磁通；也为转子电流的折算值；2 后仍为转子回路的功率因数。

2、2 2.参数表达式38丝T=J JSS空L其中 7 7O O3 3.实用表达式277_HHCCSE浦其中 QxQx 为最大转矩，焉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力 E 及偿间的关系，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 1.固有机械特性图 15-115-1 三相异步电动机的固有机械特性F F 面对机械特性上反映其特点的几个特殊点进行分析:起动点刃：其特点是：总=0 0 仁=D D, ,T=7 僵,起动电流八二（447 7）1111；而实用表达式最适合用于进固有机械特性是

3、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打=,如图 15-115-1 所示。(2)(2)额定运行点艮其特点是：恤（=川，丁二%（3 3）同步速点:其特点是:用=均0=0)T=O4=。?H点是电动状态与回馈制动的转折点;2.2.人为机械特性人为的改变这些参数，就可得到不同的人为机械特性 O O化：(1)(1)降低电压?不变，%不变，因为丁 B:，北mU；,T 皿 B所以降低电压兄时，T T、7口均减小，其人为机械特性见图 15-215-2(2)(2)转子回路串联对称电阻图 15-215-2 三相异步电动机降低电压 5 时

4、的人为机械特性图15-315-3 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(4)(4)最大转矩点：电动状态最大转矩点0=,回馈制动最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、电抗号、足、几、题决定的。因此现介绍改变某些参数时人为机械特性的变大转矩点严，其特点是:由公式可以看出适用绕线式电机，叫不变，当我 3 3 增大,即串入五门，工二增大，限增大,d不变，其人为机械特性见图 15-315-3。(3)(3)定子回路串联对称电抗而减小，其人为机械特性见图 15-415-4。(4)(4)定子回路串联对称电

5、阻人为机械特性见图 15-515-5。图 15-415-4 三相异步电动机定子回路串联对称电抗时的人为机械特性图 15-515-5 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)(5)转子回路接入并联电阻和电抗图 15-615-6 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 15-6a15-6a 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，随着转一般用于鼠笼式异步电动机降压起动,为不变，1s理、喜迎、心随所串电抗工现值的增大同定子回路串联对称电抗，/不变，*理、丁鹏

6、、门工随所串电阻 S S值的增大而减小，其速升高，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。其人为机械特性*1*1 不变，低速时由于电阻流过的电流大，转矩比固有特性大，入由于电抗的串入略有减小，曲线见图 15-6bo15-6bo对于改变电源频率和电动机极对数的人为机械特性，在电机学有关章节中专门讨论，因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

7、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 1.电动运行状态图 15-715-7 电动运行状态下异步电动机的机械特性电动运行状态的特点是电动机转矩丁的方向与旋转的方向用相同，在图 15-715-7 的第 I I 及第IIIIII 象限绘出了电动状态下电动机的机械特性。第 I I 象限电动机工作在正向电动状态，第 IIIIII 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，

8、电动机由电网吸取电能，变换为机械能带动负载。2 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号的方向相反，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)(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耳 1 1, ,转差率转子感应电势必反向，转子电流的有功分量4匚醛色也反向，而转子电流的无功分量方向则不变，由相量图可以看出，定子电流也相应改变，1 1 和乙间的相位差角%9 口：此时定子功率六二僧囚 1co*co*例为负，即定子绕组将电能

9、回馈电网。同时转差率&Q电磁转矩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)(a)(b)图 15-815-8 异步电动机回馈制动的机械特性(a)(a)正向回馈制动(b)(b)反向回馈制动当电动机处于正向电动运行时，转速高于同步速为正向回馈制动，如图 15-8a15-8a 所示；当电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 15-8b15-8b 所示。本次实验做的是正向回馈制动，由一直流电动机

10、拖动异步电动机使其转速高于同步速。(2)(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。接线，转子回路串入较大电阻网，机械特性的最大转矩点到了第 iviv 象限。当接通电源，电动异步电动机带位能性负载，按正转机的起动转矩的方向与重物产生的负载转矩相反，而且,在重物u的作用下，迫使子绕组刚反接瞬间，工作点由,然后在电动机的转矩-T和负载转矩共同作用吗-（-用题1+内g=1电动机反芍的方向旋转，并在重物下降的方向加速。此时转差率均勺，随着一片的增加，e e、4 4 及 T T 均

11、增大，直到转矩增至 7 7= =2 2, ,转速稳定为一.2.2, ,此时重物以等速下降，稳定运行点在第 IVIV 象限的方点，如图 15-9b15-9b 所示，图中机械特性在第 IVIV 象限的部分（用实线表示）即为异步电动机转速反向的反接制动。（a a）（）（b b）图 15-915-9 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 a）电路图（b 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（昌 A1,A1,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

12、电阻电十&中。定子两相反接的反接制动异步电动机带动生产机械原在正向电动状态稳定运行（图 15-I0b15-I0b 中的工点），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*，见图 15-10a15-10a）, ,一埼一月明十修S=1定子相序改变，旋转磁场方向也改变，转子转向未变，转差率变为一1 1 公，耳 2 2、%、4 4 及 7 7 均与正向电动运行时相反，从而得到反向的机械特性如图 15-10b15-10b 所示。定下，电动机转速很快下降，相当于机械特性的段。在转速为零的 1 1 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

13、位能性负载，将继续加速进入反向回馈运行。(a)(b)(a)(b)图 15-1015-10 定子两相反接的反接制动的电路图与机械特性(a)(a)电路图(b)(b)机械特性定子两相反接的反接制动就是指机械特性的BC段。本次实验要做的是转速反向的反接制动，由一直流电动机拖动异步电动机使其反向旋转，模拟位能性负载。(3)(3)能耗制动状态异步电动机原在图 15-11b15-11b 所示的工点运行，相应于图 15-11a15-11a 电路图中,1,1 闭合，邑断开。为了迅速停车，开关转换，即当吊断开，电动机脱离电网时，立即将接通，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

14、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，可以确定出转矩方向与转速方向相反，即为制动转矩。可以证明，能耗制动的机械特性与定子接三相交流电源运行时的机械特性很相似，是一条具有正、负最大值，过用点的曲线，如图 15-11b15-11b 中的曲线 1 1、2 2 和 3 3。能耗制动的机械特性曲线在第 IIII 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 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 15-11b15-11b 曲线 3 3 所示。如果转子回路所串电阻不变而直流励磁电流增

15、大时，最大转矩增大，产生最大转矩的转速不变，如图 15-11b15-11b 曲线 2 2 所示。除图 15-11a15-11a 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。(a)(b)(a)(b)图 15-1115-11 异步电动机能耗制动的电路图与机械特性(a)(a)电路图(b)(b)机械特性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 15-11b15-11b 所示，从乂一 8 8 一 0,0,最后准确停在超二 0 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、实验目的了解三相

16、绕线式异步电动机在各种运行状态下的机械特性。、实验内容1 1.测定三相绕线异步电动机在电动运行状态下的机械特性。2 2.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3 3.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IIII实验线路如图 15-1215-12 所示，图中龌为被试三相绕线式异步电动机M09,其额定值为:4=10 丽，心=220,/脑=0.55H0.55H, ,弱川=14=1420r/min20r/min, ,G G 为作为负载用的直流电机取口 3 3, ,安装时和涡流测攻机/ /3 3 用联轴器直接联接（图虚线

17、所示）。三相电阻号选用挂件 W W 上的三只 9QU9QU、L L 刎的可调电阻，接成Y接法，即/4*/4*Q Q 端短接，4*4*% %，端接转子端；号选用挂件城弘一 0303 上的 9 9。口口（考虑到电枢电流故采用 9CW9CW900+900/900900+900/900）,实际接线为 4 4、A A 端短接，内为端短接，AA端短接，乂丁,3,3 端分别接向开关和电流表一端；式 n n 选用挂件次时一口 3 3 上的 1 1 吕 0 0。0 0（接 G G、心端，即两只 9090 口 0 0 串联）。异步电动机定子回路测量用的交流表厂和工选用主控屏左侧的交流电压表、电流表。直流电流表当选

18、用直流稳压电源上的电流表（工）；直流电流表工多选用直流电机励磁电源上的电流表（叼；直流电压表,选用山画上一。上的电压表，量程为3007。开关 H H、应为挂件 M5EM5ECi5FCi5F 上的巴、M M。1 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出调至最小（即“交流电源输出调节黑色旋钮逆时针旋到底）；电阻出调至最小，电阻出 1、五二调至最大；主控屏左侧的交流电压表、电流表、功率表的红色开关至“ONON 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”（即红色按钮弹出位

19、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 0 0 75W75W 量程档（0.0.7575 工按钮按下），电压表V选用 220,220,量程档（2 22020 厂按钮按下），功率表炉选用 Q7Q75 5 月量程档和 2020/量程档；0505 上的红色开关至，ON位置，电压表选择量程档；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 5 5、断开。图 15-1215-12 异步电机机械特性接线图操作步骤如下：(1)(1)合上电源开关(实验台左侧端面)，按下“闭合”按钮(左下方绿色按钮)，调节“交流电源输出调节黑色旋钮，使三相调压器输出电压升

20、高至 200200, ,并保持此电压不变。(1)(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，直至电流上升到倍额定电流。(2)(2)从 L25L25 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乙、转速制、转矩马，共取$ $6 6 组数据，记录于表 15-115-1 中。表 15-115-1 电动运行实验数据序号挂件乩的一 1313 上的红色开关置“ONON 位置,3 3 工”开关搬向上方，“转速控制/转矩控u*V*W*三相调压器十A0曷励磁电源直流稳压电源2.2.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作为

21、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用 1 1 旋转。在回馈制动状态下，异步电动机是由轴上输入转矩，此转矩即为直流电机的输出转矩。由于在本实验中转矩 B B 不能直接测量，而在忽略空载转矩后，直流电动机的靠将 7 7= =% %( (，在不变即不变的条件下，7 7s s,口，所以用直流电机电枢电流“代替飞得到和必=J成正比的用=/(,二特性曲线。操作步骤如下：(1)(1)接线如图 15-1215-12 不变，各电阻及开关位置同上，MEL-X3上的“3 3 刃”开关合向下方，起动异步电动机。调节三相调压器使输出电压= =200/200/, ,并保持此电压值不变。(2

22、)(2)合上直流发电机励磁电源开关及直流稳压电源开关，调节磁场调节电阻出 a a,使发电机7- -9595历川励磁电流-一并保持不变，测量直流发电机的输出电压与极性。按下直流稳压电源上的白色“复位”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，把合向电源端。(3)(3)开关*1*1 接通(即电阻 3131 短路)，增加直流稳压电源输出，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 I 象限进入第 IIII 象限回馈制动进行状态，直至异步电机的电流为额定值。(4)(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乙、转速制和直流电机电枢电流口，共取 5-65-6 组数据记录于表 15-215-2 中。表 15-215-2 回馈制动实验数据U=2C。=9595 移序号I。)花(rfmin)43 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 MCGMCG 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。在转速反向的反接制动