三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線-numbertainment

1、5.1 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,5.2 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng),5.3 三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng),5.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速,思考題與習(xí)題,本章首先討論三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，然后以機(jī)械特性為理論基礎(chǔ)，分析研究三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、制動(dòng)和調(diào)速等問題。,機(jī)械特性的物理表達(dá)式 機(jī)械特性的參數(shù)表達(dá)式 機(jī)械特性的實(shí)用表達(dá)式 固有機(jī)械特性 降低電壓時(shí)的人為機(jī)械特性 轉(zhuǎn)子回路串電阻時(shí)的人為機(jī)械特性,5 .1 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,一、物

2、理表達(dá)式,5.1.1 三相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的三種表達(dá)式,二、參數(shù)表達(dá)式,三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是指電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，由于電機(jī)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)差率之間存在一定的關(guān)系，所以異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性通常用 表示。,表明：三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是由主磁通 與轉(zhuǎn)子電流的有功分量 相互作用產(chǎn)生的。,說明：電磁轉(zhuǎn)矩與電源參數(shù)（Ｕ1、f1）、結(jié)構(gòu)參數(shù)（R、X、m、p）和運(yùn)行參數(shù)（s）有關(guān)。,三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

3、 曲線,在特性曲線上有兩個(gè)最大轉(zhuǎn)矩，最大轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)差率稱為臨界轉(zhuǎn)差率，可令 求得:,最大轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比稱為過載能力:,2、 越大， 越大； 與 無關(guān)。,1、 與 成正比； 與 無關(guān)。,3、 和 都近似與漏抗成反比,在特性曲線上還有一個(gè)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，即 時(shí)的轉(zhuǎn)矩:,結(jié)論：當(dāng)其它參數(shù)一定時(shí),1、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與電源電壓平方成正比；,2、頻率越高，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩越??；漏抗越大，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩越小；,3、繞線式電

4、動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子回路電阻越大，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩先增后減。,4、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù),三、實(shí)用表達(dá)式,工程上常根據(jù)電機(jī)的額定功率、額定轉(zhuǎn)速、過載能力來求出實(shí)用表達(dá)式。方法是：,將Tm和sm代入即可得到機(jī)械特性方程式。,利用電磁轉(zhuǎn)矩除以最大電磁轉(zhuǎn)矩可得電磁轉(zhuǎn)矩的實(shí)用表達(dá)式：,5.1.2 三相異步電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性和人為機(jī)械特性,一、固有機(jī)械特性,固有機(jī)械特性是指電動(dòng)機(jī)在額定電壓和額定頻率下，按規(guī)定的接線，定、轉(zhuǎn)子電路不外接阻抗時(shí)的機(jī)械特性。,幾個(gè)特殊點(diǎn)：,A,

5、B,C,D,1.起動(dòng)點(diǎn)A:,2.最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)B:,3.額定運(yùn)行點(diǎn)C,4.同步運(yùn)行點(diǎn)D,二、人為機(jī)械特性,人為機(jī)械特性是指人為改變電源參數(shù)或電動(dòng)機(jī)參數(shù)而得到的機(jī)械特性。,1. 降壓時(shí)的人為機(jī)械特性,下降后, 和 均下降, 但 不變, 和 減少。,如果電機(jī)在定額負(fù)載下運(yùn)行, 下降后, 下降, 增大, 轉(zhuǎn)子電流因 增大而增大,導(dǎo)致電機(jī)過載。長(zhǎng)期欠壓過載運(yùn)

6、行將使電機(jī)過熱，減少使用壽命。,2. 轉(zhuǎn)子回路串對(duì)稱電阻時(shí)的人為機(jī)械特性,串電阻后, 、 不變， 增大。,在一定范圍內(nèi)增加電阻，可以增加 。當(dāng) 時(shí) ，若再增加電阻， 減小。,串電阻后，機(jī)械特性線性段斜率變大，特性變軟。,除了上述特性外，還有改變電源頻率、極對(duì)數(shù)等人為機(jī)械特性。,三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)三相繞線異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng),5 . 2步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng),起動(dòng)指電動(dòng)機(jī)接通電源后由靜止?fàn)顟B(tài)加速到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的過程.對(duì)電

7、動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能要求：起動(dòng)電流小,起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大。,1.直接啟動(dòng)：起動(dòng)電流大，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩不大,起動(dòng)時(shí), ,轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大,使轉(zhuǎn)子電流大,根據(jù)磁動(dòng)勢(shì)平衡關(guān)系,定子電流必然增大.,從公式,起動(dòng)時(shí), ,遠(yuǎn)大于運(yùn)行時(shí)的 ,轉(zhuǎn)子漏抗 很大, 很低,盡管 很大,但 并不大.,由于起動(dòng)電流大,定子漏阻抗壓降大,使定子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)減小,對(duì)應(yīng)的氣隙磁通減小.,由上述兩個(gè)原因使得起動(dòng)轉(zhuǎn)矩不大.,5.2

8、.1 三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng),5.2.1 三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng),一、直接起動(dòng),可以直接起動(dòng)的條件：起動(dòng)電流倍數(shù),二、降壓起動(dòng),適用于正常運(yùn)行時(shí)定子繞組為三角形接線的電動(dòng)機(jī)。起動(dòng)時(shí) Y接；運(yùn)行時(shí)△接。,起動(dòng)電流關(guān)系:,Y- △ 降壓起動(dòng)多用于空載或輕載起動(dòng),1.Y-△ 降壓起動(dòng),,起動(dòng)轉(zhuǎn)矩關(guān)系:,,,2.自耦變壓器降壓起動(dòng),直接起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)電流：,降壓后二次側(cè)起動(dòng)電流：,變壓器一次側(cè)電流：,電網(wǎng)提供的起動(dòng)電流減小倍數(shù)：,起動(dòng)轉(zhuǎn)矩減小

9、的倍數(shù)：,自耦變壓器一般有三個(gè)分接頭可供選用。,,5.2.2 三相繞線型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng),一、轉(zhuǎn)子回路串電阻起動(dòng),在轉(zhuǎn)子回路中串聯(lián)適當(dāng)?shù)碾娮?既能限制起動(dòng)電流，又能增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。,為了有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、使起動(dòng)過程平滑，應(yīng)在轉(zhuǎn)子回路中串入多級(jí)對(duì)稱電阻，并隨著轉(zhuǎn)速的升高，逐漸切除起動(dòng)電阻。,,電動(dòng)機(jī)由a點(diǎn)開始起動(dòng)，經(jīng)b→c→d→e→f →g→h，完成起動(dòng)過程。,,起動(dòng)過程,,二、轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動(dòng),頻敏變阻器是一鐵損很大的三相電抗器。,起

10、動(dòng)時(shí)，S2斷開，轉(zhuǎn)子串入頻敏變阻器,S1閉合，電機(jī)通電開始起動(dòng)。,起動(dòng)時(shí), ,頻敏變阻器鐵損大,反映鐵損耗的等效電阻 大,相當(dāng)于轉(zhuǎn)子回路串入一個(gè)較大電阻。隨著 上升, 減小,鐵損減少,等效電阻 減小,相當(dāng)于逐漸切除 ,起動(dòng)結(jié)束,S2閉合，切除頻敏變阻器，轉(zhuǎn)子電路直接短路。,,5.3三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng),,5.3.1 能耗制動(dòng),實(shí)現(xiàn)：制動(dòng)時(shí)，S1斷開,電機(jī)脫離電網(wǎng)，同時(shí)S2閉合,在定子繞組中通入直流勵(lì)磁電流。,直流勵(lì)

11、磁電流產(chǎn)生一個(gè)恒定的磁場(chǎng)，因慣性繼續(xù)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子切割恒定磁場(chǎng)，導(dǎo)體中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流。感應(yīng)電流與磁場(chǎng)作用產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩為制動(dòng)性質(zhì)，轉(zhuǎn)速迅速下降，當(dāng)轉(zhuǎn)速為零時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流為零，制動(dòng)過程結(jié)束。,制動(dòng)過程中，轉(zhuǎn)子的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芟脑谵D(zhuǎn)子回路電阻上——能耗制動(dòng)。,對(duì)籠型異步電動(dòng)機(jī),可以增大直流勵(lì)磁電流來增大初始制動(dòng)轉(zhuǎn)矩 。,對(duì)繞線型異步電動(dòng)機(jī),可以增大轉(zhuǎn)子回路電阻來增大初始制動(dòng)轉(zhuǎn)矩 。,制動(dòng)電阻大?。?一、電源兩相反接的反接制動(dòng),,,5.

12、3.2 反接制動(dòng),實(shí)現(xiàn)：將電動(dòng)機(jī)電源兩相反接可實(shí)現(xiàn)反接制動(dòng)。,機(jī)械特性由曲線1變?yōu)榍€2，工作點(diǎn)由A→B →C，n=0,制動(dòng)過程結(jié)束。,繞線式電動(dòng)機(jī)在定子兩反接同時(shí),可在轉(zhuǎn)子回路串聯(lián)制動(dòng)電阻來限制制動(dòng)電流和增大制動(dòng)轉(zhuǎn)矩 ,曲線3。,二、倒拉反轉(zhuǎn)的反接制動(dòng),,,條件: 適用于繞線式異步電動(dòng)機(jī)帶位能性負(fù)載情況。,實(shí)現(xiàn)：在轉(zhuǎn)子回路串聯(lián)適當(dāng)大電阻RB。,電機(jī)工作點(diǎn)由A→B →C，n=0，制動(dòng)過程開始，電機(jī)反轉(zhuǎn)子，直到D點(diǎn)。在第四象限才是制動(dòng)狀態(tài)

13、。,,由于電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)，n1。,,反接制動(dòng)時(shí)，s>1，所以有,機(jī)械功率為,電磁功率為,機(jī)械功率為負(fù)，說明電機(jī)從軸上輸入機(jī)械功率；電磁功率為正說明電機(jī)從電源輸入電功率，并軸定子向轉(zhuǎn)子傳遞功率。,而,表明，軸上輸入的機(jī)械功率轉(zhuǎn)變成電功率后，連同定子傳遞給轉(zhuǎn)子的電磁功率一起消耗在轉(zhuǎn)子回路電阻上，所反接制動(dòng)的能量損耗較大。,,,5.3.3 回饋制動(dòng),實(shí)現(xiàn)：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子在外力作用下，使n>n1.,回饋制動(dòng)狀態(tài)實(shí)際上就是將軸上的機(jī)械能轉(zhuǎn)變

14、成電能并回饋到電網(wǎng)的異步發(fā)電機(jī)狀態(tài)。,一、下放重物時(shí)的回饋制動(dòng),首先將定子兩相反接,定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步速為-n1，特性曲線變?yōu)?。工作點(diǎn)由A到B。經(jīng)過反接制動(dòng)過程（由B到C）、反向加速過程（C到-n1變化），最后在位能負(fù)載作用下反向加速并超過同步速，直到C點(diǎn)保持穩(wěn)定運(yùn)行。,電機(jī)機(jī)械特性曲線1，運(yùn)行于A點(diǎn)。,,二、變極或變頻調(diào)速過程中的回饋制動(dòng),電機(jī)機(jī)械特性曲線1，運(yùn)行于A點(diǎn)。,電機(jī)工作點(diǎn)由A變到B，電磁轉(zhuǎn)矩為負(fù)， ，電機(jī)處于回饋

15、制動(dòng)狀態(tài)。,當(dāng)電機(jī)采用變極（增加極數(shù)）或變頻（降低頻率）進(jìn)行調(diào)速時(shí)，機(jī)械特性變?yōu)?。同步速變?yōu)?。,,5.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速,,由異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式,可知，異步電動(dòng)機(jī)有下列三種基本調(diào)速方法：,（1）改變定子極對(duì)數(shù) 調(diào)速。,（2）改變電源頻率 調(diào)速。,（3）改變轉(zhuǎn)差率 調(diào)速。,,5.4.1 變極調(diào)速,一、變極原理,變極調(diào)速只用于籠型電動(dòng)機(jī)。,以4極變2極為例：,U相兩個(gè)線圈，順向串聯(lián)，定子繞組產(chǎn)生4極磁場(chǎng)：,反向串聯(lián)和

16、反向并聯(lián)，定子繞組產(chǎn)生2極磁場(chǎng)：,二、三種常用變極接線方式,Y→反并YY，2p-p,Y→反串Y，2p-p,?→YY，2p-p,注意：　　　　　　　　　當(dāng)改變定子繞組接線時(shí)，必須同時(shí)改變定子繞組的相序,,,三、變極調(diào)速時(shí)容許輸出,容許輸出時(shí)是指保持電流為額定值條件下，調(diào)速前、后電動(dòng)機(jī)軸上輸出的功率和轉(zhuǎn)矩。,1. Y-YY聯(lián)結(jié)方式,Y-YY后,極數(shù)減少一半,轉(zhuǎn)速增大一倍,即 ，保持每一繞組電流為 ,則輸出功率和轉(zhuǎn)矩為,可見

17、，Y-YY聯(lián)結(jié)方式時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速增大一倍，容許輸出功率增大一倍，而容許輸出轉(zhuǎn)矩保持不變，所以這種變極調(diào)速屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，它適用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。,,,2. ?-YY聯(lián)結(jié)方式,?-YY后,極數(shù)減少一半,轉(zhuǎn)速增大一倍,即 ，保持每一繞組電流為 ,則輸出功率和轉(zhuǎn)矩為,可見，?-YY聯(lián)結(jié)方式時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速增大一倍，容許輸出功率近似不變，而容許輸出轉(zhuǎn)矩近似減少一半，所以這種變極調(diào)速屬于恒功率調(diào)速，它適用于恒功率負(fù)載。,同理可

18、以分析，正串Y-反串Y聯(lián)結(jié)方式的變極調(diào)速屬恒功率調(diào)速。,,四、變極調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性,1. Y-YY聯(lián)結(jié)方式,2. △-YY聯(lián)結(jié)方式,變極調(diào)速時(shí),轉(zhuǎn)速幾乎是成倍變化的,調(diào)速的平滑性較差,但具有較硬的機(jī)械特性,穩(wěn)定性好, 可用于恒功率和恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載.,5.4.2 變頻調(diào)速,一、電壓隨頻率調(diào)節(jié)的規(guī)律,當(dāng)轉(zhuǎn)差率s變化不大時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n基本與電源頻率f1正比，連續(xù)調(diào)節(jié)電源頻率，可以平滑地改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。但是，,頻率改變將影響磁路的飽和程度、

19、勵(lì)磁電流、功率因數(shù)、鐵損及過載能力的大小。為了保持變頻率前、后過載能力不變，要求下式成立：,,1、恒轉(zhuǎn)矩變頻率調(diào)速,此條件下變頻調(diào)速，電機(jī)的主磁通和過載能力不變。,對(duì)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載,2、恒功率變頻率調(diào)速,此條件下變頻調(diào)速，電機(jī)的過載能力不變，但主磁通發(fā)生變化。,對(duì)恒功率負(fù)載,得,,,二、頻率調(diào)速時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,變頻調(diào)速時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性可用下列各式表示,最大轉(zhuǎn)矩,起動(dòng)轉(zhuǎn)矩,臨界點(diǎn)轉(zhuǎn)速降,在基頻以下調(diào)速時(shí),保持 ,即恒轉(zhuǎn)

20、矩調(diào)速。,在基頻以上調(diào)速時(shí),電壓只能 ，迫使主磁通與頻率成反比降低，近似為恒功率調(diào)速。,,5.4.3 變轉(zhuǎn)差率調(diào)速,一、繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子串接電阻調(diào)速,繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子回路串接對(duì)稱電阻時(shí)的機(jī)械特性為,從機(jī)械特性看，轉(zhuǎn)子串電阻時(shí)，同步速和最大轉(zhuǎn)矩不變，但臨界轉(zhuǎn)差率增大。當(dāng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻的增大而減小。,設(shè) 、 、 是轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻 前的量， 、 、 是串聯(lián)電阻后的量， 則轉(zhuǎn)子串接的電阻