第十章三相异步电动机的机械特性及各种运转状态

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,单击此处编辑母版标题样式,电机学及拖动基础,重庆大学自动化学院,电机学及拖动基础,第十章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态,2,主要内容,第一节 机械特性的三种表达式,第二节 固有机械特性与人为机械特性,第三节 各种运转状态,第四节,三绕线转子异步电动机调速,及制动电阻的计算,3,第一节 机械特性的三种表达式,直流电力拖动和交流电力拖动的共同问题,稳定性,机械特性和负载特性的配合,机械特性,也是指转速与转矩间的关系,n=,f(T,),，包括：固有机械特性和人为机械特性,负载转矩特性,也是负载转矩与转速间的关系,T,z,=,f(n,),，包括：恒转矩负载、恒功率负载、通风机负载,机械特性,物理表达式,参数表达式,实用表达式,4,一、物理表达式,机械特性的物理表达式：,C,T1,异步电动机的转矩系数,m,异步电动机每极磁通,转子电流的折算值,转子电路的功率因数,显然，,5,由物理表达式绘制异步电动机的机械特性曲线：,转子电流公式,n=,f,(I,2,),转子电路功率因数公式,n=,f,(cos,2,),上述两条曲线相乘并乘以,C,T1,m,n=,f,(T,),第一种表达式中，三个量在物理上遵循左手定则,物理表达式,表明：,电动机的电磁转矩,T,与气隙磁通,m,及转子电流有功分量 的乘积成正比,物理表达式适用于对三相异步电动机进行定性分析,6,二、参数表达式,物理表达式不能直接反映异步电动机转矩与电动机一些参数（如定子相电压,U,、,s,、,R,1,、,R,2,、,X,1,、,X,2,）间的关系，因此必须推导出机械特性的参数表达式,参数表达式适用于分析参数变化对电动机运行性能的影响,参数表达式推导：,7,由参数表达式绘制异步电动机的机械特性曲线：,8,几个重要参数,临界转差率：,最大转矩：,对,s,求导，令,dT/ds,=0,其中，正号对应于电动机状态，负号对应于发电机状态,9,结论：,1,）当电动机各参数及电源频率不变时，,T,max,与,U,2,成正比，,s,m,则保持不变，与,U,无关；,2,）当电源频率及电压不变时，,s,m,与,T,max,近似地与,X,1,+X,2,成反比；,3,）,T,max,与,R,2,之值无关，,s,m,则与,R,2,成正比。,推论：,对于绕线转子异步电动机，当转子电路串联某一恰当电阻,R,Q,时，可使,s,m,=1,（相当于,n=0,），即起动时转矩达到最大值,T,max,。显然，此时：,由上述公式可知：,（参见,T-s,曲线关系）,10,异步电动机接到电源开始起动时的电磁,转矩（,s=1,，,n=0,）,对于绕线转子异步电动机，转子电路串联附加电阻，可以改善起动特性,过载倍数,如果负载转矩,T,z,T,max,，电动机将会停转,为保证电动机不会因为短时过载而停转，电动机必须具有一定的,过载倍数,K,T,反映了电动机,短时过载的极限,起动转矩,11,对于笼型转子异步电动机，转子电路不能串联附加电阻，此时，,T,st,与,T,N,的比值称为,起动转矩倍数,K,st,是笼型异步电动机的一个参数，反映了电动机的起动能力。,起动转矩倍数,参数表达式适用于分析,T,与电动机参数之间的关系。,根据参数表达式绘制机械特性，需要知道相关的参数（如,R,1,、,R,2,、,X,1,、,X,2,等）,通常情况下，电动机产品目录中没有这些参数，因此需要导出,实用表达式,12,三、实用表达式,忽略,R,1,得到实用表达式,T,max,及,S,m,可根据电动机产品目录中查到的数据进行计算,13,T,z,T,N,时,，,s/s,m,n,s,，,s|-n,s,|,后，,反向回馈制动,状态,n,s,29,功率传递方向,P,e,=3I,2,2,（,R,2,+R,f,）,/s,0,，,转子由定子输入电磁功率,P,2,=P,e,(1-s),0,，电动机由轴上机械功率,P,2,=P,e,-P,2,消耗在转子电路的总电阻,（,R,2,+R,f,）,上,30,（三）能耗制动状态,实现,K,1,断开，,K,2,闭合，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。,制动过程,由于惯性，转速仍为,n,切割磁力线,感应电势,感应电流,电磁力,制动转矩,在制动转矩和负载转矩共同作用下，转子减速至,0,能耗制动可以使反抗性负载准确停机，也可以使位能性负载匀速下放,N,S,n,31,能耗制动特性,改变转子串联电阻,转子内电阻增加而直流励磁电流不变时，,产生最大转矩时的转速增加，最大转矩保持不变,，如特性曲线,1,、,3,所示，特性,3,对应串联较大电阻。类似于正常工作时，转子电路串电阻的情况。,改变定子直流励磁电流,转子电路的串联电阻不变而直流励磁电流增加时，,临界转差率不变，最大转矩增大,，如特性,1,、,2,所示，特性,2,对应较大直流励磁电流。,类似于正常工作时改变定子电压的情况。,32,三、运转状态小结,异步电动机运转状态的四象限分析：,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。,正向回,馈制动,正向,电动,反向电动,倒拉反,接制动,反向回馈制动,能耗,制动,两相反接制动,33,第五节 绕线转子异步电动机调速,及制动电阻的计算,计算的目的,决定一个适当的电阻,R,f,，在绕线转子异步电动机调速及制动时串入转子电路，以保证获得运行所需要的调速及制动特性。,计算方法：,一般的计算思路如下：,1,）,由产品目录计算,固有机械特性的,s,m,；,2,）,由实用表达式计算,人为机械特性的,s,m,；,3,）,由下列关系，计算串联的,附加电阻,R,f,：,计算中应注意不同运转状态下各参量正负号等不同特点,34,例,10-2,某绕线转子异步电动机的铭牌参数如下：,r/min,1460,N,=,n,A,166,N,2,=,I,A,144,N,1,=,I,（,1,）当负载转矩 ，要求转速 时，转子每相应串入多大的电阻（图中,B,点）？,r/min,500,=,B,n,（,2,）从电动状态（中,A,点）时换接到反接制动状态，如果要求开始的制动转矩等于 （图中,C,点），则转子每相应该串接多大电阻？,（,3,）如果该电动机带位能负载，负载转矩 ，要求稳定的下放转速,r/min,，求转子每相的串接电阻值。,35,解,求,s,N,和,R,2,（,1,）求,R,fB,1,）采用实用表达式计算,R,fB,：,根据固有特性求,s,m,s,=,s,x,时，,T,=,T,x,，临界转差率为,36,取 （不合理，舍去）,37,2),采用简化表达式计算,R,fB,机械特性为直线,1,）采用实用表达式计算：,（,2,）求,R,fC,38,取,取,2,）采用简化表达式计算,机械特性为直线,39,取 （时不能稳定运转）,（,3,）求,R,fD,1,）采用实用表达式计算：,2,）采用简化表达式计算,机械特性为直线,40,本章小结,掌握,三种机械特性方程表达式的,适用范围,掌握,固有机械特性的,4,个特殊运行点,掌握,人为机械特性的,特点,掌握,三相异步电动机的,各种运转状态,熟练计算,绕线式转子异步电动机,调速及制动电阻,41,第十章 结 束,42,