机电传动控制 第五章3

由于异步电动机对电网电压的波动非常敏感,运行时, 由于异步电动机对电网电压的波动非常敏感,运行时,如电压 降低太多,会大大降低它的过载能力与启动转矩, 降低太多,会大大降低它的过载能力与启动转矩,甚至使电动机发 生带不动负载或者根本不能启动的现象. 生带不动负载或者根本不能启动的现象. 例如, 例如,电动机运行在额定负载 TN 下,即使 λm=2 ,若电网电 则由于这时. 压下降到 70%UN ,则由于这时.
式中, 1和 X1( X 1 = 2π f 1 LL1 )为定子每相绕组的电阻和漏磁感抗. 为定子每相绕组的电阻和漏磁感抗. 式中, 为定子每相绕组的电阻和漏磁感抗 R 由于R 较小,其上电压降与电动势E 比较起来,常可忽略, 由于 1和X1较小,其上电压降与电动势 1比较起来,常可忽略, 于是
U1 = E
cos 2 = 1
cos 2 = 0
cos 2 < 1
四.机械特性 在异步电动机中, 为了符合习惯画法, 在异步电动机中,转速 n=(1-S)n0,为了符合习惯画法,可 将曲线换成转速与转矩之间的关系曲线, 将曲线换成转速与转矩之间的关系曲线,即称为异步电动机的 机械特性. 机械特性. 1.固有机械特性 . 异步电动机在额定电压和额定频率下,用规定的接线方式, 异步电动机在额定电压和额定频率下,用规定的接线方式, 额定电压和额定频率下 定子和转子电路中不串联任何电阻或电抗时的机械特性称为固 定子和转子电路中不串联任何电阻或电抗时的机械特性称为固 自然)机械特性. 有(自然)机械特性.
在 n=0 ,即 S=1 时,转子感抗为 X 20 = 2πf1 LL2 为转子最大感抗 X 2 = SX 20
转子每相电路的电流为
I2 = E2
2 2 R2 + X 2
=
SE 20
2 R2 + ( SX 20 )2
可见转子电流I2也与转差率 有关.当S增大,即转速 降低时, 有关. 增大, 降低时, 可见转子电流 也与转差率S有关 增大 即转速n降低时 转子与旋转磁场间的相对转速增加, 转子与旋转磁场间的相对转速增加,转子导体被磁力线切割的速度 提高,于是E 增加, 也增加. 提高,于是 2增加,I2也增加. 转子电路的功率因数
改变电源电压时的人为特性如图所示: 改变电源电压时的人为特性如图所示:
如当定子绕组外加电压为U 如当定子绕组外加电压为 N,0.8UN,0.5UN时,转子输出最 大转矩分别为T 可见, 大转矩分别为 a=Tmax, Ta=0.64Tmax和Ta=0.25Tmax .可见,电压 愈低,人为特性曲线愈往左移. 愈低,人为特性曲线愈往左移.
式中: 式中
n0 nN SN = n0
PN——电动机的额定功率; 电动机的额定功率; 电动机的额定功率 nN——电动机的额定转速,一般 nN = (0.94 ~ 0.985)n0 电动机的额定转速, 电动机的额定转速 SN——电动机的额定转差率,一般 S N = 0.06 ~ 0.015 电动机的额定转差率, 电动机的额定转差率 TN——电动机的额定转矩. 电动机的额定转矩. 电动机的额定转矩
λst = 1.0 ~ 1.2
(4)T = Tmax , n = nm , S = Sm
电动机的临界工作点. 电动机的临界工作点. 欲求转矩的最大值, 欲求转矩的最大值,可令
dT dn =0
得临界转差率 再将S 代入转矩公式中, 再将 m代入转矩公式中,即可得
Tmax = K U2 2 X 20
Sm = R2 / X 20
5.3 三相异步电动机的转矩特性和机械特性 . 一,三相异步电动机的定子电路 三相异步电动机的电磁关系同变压器类似, 三相异步电动机的电磁关系同变压器类似,定子绕组相当 于变压器的原绕组,转子绕组(一般是短接的)相当于副绕组. 于变压器的原绕组,转子绕组(一般是短接的)相当于副绕组. 定子绕组接上三相电源电 压(相电压为u1)时,则有三 相电压为 相电流通过(相电流为i1), 相电流通过(相电流为 定子三相电流产生旋转磁场, 定子三相电流产生旋转磁场, 其磁力线通过定子和转子铁心 而闭合, 而闭合,这磁场不仅在转子每 相绕组中要感应出电动势e 相绕组中要感应出电动势 2, 而且在定子每相绕组中也要感 应出电动势e 应出电动势 1
p( n0 n ) n0 n pn0 f2 = = = Sf1 60 n0 60
在 n=0 ,即S=1时,转子电动势为 时 E 20 = 4.44 f1 N 2Φ E 2 = SE 20 可见转子电动势E 与转差率S有关 有关. 可见转子电动势 2与转差率 有关. 为转子最大电动势
和定子电流一样,转子电流也要产生漏磁通, 和定子电流一样,转子电流也要产生漏磁通,从而在转子每相 绕组中还要产生漏磁电动势. 绕组中还要产生漏磁电动势. di eL2 = LL2 2 dt 因此,对于转子每相电路, 因此,对于转子每相电路,有
di 2 e2 = i2 R2 + ( eL2 ) = i2 R2 + LL2 dt 如用复数表示, 如用复数表示,则为 E2 = I 2 R2 + ( E L2 ) = I 2 R2 + jI 2 X 2
式中, 式中,R2和X2——转子每相绕组的电阻和漏磁感抗 转子每相绕组的电阻和漏磁感抗
X 2 = 2πf 2 LL2 = 2πSf1 LL2
设定子和转子每相绕组的匝数分别为N1和 , 设定子和转子每相绕组的匝数分别为 和 N2,如图所示电路 图是三相异步电动机的一相电路图. 图是三相异步电动机的一相电路图.
旋转磁场的磁感应强度沿定子与转子间空气隙的分布是近于按 正弦规律分布的,因此,当其旋转时, 正弦规律分布的,因此,当其旋转时,通过定子每相绕相的磁通也 是随时间按正弦规律变化的, 是随时间按正弦规律变化的,
N2 K = Kt 4.44 f1 N 12
式中,K——与电动机结构参数,电源频率有关的一个常数; 式中, 与电动机结构参数,电源频率有关的一个常数; 与电动机结构参数 U1 ,U——定子绕组电压,电源相电压; 定子绕组电压, 定子绕组电压 电源相电压; R2——转子每相绕组的电阻; 转子每相绕组的电阻; 转子每相绕组的电阻 X20 ——电动机不动(S=1)时转子每相绕组的感抗. 电动机不动( 电动机不动 )时转子每相绕组的感抗.
(1)T = 0 , n = n0 , S = 0
电动机处于理想空载工作点, 电动机处于理想空载工作点 ,此时电动机的转速为理想空载 转速. 转速.
(2)T = TN , n = nN , S = S N
电动机额定工作点. 电动机额定工作点.此时额定转 矩和额定转差率为
PN TN = 9.55 nN
由克希荷夫电压定律 加在定子每相绕组上的电压也分成三个分量,即 加在定子每相绕组上的电压也分成三个分量, di1 u1 = i1 R1 + ( e L1 ) + ( e1 ) = i1 R1 + LL1 + ( e1 ) dt 如用复数表示, 如用复数表示,则为
U1 = I1 R1 + ( E L1 ) + ( E1 ) = I1 R1 + jI1 X 1 + ( E1 )
U 1 ≈ E1
二,三相异步电动机的转子电路 旋转磁场在转子每相绕组中感应出的电动势为 dφ e2 = N 2 dt 其有效值为
E 2 = 4.44 f 2 N 2Φ = 4.44 SfN 2Φ
式中, 为转子电动势e 或转子电流i 的频率. 式中,f2为转子电动势 2或转子电流 2的频率 因为旋转磁场和转子间的相对转速为 n0-n
由于X 由于 20>R2,得Tmax>Tst
通常把在固有机械特性上最大电磁转矩与额定转矩之比
λm = Tmax / TN
称为电动机的过载能力系数. 称为电动机的过载能力系数.它表征了电动机能够承受冲 击负载的能力大小,是电动机的又一个重要运行参数. 击负载的能力大小,是电动机的又一个重要运行参数. 鼠笼式异步电动机 线绕式异步电动机 什么是闷车? 什么是闷车?
λm = 1.8 ~ 2.2
λ m = 2 .5 ~ 2 .8
2.人为机械特性 . 由上述分析可知:异步电动机的机械特性与电动机的参数有关, 由上述分析可知:异步电动机的机械特性与电动机的参数有关, 也与外加电源电压,电源频率有关, 也与外加电源电压,电源频率有关,将关系式中的参数人为地加以 改变而获得的特性称为异步电动机的人为机械特性. 改变而获得的特性称为异步电动机的人为机械特性.
Байду номын сангаасR2 R2
因 I 2 = R 2 + ( SX )2 cos 2 = R 2 + X 2 = R 2 + (SX )2 2 2 2 20 2 20
U 1 φ= 4.44 f N 1 1
SR2U 2 SR2U 12 ……转矩特性 所以 T = K 转矩特性 =K 2 2 R2 + ( SX 20 )2 R2 + ( SX 20 )2
T = K t ΦI 2 cos 2
I2
cos 2
T
I2
cos 2
0
S
0
S
根据
T=K
SR2U 2
2 R2 + (SX 20 ) 2
n0 n S= n0
三相异步电动机的固有机械特性曲线如图所示. 三相异步电动机的固有机械特性曲线如图所示.
从特性曲线上可以看出, 从特性曲线上可以看出,其 上有四个特殊点可以决定特性曲 线的基本形状和异步电动机的运 行性能,这四个特殊点是: 行性能,这四个特殊点是:
60 f n0 = p n0 nm R2 = Sm = X 20 n0 U2 Tmax = K 2 X 20 R2U 2 Tst = K 2 2 R2 + X 20 λ = Tmax TN