三相异步电动机原理及特性教案

第五章 三相异步电动机的电力拖动运行

5.1 三相异步的电动机的机械特性)(s f T em = (转矩-转差率曲线)

一、机械特性表达式)(s f T em =

(一)物理表达式: Tem 2'

2'2cos ψI C I C T a T Φ=Φ=；

222

2

22

σ

x r E I '+

''=' 1．转矩与转子电流的关系 2．最大转矩Tm (二)参数表达式：

⎥⎦

⎤

⎢⎣⎡'++'+'±

=220

12211221

)()(23em x x s r r f s

r pU T σπ

“ +”对应于电动状态；“-”对应于发电机状态。 1.转矩特性： )(s f T em =

分析：异步电动机转差率s 在0～1之间，但实际上s 在0～s m （临界转差率）时，

0〉ds dT em 稳定；s 在1～s m 之间，0〈ds dT em 不稳定；0=ds

dT

em ，s=sm ，处于临界状态。

2.三个特征转矩

①额定转矩T N ：额定负载时

)(1055.93m N n P

P T N

N N N N ⋅⨯⋅=Ω=

**注：N P 的单位为kW 。 ②最大电磁转矩Tm ： )

(4]

)([42112

1

122121112

1

1e '+±

≈'+++±±

=x x f pU m x x r r f pU m T m ππ

'

+'±

≈'

++'

±

=2

12

2

21212

)(x x r x x r r s m

特点：⑴Tm 与2

1U 成正比；而S m 与2

1U 无关；

⑵Tm 与转子电阻无关；而S m 与转子电阻有关； ⑶f 1一定时，'

+21x x 越大， Tm 越小。

⑷过载能力（或最大转矩倍数）N

m T T

k =T 一般为1.6～2.5，越大，过载能力越强。

③起动转矩:T st

n=0, S=1，得]

)()[(22

2122112

211'++'+'

=x x r r f r pU m T st π

当转子回路电阻为：'

+='+'212x x r r st 时，起动转矩达到最大电磁转矩。 起动转矩倍数：N

st st

T T k =

，st k ↑，st T ↑，起动能力强。

JO 2：1.0～1.8；Y ：1.4～2.2；特殊电机：4.0以上。 (三)、实用表达式: m

m em s s s s T T +=

max

2 此表达式主要用于求机械特性曲线。

其中: N

N N n P T 9550

= ；)1K K (2

T T N -±=s s m 当s 较小时，使用公式可变为简化实用公式：s s T 2T m

m

em =：Sm=2K T S N

例题：（书上）

二、固有机械特性 三、人工机械特性

（一） 变频的人工机械特性：

特点：频率较高时，硬度近似不变。频率较低时，由于定子电阻的影响，电机的过载能力要降低。

（二） 降压的人工机械特性：

特点：①同步转速不变；②电压降低后，电磁转矩成平方降低；③负载不变时，不能长期运行。

（三）转子串电阻的人工机械特性：

特点①同步转速不变；②最大电磁转矩保持不变；③起动转矩随所串电阻的变化而变化。

第三节三相异步电动机的制动

异步电动机制动方法反接制动、再生发电制动和能耗制动三种制动状态。 一、异步电动机的反接制动运行状态

1. 倒拉反接制动运转状态 ：负载为位能负载。

①物理过程：若原采系统运行在自然特性1的A 点，并以速度A n 提升重物G ，如图所示。突然在转子电路中串入附加电阻zd r ，拖动系统过渡到机械特性2上运行。由于机械惯性，转速不能发生突变，因此系统应从A 点过渡到B 点。因为fz B M M <，转速将下降。直到电动机转速下降为零时，D dc M M =仍然小于负载转矩fz M ，重物将迫使电机的转子反向旋转，直到C 点，fz

C M

M =，

电机拖动系统以C n 的速度稳定运转。在这种情况下，电动机的转矩作用方向与电机的实际转向相反，我们说电机拖动系统进入反接制动运转状态。此时，负载转矩成为拖动转矩，而电动机的电磁转矩却起着制动作用。

异步电动机倒拉反接制动原理图 （a ）及机械特性（b ）

① 能量关系：转差率()11

1>--=

n n n s ，

2221222

11

1r s

s I m r s s I m P j '-'-='-'=＜0 表示这时电动机轴上是输入机械功率。

从定子传送到转子的电磁功率P dc 则为：

s

r I m P dc 222

1'

'=＞0 它表示电动机内的功率传送方向不变。 这两部分功率都在转子电阻上转换成为热功率，即全部转换为转子铜损耗

转子铜损耗，即：22212

2212

22

121r I m r s s I m s r I m P P p j dc cu ''=⎪⎭

⎫ ⎝⎛

'-'--''=+= 2．电源反接制动运转状态： 负载为摩擦性负载。电源反接制动的原理接线图

和机械特性曲线。

①物理过程：假设原来工作点为自然特性的A 点。现在将定子电源任意两相换接一下，旋转磁场改变了方向，转子电势和电流也改变了方向，电磁转矩变为负值，起制动作用。反接电源后，相应的机械特性为图（b ）中的曲线2。因此，电机拖动系统必然从原来的工作点A 过渡到B 点。这时，系统在电磁转矩和负载转矩的共同作用下，迫使其转速下降，直到特性的C 点，转速为零。若此时的fz c M M >，则系统将朝反向起动，描述电机拖动系统运行的特性曲线进入第三象限。若拖动系统从特性的B 点制动到C 点（n =0）时，将定子电源切除，则电动机将停止不动了，从而完成了制动停车的过程。

反接制动状态下的功率流图 异步电动机电源反接制动时接线图（a ）和机械特性曲线（b ）

②能量关系：电动机的转差率11

1>---=

n n

n s ，它和倒拉反接制动状态下的s 相同，这种反接制动状态下的机械轴上吸收机械能（由系统降速时释放出的动能转换而来），将这两部分能量消耗在转子电路的电阻上，转换成为热能。

必须指出，在采用电源反接制动时， 20sE 比起动时的转子电势20E 还要高（因为1>s ），那么为了限制制动电流，并提高电动机的制动转矩，转子电路中必须串入一个比起动电阻还要大的附加电阻，称为反接制动电阻（R zd ）。另外，如果是采用电源反接制动而实现停车，则必须在转子转速下降到零时，立即切除电动机的定子电源，否则电动机有可能发生反转现象（即反向起动）。

3.反接制动电阻的计算方法 在采用倒拉反接制动时，反接制动电阻是根据拖动系统要求的稳定下降速度来计算的，如图所示。如果要求以C n 的稳定速度下降重