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1、第十章第十章 三相异步电动机的三相异步电动机的机械特性及各种运转状态机械特性及各种运转状态i2R1R2i1u1e1e2RLL1L2定子电路相量电压平衡方程式为定子电路相量电压平衡方程式为由于绕组在正常负载范围内漏阻抗压降远小于感应电动由于绕组在正常负载范围内漏阻抗压降远小于感应电动势势E E1 1。i2R1R2i1u1e1e2RLL1L2转子电路转子电路转子电势转子电势e e2 2的频率为的频率为220222222222)(cosSXRRXRR+=+=f2202220222222)(SXRSEXREI+=+=将其中参数代入：将其中参数代入：220222)(21UsXRsRKT+=则则:得到机械
2、特性曲线得到机械特性曲线求解求解可得临界转差率可得临界转差率 最大转矩最大转矩 （或临界转矩）（或临界转矩）T Tmaxmax：值得注意值得注意:(1)T(1)Tmaxmax U U1 12 2(2)(2)最大转矩值与转子电阻无关最大转矩值与转子电阻无关 一般三相异步电动机的一般三相异步电动机的过载过载倍数倍数 K KT T=1.8-3.0=1.8-3.0最大转矩与额定转矩之比最大转矩与额定转矩之比K KT T,称为过载倍数称为过载倍数,即即NTTT/max=K起动转矩起动转矩TstTst则则当定子接通电源转子未动时：当定子接通电源转子未动时：n=0n=0（S=1S=1）可见可见 ，并且与并且
3、与R R2 2有关。有关。起动转矩与额定转矩之比称为起动转矩倍数起动转矩与额定转矩之比称为起动转矩倍数Kst,即即KststNTT=/一般三相鼠笼电动机的一般三相鼠笼电动机的Kst=1.02.2.实用表达式实用表达式或或第二节第二节 三相异步电动机的固有机械特性与人为机械特性三相异步电动机的固有机械特性与人为机械特性一、固有机械特性一、固有机械特性 固有机械特性是指异步电动机工作在额定电压及额定频率下，固有机械特性是指异步电动机工作在额定电压及额定频率下，电动机按规定的接线方法接线，定子及转子电路中不外接电阻（电电动机按规定的接线方法接线，定子及转子电路中不外接电阻（电抗或电容）时所获得的机械
4、特性曲线抗或电容）时所获得的机械特性曲线。三相异步电动机的固有机械特性1）起始点）起始点A；2）额定工作点）额定工作点B；3）同步转速点）同步转速点H；4）最大转矩点）最大转矩点P和和P。二、人为机械特性二、人为机械特性三相异步电动机降低定子相电压时的人为机械特性（一）降低（一）降低 降低后电动机电流将大于降低后电动机电流将大于额定值，电动机如长时连续运行，额定值，电动机如长时连续运行，最终温升将超过允许值，导致电最终温升将超过允许值，导致电动机寿命缩短，甚至烧坏。动机寿命缩短，甚至烧坏。转子电路内串联对称电阻时的人为机械特性（二）转子电路内串联对称电阻（二）转子电路内串联对称电阻 转子电路串
5、联对称电阻适转子电路串联对称电阻适用于绕线转子异步电动机的用于绕线转子异步电动机的起动，也可用于调速。起动，也可用于调速。（三）定子电路串联对称电抗（三）定子电路串联对称电抗定子电路内串联对称电抗时的人为机械特性 定子电路串联对称电抗定子电路串联对称电抗一般用于笼型异步电动机的一般用于笼型异步电动机的降压起动，以限制电动机的降压起动，以限制电动机的起动电流。起动电流。定子电路内串联对称电阻时的人为机械特性（四）定子电路串联对称电阻（四）定子电路串联对称电阻 与串联对称电抗时相同，与串联对称电抗时相同，定子串联对称电阻一般也用于定子串联对称电阻一般也用于笼型异步电动机的减压起动笼型异步电动机的减
6、压起动。（五）转子电路接入并联阻抗（五）转子电路接入并联阻抗 由于转子电路参由于转子电路参数可变，如果参数配合数可变，如果参数配合恰当，电动机在整个加恰当，电动机在整个加速过程中产生几乎恒定速过程中产生几乎恒定的转矩，在右图上绘出的转矩，在右图上绘出了这样的人为机械特性。了这样的人为机械特性。转子电路接入并联阻抗时的电路图和人为机械特性转子电路接入并联阻抗时的转子等效电路图第三节第三节 三相异步电动机的各种运转状态三相异步电动机的各种运转状态 一、电动运转状态一、电动运转状态 电动运转状态的特点是电动机电动运转状态的特点是电动机转矩的方向与旋转的方向相同。转矩的方向与旋转的方向相同。电动状态下
7、异步电动机的机械特性二、制动运转状态二、制动运转状态 异步电动机可工作于回馈制异步电动机可工作于回馈制动，反接制动及能耗制动三种制动，反接制动及能耗制动三种制动状态。其共同特点是电动机转动状态。其共同特点是电动机转矩与转速的方向相反，以实现制矩与转速的方向相反，以实现制动。此时，电动机由轴上吸收机动。此时，电动机由轴上吸收机械能，并转换为电能。械能，并转换为电能。（）回馈制动状态）回馈制动状态 位能负载带动异步电动机进入回馈制动状态 当异步电动机由于某种原因（例如位能负载的作用当异步电动机由于某种原因（例如位能负载的作用），使），使其转速高于同步速度其转速高于同步速度 时，转子感应电动势反向，
8、转子电流的有时，转子感应电动势反向，转子电流的有功分量也改变了方向，其无功分量的方向则不变。此时异步电动功分量也改变了方向，其无功分量的方向则不变。此时异步电动机既回馈电能，又在轴上产生机械制动转矩，即在制动状态下工机既回馈电能，又在轴上产生机械制动转矩，即在制动状态下工作。作。异步电动机回馈制动时的机械特性当当转转子子的的转转速速超超过过旋旋转转磁磁场场的的转转速速(s0)(s0)时时,将将发发生生回回馈馈制制动动。电电机机是是处处于于发发电电机机状状态态,又又称称为为发发电电制制动动或或再再生生制动。制动。在在变变极极调调速速（或或降降频频调调速速）时时,当当由由高高速速挡挡向向低低速速挡
9、挡转转换换的的初初始始,出现因转子的转速高于低挡同步转速而发生回馈制动的减速过程。出现因转子的转速高于低挡同步转速而发生回馈制动的减速过程。E E点为等速下落的稳定运行工作点点为等速下落的稳定运行工作点转速反向的反接制动时的异步电动机特性异步电动机转速反向反接制动电路图（二）反接制动状态（二）反接制动状态 1转速反向的反接制动转速反向的反接制动 转子轴上机械功率转子轴上机械功率 为负为负此时的转差率此时的转差率转子由定子输入的电功率即为电磁功率转子由定子输入的电功率即为电磁功率 为正为正转子电路的损耗转子电路的损耗 为两者之和，因此为两者之和，因此能量损耗极大能量损耗极大。异步电动机定子两相反
10、接的电路图与机械特性2定子两相反接的反接制动定子两相反接的反接制动 为了迅速停车或反向，可将定子两相反接，工作点由为了迅速停车或反向，可将定子两相反接，工作点由A转移到转移到B此时转差率为此时转差率为 在两相反接时在两相反接时，电动机的转矩为，电动机的转矩为T，与负载转矩共同作用下，与负载转矩共同作用下，电动机转速很快下降，这相当于图中机械特性的电动机转速很快下降，这相当于图中机械特性的BC段。段。在转速为零的在转速为零的C点，如不切断电源，点，如不切断电源，电动机即反向加速，电动机即反向加速，进入反向的电动状态进入反向的电动状态（对应于特性（对应于特性CD段），段），加速到加速到D点时，电动
11、点时，电动机将稳定运转，实现机将稳定运转，实现了电动机的逆转过程。了电动机的逆转过程。（三）能耗制动状态（三）能耗制动状态异步电动机能耗制动的电路图与机械特性 当当K1断开，电动机脱离电网时，立即将断开，电动机脱离电网时，立即将K2接通，则在定子两相接通，则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。当转子由于惯性绕组内通入直流电流，在定子内形成一固定磁场。当转子由于惯性而仍在旋转时，其导体即切割此磁场，在转子中产生感应电动势及而仍在旋转时，其导体即切割此磁场，在转子中产生感应电动势及转子电流。根据左手定则，可确定出转矩的方向与转速的方向相反，转子电流。根据左手定则，可确定出转矩的方
12、向与转速的方向相反，即为制动转矩。即为制动转矩。三、运转状态小结三、运转状态小结 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。桥式起重机拖动主钩异步电动机的电路图对应手柄位置主钩异步电动机的机械特性转速逐级提升过程为转速逐级提升过程为 转速逐级提升的机械特性空钩提升与下放时的负载转矩特性提升和下
13、放空钩时的机械特性与负载转矩特性在空钩下放时也属电动状态。此时不但有空钩重量产生的位能力矩，在空钩下放时也属电动状态。此时不但有空钩重量产生的位能力矩，而且有摩擦力产生的阻力矩，而阻力矩又比位能力矩大而且有摩擦力产生的阻力矩，而阻力矩又比位能力矩大，将二者将二者叠加即为电动机轴上的负载转矩。叠加即为电动机轴上的负载转矩。（二）反接制动状态（二）反接制动状态（三）回馈制动状态（三）回馈制动状态反接制动下放重物时的机械特性与负载转矩特性回馈制动下放重物时的机械特性与负载转矩特性第四节第四节 根据异步电动机的技术数据计算异步电动机的参数根据异步电动机的技术数据计算异步电动机的参数 一般异步电动机的产
14、品目录中可以查到一些技术数据，而不给一般异步电动机的产品目录中可以查到一些技术数据，而不给出电动机的定、转子等具体参数，为此必须用工程计算法计算。一出电动机的定、转子等具体参数，为此必须用工程计算法计算。一般可查到下列技术数据：般可查到下列技术数据：1）额定功率）额定功率 （kW）2）额定定子线电压）额定定子线电压 （V）3）额定定子线电流）额定定子线电流 （A）4）额定转速）额定转速 （r/min）5）额定效率）额定效率 6）定子额定功率因数）定子额定功率因数7）过载倍数）过载倍数 8）飞轮惯量）飞轮惯量 （）9）对于绕线转子异步电动机，还）对于绕线转子异步电动机，还给出两个转子数据，即给出
15、两个转子数据，即 a）转子额定线电动势）转子额定线电动势 （V）b）转子额定线电流）转子额定线电流 （A）10）对于笼型异步电动机，没有）对于笼型异步电动机，没有转子数据，但给出下列两个数据转子数据，但给出下列两个数据 a）起动转矩倍数）起动转矩倍数 b）起动电流倍数）起动电流倍数 此外，还可能给出定子极对数此外，还可能给出定子极对数p；定子绕组的接线方式；工作；定子绕组的接线方式；工作制（或定额）；负载持续率；最高温升（或绝缘材料等级）等。额制（或定额）；负载持续率；最高温升（或绝缘材料等级）等。额定频率我国为定频率我国为50Hz，即，即 Hz 。在已知上述数据的基础上，可用工程计算法计算异
16、步电动机参数在已知上述数据的基础上，可用工程计算法计算异步电动机参数 解解 例例10-110-1 一绕线转子异步电动机的技术数据为：一绕线转子异步电动机的技术数据为：试用工程计算法计算异步电动机的下列参数：试用工程计算法计算异步电动机的下列参数：第五节第五节 绕线转子异步电动机调速及制动电阻的计算绕线转子异步电动机调速及制动电阻的计算 计算的方法是按已知条件，利用机械特性（一般是实用表达式）计算的方法是按已知条件，利用机械特性（一般是实用表达式）进行，计算时必须注意不同运转状态下方程式中各参量的正负符号进行，计算时必须注意不同运转状态下方程式中各参量的正负符号等不同特点。等不同特点。例例10-
17、210-2 某绕线转子异步电动机的铭某绕线转子异步电动机的铭牌参数如下：牌参数如下：（1）当负载转矩）当负载转矩 ，要求转速，要求转速 时，转子每相应串入多大的电时，转子每相应串入多大的电阻阻（图中（图中B点）？点）？绕线转子异步电动机的机械特性（2）从电动状态（图）从电动状态（图1中中A点）点）时换接到反接制动状时换接到反接制动状态，如果要求开始的制动转矩等于态，如果要求开始的制动转矩等于 （图中（图中C点），则转子点），则转子每相应该串接多大电阻？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）如果该电动机带位能负载，负载转矩 ，要，要求稳定的下放转速求稳定的下放转速 r/m
18、in，求转子每相的串接，求转子每相的串接电阻值。电阻值。解解取取 （不合理）不合理）（1）考虑异步机的机械特性为直线考虑异步机的机械特性为直线,对于固有特性对于固有特性 对于人为特性对于人为特性（2）取取 取取考虑机械特性为直线考虑机械特性为直线（3）取取 （时时不能稳定运转）不能稳定运转）考虑机械特性为直线考虑机械特性为直线绕线转子异步电动机能耗制动接线图及特性 例例10-310-3 绕线转子异步电动机的铭牌数据同例绕线转子异步电动机的铭牌数据同例10-2，设从额定点，设从额定点A换接到能换接到能耗制动状态的运行点耗制动状态的运行点E（见下图），如果要求制动转矩的开始值等（见下图），如果要求
19、制动转矩的开始值等于电动机的额定转矩，求转子每相的串接电阻。能耗制动时的接线于电动机的额定转矩，求转子每相的串接电阻。能耗制动时的接线如图，定子通入大小为如图，定子通入大小为 的直流电流，假如电动机的空载的直流电流，假如电动机的空载电流电流 。假定应考虑电动机磁路的饱和。假定应考虑电动机磁路的饱和。解解查图查图10-21的曲线，当的曲线，当 时，时，取取考虑能耗制动特性为直线考虑能耗制动特性为直线取取 如果能耗制动特性为直线，转子电路不串电阻，则如果能耗制动特性为直线，转子电路不串电阻，则 例例10-410-4 绕线转子异步电动机的技术数据同例绕线转子异步电动机的技术数据同例10-2。如果使用能耗制动使电。如果使用能耗制动使电动机快速停车，要求保证最大制动转矩动机快速停车，要求保证最大制动转矩 时，时，。接线如图所示。假定桥式整流后电压与交流电压有效值之比为。接线如图所示。假定桥式整流后电压与交流电压有效值之比为0.9，整流电压经电容滤波后增高，整流电压经电容滤波后增高30%。试计算：。试计算：（1）直流励磁电路中的附加电阻）直流励磁电路中的附加电阻（2）异步机转子电路每相应串接的电阻）异步机转子电路每相应串接的电阻 解解 （1）查图查图10-21，当，当绕线转子异步电动机能耗制动接线图（2）第十章第十章 结结 束束