1、第十章第十章 三相异步电动机的机械三相异步电动机的机械特性及各种运转状态特性及各种运转状态第一节第一节 三相异步电动机机械特性的三种表达式三相异步电动机机械特性的三种表达式一、物理表达式一、物理表达式122cosTmTCI式中：式中：11112wTpm N kC异步机的转矩系数异步机的转矩系数 异步机每极磁通异步机每极磁通 m2222222222222cos)/(/cosXsRRXsRsR1222222XsREI异步电动机的异步电动机的机械特性机械特性二、参数表达式二、参数表达式 21112wmEf N k 12sfp1222cossmTE I 可得可得222ZIE222/cosZsR2122
2、smRTIs则得则得2由于异步电动机的电磁功率为由于异步电动机的电磁功率为221 2eRPm IsesPT 分子分母同乘以分子分母同乘以（1-s），），即得即得 2PT 由异步电动机的近似等效电路由异步电动机的近似等效电路 2222112UIRRXXs 得异步电动机的机械特性参数表达式得异步电动机的机械特性参数表达式221222112sRUmsTRRXXs3221212XXRRsm临界转差率临界转差率 0d/dsT使使 ，即可求得，即可求得 最大转矩最大转矩 21max2211122sUmTRRXX 由于由于211XXR212XXRsm21max122()smUTXX 起动转矩起动转矩 221
3、221212stsU RmTRRXX起动转矩倍数起动转矩倍数 N/TTKstst4三、实用表达式三、实用表达式1max212212mmmmRTsRTsRssssR忽略忽略 R1 得机械特性的实用表达式得机械特性的实用表达式max2mmTTssss)1(2NTTmKKss可以求出可以求出（式中（式中 ）NNssnnsnmaxNNN2mmTTssss5第二节第二节 三相异步电动机的固有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
4、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。三相异步电动机三相异步电动机的固有机械特性的固有机械特性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。6二、人为机械特性二、人为机械特性三相异步电动机降低定子三相异步电动机降低定子相电压时的人为机械特性相电压时的人为机械特性（一）降低（一）降低 xU 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
5、，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。xU转子电路内串联对称电阻转子电路内串联对称电阻时的人为机械特性时的人为机械特性（二）转子电路内串联对称电阻（二）转子电路内串联对称电阻 转子电路串联对称电阻转子电路串联对称电阻适用于绕线转子异步电动机适用于绕线转子异步电动机的起动，也可用于调速。的起动，也可用于调速。7（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定子电路内串联对称电抗时的人为机械特性时的人为机械特性 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
6、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定子电路内串联对称电阻时的人为机械特性时的人为机械特性（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压起动。8转子电路接入并联阻抗时转子电路接入并联阻抗时的电路图和人为机械特性的电路图和人为机械特性（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
7、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转子电路接入并联阻抗时的转子等效电路图时的转子等效电路图9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。电动状态下异步电电动状态下异步电动机的机械特性动机的机械特性二、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
8、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。10（）回馈制动状态）回馈制动状态 位能负载带动异位能负载带动异步电动机进入回步电动机进入回馈制动状态馈制动状态异步电动机在回馈异步电动机在回馈制动时的相量图制动时的相量图 当异步电动机由于某种原因（例如位能负载当异步电动机由于某种原因（例如位能负载的作用的作用），使其转速高于同步速度），使其转速高于同步速度 时，转子感时，转子感应电动势反向，转子电流的有功分量也改变了方应电动势反向
9、，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。此时异步电动机向，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。制动状态下工作。11当当 时时 snn/0sssnnn转子电流的有功分量为转子电流的有功分量为 222cosIIa22222222222/XsRsRXsREIa222222/XsRsRE转子电流的无功分量为转子电流的无功分量为 222sinII22222222222/EXIRsXRsX 222222/XsRXE122cosTmTCI也为负，与转速方向相反也为负，与转速方向相反异步电动
10、机轴上输出的机械功率也为负异步电动机轴上输出的机械功率也为负TP 212异步电动机回馈制异步电动机回馈制动时的机械特性动时的机械特性 如果异步机定子脱离电网，如果异步机定子脱离电网，又希望它能发电，则必须在异又希望它能发电，则必须在异步机定子三相之间接上连接成步机定子三相之间接上连接成三角形或者星形的三组电容器。三角形或者星形的三组电容器。这时电容器组可供给异步电动这时电容器组可供给异步电动机发电所需要的无功功率，即机发电所需要的无功功率，即供给建立磁场所需要的励磁电供给建立磁场所需要的励磁电流。流。电容器接成三角形时电容器接成三角形时 N16021031UfICN103.0 II 电容器接成
11、星形时电容器接成星形时 N1602103UfIC13转速反向的反接制动转速反向的反接制动时的异步电动机特性时的异步电动机特性异步电动机转速反向异步电动机转速反向反接制动电路图反接制动电路图（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2(1)ePPs()1ssssnnnnsnn 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 2223feRRPIs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。22ePPP14异步电动机定子两相
12、反异步电动机定子两相反接的电路图与机械特性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 1ssssnnnnsnn 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
13、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。15（三）能耗制动状态（三）能耗制动状态异步电动机能耗制动的异步电动机能耗制动的电路图与机械特性电路图与机械特性 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
14、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，可确定出转矩的方向与转速的方向相反，即为制动转矩。即为制动转矩。1617各个电流之间有下列关系各个电流之间有下列关系 2222221sin2IIIII得机械特性方程式得机械特性方程式 221 122222(/)/msmm I XRvTRvXX临界相对转速临界相对转速 22mmRvXX18三、运转状态小结三、运转状态小结 在正转方向，特性在正转方向，特性1 1与与11的第二的第二象限为回馈制动特性，第四象限象限为回馈制动特性，第四象限为反接制动特性；为反接制动特性；在反转方向，特性在反转方向，特性2 2与
15、与22的第二的第二象限为反接制动特性，而第四象象限为反接制动特性，而第四象限则为回馈制动特性。限则为回馈制动特性。能耗制动电路的联结方法有所不能耗制动电路的联结方法有所不同，其机械特性用曲线同，其机械特性用曲线3 3与与33表表示，第二象限部分对应于电动机示，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。正转，而第四象限则对应于反转。图中特性图中特性1 1，22及及33对应于异对应于异步电动机转子有串联电阻时，而步电动机转子有串联电阻时，而1 1，2 2及及3 3则对应于没有串联电阻。则对应于没有串联电阻。19桥式起重机拖动主钩异桥式起重机拖动主钩异步电动机的电路图步电动机的电路图对应
16、手柄位置主钩异步对应手柄位置主钩异步电动机的机械特性电动机的机械特性20转速逐级提升过程为转速逐级提升过程为 lkjihgfedcba转速逐级提升转速逐级提升的机械特性的机械特性21空钩提升与下放时空钩提升与下放时的负载转矩特性的负载转矩特性提升和下放空钩时的机提升和下放空钩时的机械特性与负载转矩特性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能力矩大，将二者叠加即为电动机轴上的负载转矩。将二者叠加即为电动机轴上
17、的负载转矩。22（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反接制动下放重物时的机械特性与负载转矩特性械特性与负载转矩特性回馈制动下放重物时的机回馈制动下放重物时的机械特性与负载转矩特性械特性与负载转矩特性23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
18、技术数据：般可查到下列技术数据：1NI1）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 （）NP1NUNn%NN1cosmaxN/TTKKTT2GD2mN11N/IIstKKIIN2E2NI9）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
19、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 N/stststKKTT24 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；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。额定频率我国为缘材料等级）等。额定频率我国为50Hz，即，即 Hz 。501f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m
20、N13131mN24033095509550NNNnPT0X 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：kW330NPV6000N1UA47N1Ir/min240Nn878.0N77.0cosN19.1TKV4952NEA4102NI0I2X1X2RmaxT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：NTk2R1RmsX2X25maxN1.9 13131N m24949N mTTK T0N0Nnnns04.02502402500279.0410349504.03N2N2N2IEsR5.11495600095.0
21、95.0N2N1EUk222kRR 69.35.110279.028.2473600004.095.0395.0N1NN11IsUR12NTTmKKss141.0)19.19.1(04.022616060 5012250sfpn22211N210TU pXRRK T5.248.28.2131509.1210123/600022225.125.245.05.021XXX0932.05.11/25.12/2222kXX258.004.0/69.38.25.24/tgN2121N2sRRXXN12N1cos1sin64.077.012N2N1N1N10tgcossin IIA7.20A)258.07
22、7.064.0(470N10395.0IUX 1597.203600095.027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。8.6TKr/min1460NnA166N2I 例例10-210-2 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：kW75NPA144N1IV38
23、0N1UV399N2E（1）当负载转矩）当负载转矩 ，要求转速要求转速 时，时，转子每相应串入多大的电阻转子每相应串入多大的电阻（图中（图中B点）？点）？N8.0 TTzr/min500Bn绕线转子异步电绕线转子异步电动机的机械特性动机的机械特性28（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态，如时换接到反接制动状态，如果要求开始的制动转矩等于果要求开始的制动转矩等于 （图中（图中C点），则转子每相应该串点），则转子每相应该串接多大电阻？接多大电阻？NnnAN5.1 T（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 ，要求稳定的，要求稳定的
24、下放转速下放转速 r/min，求转子每相的串接电阻值。，求转子每相的串接电阻值。N8.0 TTz300Dn解解NN1500 14600.02671500ssnnsn053.011633990267.032NN2N2IUsR62.1053.011445.056.412RssRmmfB取取 （不合理）不合理）56.4ms097.0ms097.056.418.08.28.08.2666.02NNNN或TTTTsm（1）29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 15.0267.08.222NsKsTm66.4666.08.08.22NNTTsm6.1053.0
25、1149.066.4fBR对于人为特性对于人为特性 666.0BxssN8.0 TTTBx973.11500146015000N0nnnsA（2）57.08.615.18.25.18.2973.12NNNN或TTTTsm3044.2053.011445.08.6fAR取取 8.6ms取取57.0ms16.0053.011445.057.0fAR考虑机械特性为直线考虑机械特性为直线149.0ms37.7973.15.18.22NNmTTs57.2053.01149.037.7fCR（3）1500(300)1.21500sDDsnnsn NDTT8.0175.0225.818.08.28.08.2
26、2.12或NNNNmTTTTs31取取 （时不能稳定运转）时不能稳定运转）225.8ms175.0ms96.2053.011445.0225.8fDR考虑机械特性为直线考虑机械特性为直线149.0ms4.82.18.08.22NNTTsm94.2053.01149.04.8fDR32绕线转子异步电绕线转子异步电动机能耗制动接动机能耗制动接线图及特性线图及特性 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），如果要求制动转
27、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，假如电动机的空载电的直流电流，假如电动机的空载电流流 。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。05.2 IA800I解解A200A805.25.20IIA3.163321II04.2803.163011IIi33查图查图10-21的曲线，当的曲线，当 时，时，04.21i5.1mm4.1mV033 80 380/31.5N m503N m21500/60mTmsI UTm905.039938095
28、.095.0N2N1UUk0434.0905.0053.02222kRR0280 0.04351.40.0222380/3mmI RvVUN14600.9731500EEssnnvnnmN491mN14607595509550NNNnPTTE34973.0973.05052490mmvv0947.0998.12mmvv2947.04998.1998.12mv773.0225.1或取取225.1mv87.2053.010222.0225.112RvvRmmfE考虑能耗制动特性为直线考虑能耗制动特性为直线2973.049050522EEmTmvTTvFmmFmTNFvvvvTTT2FFvv0222
29、.00222.05052490350000493.00456.02FFvv2000493.040456.00456.02Fv028.00176.0或取取 0176.0Fv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 0361.00176.049050522FFmTmvTTv88.2053.010361.02fER36 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
30、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 N5.1 TTmT407.0mv1R2RmN4905.15.1NTTmT解解 （1）mN735查图查图10-21，当，当2.2mm7.21i7.1mV绕线转子异步电动绕线转子异步电动机能耗制动接线图机能耗制动接线图37A216A807.2011IiIA265231II0386.0144338095.00267.0395.01NN1N1IUsRV5.20V0386.0226521RIU6.12655.203.19.03801IUURd（2）02180 0.4341.70.0269380/3mmI RvVU748.0053.010269.0407.0122RvvRmm38第十章第十章 结结 束束39
