三相异步电动机的基本结构及运行详细分析(7)

图9-17 三相异步电动机的工作特性

随着负载的增大，转子电流增大，转子铜耗及电磁功率也相应增大。但是，转子铜耗与转子电流的平方成正比，而电磁功率近似与转子电流的一次方成正比，转子铜耗比电磁功率增大的快。而电动机的转差率，所以，随着负载的增大，转差率s?pCu2也增大，即转速ｎ稍有下降。对一般的三相异步电动机，为保证PM有较高的效率，转子铜耗pCu2不能过大，所以转差率ｓ的数值很小。在额定负载时的转差率约为 SN＝0.01~0.07（其中小的数字对应于容量大的电机），这表明额定转速仅比同步转速低1%~7%。

2．转矩特性

三相异步电动机在额定电压及额定频率下，输出功率P2变化时，电磁转矩T的变化规律曲线T＝f（P2）称为转矩特性。

由三相异步电动机的转矩平衡方程式可知 T＝T0?T2＝T0?P2? （9-37）

从空载到额定负载之间，空载转矩T0可认为不变，假设电动机的转速也不变，则转矩特性T＝ｆ（P2）为一条直线。实际上，随着P2的增加，电动机的转速略有下降，所以，转矩特性T＝ｆ（P2）是一条比直线略有上翘的曲线，如图9-17所示。

3．定子电流特性

三相异步电动机在额定电压及额定频率下，输出功率P2变化时，定子电流I1的变化规律曲线I1= f (P2)称为定子电流特性。

空载运行时，转子电流I2≈0，此时定子电流I1几乎全部为励磁电流。励磁电流是定子电流中用来产生旋转磁场主磁通的电流分量；定子电流中的另一部分称为定子电流有功分量, 定子电流有功分量用来与转子电流相平衡。

当负载增加以后，输出功率增大，转子转速下降，转子电流增加，以产生足够的电磁转矩与负载转矩相平衡，通过电磁感应关系，定子电流也随着增加，输人功率增大，从而满足功率平衡方程的要求。定子电流特性I1= f (P2)曲线形状如图9-17所示。

4．功率因数特性

三相异步电动机在额定电压及额定频率下，输出功率P2变化时，定子功率因数cos?1的变化规律曲线cos?1?f(P2)称为功率因数特性。

对电网来说，三相异步电动机是一个电感性负载，它从电网中吸取无功功率，所以，三相异步电动机的功率因数是滞后的。

空载运行时，定子电流中的大部分是励磁电流，由于励磁电流中的主要成分是无功的磁化电流，所以空载时的功率因数很低，通常为cos?0?0.2。加上负载后，由于要输出一定的机械功率，因此，定子电流中的有功分量增加，电动机的功率因数逐渐提高。一般电动机在额定功率附近，功率因数将达到最大数值，额定功率因数cos?N?0.7~0.9。功率因数特性cos?1?f(P2)曲线形状如图9-17所示。

5．效率特性

三相异步电动机在额定电压及额定频率下，输出功率P2变化时，效率?的变化规律曲线??P2P2 （9-38） ?P1P2??P空载时，输出功率P2＝0，故??0。随着负载的增大，输出功率逐步增大，效率也相应增大。

异步电动机在运行过程中的转速及气隙磁通是近似不变的，故机械损耗与定子铁耗之和基本上是常数，称为不变损耗；定、转子铜耗与电流平方成正比，随电流的变化而变化，称为可变损耗。如同变压器与直流电机中的情况一样，当不

变损耗与可变损耗相等时，出现最大效率。

出现最大效率后，若负载继续增大，电动机的效率就要下降，效率特性

??f（P2)曲线形状如图9—17所示。

由于额定功率附近的功率因数和效率都比较高，因此总希望电动机在额定功率附近运行。如果电机长时间在低负荷下运行，由于此时的效率和功率因数都很低，很不经济。因此，选用电动机时，应使电动机的机械容量与机械负载相匹配。

四、三相异步电动机的机械特性

异步电动机输出机械功率主要表现在输出转矩和转速上，因此转速或转差率是异步电动机的基本变量之一。当三相异步电动机的外加定子电压及频率不变，转差率S变化时，电磁转矩 T的变化规律曲线T= f (s) 称为机械特性。通过数学分析，可以得到用参数表示的电磁转矩Ｔ的计算公式如下：

3pU12r2'/s T? （9-39） '2'22?f[(r1?r2/s)?(x1??x2?)式中 ｐ——极对数;

U1---电动机相电压； f1——定子频率；

R1，x1б——定子绕组的电阻和电抗；

ｒ2′，ｘ2б′——转子绕组的折算电阻和电抗。当异步电机的定子电压、频率及各参数都为定值时，改变转差率S的大小，根据用参数表示的电磁转矩计算公式可算出相应的电磁转矩Ｔ，可作出机械特T＝f（s）曲线，如图9—18所示。

图9—18 三相异步电动机的机械特性

由图可见，当1＞S＞0时，电磁转矩和转子的转速都为正，转子转速小于磁场的同步转速，电机处于电动机运行状态；当S＜0时，转子的转速为正，转子转速大于磁场的同步转速，电磁转矩为负，电机处于发电机运行状态；当S＞1时，转子的转速为负，电磁转矩为正，电机处于制动运行状态。

通过机械特性曲线，可以看到三相异步电动机具有以下一些特点。 （1）在起动的瞬间，即S=1时的电磁转矩称为起动转矩几。通过数学分析的方法可知，起动时，电动机的起动电流很大，但转子功率因数很小，而T=Ct?mI2cos?2，故起动转矩Tst并不很大。

（2）如果转子达到同步转速，即ｓ=0，则转子电流I2=0，此时的电磁转矩T=0。

（3）当转差率S达到某一值时，电磁转矩达到最大值，称为最大转矩Tm ，对应于此时的转差率称为临界转差率Sm，一般异步电动机的Sm=0.04~0.14。通过数学分析的方法可得到临界转差率Sm和Tm最大转矩的数学表达式如下：

Sm＝

r1?x1??x2?? Tm=

?r2??2 (9-40)

4?f1?r1?r1??x1??x2??2?3pU12??2 (9—41)

可见，三相异步电动机的最大转矩与电网电压的平方成正比，最大转矩与转子电阻无关；临界转差率与Sm转子电阻成正比。

（4）转子电阻对T=f（s）曲线的影响。异步电机转子回路中的电阻不同，其相应的机械特性T=f（s）曲线的形状也不同，起动转矩的大小也不同。当Sm＜1时，随着转子电阻的增加，起动转矩变大；要使起动转矩达到最大转矩 ｓｍ＝１，即：

Sm=

r2??Rst?r1??x1??x2??2?2?1 (9—42)

此时在转子回路中应串入电阻的折算值为Rst??r12??x1??x2???2?r2?。

若转子回路串入的电阻超过该值，Sm＞１，说明电动机的起动转矩变小。

（5）对应于额定负载时的转矩称为额定转矩Tn，相应的转差率称为额定转差率Sn。

（6）最大转矩与额定转矩之比，称为电动机的过载能力Ｋm。，它是衡量电动机过载能力的一个重要指标。

Kst=

Tm (9-43) Tn 一般三相异步电动机的过载能力Km=2－2.2。

（7）起动转矩与额定转矩之比，称为电动机起动转矩倍数Ｋst Kst=

Tst (9-44) Tn

希望Kst尽量大一些为好。JO2系列电动机的Ｋst=0.9—2,Y系列电动机的Kst=1.8—2.2。

第五节 三相异步电动机的起动、反转、调速和制动

因为各种生产机械经常要进行起动、调速和停车，所以作为原动机的异步电动机，其起动。调速和制动等性能的好坏，对生产机械的运行有很大影响。

一、三相异步电动机的起动

三相异步电动机的起动是指从电动机接人电网开始转动，到达正常运转为止的这一过程。

一般衡量三相异步电动机起动性能的好坏，主要有4点： （1）起动电流尽可能小； （2）起动转矩要足够大；

（3）起动所需用的设备简单、经济、操作方便； （4）起动过程中的功率损耗要尽量小。

异步电动机在起动时存在着两种矛盾：电动机的起动电流大，而供电线路承受冲击电流的能力有限；电动机的起动转矩小，而负载又要求有足够的转矩才能起动。在不同的情况下，应采取不同的起动方法。

对于容量不大，又是在空载情况下起动的异步电动机，例如一般机床上用的电动机，起动电流虽大，但在很短时间内冲一下就下降了，只要车间里许多机床不是同时起动，对供电线路不会造成太大影响。其起动转矩即使比电机的额定转矩还小，只要是空载起动，也是够用的，转起来之后，仍能承担额定负载。因此，

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库三相异步电动机的基本结构及运行详细分析(7)在线全文阅读。