第十章交流机械特性及运转状态-PowerPointPr

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1、第九章第九章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状三相异步电动机的机械特性及各种运转状态态 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主要研究三相异步电动机的机械特性及在各种运转状态下机械特性的计算介绍机械特性三种表达式的建立介绍固有机械特性与人为机械特性的分析及绘制方法分析三相异步电动机各种运转状态的物理概念实用条件及其四象限的固有机械特性与人为机械特性 异步电动机参数的工程计算方法一一.异步电动机机械特性的物理表达式异步电动机机械特性的物理表达式1.1.异步电动机电磁转矩表达式异步电动机电磁转矩表达式:2.2.转矩常数表达式转矩常数表达式:3.3.转

2、子电流表达式转子电流表达式:)110(cos22ICTmTJ)210(2111WTJkWpmC)310()/(222222XsREI4.4.转子电路功率因数表达式转子电路功率因数表达式:可以看出:转差与电流、功率因数的关系及异步电动机机械特性转差与电流、功率因数的关系及异步电动机机械特性(图图9-19-1)1.1.电流与转差关系电流与转差关系(图图9-19-1)I2 最初与 s 成正比地增加，s 较大时，I2 增加逐步减缓2.2.功率因数与转差关系功率因数与转差关系(图图9-19-1)s=0=0，cos cos 2 2=1=1随着随着 n n 的逐步下降，的逐步下降，s 增加，增加，cos c

3、os 2 2 将逐步下降将逐步下降3.3.合成曲线合成曲线两条曲线相乘，并乘以常数 CTJ m,即得 n=f(T)的曲线，称为异步电动机的机械特性。反映了不同转速时 T 与 m 及转子电流的有功分量 I2 cos2 间的关系在物理上，这三个量的方向遵循左手定则)410()/(/2222222222222osXsRRXsRsRos二二.异步电动机机械特性的参数表达式异步电动机机械特性的参数表达式采用参数表达式可直接建立异步电动机工作时转矩和转速关系并进行定量分析由异步电动机的近似等效电路:)1010()910(cos)810()710(cos)610(2)510(2220122222222201

4、01112sRImTZsRZIEIEmTpfkWfEmW)1410()()/(2212122XXRsRUIX1.1.异步电动机的机械特性参数表达式异步电动机的机械特性参数表达式2.2.异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性因为异步电动机机械特性为二次方程式，所以在某一转差率 sm 时，转矩有一最大值 Tm，该值称为异步电动机的最大转矩求出生产 Tm 时的转差 sm )1510()()/(/2212122201XXRsRsRUmTX)1610()(22112XXRRSm3.3.对应异步电动机的最大转矩对应异步电动机的最大转矩TmTm为为正号对应于电动机状态，而负号则适用于发电机状态考虑 R1

5、n0 时，转差率 s=(n0-n)/n0 90 所以定子功率 P1=m1U1I1cos1 为负说明此时电动机将电能回馈电网由于 I2cos2 为负所以 T=CTJm I2cos2 也变为负，说明此时电动机电磁转矩与转向相反，因此这时的电动机既回馈电能，又在轴上产生机械制动转矩因为异步电动机轴上输出机械功率所以 P2 也变为负，说明此时电动机由轴上输入机械功率)4010(2TP5 5回馈制动的机械特性回馈制动的机械特性异步电动机回馈制动时的异步电动机回馈制动时的机械特性（图机械特性（图1010-13-13）6.6.回馈发电的问题回馈发电的问题回馈发电状态时由于转子电流的无功分量方向不变所以定子必

6、须接到电网，并从电网吸取无功功率才能建立电动机的磁场如果在异步电动机定子脱离电网的同时，又希望能发电则定子三相必须接上连接成三角形或星形的三相电容器异步电动机定子连接三异步电动机定子连接三相电容器（图相电容器（图1010-14-14）(二二)反接制动状态反接制动状态当电容器接成三角形时，电容量取值 C 可参考下式选择I0-电动机的励磁电流（A），可取 I0=0.3 I1N电容器也可接成星形，这时电容量取值 C 参考下式选择分为转速反向的反接制动和定子两相倒相的反接制动反接制动状态的特点是电动机转速和旋转磁场方向相反1.1.转速反向的反接制动转速反向的反接制动1)转速反向反接制动电路图)4110

7、(21031160NUfIC)4210(2103160NUfIC2)对转速反向反接制动的说明异步电动机转速反向异步电动机转速反向反接制动反接制动(图图9-159-15)异步电动机转速反向反接异步电动机转速反向反接制动时的机械特性制动时的机械特性(图图9-169-16)转子转速方向与电动状态相反.因此转差率:)4310(1)(0000nnnnnns2.2.定子两相倒相的反接制动定子两相倒相的反接制动转子由定子输入的电功率（电磁功率）为转子轴上机械功率为s 1，P2 为负值，即电动机由轴上输入机械功率转子电路的损耗为DP2 数值上等于 PT 与 P2 之和，所以反接制动时能量损耗极大3)用途可以用

8、于稳定下放位能性负载1)定子两相倒相的反接制动电路图和机械特性)4410(3222sRRIPfT)4510()1(2sPPT)4510()1(2DsPPT(三三)能耗制动状态能耗制动状态异步电动机定子两相倒相的反接异步电动机定子两相倒相的反接制动及其机械特性（图制动及其机械特性（图1010-17-17）2)用途可以用于迅速停车或反向优点：制动效果强n0 与原转速方向相反（即对应于 n0）所以转差率:缺点：能量损耗大，制动准确度差1.1.方法方法由于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，可以确定出转矩的

9、方向与电动机的转速方向相反，电动机产生的转矩为制动转矩)4710(10000nnnnnns2.2.电路图电路图3.3.原理原理4.4.机械特性机械特性异步电动机能耗制动及其异步电动机能耗制动及其机械特性（图机械特性（图1010-18-18）对能耗制动机械特性的对能耗制动机械特性的定性解释（图定性解释（图1010-18-18c c）第四节第四节 计算异步电动机的参数计算异步电动机的参数1.1.异步电动机的产品目录中可以查到的技术数据如下：异步电动机的产品目录中可以查到的技术数据如下：额定电压 PN(kW)额定定子线电压 U1N(V)额定定子线电流 I1N(A)额定转速 nN(r/min)额定效率

10、 N（%）定子额定功率因素 cos 1N过载倍数 KT(KT=Tm/TN)飞轮距 GD2对于绕线转子异步电动机（转子必接 Y 型），另提供数据:a)转子额定线电压 U2N(V)b)转子额定线电流 I2N(A)对于笼型异步电动机还提供数据:a)起动转距倍数 Kstb)起动电流倍数 KI在以上数据基础上，可以2.2.用工程计算法计算异步电动机参数：用工程计算法计算异步电动机参数：1)额定转距 2)最大转距 Tm3)绕线转子每相绕组电阻 R2或4）电压比 k Y 联结法：5）转子绕组每相电阻折算值 R2)6910(9550NNNnPTNT)7010(NTmTKT)7110(3222NNNIESR)7

11、210()1(31000222NNNNIsPsR)7510(95.021aEUkNND 联结法:)7510(395.021bEUkNN222kRR D 联结法7)临界转差率8）总阻抗 X(X=X1+X2)9)定子电抗 X1 及转子电抗的折算值 X2 10)转子每相电阻折算值 R2也可用下式求得6）定子绕组每相电阻 Y 联结法 ：)7710(395.0111aIsURNNN)7710(395.0111bIsURNNN1R)7810()1(2TTNmKKssms)7910()210(21212RRTKpUXNTX)8110(2212XRsRmXXX5.021因此：其中：11)空载电流 I0 由（图

12、10-30）可以看出这样，我们就可以求得：12)励磁电抗 X0定子Y联结法:定子 D 联结法:)8310(sinsin222110NNIII)8410(sinsin22211NNII)8510()cos(sin21110NNNNtgII)8610(cos1sin121NN)8710(/21212NNsRRXXtg)8810(395.0010aIUXN)8810(395.0010bIUXN例10-1某绕线转子异步电动机的技术数据为：,878.0min;/240;47;6000;33011NNNNNrnAIVUkWP.410;495;9.1;77.0cos221AIVEKNNTN试用工程法计算异步

13、电动机机的下列参数：00221122,;XIXXXXSRRkRTTmmN及解：应用本节所列公式，计算电动机参数如下（1）mNmNnPTNNN1313124033095509550（2）mNmNTKTNTm24949131319.1（3）04.025024025000nnnsNN（4）0279.0410349504.03222NNNIESR（5）5.11495600095.095.021NNEUk（6）69.35.110279.02222kRR（7）8.247304.0600095.0395.0111NNNIsUR（8）0141)19.19.1(04.0)1(22TTNmKKss（9）12250

14、50606001nfp（10）5.248.28.2131319.121012)3/6000()210(22221212RRTKpUXNTX（11）25.125.245.05.021XXX（12）0926.05.11/25.12/2222kXX（13）258.004.0/69.38.25.24/21212NNsRRXXtg（14）64.077.01cos1sin2121NN（15）AAtgIINNNN7.20)258.077.064.0(47)cos(sin21110（16）1597.203600095.0395.0010IUXN以例题说明：例10-2某绕线转子异步电动机的技术数据为：第五节第五

15、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8.2min;/1460;.116;399;144;380;752211TNNNNNNKrnAIVEAIVUkWP（1）当负载转矩 ，要求转速 时，转子每相应串多大电阻（工作点如图10-31中的B点所示）？（2）从电动状态（图10-31的A点）时换接到反接制动状态，如果要求开始的制动转矩等于-1.5TN（图10-31的C点），则转子每相应串接多大电阻？（3）如果该电动机带位能负载，负载转矩 ，要求稳定的下放转速 ，求转子每相的串接电阻值。NZTT8.0NZTT5.1min/500rnBNAnn min/300rnD

16、解：额定静差率：0267.015001460150000nnnsNN转子的电阻：053.011633990267.03222NNNIESR（1）对于固有特性，则有1445.0)18.28.2(0267.0)1(22TTNmKKss1）对于人为特性。当 时，其临界转差率 ，代入人为特性的实用表达式，得 化简求 的方程式，得：xmmxmxssssTT2xTT xss msms)9010(1)(24)2(2)8910(022)(222222xNTxNTxxxNTxxNTxmxNTxmxmNTxxmmxxmmxmxTTKTTKssTTKsTTKssTTKssssTKTssssssssTT将 代入（10

17、-90）667.01500500150000nnnsBx097.057.41)8.08.2(8.08.2667.01)(22或NNNNxNTxNTxmTTTTTTKTTKss取将不合理）（097.057.4mmss由式（10-16）可见，当R1；X1，及 不变时2X2Rsm因而，得62.1053.0)11445.056.4()1(22222RssRRRRRRRssmmfBfBfBmm2）（另一种方法）考虑异步电动机的机械特性为直线时。对于固有特性，由式（10-32），得15.00267.08.222NTmsKs对于人为特性，由式（10-31）中，临界转差率 为xTT xss ms)9210(2

18、2xxNTxxmmsTTKsTTs将点），得代入式（9210,8.0;667.0NBxxTTTs不合理）（097.057.4mmssNXTT8.067.4667.08.08.222NNxxNTmTTsTTKs 与前面结果差不多吧串入的电阻为6.1053.0)115.067.4()1(2RssRmmfB（2）1）方法1。在反接的机械特性下(我们可以在负的方向下建立新的方程表示）973.11500)1450(150000nnnssNCA代入式，得：新的方程式将此时的,5.1NTmNCTKTTT57.08.61)5.18.2(5.18.2973.11)(22或NNNNxNTxNTxmTTTTTTKT

19、TKss取8.6ms取57.0ms新的方程表示ssssTTmmm2则则44.2053.0)11445.08.6()1(2RssRmmfA16.0053.0)11445.057.0()1(2RssRmmfB方法2。考虑机械特性为直线(我们可以在负的方向下建立新的方程表示）149.00267.08.222NTmsKs37.75.18.2222CNNxxNTxxmmsTTsTTKsTTs57.2053.0)115.037.7()1(2RssRmmfC可见，与1）取 时结果相近 8.6ms（3）1）方法1。2.11500)300(150000nnnsDD将 代入（10-90）NDTT8.02.1Ds1

20、75.0225.81)8.08.2(8.08.22.11)(22或NNNNxNTxNTxmTTTTTTKTTKSs取225.8ms则96.2053.0)11445.0225.8()1(2RssRmmfD取175.0ms时不能稳定运行，不妨算一下仅串入0.01欧姆的电阻，2）方法2。考虑机械特性为直线149.00267.08.222NTmsKs4.82.18.08.2222NNDDNTDDmmTTsTTKsTTs93.2053.0)1149.04.8()1(2RssRmmfD可见，与1）取 时结果相近 225.8ms例10-3某绕线转子异步电动机的技术数据同例10-2设从A点换接到能耗制动状态的运行点E，如图10-32所示，如果要求制动转矩的开始等于电动机的额定转矩（在T=0，n=0及 的机械特性段上），求转子每相的串接电阻 。能耗制动时的接线图如图10-32b所示，定子通入大小为：的直流电流，假如电动机的空载电流 。假定应考虑电动机的磁路的饱和。演讲完毕，谢谢观看！