【正文】 第四章 交流電動(dòng)機(jī)及電氣 控制（續(xù)） （三相異步電動(dòng)機(jī) 的電力拖動(dòng)） 第五節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 三相異步電動(dòng)機(jī)的 機(jī)械特性 是指在一定條件下，電動(dòng) 機(jī)的轉(zhuǎn)速 n與電磁轉(zhuǎn)矩 Tem之間的關(guān)系，即 n= ? (Tem)。 因 n = n1(1s)， 所以 機(jī)械特性也用 Tem= ? (s)形式表示。 電磁轉(zhuǎn)矩參數(shù)表達(dá)式 Tem= 實(shí)際上就是 機(jī)械特性方程 。 ?????????239。21239。21139。221)()(23xxsrrfsrpU?一、固有機(jī)械特性的分析 (一 )理想空載點(diǎn) H n = n1， s = 0， Tem=0，轉(zhuǎn)子電流 I2=0，定子電流 I1=I0。 (二 )最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn) P 臨界轉(zhuǎn)差率 sm 最大轉(zhuǎn)矩 Tm 239。212139。2)( xxrrsm???? ?239。212111211)(4 xxrrfpUmTm?????? **重要結(jié)論 : (1)最大轉(zhuǎn)矩 Tm 與電源電壓 成正比，而臨界轉(zhuǎn)差率 sm與 U1無(wú)關(guān)。 (2) 臨界轉(zhuǎn)差率 sm與轉(zhuǎn)子電阻 r’2成正比，而最大轉(zhuǎn)矩 Tm與轉(zhuǎn)子電阻 r’2無(wú)關(guān)。 (3) Tm 和 sm 都近似地與（ x1+ x’2）成反比。 如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩大于最大轉(zhuǎn)矩 Tm ，則電動(dòng)機(jī)將停轉(zhuǎn) 。 為了保證電動(dòng)機(jī)不會(huì)因短時(shí)過(guò)載而停轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)都具有一 定的過(guò)載能力。 過(guò)載能力： λm= Tm /TN 一般 λm=～ ，起重、冶金用 λm=～ 。 21U圖 418 三相異步電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性 (三 )起動(dòng)點(diǎn) A n = 0， s = 1，此時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩 Tem稱為 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 。 **重要結(jié)論 : （ 1）起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 Tst與電源電壓 成正比； （ 2）（ x1+ x’2）越大， Tst越?。? （ 3）在一定范圍內(nèi)增大轉(zhuǎn)子電阻 r’2， Tst增大。 對(duì)于繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)，若在一定范圍內(nèi)增大轉(zhuǎn)子電阻 可以增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，可以 改善起動(dòng)性能 。 ? ?239。21239。21139。2211)()(2 xxrrfrpUmTst ???? ?21U 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù) Kst： Kst = Tst/TN 只有 當(dāng) Tst 大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)，電動(dòng)機(jī)才能起動(dòng) 。 而在 要求滿載起動(dòng)時(shí)，則 Kst 必須大于 1。 *而 對(duì)于籠型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)子回路不能用外 串電阻的方法 。 *若要獲得最大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 ， 則使 Tst=Tm，則 sm=1，即 則 r’st=（ x1+ x’2） r’2 （四）額定工作點(diǎn) B n = nN， s = sN， Tem=TN 139。2139。39。2 ????xxrrs stm二、人為機(jī)械特性的分析 1． 降低定子電壓的人為機(jī)械特性 圖 419 降低電源電壓的人為機(jī)械特性 可見(jiàn)降低定子電壓的人為機(jī)械特性為一組通過(guò)同步點(diǎn)的 曲線，斜率不斷增大。 *注意：與直流電動(dòng)機(jī)降低電壓的人為機(jī)械特性的區(qū)別。 *注意：降低定子電壓，電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)的問(wèn)題： 1）當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩恒定時(shí)，若降低電壓，轉(zhuǎn)速降低，轉(zhuǎn)差率增 大，轉(zhuǎn)子電流將增大，從而引起定子電流的增大。若超過(guò)額 定值，長(zhǎng)期運(yùn)行，溫升將超過(guò)容許值，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)壽命縮 短，甚至燒壞。 2）如果電壓降低過(guò)多，致使最大轉(zhuǎn)矩 Tm小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)， 則電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。 3) 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與 成正比的減少，導(dǎo)致 Tst小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，則 電動(dòng)機(jī)不能起動(dòng)。 21U2． 轉(zhuǎn)子電路串接電阻的人為機(jī)械特性 同步轉(zhuǎn)速 nl不變，最大轉(zhuǎn)矩 Tm不變，而臨界轉(zhuǎn)差率則 隨 rp的增大而增大，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 Tst也增大了，人為特性為一 組通過(guò)同步點(diǎn)的曲線，如圖 420所示。 在一定范圍內(nèi)增加轉(zhuǎn)子電阻，可以增大 Tst； 如果串接一定數(shù)值的電阻后使 Tst =Tm，這時(shí)若再增大 轉(zhuǎn)子電阻， Tst開(kāi)始減小。 轉(zhuǎn)子電路串接附加電阻， 僅適用于繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng) 機(jī)的起動(dòng)和調(diào)速 。 圖 420 轉(zhuǎn)子串接對(duì)稱電阻的人為機(jī)械特性 3．定子回路中串接電阻或電抗的人為機(jī)械特性 定子回路中串接電抗一般用于 籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的降壓起動(dòng)，以限制起動(dòng)電流 。 圖 421 定子電路外接電阻或電抗的人為機(jī)械特性 4．改變定子電源頻率時(shí)的人為機(jī)械特性 一般變頻調(diào)速采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，即希望 最大轉(zhuǎn)矩 Tm保 持為恒值 ，因 Tem=CTФ1I’2cos? 2 , 應(yīng)保持氣隙磁通不變。 又因 = 及 ≈ ，所以在改變頻率的同 時(shí)， U1也要變化，使 U1/ ? =常數(shù) 。 所以 nl∝ ? ， sm∝ 1/? , Tst∝ 1/? ， Tm不變，即隨著頻率 ? 的降低，同步轉(zhuǎn)速 nl減小，臨界轉(zhuǎn)差率 sm增大，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 Tst增大，而最大轉(zhuǎn)矩 Tm基本維持不變，如圖 422所示。 1U? 1E?1E?圖 422 改變定子電源頻率的人為機(jī)械特性 三、電磁轉(zhuǎn)矩的實(shí)用表達(dá)式 將式 (441)進(jìn)行簡(jiǎn)化，得出電磁轉(zhuǎn)矩的實(shí)用表達(dá)式為 (450) 上式中 Tm及 sm可用下述方法求出： TN = ／ nN Tm = λmTN = ／ nN (451) 忽略 T0，將 T=TN， s = sN代入式 (450)，可得 (452) 式中 sN ——額定轉(zhuǎn)差率， sN = (n1 nN)／ n1。 ssssTTmmmem??2)1( 2 ??? mmNm ss ??第六節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) 對(duì)異步電動(dòng)機(jī) 起動(dòng)性能的要求 是： 足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 ，加速起動(dòng)過(guò)程，縮短 起動(dòng)時(shí)間。 ， 起動(dòng)電流越小越好 。 **原因 ： 1）過(guò)大的起動(dòng)電流沖擊，會(huì)引起電網(wǎng)較大 的線路壓降，特別是電源容量較小時(shí)，電壓下降太 多。 2）很大的起動(dòng)電流將在繞組中產(chǎn)生較大的損 耗，引起發(fā)熱，加速繞組絕緣老化。且在大電流沖 擊下，繞組端部受電磁力的作用，有發(fā)生位移和變 形的趨勢(shì)，造成短路事故。 起動(dòng)平滑 ，以減小對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的沖擊。 ，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。 籠型電動(dòng)機(jī)有 兩種起動(dòng)方法： 直接起動(dòng) 降壓起動(dòng) 也稱 全壓起動(dòng) 。起動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)定子繞組直接 接入額定電壓的電網(wǎng)上。 **特點(diǎn)： 起動(dòng)電流較大而起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 Tst 卻不大。 (1)起動(dòng)電流 Ist大 起動(dòng)電流倍數(shù) Ki= Ist/IN = 4～ 7。 原因：起動(dòng)時(shí) n=0， s= l，轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì) sE’2很 大，所以轉(zhuǎn)子電流 I’2很大，根據(jù)磁通勢(shì)平衡關(guān)系 ，定子電流也必然很大。 039。21 III ??? ??一、三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的直接起動(dòng)與控制 (2)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 Tst 不大 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù) Kst = Tst/TN =l～ 2。 ** 原因：可以從機(jī)械特性物理表達(dá)式 來(lái)說(shuō)明： 首先，起動(dòng)時(shí)的 s=1遠(yuǎn)大于正常運(yùn)行時(shí)的 s = ～ ，起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)角 ?2= arctan( sx’2/r’2)很大， cos?2≈。因此， 起動(dòng)時(shí) I’2雖然大，但其有功分量 I’2cos?2并不大。 其次，由于起動(dòng)電流大，定子繞組漏抗壓降增 大，使 El減??；又因 E1= ?1 ，使氣隙 磁通 ?1減小 (起動(dòng)瞬間 ?1約為額定值的一半 )。 221 c o s ?ICT Tem ??? 直接起動(dòng)一般只用在小容量（ ） 電動(dòng)機(jī)中。 如果電網(wǎng)容量很大，可允許容量較大 的電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng) 。 必須滿足下列 經(jīng)驗(yàn)公式 ： 否則，應(yīng)采用降壓起動(dòng)方法。 Ist為電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)時(shí)起動(dòng)電流 (A)； IN為電動(dòng)機(jī)額定電流 (A)； S為電源總?cè)萘?(kVA)； P為電動(dòng)機(jī)容量 (kW)。 iNst kII ???4PS43(一 )單向旋轉(zhuǎn)控制電路 圖 423為電動(dòng)機(jī)單向旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)控制電路，其中： 圖 a為刀開(kāi)關(guān)控制電路，能實(shí)現(xiàn) 短路保護(hù) 。 圖 b為斷路器控制電路，能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期 過(guò)載保護(hù) 和 過(guò)電 流保護(hù) 。 它們僅適用于不頻繁起動(dòng)的小容量電動(dòng)機(jī)，但 不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制。 圖 423 電動(dòng)機(jī)單向旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)控制電路 a)刀開(kāi)關(guān)控制電路 b)斷路器控制電路 **工作原理：合上電源開(kāi)關(guān) Q，按下起動(dòng)按鈕 SB2，其常 開(kāi)觸頭閉合，接觸器 KM線圈通電吸合，其主觸頭閉合，電 動(dòng)機(jī)接入三相交流電源起動(dòng)旋轉(zhuǎn)。 同時(shí)，與起動(dòng)按鈕 SB2并聯(lián)的接觸器 KM常開(kāi)輔助觸頭 閉合，當(dāng)松開(kāi) SB2按鈕時(shí)， KM線圈通過(guò) KM常開(kāi)輔助觸頭這 一路徑繼續(xù)保持通電，從而使電動(dòng)機(jī)獲得連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。 按下停止按鈕 SB1，接觸器 KM線圈斷電并釋放， KM常 開(kāi)主觸頭、輔助觸頭均斷開(kāi)，切斷電動(dòng)機(jī)主電路與控制電 路，電動(dòng)機(jī)停止旋轉(zhuǎn)。 依靠接觸器自身輔助觸頭保持線圈通電的電路稱為 自鎖 （自保）電路。 圖 424 電動(dòng)機(jī)單向旋轉(zhuǎn)接觸器控制電路 圖 424為電動(dòng)機(jī)單向旋轉(zhuǎn)接觸器控制電路，圖中 Q為 電源開(kāi)關(guān)， FUl、 FU2分別為主電路與控制電路熔斷器， KM為接觸器， SB SB2分別為停止按鈕與起動(dòng)按鈕， M為三相籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。 電路保護(hù)環(huán)節(jié)： （ 1） 短路保護(hù) 由熔斷器 FUl、 FU2分別實(shí)現(xiàn)主電路與控制電路的短路保護(hù)。 （ 2） 過(guò)載保護(hù) 由熱繼電器 FR實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的長(zhǎng)期過(guò)載保護(hù)。 （ 3） 欠壓和失壓保護(hù) （二）點(diǎn)動(dòng)控制電路 點(diǎn)動(dòng)控制電路與連續(xù)運(yùn)行控制電路的區(qū)別： 有無(wú)自保電路； 從主電路上看連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)電路中應(yīng)裝設(shè)熱繼電器作長(zhǎng)期過(guò)載保護(hù)，而對(duì)于 點(diǎn)動(dòng)電路中主電路可不接熱繼電器 。 圖 425 電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)控制電路 a)線路一 b)線路二 c)線路三 圖 425a為點(diǎn)動(dòng)控制電路的基本形式，工作原理： 按下 SB按鈕 ，接觸器 KM線圈通電并吸合，主觸頭閉 合，電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)旋轉(zhuǎn)； 松開(kāi) SB時(shí) ， KM線圈斷電并釋 放，主觸頭斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)斷電停止旋轉(zhuǎn)。