【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 10 圖 22 繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī) 圖 23 轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)不同電阻時(shí)的 轉(zhuǎn)子 電路串聯(lián)電阻 人為機(jī)械特性 交流測(cè)速發(fā)電機(jī)又可分為兩大類，一類為異步測(cè)速發(fā)電機(jī)，一類為同步測(cè)速 發(fā)電機(jī) 因前者使用較廣泛 。 交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)的一般用途及特點(diǎn) : 交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與交流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)完全相同．其轉(zhuǎn) 子可以做成非磁杯形，也可以做成鼠籠形，鼠籠形轉(zhuǎn)子異步測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出斜率大，但特性差，誤差大，轉(zhuǎn)子慣量大，一般僅用于精度要求不高的系統(tǒng)中。非磁杯形轉(zhuǎn)子異步測(cè)速發(fā)電機(jī)的精度要高得多，轉(zhuǎn)子慣量也?。悄壳皯?yīng)用最廣泛的一種交流測(cè)速發(fā)電機(jī)，交流測(cè)速發(fā)電機(jī)主要用于交流伺服系統(tǒng)和解算裝置中。選用時(shí)應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的頻率、電壓、工作轉(zhuǎn)速的范周和具體用途選擇交流測(cè)速發(fā)電機(jī)的規(guī)格。用作解算元件時(shí)，應(yīng)著重考慮精度要高，輸出電壓穩(wěn)定性要好。用作一般轉(zhuǎn)速檢測(cè)或作阻尼元件時(shí)，應(yīng)著重考慮輸出斜率要大，而不宜既要精度高，又要輸出斜率大。與直流測(cè)速發(fā)電機(jī)相比，交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是，①不需電刷和換向器，構(gòu)造簡(jiǎn)單，維護(hù)容易，運(yùn)行可靠。②無滑動(dòng)接觸，輸出特性穩(wěn)定，精度高。③摩擦阻力矩小，慣量小 。 ④ 不產(chǎn)生干擾無線電的火花 。 ⑤ 正、反轉(zhuǎn)輸出電壓對(duì)稱 其 缺 點(diǎn)是，沈陽航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 存在相位誤差和剩余電壓，輸出斜率 小，其輸出特性因負(fù)載的性質(zhì)不同而有所不同。 交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)工作原理 交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)與交流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)相似，其轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有籠型的，也有杯型的，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中多用空心杯轉(zhuǎn)子異步測(cè)速發(fā)電機(jī)。空心杯轉(zhuǎn)子異步測(cè)速發(fā)電機(jī)定子上有兩個(gè)在空間上互差 90176。電角度 的繞組，一為勵(lì)磁繞組，另一為輸出繞組。 空心杯轉(zhuǎn)子異步測(cè)速發(fā)電機(jī)原理： 當(dāng)定子勵(lì)磁繞組外接頻率為 f 的恒壓交流電源 u，勵(lì)磁繞組中有電流 i流過，在直軸（即軸）上產(chǎn)生以頻率 f脈振的磁通。 在轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)，脈振磁通在空心杯轉(zhuǎn)子中感應(yīng)出變壓器電勢(shì)（空心杯轉(zhuǎn)子可以看成有無數(shù)根導(dǎo)條的籠式轉(zhuǎn)子，相當(dāng)于變壓器短路時(shí)的二次繞組，而勵(lì)磁繞組相當(dāng)于變壓器的一次繞組），產(chǎn)生的磁場(chǎng)與勵(lì)磁電源同頻率的脈振磁場(chǎng)，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子切割直軸磁通，在杯型轉(zhuǎn)子中感應(yīng)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電勢(shì)，其大小正比于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，并以勵(lì)磁磁場(chǎng)的脈振頻率交變，又 因空心杯轉(zhuǎn)子相當(dāng)于短路繞組，故旋轉(zhuǎn)電勢(shì)在杯型轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生交流短路電流，若忽視杯型轉(zhuǎn)子的漏抗的影響，那么此短路電流所產(chǎn)生的脈振磁通在空間位置上與輸出繞組的軸線一致，因此轉(zhuǎn)子脈振磁場(chǎng)與輸出繞組相交鏈而產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。輸出繞組感應(yīng)產(chǎn)生的電勢(shì)實(shí)際就是交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出的空載電壓，其大小正比于轉(zhuǎn)速，其頻率為勵(lì)磁電源的頻率。 電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)分析 電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 是 指電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 n與轉(zhuǎn)矩 T的關(guān)系 。 機(jī)械特性是電動(dòng)機(jī)力學(xué)性能的 主 要表現(xiàn)，它與運(yùn)動(dòng)方程相聯(lián)系，將決定拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行及過渡過程的工作情況。必須指出，機(jī)械特性中 的轉(zhuǎn)矩 T是電磁轉(zhuǎn)矩，它與電動(dòng)機(jī)軸上的輸出轉(zhuǎn)矩差一個(gè)空載轉(zhuǎn)矩 ，當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作在電動(dòng)狀態(tài)時(shí)。 在運(yùn)動(dòng)方程中，已將作為負(fù)載轉(zhuǎn)矩，則 T應(yīng)為軸上拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩即 ， 它與機(jī)械特性上的電磁轉(zhuǎn)矩不同，比后者小 。 在運(yùn)動(dòng)方程式中，將 T視作電磁轉(zhuǎn)矩，則為負(fù)載轉(zhuǎn)矩與空載轉(zhuǎn)矩之和。 由于一般情況下空載轉(zhuǎn)矩占轉(zhuǎn)矩 TA 或之比較小，在一般工程計(jì)算中可以略去，沈陽航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 而粗略地認(rèn)為電磁轉(zhuǎn)矩 T 與軸上的輸出轉(zhuǎn)矩相等。 在機(jī)械生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性是同時(shí)存在的。在電力拖動(dòng)運(yùn)動(dòng)方程式中以指出，當(dāng)轉(zhuǎn)矩方向相反、大小相等時(shí)而互相平衡時(shí)，轉(zhuǎn)速 為某一穩(wěn)定值，拖動(dòng)系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，或稱靜態(tài)。 如負(fù)載增大，負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性和轉(zhuǎn)矩增大，此時(shí)由于慣性，轉(zhuǎn)速開始時(shí)不變，平衡狀態(tài)被破壞，拖動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)入動(dòng)態(tài)減速過程，或稱減速過渡過程狀態(tài)。在減速過程中，轉(zhuǎn)矩按其本身特性變化，減速過程結(jié)束時(shí)系統(tǒng)又轉(zhuǎn)化為穩(wěn)態(tài)，達(dá)到新的平衡，以新的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行。 由此可見，穩(wěn)態(tài)下電動(dòng)機(jī)發(fā)出轉(zhuǎn)矩的大小是由負(fù)載轉(zhuǎn)矩的數(shù)值所決定的。如果電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性具有交點(diǎn)，則電力拖動(dòng)系統(tǒng)可能穩(wěn)定運(yùn)行。但必須指出，如果交點(diǎn)處兩特性配合情況不好，運(yùn)行也有可能不好。這就是說，兩種特性 有交點(diǎn)僅是穩(wěn)定運(yùn)行的必要條件，但還不夠充分。充分條件是：如果電力拖動(dòng)系統(tǒng)原在交點(diǎn)處穩(wěn)定運(yùn)行，由于出現(xiàn)某種干擾作用，使原來的轉(zhuǎn)矩的平衡變得不平衡，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速便稍有變化，這是當(dāng)干擾消除后，拖動(dòng)系統(tǒng)必須有能力使轉(zhuǎn)速恢復(fù)到原來交點(diǎn)處的數(shù)值。電力拖動(dòng)系統(tǒng)如能滿足這樣的特性配合條件，則該系統(tǒng)是穩(wěn)定的，否則是不穩(wěn)定的。 沈陽航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 3 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和各種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài) 三相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的三種表達(dá)式 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是指其轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩間的關(guān)系 n=f(T),其表達(dá)式有三種形式： （ 1）物理表達(dá)式： 三相異步電動(dòng)機(jī)的 轉(zhuǎn)矩公式形式： 221m 39。cos 39。TT C I ??? 式中 T1C 表示異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩系數(shù) m? 表示異步電動(dòng)機(jī)的每極磁通 239。I 表示轉(zhuǎn)子電流的折算值 2cos 39。? 表示轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù) 如圖 所示 n=f（ 239。I ）及 n=f（ 2cos 39。? ）兩條曲線。 在圖 ，當(dāng)不同的 n值時(shí)，將 和 兩條曲線相乘，并乘以常數(shù) ，即得 n=f(T)的曲線，稱為異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。 由機(jī)械特性曲線可見，曲線 n=f(T)的形狀與 n=f（ 239。I ）不同，兩者不成正比。當(dāng) n由逐漸減小時(shí)，增加較快，的數(shù)值較大，使 T值增加較快。當(dāng) n=0 時(shí)，雖然較大，但由于 的數(shù)值較小，使與兩者乘積成正比的 T 值不大。這樣，在 n 從零到之間，轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)一個(gè)最大值 ，稱為異步電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩 。 沈陽航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 圖 在不同轉(zhuǎn)速時(shí)由 239。I 和 2cos 39。? 的乘積求 T (2)參數(shù)表達(dá)式： 物理表達(dá)式不能直接反映異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩與電動(dòng)機(jī)一些參數(shù)間的關(guān)系，為此必須進(jìn)一步推導(dǎo)出機(jī)械特性的參數(shù)表達(dá)式，即 : ? ?22221221139。m39。 39。SRUSTRR X XS?? ???? ? ????? 按參數(shù)表達(dá)式的形式即可繪制異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，如圖 所示，顯然其形狀與按物理表達(dá)式繪制出的曲線 n=f(T)是一樣的。 沈陽航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 圖 異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 機(jī)械特性方程式為二次方程式，故在某一轉(zhuǎn)差率 mS 時(shí)，轉(zhuǎn)矩有一最大值 maxT ，稱為異步電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩。 如圖 所示： 在參數(shù)表達(dá)式中，使 dT/ds=0,可求出產(chǎn)生 maxT 時(shí)的轉(zhuǎn)差率 mS 又因通常 ? ?39。1 1 2R X X?? ? 可得 39。2m 39。12RS XX?? ? ? ?21m a x 39。s 1 2m2 UT XX??? ?? 通過以上公式可見： （ 1）當(dāng)電動(dòng)機(jī)各參數(shù)及電源頻率不變時(shí)， maxT 與 2U? 成正比， mS 則保持不變，與 U? 無關(guān)。 （ 2）當(dāng)電源頻率及電壓不變時(shí)， mS 與 maxT 近似的與 ? ?39。12XX? 成反比。 （ 3） maxT 與 239。R 無關(guān)， mS 則與 239。R 成正比。 除了 maxT 外，異步電動(dòng)機(jī)還有另一個(gè)重要參數(shù)，即起動(dòng) stT ，它是異步電動(dòng)機(jī)接至電源開始起動(dòng)時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩，此時(shí) s=1（ n=0），代入?yún)?shù)表達(dá)式中得 沈陽航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 ? ? ? ?239。12st 2239。39。s 1 2 1 2m= URT R R X X?? ? ? ? 由上式可見，對(duì)于繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)附加電阻（即加大 239。R ），便能改變 stT ，從而可改善起動(dòng)特性。 (3)實(shí) 用 表達(dá)式 上述參數(shù)表達(dá)式，對(duì)于分析 T 與電動(dòng)機(jī)參數(shù)間的關(guān)系，進(jìn)行某些理論分析，是非常有用的。但是由于在電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品目錄中，定子及轉(zhuǎn)子的參數(shù)是查不到的，因此，用參數(shù)表達(dá)式以繪制機(jī)械特性或進(jìn)行分析計(jì)算是很不方便的，為此，出現(xiàn)了下面的實(shí)用表達(dá)式。即 ： maxmm2TT SSSS? ? 綜上所述，上述三種異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性的表達(dá)式，其應(yīng)用場(chǎng)合各有不同。 一般物理表達(dá)式適用于定性的分析 T與 m? 及 2239。cos 39。I ? 間的關(guān)系； 參數(shù)表達(dá)式可用以分析各參數(shù)變化對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行性能的影響； 實(shí)用表達(dá)式最適于用以進(jìn)行機(jī)械特性的工程計(jì)算。 三相異步電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性與人為機(jī)械特性 1 固有機(jī)械特性 固有機(jī)械特 性是指異步電動(dòng)機(jī)工作在額定電壓及額定頻率下，電動(dòng)機(jī)按規(guī)劃的接線方法接線，定子及轉(zhuǎn)子電路中不外接電阻（電阻或電容）時(shí)所獲得的機(jī)械特性曲線 n=f(T)。 三相異步電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性如圖 所示，為了描述其特點(diǎn)，下面著重研究幾個(gè)反應(yīng)電動(dòng)機(jī)工作的特殊運(yùn)行點(diǎn)，即 1） 起動(dòng)點(diǎn) A: 特點(diǎn)是： n=0； T=T ；起動(dòng)電流 1stI =(4~7) INI 。 2） 額定工作點(diǎn) B: 特點(diǎn)是： n= Nn ； T= NT ； I= INI 。 3） 同步速點(diǎn) H: 特點(diǎn)是： n= sn ， T=0， 1I = 0I 。 H點(diǎn)是電動(dòng)狀態(tài)與回饋制 動(dòng)沈陽航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 狀態(tài)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。 4） P 和 39。P 點(diǎn)：最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn) 電動(dòng)狀態(tài)的最大轉(zhuǎn)矩 點(diǎn) P: 特點(diǎn)是： T= maxT ， s= mS 回饋制動(dòng)狀態(tài)最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn) 39。P : 特點(diǎn)是： T= 39。maxT ， s= 39。ms 。 在回饋制動(dòng)時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的過載能力較電動(dòng)狀態(tài)時(shí)大，只有當(dāng)忽略 1R 時(shí)，兩者才相等。 圖 三相異步電動(dòng)機(jī)的 固有機(jī)械特性 2 人為機(jī)械特性 由三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性參數(shù)表達(dá)式可見：異步電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩 T的數(shù)值是由某一轉(zhuǎn)速 n（或 s）下的電源電壓 U? 、電流頻率 1f 、定子極對(duì)數(shù) p、定子及轉(zhuǎn)子電路的電阻及電抗（ 1R 、 239。R 、 1X 、 239。X ）決定的。因此人為的改變這些參數(shù)，