【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 電阻時(shí)的機(jī)械特性稱(chēng)為固有機(jī)械特性 。 其方程式為 TCC RCUn NTe aNe N 2?? ??,固有機(jī)械特性如圖 2— 7 所示，由于 aR 較小，直流電機(jī)的固有特性較硬 。 U n T aR U Qr 沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 圖 2— 5 直流電機(jī)固有機(jī)械特性 人為機(jī)械特性可用改變電動(dòng)機(jī)參數(shù)的方法獲得，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)一般可分為三種。 人為機(jī)械特性 (2).電力拖動(dòng)的穩(wěn)定運(yùn)行條件 上面已經(jīng)分析了生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性與電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，下面論述這兩種特性的配合情況。 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(chēng)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(kāi)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(guò)程，或稱(chēng)減速過(guò)渡過(guò)程狀態(tài)。在減速過(guò)程中，轉(zhuǎn)矩按其本身特性變化，減速 過(guò)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(jiàn)，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(shuō)，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(lái)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0n aR 0 沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 來(lái)交點(diǎn)處的數(shù)值。電 力拖動(dòng)系統(tǒng)如能滿(mǎn)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。 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性分析 1. 三相異步電動(dòng)機(jī)的三種表達(dá)方式 與上面論述的直流電動(dòng)機(jī)相同 ,三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性也是指其轉(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) 1 1 w11 pm N k= 2TC 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 2cos39。? 表示轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù) (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 2— 6 所示，顯然其形狀與按物理表達(dá)式繪制出的曲線(xiàn) n=f(T)是一樣的。 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(chēng)為異步電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩。 沈陽(yáng)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 2— 6 異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 如圖 2— 6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(guò)以上公式可見(jiàn)： 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(wú)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(wú)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(kāi)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 ? ? ? ?239。12st 2239。39。s 1 2 1 2m= URT R R X X?? ? ? ? 由上式可見(jiàn)，對(duì)于繞線(xiàn)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 沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 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。 2. 三相異步電動(dòng)機(jī)的固有機(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功率下，電動(dòng)機(jī)按規(guī)定的接線(xiàn)方法接線(xiàn)，定子及轉(zhuǎn)子電路中不外接電阻（電抗或電容）時(shí)所獲得的機(jī)械特性曲線(xiàn) n=f（ T）。 三相異步電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性如圖 2— 7 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） A: 起動(dòng)點(diǎn) 特點(diǎn)是： n=0； T= S1T ；起動(dòng)電流 1stI =(4~7) INI 。 （ 2） B：額定工作點(diǎn) 特點(diǎn)是： n= Nn ； T= NT ； I= INI 。 （ 3） H：同步速點(diǎn) 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)狀態(tài)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。 （ 4） P和 39。P 點(diǎn)：最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn) P：電動(dòng)狀態(tài)的最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn) 特點(diǎn)是： T= maxT ， s= ms 沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 39。P ：回饋制動(dòng)狀態(tài)最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn) 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(guò)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 2— 7 三相異步電動(dòng)機(jī)的固有機(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(jiàn)：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)，就可得到不同的人為機(jī)械特性。 下面是改變某些參數(shù)時(shí)人為機(jī)械特性的變化： （ 1）降低 U? 當(dāng)供電電壓降低時(shí) ，最大轉(zhuǎn)矩 maxT 及起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 stT 與 2U? 成正比地降低； ms 與 U?的降低無(wú)關(guān)即其保持不變，由于同步轉(zhuǎn)速 sn =60 pf1 ， 因此 sn 保持不變 。 降低 U? 的人為機(jī)械特性，可在固有機(jī)械特性的基礎(chǔ)上繪制，在不同轉(zhuǎn)速處，固有機(jī)械特性 上的轉(zhuǎn)矩值乘以電壓變化的百分?jǐn)?shù)的二次方，即得人為機(jī)械特性上對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩值 。 沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 下面分析降低電網(wǎng)電壓對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的影響。 如果電網(wǎng)電壓由于某種原因降低，負(fù)載保持額定值不變，電動(dòng)機(jī)既不能連續(xù)長(zhǎng)期運(yùn)行，否則會(huì)影響電動(dòng)機(jī)壽命甚至可能燒壞，且電動(dòng)機(jī)如果長(zhǎng)時(shí)連續(xù)運(yùn)行，最終升溫將超過(guò)允許值，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)壽命縮短，甚至燒壞。 （ 2）轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)對(duì)稱(chēng)電阻 在繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電路中，三相分別串聯(lián)同樣大小的電阻 ?R ,此時(shí)， sn不變 ， maxT 也不變； mS 隨 R? 的增大而增大 ； stT 值將改變，一開(kāi)始隨 R? 增大而增加 ，一直增大到 R? 時(shí) ， stT = maxT ，如 R? 繼續(xù)增大 ， stT 將開(kāi)始減小。 轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)對(duì)稱(chēng)電阻適用于繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)，也可用于調(diào)速，其人為機(jī)械特性如圖 2— 8 所示。 圖 2— 8 轉(zhuǎn)子電路內(nèi)串聯(lián)對(duì)稱(chēng)電阻時(shí)的人為機(jī)械特性 （ 3）定子電路串聯(lián)對(duì)稱(chēng)電抗 在定子電路的三相中分別串聯(lián)對(duì)稱(chēng)電抗 stX ， sn 不變， mS 、 stT 、 maxT 隨所串電抗stX 值的增大而減小 。 定子電路串聯(lián)對(duì)稱(chēng)電抗一般用于籠型異步電動(dòng)機(jī)的減壓起動(dòng)，以限制電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流。 沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 （ 4）轉(zhuǎn)子電路接入并聯(lián)阻抗 圖 2— 9 中所示是在繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路每相接入電抗器與電阻的并聯(lián)電路。這樣，在電動(dòng)機(jī)加速過(guò)程中，當(dāng)轉(zhuǎn)子頻率 s 1f 變化時(shí)，在轉(zhuǎn)子電路中的兩個(gè)并聯(lián)支路之間，電流將進(jìn)行重新 分配。在啟動(dòng)初期，當(dāng)轉(zhuǎn)子頻率相當(dāng)大時(shí)，電抗器的感抗 stX 較大，轉(zhuǎn)子電流的大部分將流過(guò)電阻 stR 。這個(gè)電阻實(shí)際上決定了起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。當(dāng)轉(zhuǎn)子逐漸加速而轉(zhuǎn)子頻率逐漸降低時(shí)， stX 也隨之減小，這時(shí)大部分的轉(zhuǎn)子電流將開(kāi)始流過(guò)電抗器。在起動(dòng)結(jié)束時(shí)，轉(zhuǎn)子頻率將變得很小， stX的值很小，因而幾乎全部轉(zhuǎn)子電流將流過(guò)電抗器，近乎將電阻 stR 短路。由于轉(zhuǎn)子電路參數(shù)可變，如果參數(shù)配合恰當(dāng)，電動(dòng)機(jī)在整個(gè)加速過(guò)程中可以產(chǎn)生幾乎恒定的轉(zhuǎn)矩，在圖 2— 9 中繪制出了其人為機(jī)械特性。 轉(zhuǎn)子電路接入并聯(lián)阻抗又能限制起動(dòng)電流，在起動(dòng)級(jí)數(shù)最少的情況下，保證電動(dòng)機(jī)平滑地加速。 圖 2— 9 轉(zhuǎn)子接入并聯(lián)阻抗的電路圖與人為機(jī)械特性 最后，綜合上述 方法后，本設(shè)計(jì)采用了轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)對(duì)稱(chēng)電阻的方法進(jìn)行調(diào)速。 各種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài) 與直流電動(dòng)機(jī)相同，三相異步電動(dòng)機(jī)也可工作于兩大運(yùn)行狀態(tài)，即電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)和制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。 （ 1） 電動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài) 沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)的特點(diǎn)是電 動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩 的方向與旋轉(zhuǎn)的方向 相同 ，如圖 2— 10所示，是電動(dòng)狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)在第一象限及第三象限的機(jī)械特性，第三象限相當(dāng) 于電動(dòng)機(jī)工作在逆向電動(dòng)狀態(tài)。在電動(dòng)狀態(tài)工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)由電網(wǎng)吸取電能，變換成機(jī)械能以帶動(dòng)負(fù)載。 圖 2— 10 電動(dòng)狀態(tài)下異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 （ 2） 三相異步電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn) 從三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理可知 ， 電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向取決于定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向。因此只要改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向，就能使三相異步電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。如圖 2— 11所示，是利用控制開(kāi)關(guān) SA來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)原理圖線(xiàn)路圖。 當(dāng) SA向上合閘時(shí)， 1L 接 U相， 2L 接 V相 ， 3L 接 W相，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)。 當(dāng) SA向下合閘時(shí)， 1L 接 U相， 2L 接 V相， 3L 接 W相，即將電動(dòng)機(jī)任意兩相繞組與電源接線(xiàn)互調(diào)，則旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)反向，電動(dòng)機(jī)跟著反轉(zhuǎn)。 圖 2— 11 異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)原理接線(xiàn)圖 （ 3）三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài) 與直流電動(dòng)機(jī)相同，異步電動(dòng)機(jī)也可工作于回饋制動(dòng)、反接制動(dòng)及能耗制動(dòng)三種制動(dòng)狀態(tài)。其 共同的特點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩 與轉(zhuǎn)速 的方向相反，以實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。此時(shí)電動(dòng)機(jī)由軸上吸收機(jī)械能，并轉(zhuǎn)換為電能 沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 1）回饋制動(dòng)狀態(tài) 當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)由于某種原因，例如位能性負(fù)載的作用，使其轉(zhuǎn)速高于同步速 sn ，轉(zhuǎn)差率 ，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì) 反向，轉(zhuǎn)子電流的有功分量 也反向，而轉(zhuǎn)子電流的無(wú)功分量方向則不變，由相量圖可以看出，定子電流也相應(yīng)改變， 和間的相位差角 ，此時(shí)定子功率 為負(fù)，即定子繞組將電能回饋電網(wǎng)。同時(shí)轉(zhuǎn)差率 ，電磁轉(zhuǎn)矩 ，電磁轉(zhuǎn)矩的方向和轉(zhuǎn)向相反，在轉(zhuǎn)子軸上產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。綜上所述，當(dāng)轉(zhuǎn)速高于同步速時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于回饋制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)?；仞佒苿?dòng)狀態(tài)一般用于位能性負(fù)載下放，以獲得穩(wěn)定的下放速度，或異步電動(dòng)機(jī)變極調(diào)速由少極數(shù)變?yōu)槎鄻O數(shù)時(shí)發(fā)生。 當(dāng)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩與負(fù)載位能轉(zhuǎn)矩 zT 相平衡時(shí)，電動(dòng)機(jī)及穩(wěn)定運(yùn)行。如在轉(zhuǎn)子電路中串聯(lián)電阻，可得人為機(jī)械特性，并可得到不同的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。串聯(lián)的電阻值越大，穩(wěn)定轉(zhuǎn)速越高。一般在回饋制動(dòng)時(shí) 不串電阻，一面轉(zhuǎn)速過(guò)大。 異步電動(dòng)機(jī)在回饋狀態(tài)一般可用于位能負(fù)載下放，已獲得穩(wěn)定的下放速度?；仞佒苿?dòng)還能發(fā)生在異步電動(dòng)機(jī)定子由少數(shù)對(duì)數(shù)換成多極對(duì)數(shù)時(shí)，因定子換接前極對(duì)數(shù)小，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速高，它將大于換接后的同步轉(zhuǎn)速，電動(dòng)機(jī)將進(jìn)入回饋制動(dòng)狀態(tài)。 2)反接制動(dòng)狀態(tài) 實(shí)現(xiàn)反接制動(dòng)可有轉(zhuǎn)速反向和定子兩相反接兩種方法 ,下面是這兩種方法的具體分析 : A. 轉(zhuǎn)速反向的反接制動(dòng) 與直流電機(jī)相似 ,異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)較大電阻時(shí)，接通電源，電動(dòng)機(jī) 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的方向與重物 G 產(chǎn)生的負(fù)載轉(zhuǎn)矩方向相反，當(dāng) stT 〈 zT 時(shí) ，在重物 的作用下，迫使電動(dòng)機(jī)