三相异步电动机在各种运行特性下机械特性.doc

实验五 三相异步电动机在各种运行状态下的机械特性 【思考要点】 如何利用现有设备测定三相绕线式异步电动机的机械。 测定各种运行状态下的机械特性应注意哪些问题。 如何根据所测得的数据计算被试电机在各种运行状态下的机械特性。 【实验原理】 三相异步电动机的定、转子之间没有直接电的联系，它们之间的联系是通过电磁感应而实现的。一台三相异步电动机的电磁转矩的大小决定了其拖动负载的能力，而三相异步电动机的电磁力矩的大小不仅与电动机本身的参数有关，也和其外加电源的电压有关。本实验围绕异步电动机的电磁力矩和其参数、外加电压的关系以及各种运行状态等电力拖动问题进行展开。 三相异步电动机的机械特性 机械特性是指电动机转速n与转矩T之间的关系，一般用曲线表示。欲求机械特性，先求T与n的数学关系式，称为机械特性表达式。 电磁转矩 由异步电动机的近似等效电路，得 代入T的公式，即得参数表达式 考虑到 ， ， 即可由此式绘出异步电动机的机械特性曲线，如图6.24所示。 图6.24 三相异步电动机机械特性 机械特性的参数表达式为二次方程，电磁转矩必有最大值，称为最大转矩Tm。 将表达式对s求导，并令，可求出产生最大转矩Tm时的转差率Sm Sm称为临界转差率。代入T的公式则可得Tm的公式 式中正号对应于电动机状态，负号适用于发电机状态。 一般，故可得近似公式 可见：（1）当电动机参数和电源频率不变时，，而Sm与UX无关； （2）当电源电压和频率不变时，Sm和Tm近似与成反比； （3）增大转子回路电阻，只能使Sm相应增大，而Tm保持不变。 最大转矩Tm与额定转矩TN之比称为过载倍数，也称过载能力，用KT表示： 一般异步电动机KT＝1.8～3.0。对于起重冶金机械用的电动机，可达3.5。 异步电动机起动时，n＝0，s＝1，代入参数表达式，可得起动转矩的公式 由此式可知，对绕线式异步电动机，转子回路串接适当大小的附加电阻，能加大起动转矩Tst，从而改善起动性能。 起动转矩Tst与额定转矩TN之比，称为起动转矩倍数Kst： 一般电动机Kst＝1.0～2.0，对于起重冶金机械用的电动机为2.8～4.0。 三相异步电动机的制动 异步电动机的制动亦分三类四种。 （1）能耗制动 能耗制动的实现如图6.25（a）所示。 （a）（b） 图6.25 三相异步电动机能耗制动 （a）电路图 （b）机械特性 将1J断开，2J接通，亦即让电动机从三相电源断开，定子绕组通入一定大小的励磁电流。转子由于惯性，继续旋转时，转子绕组切割定子绕组产生的恒定磁场，感应电动势和电流，转子载流导体在磁场中受到电磁力的作用。产生与转向相反的转矩，电动机进入制动状态。随着转速的降低，制动转矩亦随之减少，到n＝0时，T＝0，故可用于准确停车。能耗制动的机械特性如图6.25（b）所示。 能耗制动的机械特性曲线过0点，如图中曲线所示，如果励磁电流不变，加大转矩电路所串电阻，特性斜率增大，Tm不变，如曲线3所示。如果电阻不变，减小励磁电流，则曲线如图中曲线2所示，Tm减小。由机械特性曲线可以看出能耗制动用于快速停车的过程，这时一般取励磁电流： ， 转子回路串接的电阻： ， 可保证快速停车时最大制动转矩为（1.25~2.2）TN。 异步电动机带位能性负载时，可用于低速下放重物，此时的机械特性在第Ⅳ象限。转子电路串接的电阻越大，下放速度越高；定子电流I－越大，下放速度越慢。 （2）反接制动 实现反接制动的方法有两种：转速反向的反接制动和定子两相反接的反接制动。 a．转速方向的反接制动 （a） （b） 图6.26 异步电动机转速反向时的反接制动 （a）电路图 （b）机械特性 如图6.26所示，绕线型异步电动机带位能性负载时，若要下放重物，可在转子回路串接较大电阻，使电动机的TstTZ,电动机将由重物产生的转矩拖动反向起动，随着下放速度的提高，电动机的转矩逐步增大。可由图6.26（b）的机械特性看出，当工作点达B点时，稳速下放重物。转子回路的电阻Rf越大，下放速度越快。 b．两相反接的反接制动 设制动前电动机运行于电动机运行状态，工作在图6.27（b）中的A，若将定子两相反接，工作点移至新的特性上的B点，转矩为负，进入制动状态，快速减速，转速降至零以前，及时断开电源，否则可能出现反转现象。调节制动电阻Rf的大小，可以调速快速停车的速度。Rf较小，制动转矩调大，制动较快。 （a） （b） 图6.27 异步电动机两相反接的反接制动 （a）电路图；（b）机械特性。 （3）回馈制动 当电动机由于某种外因，例如在位能负载作用下，使电动机的转速高于同步转速n0，电动机处于发电机状态，将系统的动能转换成电能送回电网，三相异步电动机处于回馈制动状态。 【实验目