CN
EN

行业应用

三相异步电动机的自然机械特性曲线和特点

2016-12-09

三相异步电动机的自然机械特性,顾名思义就是指电动机在铭牌上规定的额定电压、额定频率、规定的连接方式条件下得到的,能够反映电动机本身特点的机械特性曲线。
根据自然特性的特点,只要抓住该特性的几个特殊点,即可定性地画出该特性,并能够对其进行分析。以下是几个关键点。1.空载点AA点为特性曲线与纵轴的交点,在空载点处,输出的电磁转矩为理想情况,此时,s=0,Tem=T0=0,电动机转子的轴头转速n=n1,为同步转速;如果考虑空载损耗转矩的存在,即Tem=T0,则电动机轴头转速n≈n1,只能近似为理论上旋转磁场的转速,情况如图7-3所示。
三相异步电动机的机械特性
2.最大转矩点B在最大转矩点B处,输出的电磁转矩Tem为最大转矩Tmax,其值可通过对输出的电磁转矩进行求导来获得。因为在B点处,三相异步电动机的机械特性被分为稳定工作区和不稳定工作区,稳定工作区上的每一点都是能使电动机稳定工作的稳定工作点。这里所说的稳定工作点是指具有扰动的情况下仍然能稳定工作的点。
因此,电动机稳定工作时,都工作在A-B这一区段上。该区段几何上可近似为一条直线。反之,不稳定工作区B-C上的每一点都是不能稳定工作的点,电动机在这一区段上不能稳定工作。因此,该区段只能作为电动机起动后,进入稳定工作区段的一个必经过渡区段。该区段几何上表现为一条曲线。所以,B点是两个工作区的临界点,最大电磁转矩Tm也称为临界转矩,所对应的转差率变称为临界转差率。临界转差率sm为最大电磁转矩Tm的参数表达式为当三相异步电机处于电动状态时,s和T都取正值;当处于发电状态时,取负值,见图7-2。为使学生对最大电磁转矩Tm有比较清楚的了解,不妨在这里证明一下。证明的思路是:由于B点既是最大电磁转矩Tm出现的点,也是数学上的函数极值点,所以,利用高等数学中求极值的方法即可计算出sm和Tem。证明的方法及步骤:首先,用电磁转矩的参数表达式对转差率进行求导,并令其为零,计算出转矩的极值对应的转差率sm。

然后,再令s=sm,并将带入电磁转矩的表达式中,求出最大电磁转矩Tm,于是有

证毕。一般情况下,由于r1≪(x1′+x20′),所以临界转差率和最大转矩为

最大转矩的参数表达式(7-10)表明:
(1)最大转矩Tm与电动机的相电压的平方成正比,而sm与U1无关。
(2)最大转矩Tm与转子回路电阻r2′无关,而sm与r2′成正比。
(3)最大转矩Tm与sm都近似地与(x1+x20′)成反比。为了保证电动机的正常运行,不至于因短时的过载而停机,通常要求电动机具有一定的过载能力。因此,引进一个指标参数——过载倍数λm,其定义为式中,λm是电动机的主要技术指标,它反映了电动机的短时过载能力的大小,一般电动机的过载能力为λm=1.8~2.2,而起重冶金用的电动机的过载能力为λm=2.2~2.8。

3.起动转矩点C
C点是特性曲线与横轴的交点,在C点处的电磁转矩称为起动转矩Tst。在C点处,电机处于静止状态,其特点是:电动机轴头转速n=0,转差率s=1,Tem=Tst,根据这些特点,只需令电磁转矩表达式(7-5)中的s=1,即可求得起动转矩Tst为式(7-14)表明:
(1)起动转矩与电源电压成正比;
(2)起动转矩在一定范围内与r2′成正比;
(3)电抗参数(x1+x2′)愈大,Tst愈小,当r2′≈x1+x2′时,sm=1,起动转矩达到最大,且等于最大转矩Tm。综上所述,人们可以通过改变电动机参数来影响和改变电动机的自然机械特性,从而满足人们的各种要求。影响电动机机械特性的参数主要有:定子电压U1,电源频率f1,定子磁极对数p,转差率s,定子绕组中的绕线电阻r1,漏抗x1,转子绕组中的绕线电阻r2,漏抗x20。下面就如何改变这些参数,实现人们对电动机的控制来进行分析。