浅谈三相异步电机机械特性曲线

学术   2024-09-07 17:56   上海  

浅谈三异步电机
机械特性曲线


什么是电机的固有机械特性?
电机的作用就是向工作机械提供一定的转矩,并能使其以一定的转速运转。转矩T和转速n是生产机械对电机提出的两项基本要求,电机的机械特性就是指在电动机定子电压、频率以及绕组参数一定的条件下,电动机轴上所产生的转矩T和相应的运行转速п之间关系的特性。如上图所示,该曲线表明了电机的主要性能指标,也是选择电机的依据。
几个关键的“点”
  1. 启动点S
    在该点处,转速n=0,转差率s=1。此处对应的转矩我们称之为启动转矩Ts,电流为启动电流Is。
  2. 临界点K
    在该点处,电机转矩达到最大。也是电机稳定运行区和非稳定运行区的分界点。
  3. 工作点Q
    在该点c处,电机处于额定运行状态。此时对应的转矩为额定转矩Tn。
  4. 理想空载点N0
    该点又称为“同步转速点”,转差率s=0,由于转子和磁场没有相对运动,转矩T=0,属于一种理想状态。
几个关键的“指标”
  1. 额定转矩Tn
    指电机在额定电压下,以额定转速运行,输出额定功率时,电机转轴上的输出转矩。这也是我们平时最常计算的参数。公式为:Tn=9550P/n。
  2. 启动转矩Ts
    是衡量电机启动性能的重要指标。启动转矩大则电机加速度大,启动时间短。体现了电机带重载启动的能力。只有启动转矩大于电机轴上的负载转矩,电机才能启动。
  3. 最大转矩Tk
    是电机带动最大负载的能力。电机从启动至正常运转的过程中,电磁转矩是不断变化的,如前面的图中所示。其中最大值称为最大转矩。
  4. 转差率S
    旋转磁场转速n0与转子转速n1之差与同步转速n0的比值称之为转差率,临界点处对应的转差率称为临界转差率Sk。
  5. 过载倍数λm
    最大转矩Tk与额定转矩Tn的比值称之为过载倍数,其值大小反映了电机的过载能力。一般异步电机的过载倍数λm=1.5-2.5。
  6. 启动转矩倍数ks
    启动转矩与额定转矩的比值称之为启动转矩倍数或堵转转矩倍数,表征了电机的启动能力,一般异步电机启动转矩倍数ks=1.6-2.2。
异步电机电磁转矩的三种表达式
电机的机械特性除了可以用上面提到的曲线来表达,也可以用函数来表示。用函数表示时,有三种表达式:
上述表达式中,C是转矩系数,Φ为主磁通,I2为转子电流折算值,U1为每项电压,f1为频率,r2转子回路电阻,n2转速,S转差率,x电抗。

从上面的参数表达式可知,改变定子电压U1、定子频率f1、极对数p、定子回路电阻r1和电抗x1、转子回路电阻r2ˊ和电抗x2ˊ,都可得到不同的人为机械特性。这种人为改变电动机的电气参数而得到的机械特性我们称之为“人为机械特性”,区别于前面提到的电机固有机械特性。
电机的几种“人为机械特性”
特点:1)电压下降,线性段斜率变大,特性变软,起动转矩倍数和过载能力显著下降。
2)电压下降,电磁转矩减小将导致电动机转速下降,转子电流、定子电流增大,导致电动机过载。当电压下降过多而使最大电磁转矩小于负载转矩时电动机甚至会停转。
特点:增大转子回路电阻时,同步转速和临界转矩不变;临界转差率增大。线性段斜率变大,特性变软。适当增加转子回路电阻,可以增大电动机起动转矩。
特点:增大定子回路电阻时,同步转速不变,但临界转矩,临界转差率及启动转矩都变小。

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