电机的特性分析Word格式.docx
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所以，电动机稳定运行的工作点位于n=f（T）曲线K、n0区间的某一点。
n0K故区称为稳定工作区。
KTq区为不稳定工作区。
如果负载突然增加，或电源电压突然降低使TL>
Temax时，则电动机转速迅下降，进入KTq段，电动机的电磁转矩随转速的下降而减小,导致电动机因承受不了而迅速停止运转，这种现象称为堵转。
堵转后，电动机中的电流立即升高为额定电流的数倍，如果没有保护措施及时切断电源,电动机将可能被烧毁。
异步电动机的电磁转矩和机械特性（电磁转矩是异步电动机的驱动转矩）
一、电磁转矩
基本公式：
与直流电机类似的公式：
根据简化等效电路算出转子电流：
电磁转矩的实用公式：
转矩系数￠m为电机的每极磁通
●1、当n=n0（s=0）时，R2’/s=∞,故I2’=0；
2、随着n从n0开始减小，（s由零渐增），当s较小时，R2’/s＞＞X2’,X2’可忽略不计，I2’最初与s比例地增加；
3、到s较大时，R2’/s相对变小，X2’即不能忽略，且逐渐成为分母中的主要部分，随着n继续减小（既s继续上升），I2’增加缓慢。
●n=n0（s=0）时，cos￠2’=1；
随着n的逐步下降（既s逐步增大），，cos￠2’将逐步下降。
●不同的n值时，将两条曲线相乘，并乘以常数CT￠m，即得n=f（T）的曲线，曲线n=f（T）的形状与n=f（I2’）不同，两者不成比例。
1、当n=0（s=1）时，虽然I2’较大，但cos￠2’的值较小，与两者乘积成正比的T值不大。
2、但当n逐渐减小时，I2’增加较快，cos￠2’的值较大，使T值增加较快。
★在0~n0之间，转矩T出现一个最大值，称为电机最大转矩Temax。
增加转子电阻使总的阻抗增加了，所以，起动电流减小。
转子电阻增加，使得COSΦ2提高，起动电流减小，使得定子漏抗电压降低，电势E1增加，使得气隙磁通增加；
起动转矩与气隙磁通、起动电流、COSΦ2成正比，虽然起动电流小了，但气隙磁通和COSΦ2增加了，使起动转矩增加了。
如果所串电阻太大，使起动电流太小，起动转矩也将减小。
最大起动转矩可等于最大转矩，此时所串电阻为：
所加电阻如果大于该值，起动转矩将下降。
二、机械特性
∙电动机的机械特性是指电磁转矩与转速之间的关系曲线。
∙异步电动机的机械特性就是T-s曲线。
∙几个关键点：
o起动点Tq
o最大转矩点Temax
o额定工作点Te
∙电动，发电，制动三种运行状态
三、最大转矩（过载能力）
∙异步电动机的T-s曲线上有一个最高点；
∙最大转矩可以根据高等数学中求极值的方法求得。
o令：
，求得：
o带入转矩公式，可得：
∙过载能力：
最大转矩与额定转矩之比：
λK表示电动机短时过载的极限。
一般三相异步电动机的λK在1.8～3.0之间，Y系列电动机在1.7～2.2之间，J2或JO2系列为在1.8～2.2之间，JO3系列为在2.0～2.2之间而冶金、起重等特殊电动机λK在3.3～3.5或更大。
几个重要结论：
电机各参数不变及电源频率，电压不变时，
o最大转矩与电网电压的平方成正比；
则sm保持不变，与U1无关；
o最大转矩近似于漏电抗（x1+x2’）反比
o最大转矩的位置可以由转子电阻的大小来调整；
o最大转矩的值与转子电阻值没有关系。
sm与R2有关，R2愈大，sm也愈大。
四、异步电动机的起动转矩，起动转矩倍数
∙作出起动时（s=1）的等效电路，可以直接求得起动电流和起动转矩。
∙起动电流指起动瞬间电机从电网吸收的电流,
∙起动转矩则是起动瞬间电动机的电磁转矩：
∙如果希望起动转矩等于最大转矩，则：
令sm=1,可得：
电动机的起动转矩Tq与额定转矩Te的比值
，表示电动机的起动能力。
一般异步电动机的Kst值在0.8～1.2之间。
∙对绕线式电动机：
以上电阻指的是转子每相电阻与外串电阻之和。
实际电阻应反折算。
∙几个重要结论：
o异步电动机的起动转矩与电压的平方成正比；
o总漏抗越大，起动转矩越小；
o绕线式异步电动机可以在转子回路串入适当的电阻一增大起动转矩；
o当
时，起动转矩最大。
“起动”实际上为转子堵转状态。
异步电动机堵转时，n=0,则s=1，代表机械负载的附加电阻（1-s）r’2/s=0,相当于电路短路状态。
所以起动电流（即堵转电流）很大，而功率因数也较低。
●异步电动机空载（TL=0），当TL=0时，电力拖动方程
拖动系统机械时间常数
空载的过渡时间为：
空载起动时，sst=1；
sX=0.05带入上式，
空载起动时间为：
空载的过渡时间t0与sm的数值有关。
空载的过渡时间t0最短时的sm0，令dt0/dsm=0,得：
空载起动时对应t0st最短的sm0st≈0.407
◆当sst=1；
sX=0.05可以求出sm0st≈0.407时，t0st为最短。
从以上三条机械特性曲线说明：
◆当sm0st≈0.407时，n在0~n0的起动范围内，特性与两坐标间包围的面积最大，以即对应最大平均起动转矩
Tq（Tq=面积/n0），因此对应最短的空载起动时间t0st。
★但是普通笼型异步电动机的sm为0.1~0.15，显然，如欲得到较短的起动时间，必须采用转子电阻较高的高转差率笼型异步电动机。
★对于绕线转子异步电动机，可以采用转子电路串联电阻的方法来提高sm，缩短起动时间。
●降低电网电压对电动机运行的影响：
●Tq与Temax及U12成正比。
当电源电压U1降低时，起动转距、最大转矩会与U12成正比的降低；
●sm与U1的降低无关（即保持不变）；
●由于同步转速n0的值与U1无关，所以n0也保持不变。
设：
电动机原在额定情况下运行，此时电动机U1=UN，I1=I1N，n=nN,T=TN。
▲如果电网电压由于某种原因降低，负载保持额定值不变时，电动机将不能保持连续长期运行，否则会影响电动机寿命甚至可能烧毁。
因为当U1降低时，在降低的瞬间，转速nN不变，电动机电流I1及I2’将下降，T下降，电动机开始减速，因T＜TL，s增大，电流因sE2增大而回升，在回升到T=TL以前，电动机继续减速，一直降到n1（转差率由sN升到s1）为止，此时T=TL=TN，又达到新的平衡状态。
●由于U1下降前后负载保持额定值不变，由
式，T∝I2′2（1/s）,得
式中,I2X′2为U1降低后转子电流的折算值。
由于sX＞sN，则I2X′＞I2N′，U1降低后电动机电流
将大于额定值，电动机如长期连续运行，温升最终将超过允许值，导致电动机寿命缩短，甚至烧毁。
●笼型电机串联对称电抗，电阻，n0不变，Temax，Tq，sm将随着Xst，Rf的增大而减小。
降压限流。
●绕线转子电机接入并联电抗器。
在绕线转子电机转子回路中每相接入电抗器和电阻的并联电路。
这样，在电动机加速过程中，当转子频率sf1变化时，在转子电路中的两个并联支路之间，电流将进行重新分配。
●在起动初期，当转子频率相当大时，电抗器的的感抗Xst=2πsf1Lst较大，转子电流的大部分将流过电阻Rst；
这个电阻实际上决定了起动电流和起动电阻。
●当转子逐渐加速而转子频率逐渐降低，电抗器的的感抗Xst也随之减小，这时大部分的转子电流将流过电抗器。
●在起动结束时，转子频率将变得很小（sf1≈2~5Hz）,Xst值很小，因而几乎全部转子电流将流过电抗器，近乎将电阻Rst短接。
由于转子电路的参数可变，如果配合恰当，电动机在整个加速过程中产生几乎恒定的转矩。
绕线转子电机接入并联电抗器能限制起动电流，在起动级数最少的情况情况下，保证电动机平滑地加速。
当转子电阻R2适当增大时，起动转距会增大；
当R2=X20时，Tq=Temax，，sm=1；
但继续增大R2时，Tq就要随着减小，这时sm>
1。
见下图。
转子串联起动电阻，即可限制起动时的转子电流和定子电流，还能增大起动转矩，减少起动时间，适用于功率较大的重载起动。
五、转矩的实用计算公式：
∙通过铭牌数据求取电动机转矩的方法：
转子串电阻分级起动，整个起动过程中尽量保持较大的起动转矩。
1、转子每相串入起动电阻r2+R’+R’’+R’’’+R’’’’，电动机开始起动，起动点为a点，起动转矩为T1，
T1＜Temax。
2、转速上升，到b点时，T=T2＞TL，为了加大电磁转矩加速起动过程，切除起动电阻R’’’’，电动机的运行点从b变到c点，T=T1。
3、转速继续上升，到d点时，T=T2，为了加大电磁转矩加速起动过程，切除起动电阻R’’’，电动机的运行点从c变到d点，T=T1。
4、转速继续上升，到d点时，T=T2，为了加大电磁转矩加速起动过程，切除起动电阻R’’，电动机的运行点从d变到f点，T=T1。
5、转速继续上升，到g点时，T=T2，为了加大电磁转矩加速起动过程，切除起动电阻R’，电动机的运行点从g变到h点，T=T1。
6、转速继续上升，经h点最后稳定运行在e点。
T1为最大起动转矩，T1≤0.85Temax；
T2为最小起动转矩或切换转矩，T2≥（1.1~1.2）TL。
最大转矩Temax保持不变，临界转差sm∝r2’+RΩ’转子总电阻成正比。
简化计算，机械特性可示为直线，
当串入RΩ时，可使sm=1（n=0）,Tq=Temax，则
；
得出
校正系数
电磁转矩与电磁功率、机械功率的关系：
转速特性：
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