第五章  三相异步电动机的电力拖动 §5-1 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。 一、三相异步电动机机械特性的三种表达式 （一） 物理表达式  此式清楚表明了T和    、cos   之间的关系，虽然    、cos   与n密切有关，但不能清楚反映T与n的关系。  （二） 参数表达式  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n=(1－s)n0，        ，即可由此式绘出异步电动机的机械特性曲线n=f(T)  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    结论 （1）当电动机参数和电源频率不变时，Tm        ，而Sm与UX无关； （2）当电源电压和频率不变时，Sm和Tm近似与（X1＋       ）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。 对于鼠笼式电动机，不能用转子串电阻的方法改善起动转矩，在设计电动机时就要根据不同负载的起动要求来考虑起动转矩的大小。起动转矩Tst与额定转矩TN之比，称为起动转矩倍数Kst：  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）实用表达式 参数表达式在理论分析时很有用，但定、转子参数在产品目录中找不到，使用起来不方便。为此，还需导出便于用户实用的实用表达式。 将T的公式与Tm的公式相除，并加以整理化简，可得    如果忽略R1，得   上式的Tm及Sm可由电动机产品目录查得的数据求得，故称实用表达式。只要求得Tm和Sm，就可得到T与s（n）的关系曲线。  Tm与Sm的求法   机械特性的三种表达式，应用场合个有不同。物理表达式适用于定性分析T与          及           之间的物理关系；参数表达式适用于分析各参数变化对电动机运行性能的影响；实用表达式用于机械特性的工程计算。 二、相异步电动机的固有机械特性和人为机械特性  （一）?? 固有机械特性 定义：在额定电压和额定频率下。电动机按规定的接线，定子及转子电路不外参数时机械特性曲线n＝f（T）。 描述固有机械特性的几个特殊运行点 （1）起动点A 特点是  n＝0（s＝1）；T＝Tst。 （2）额定工作点 特点是  n＝nN   (s=sN)； T=TN   （3）同步转速点H 特点是  n＝n0； T＝0；I1＝I0。是电动机状态与回馈制动状态的转折点。 （4）最大转矩点 a、? 电动状态最大转矩点P： T＝Tm、s＝sm。 b、 回馈制动状态最大转矩点   ：T=    , s=   （均为负值），不忽略R1时，              、                  。   （二）?? 人为机械特性 固有机械特性的条件中有一条不满足时，得到的机械特性就为人为机械特性。 1．降低电压Ux n0不变，Tm与Tst均与     成正比，sm与Ux无关。为此可得降低Ux时的人为机械特性。Ux＝UN、0.8UN、0.5UN时的人为特性。 如果负载转矩接近额定时，长期低压运行，会使电动机过热损坏。 2．转子回路串对称电阻 n0不变，Tm不变，sm则随串接电阻     的增大而增大，Tst也随之增大。 当增至                       时sm＝1，Tst＝Tm，如继续增大    ，则Tst开始反而减小。如图所示。 3．定子电路串联对称电抗 定子电路串联对称电抗Xst时，n0不变，Tm、Tst及sm将随Xst的曾大而减小。特性如图所示。一般用于笼型异步电动机的降压起动。 4．定子电路串联对称电阻  定子电路串联对称电阻Rf，与串Xst相似，n0不变，Tm、Tst及sm将随Rf的增大而减小。特性如图所示。也用于笼型异步电动机的降压起动。 §5－2   三相异步电动机的起动 一、三相笼型异步电动机的起动方法  1．直接起动 方法：通过把三相闸刀或磁力起动器，直接接通额定电压的电路。 性能：Tst＝（1.0～2.0）TNj 或  (2.8～4.0) TN0  ； Ist＝（4~7）IN。 特点：设备简单，操作方便，Tst较大，Ist很大。 适用场合：适用于相对电源变压器容量较小的电动机，一般7.5kW以下的电动机可以直接起动，7.5kW以上、电源容量满足下述条件的也可以直接起动，公式为    不能满足上述条件或起动频繁的电动机，应采用降压起动，将起动电流限制到允许的数值。 2．降压起动 起动时，设法降低加到定子上去的电压，待电机转速上升达一定值时，再加全电压。起动电流减小，起动转矩也随之减小。 （1）定子串电阻或电抗降压起动 方法：如图6－7和6－8所示。 性能：Ist与Ux成正比，Tst与     成正比减小。 特点：设备简单，运行可靠，串电抗时能量损耗小，串电阻时转子电路功率因数高，Tst比Ist减小得更多。 适用场合：适用于空载或载轻起动的电动机。 （2）自耦补偿起动（自耦变压器降压起动） 方法：起动线路如图6—9所示。 性能：                ，      特点：Tst和Ist降低的倍数相同，Tst‘和Ist‘可调（一般有40％、60％、和80％三档或55％、64％和73％）可带较重负载起动，但设备复杂，维护麻烦，体积大，重量重，价格高。 适用场合：适用于容量较大带较重负载起动且不频繁的场合。  （3）星－三角（Y－△）起动 方法：起动线路如图6－10所示。 性能：            ，                  。 特点：设备简单、体积小、重量轻、无损耗、运行可靠、维护简单、起动电流小，但起动转矩小，且只能用于正常运行时为△接法的电动机。 适用场合：适用于空载起动且正常运行时为△接法的电动机。 （4）延边三角形起动 方法：如图6－11所示。 性能：如果每相绕组抽头在中点，Ist‘＝0.5Ist，Tst‘＝0.5Tst;如果Y接匝数为△接匝数的，则Ist’=0.6Ist ，Tst’＝0.6Tst. 特点：设备简单，体积小，重量轻，能带较重负载，允许经常起动，只是电动机需专门设计、订货。 适用场合：带较重负载起动时取代自耦降压起动  二、三相绕线型异步电动机的起动方法 （一）转子回路串电阻起动 方法：如图所示。 性能：Ist↓且Tst↑。 特点：电动机结构复杂，起动方法比较简单，起动电流Ist小，起动转矩Tst大。 适用场合：适用于功率较大重载起动的电动机。 （二）转子串联频敏变阻器起动 方法：频敏变

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