异步电机的转矩和转速

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1、第9章 异步电机的转矩和转速 原 理 简 述   异步电动机是一种应用最为广泛的电动机，它输出的是转矩和转速，其机械特性曲线的形状和曲线中的起动转矩、最小转矩和最大转矩是衡量一台电动机能否顺利起动和稳定运行的重要指标，也是考核异步电动机的重要技术性能指标之一。1．转矩公式   从“电机学”中可知，异步电动机用参数表示的电磁转矩公式为                                                  将上式对求导，并令，便得到最大转矩出现时的转差率    式中负号为发电机运行。将公式（9–2）带入（9–1

2、），可求得最大转矩为    在起动时，，。所以起动转矩为           综合以上公式可得出下面几个结论：   （1）在一定的频率和一定的电机参数下，电机的转矩与电压平方成正比。   （2）在一般异步电机中，电抗要比电阻大，因此，可以近似认为最大转矩与电抗成反比，起动转矩与电抗的平方成反比。   （3）最大转矩的大小与转子电阻的数值无关，而出现最大转矩时的转差率与转子电阻成正比。   （4）绕线式电动机，在转子回路串入适当的电阻可以增大起动转矩，当时起动转矩达到最大值。2． 异步附加转矩和最小转矩    在异步电动机的气隙中存在基

3、波以及一系列高次空间谐波的旋转磁场，这些谐波磁场与其在转子中感应的相应电流在任何异步速下相互作用，会产生一系列谐波转矩，称为异步附加转矩。一般谐波转矩值较小，但如果在设计或制造时措施不力，鼠笼型异步电动机在低速时异步附加转矩可能达到较大的数值，在异步电动机的机械特性中产生一个最小转矩，直接影响电动机的起动。    分析这些磁场所产生的转矩时，可以先分别讨论每一个谐波磁场所产生的转矩，然后用迭加原理把各谐波磁场产生的转矩加起来，得到总的转矩。    对于三相绕组产生的次谐波磁势，当，亦即=3，9，15……时，；当（k=1、2、3……），

4、即=7，13，19……时，是一正向旋转磁势，同步转速为；当，即时，是一反向旋转磁势，同步转速为。产生的转矩也可用类似基波的公式计算。由于反向的谐波磁势的同步速和最大转矩均发生在（即）的区间，对异步电动机的起动不产生大的影响；而对异步电动机从起动到运行有影响的谐波异步转矩有7次、次……，在、基波同步速等速度附近，出现其负的最大转矩，它们迭加在基波转矩—转速曲线上，在、基波同步速附近时出现最小转矩，严重的能影响异步电动机的正常起动，甚至使电机在同步速附近旋转，不能上升到正常异步速。由于谐波次数越高其幅值越小，所以7次的影响最大，其它高次谐

5、波的影响就较小。图9–1画出次和次谐波转矩迭加在基波异步转矩上的情况，可以看出7次谐波的同步速附近出现了最小转矩。为了保证异步电动机的起动性能，因此在国家标准中规定要求实测起动过程中的最小转矩。    异步电动机附加转矩中还存在齿谐波引起的附加转矩，和定转子齿谐波与某些谐波旋转磁场相互作用而产生的同步附加转矩，同步附加转矩仅在某一特定转速下才产生，因此在特定的条件下，也可能影响电机的起动。3．曲线的测定    为了测定最小转矩，必须测定整条机械特性曲线。本实验通过异步电动机带动一空载运行的他励直流发电机来取得转速和转矩信号。    设

6、电动机在起动的过程中产生的电磁转矩为，在空载起动时，除用于克服空载阻转矩以外，剩余部分用于电动机的加速，因此根据电力拖动系统的运动方程，电动机起动过程的加速转矩即为    式中 为机组的转矩惯量  为机组的机械飞轮矩   为电动机的转速当电机在空载起动时，空载阻转矩比电磁转矩小得多时，可以忽略，则公式（9-5）可简化为    从公式（9-6）可以看出电机的转矩正比于电动机的加速度。    另外，直流发电机的空载电压，当磁通保持不变时，，即电机的转速正比于直流发电机的电枢电压。    由上述可知，若取得异步电动机拖动的直流他励发电机（或

7、直流测速发电机）的电枢电压信号，即得到了转速信号；由直流发电机的电枢外接电阻、电容元件组成微分电路，可以取得信号，即信号，也就是转矩信号。将得到与转速、转矩成正比的两个电信号，分别送入慢扫描示波器X轴和Y轴，即可在示波器上显示出转矩转速曲线，其原理线路如图9–2所示。实验九 曲线的测定一、实验目的   1．通过实验掌握用示波器测出异步电动机曲线的简便方法。   2．从曲线中求取起动转矩和最大转矩、最小转矩对额定转矩的倍数。二、实验内容   1．用接触器联接异步电动机的正、反转控制线路。   2．用示波器观察不同电压下特性曲线。   3

8、．观察绕线式异步电动机转子串电阻后的曲线。三、实验说明和操作步骤 图9-3三相异步电动机起动转矩测量电路    为了能测出起动转矩，应先使电动机反转，然后切断电源再通电正转，电机直接从反转过渡到正转，才能经过，时电动机的