举例说明异步电机的机械特征有哪些？


同步电机的工作是靠“磁场总是沿着磁路最短的方向上走”，以转场失电机为例。在转子上有了励磁后，出现了N和S极；然后定子磁场旋转，其N，S极的相互变化，总是与转子上的磁极一一对应。所以形成了同步。更重要的是，定、转子的磁极数必须相同，否则电机是不能运转的。


而异步电动机是靠感应来实现运动的。原理是，在定子绕组加三相电压后，会形成旋转磁场，转子上的导条因切割磁力线，所以产生了电势；又由于导条是连通的，所以就产生了电流。此时，我们就想到了初中时学的---“带电导体在磁场中会产生运动”。所以，这样的电动机才叫“感应电机”。对于异步或感应电机来讲，其转子的极数是自动感应定子极数的。也可以讲，转子是没有极数的。（以上是以电枢绕组在定子上做例的）。异步电机没有转枢/转场之说。

另外，对于转子上无绕组，无永磁体，也无槽，而定子上有分布绕组的电机，应该属于感应电机的一种。这种电机在小型或微型或特殊的大型电机上也常使用。


例  有一台三相异步电动机，其额定转速 n=975r/min，电源频率f=50Hz，求电动机的极数和额定负载时的转差率S。


       
解：由于电动机的额定转速接近而略小于同步转速，而同步转速对应于不同的极对数有一系列固定的数值。显然，与975r/min最相近的同步转速n0=1000r/min，与此相应的磁极对数p=3。因此，额定负载时的转差率为：
 
三相异步电动机中的电磁关系同变压器类似，定子绕组相当于变压器的原绕组，转子绕组（一般是短接的）相当于副绕组。给定子绕组接上三相电源电压，则定子中就有三相电流通过，此三相电流产生旋转磁场，其磁力线通过定子和转子铁心而闭合，这个磁场在转子和定子的每相绕组中都要感应出电动势。

一、机械特性分析


机械特性的曲线被Tm分成两个性质不同的区域，即AB段和BC段。


当电动机起动时，只要起动转矩TQ大于反抗力矩TL，电动机便转动起来。电磁转矩Tem的变化


沿曲线BC段运行。随着转速的上升，BC段中的Tem一直增大，所以转子一直被加速使电动机很快越


过CB段而进入AB 段，在AB段随着转速上升，电磁转速下降。当转速上升某一定值时，电磁转矩


Tem与反抗转矩TL相等，此时，转速不再上升，电动机就稳定运行在AB段，所以BC段称为不稳定区，AB段称为稳定区。




电动机一般都工作在稳定区域AB段上，在这区域里，负载转矩变化时，异步电动机的转速变化不大，电动机转速随转矩的增加而略有下降，这种机械特性称为硬特性。三相异步电动机的这种硬特性很适用于一般金属切削机床。


下面分析反映异步电动机机械的三个特殊转矩。


（一）额定转矩TN


电动机在额定负载下稳定运行时的输出转矩称为额定转矩TN，对应的转速称为额定转速nN，转差率为额定转差率sN。由于在等速转动时，Tem=TL =T2+T0，空载转矩T0一般很小，常可忽略不计，所以电动机的额定转速可以根据铭牌上的额定转速和额定功率（输出机械功率）按下式求出


             TL =T2=PN/ω=（PN×10³）/((2πnN）/60)=9550(PN/nN)                      (3—33)


式中，PN的单位为kW；nN的单位为r/min。


（二）最大转矩Tm


电动机转矩的最大值，称为最大转矩Tm (或称为临界转矩，对应于特性曲线上的B点)。此时转差率sm称为临界转差率。


                                (dT)/(ds)=0       


可求得临界转差率           sm=(R2)/X20                                     （3—34）


与之对应的为              Tm=C/(2X20)                                  （3—35）


1．当电源电压为定值时，转差率sm与转子电阻R2成正比，R2愈大sm就愈小。但Tm不变，在转子电路中串入不同的附加电阻，便可使sm向s=1的方向移动，在相同的负载转矩TN下，电动机的工作点就沿a，b，c移动，转差率s就逐渐变大，转速n2变小，故异步电动机可以通过在转子电路中串接不同的电阻来实现调速 


2．最大转矩Tm 与电源电压成正比，与转子电阻R2的大小无关。显然，当电源电压有波动时，电动机最大转矩也随之变化。 


当负载转矩超过最大转矩时，电动机将因带不动负载而发生停车，俗称“闷车”。此时电动机的电流立即增大到额定值的6～7倍，将引起电动机严重过热，甚至烧毁。如果负载转矩只是短时间接近最大转矩而使电动机过载，这是允许的，因为时间很短，电动机不会立即过热。


为了保证电动机在电源电压的波动时能正常工作，规定电动机的最大转矩Tm要比额定转矩TN大得多，通常用过载系数λ=Tm/TN来衡量电动机的过载能力。一般λ=1.8～2.5。λ的数值可在电动机产品目录中查到。




3．起动转矩TQ


由上式可见，TQ与电源电压的平方成正比，与转子电阻R2亦成正比，这种关系仍可从图3—23和图3—24中看到。当增加转子电阻（对绕线转子异步电动机而言），起动转矩会增大，当降低电源电压时，起动转矩将减小。


起动转矩和额定转矩的比值λQ=TQ/TN反映了异步电动机的起动能力。一般λQ=0.9～1.8。笼型异步电动机取值较小，绕线转子异步电动机取值较大 


异步电机的固有机械特性和人为机械特性


（一） 固有机械特性


异步电动机工作在额定电压及额定频率下，电动机按规定的接线方法接线，定子及转子电路中不外接电阻(电抗或电容)时的机械特性称为固有机械特性，如图3—25所示。下面对固有机械特性上的几个特殊点进行说明。


1．起动点A


电动机接通电源开始起动瞬间，其工作点位于A点，此时：n=0，s=1，Tem=Tst，定子电流I1=Ist=（4~7）IN（IN为额定电流）。


2．最大转矩点P


B点是机械特性曲线中线性段（H—P）与非线性段（P—A）的分界点，此时：s=sm，Tem=Tm。通常情况下，电动机在线性段上工作是稳定的，而在非线性段上工作是不稳定的，所以P点也是电动机稳定运行的临界点。


3．额定运行点B


电动机额定运行时，工作点位于B点，此时：n=nN，s=sN，Tem=TN，I1= IN。电动机额定运行时转差率很小，一般sN=0.01~0.06，nN略小于n1，故固有特性的线性段为硬特性。


4．同步转速点H


H点是电动机的理想空载点，即转子转速达到了同步转速。此时：n=n1，s=0，Tem=0，转子电流I2=0，显然如果没有外界转矩的作用，异步电动机本身不可能达到同步转速点。


 


若改变U1和f1或定子和转子回路串附加电阻和电抗某一参数(或物理量)时，所得Tem=f（n）或Tem=f（s）的关系曲线，称为人为机械特性。


1．降低U1时的人为机械特性


由于设计电机时，在额定电压下磁路已经饱和，如升高电压会使励磁电流猛增，使电机严重发热，甚至烧坏。故一般只能得到降压时的人为机械特性。最大转矩Tm及起动转矩Tst均与成正比，sm和n1与U1无关(即保持不变)。降低U1的人为机械特性的绘制，先绘出固有机械特性，在不同的转速(或转差率)处，固有机械特性上的转矩值乘以电压变化后与变化前比值的平方，即得人为机械特性上对应的转矩值，如图3—26所示。




应当指出，如果负载转矩接近额定，降低电源电压对电动机的运行是极为不利的。因为当负载为额定值不变时如果电源电压因故降低，气隙主磁通减小，但转速变化不多，其功率因数cos变化不大，则从公式Tem=C/T0I/2cos可知，转子电流I/2要增大，使定子电流I1相应增大。从电机的损耗看，虽然的减小能降低点铁耗，但铜耗与电流的平方成正比，若电动机长期低压运行，会使电机过热甚至烧坏。


2．定子回路串接三相对称阻抗时的人为机械特性


当其他量不变，仅在异步电动机定子回路串入三相对称电阻Rf时的人为机械特性如图3—27所示。sm、Tm及Tst都随Rf的增大而减小。定子串入对称阻抗，一般用于鼠笼式异步电动机的降压起动，以限制起动电流。


异步电机定子回路串电阻的人为机械特性


3．转子回路串入三相对称电阻的人为机械特性


在绕线式异步电动机的转子回路串入同样大小的电阻RΩ，使转子回路电阻由r2上升为r2+RΩ，n1及Tm都不变；sm随着RΩ的增大而增大，Tst值将改变，开始随RΩ的增大而增大，一直增大到时，Tst=Tm，如RΩ继续增大，Tst将开始减小，人为机械特性如图3—28所示。转子回路串接对称电阻适用于绕线式异步电动机的起动和调速。


驱驰电机是专业的异步电机和三相异步电机生产厂家，更多有关三相异步电机的详细资讯请登录：http://www.dgqcm.com/