变频器与电动机控制电路解读
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1.1.4 三相异步电动机机械特性

电动机转矩与转速之间的关系称为机械特性,描绘转矩和转速的关系曲线称为机械特性曲线。

1. 三相笼型异步电动机机械特性

同一台笼型异步电动机定子绕组加不同电压可得到不同的机械特性曲线,见图1-7所示。

图1-7 同一台笼型异步电动机不同电压的机械特性曲线图

由图1-7可见U1>U2>U3,则启动力矩Tst1>Tst2>Tst3。由图1-7还可以看出,在电动机负载力矩不变的状态下,改变定子绕组所加的电压可得到不同的电动机转速;也就是三相异步电动机可以通过调压调速,但其转速调整范围小。目前很少采用调压调速。

2. 三相绕线式异步电动机机械特性

三相绕线式异步电动机具有调速性能较好、启动力矩较大、启动快等优点;它主要用于各种起重机。三相绕线式异步电动机在转子绕组中串不同的电阻器,可以得到不同的机械特性曲线,如图1-8所示。

图1-8 绕线式三相异步电动机转子串不同电阻器的机械特性曲线图

绕线式三相异步电动机转子串不同电阻器时,其机械特性曲线就不同,在图1-8所示图中R3=0Ω,R1>R2>R3R1R2R3所对应的临界转速nm1<nm2<nm3。由图1-8可见转子绕组串入适当电阻器可以得到比较合适的启动力矩,另外可以通过转子绕组串入不同电阻值的电阻器,得到不同的转速;绕线式三相异步电动机可以采用政改变定绕组电压和改变转子绕组串不同电阻器相接合的调速方法,使电动机调速性更好。

3. 电磁转矩T

电动机转子绕组中的感应电流 i2与定子磁场互相作用产生电磁力 F,因而产生电磁力矩T。电磁力矩T是主力矩,当T>Tc时电动机加速运行,当T=Tc时电动机稳动运行,当T<Tc时电动机减速运行。

电磁力矩T用下式求得:

式中

T—电磁力矩,单位N·m

kT—电动机结构系数

I2—转子电流有效值,单位A

Ф—主磁通,单位Wb

cº2—转子电路功率因数

4. 额定转矩TN

电动机在额定电压下,带额定负载长期连续工作在额定功率PN状态下,其轴上输出转矩为额定转矩,用TN表示。

三相异步电动机额定转矩TN用下式求取:

PN—异步电动机额定功率,单位kw;

nN—异步电动机额定转速,单位Rr/min;

TN—异步电动机额定力矩,单位(N·m)

5. 最大转矩Tm和过载系数

三相异步电动机最大转矩Tm是指电动机在临界转速nm所对应的转矩。电动机的过载系数为最大转矩与额定转矩之比,用λ表示。

一般三相异步电动机过载系数为1.8~2.2。

6. 启动转矩Tst和启动系数

启动转矩 Tst是指电动机刚刚接通电源启动瞬间所对应转矩。启动转矩 Tst必须大于异步电动机的静态阻力矩才能使之正常启动。衡量电动机启动能力强弱的系数称为启动系数,它用Tst/TN求取;三相异步电动机启动系数Tst/TN为1.8~2.2。

要特别注意,如果 Tst<TL(电动机静态阻力矩)时,电动机无法启动,会造成堵转现象,电动机定子绕组电流很大,可能造成定子绕组热击穿,俗称烧电动机。