9.12 异步电机运行区域

9.12 异步电机运行区域

问题： 要达到运行转速，需要发生什么？为了达到运行转速，电机转矩必须与阻力转矩相近。我们绘制了异步电机的运行区域（图 9.36）。

图 9.36 异步电机的运行区域。

电机具有一个稳定的运行区域，在该区域内，电机针对负载变化表现出角加速度。由于该加速度，系统进入一个新的恒速状态。本节探讨电机如何在对应于小于最大转矩转差率的转差值的工作点上继续稳定运行。

现在，让我们假设图 9.36 中所示的阻力转矩（Cᵣ）。在 A 点（s > s_Cmax）和 B 点（s < s_Cmax），电机转矩等于阻力转矩。让我们还假设电机从 B 点开始运行。如果阻力转矩降至 Cᵣ₁（由于惯性电机保持转速），电机转矩将超过阻力转矩，从而导致正加速度。

转子转速将增加（因为转差率减小），引起电机转矩下降。电机将在 B₁ 点达到新的工作点，此时其转矩将与新的阻力转矩相匹配。如果阻力转矩增加到 Cᵣ₂，加速度将变为负值，导致转子转速下降（转差率增加），这将导致电机转矩上升。在这种情况下，B₂ 将成为新的工作点。我们可以确定转速-转矩曲线上的最重要各点（图 9.37）。最大转矩点位于额定转速。

图 9.37 转矩-转速曲线。

我们可以看到异步电机吸收的电流如何影响运行转矩-转速曲线（图 9.38）。

图 9.38 运行转矩-转速曲线上的电流曲线。 来源 自编

图清楚地显示，电机转矩在一个不确定区域经过一系列数值。在这里，如果阻力转矩过高并超过转矩曲线，电机可能难以启动或根本无法启动。克服这个不稳定区域后，电机达到其指定转速并正常运行。

对于电机，存在一个不稳定区域，如果阻力转矩超过转矩曲线，电机可能会遇到启动问题，或者可能无法启动。然后，我们展示异步电机的工作区域（图 9.39）。

图 9.39 异步电机转矩-转速的关键点。 来源 自编

最后，我们将异步电机的过载能力定义为最大转矩与额定转矩的比率。该值通常在 1.6 到 3 之间。到目前为止，我们评估了作为电动机运行的异步电机。考察此类设备可能的运行条件范围是本研究的新增内容。因此，研究包括对机械功率、定子到转子功率的传递以及电机转矩随转差率变化的分析。绘制每个转差率值的转矩-转差率图，会产生类似于所示（图 9.31）的图表。绘制感应电机的运行区域很有意义，包括制动、电动机和发电机区域（图 9.40）。

图 9.40 转矩-转速曲线中的运行区域。 来源 自编

它展示了感应电机的不同运行模式：电动机、制动和发电机。我们研究五种不同的运行场景来理解这些模式。

首先，确实存在：n2 = 0 (s = 1), Pmi = 0; P12 > 0; Cm > 0。

问题 启动期间机械功率的值是多少？在此阶段电机不提供任何机械功率，因为其轴保持静止，转子仅作为损耗耗散功率。

在空载点 n2 ≈ n1 (s ≈ 0) 处，以下成立：Pmi ≈ 0; P12 ≈ 0; Cm ≈ 0;

如果转差率保持在 0 < s < 1 之间，转子转速在零到同步转速之间变化，满足：Pmi > 0；P12 > 0；Cm > 0。

这意味着转子从定子接收功率 P12，并向轴输出另一个功率 Pmi。在这些条件下，电机作为异步电动机运行。在负转差率区域，转子转速超过同步转速，且两者运动方向相同。注意，转子转速高于气隙磁场转速。

s = (n1 - n2) / n1 → n2 / n1

因此，可得：Pmi < 0；P12 < 0；Cm < 0

这意味着转子向定子输出功率 (P12)，同时从轴接收功率 Pmi。因此，该电机作为异步发电机运行。如果转差率大于 1，转子转速 n2 与 n1 方向相反。

其结果是：Pmi < 0；P12 > 0；Cm > 0。

这意味着转子从定子接收功率 P12，同时也从轴接收一定的功率 Pmi。

问题 当转子接收功率时，会发生什么？在这种情况下，电机作为制动器运行，并将转子接收的所有功率因绕组中的焦耳损耗而耗散。