第五章 三相感应电动机的电力拖动
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三相感应电动机的拖动系统
• 定子回路串联对称电阻 • 定子回路串联对称电抗
R1 增大时，n0 不变，Tm 、sm、 Tst 随X1 的增大而减小，与定子 回路串对称电抗相似。
X1 增大时，n0 不变，Tm 、sm、Tst 随 X1的增异步电动机 降压起动，以限制电动机启动电流。
（四）改变定子频率时的人为机械特性 60 f1 由同步磁场转速公式 n1 p1
（二）最大转矩点P
此时s=sm,Tem=Tm。
在特性曲线上有两个最大转矩，最大转矩对应的转差率称为临界 R
dTem 转差率，可令 ds 0 求得:
s
m
' 2
R12 ( X 1 X 2' ) 2 m1 pU12
Tm
2 ' )2 4f1 R1 R1 ( X 1 X 2
因此，额定时的转差率为
n0 n 600 570 s 5% n0 600
单相电机的使用：
单相异步电动机的功率小，主要制成小型电机。它的应 用非常广泛，如家用电器（洗衣机、电冰箱、电风扇）、电 动工具（如手电钻）、医用器械、自动化仪表等。
三相异步电动机的单相（缺相）运行：
三相异步电动机在运行过程中，若其中一相和 电源断开，则变成单相运行。此时和单相电机一样 ，电机仍会按原来方向运转。但若负载不变，三相 供电变为单相供电，电流将变大，导致电机过热。 使用中要特别注意这种现象；三相异步电动机若在 启动前有一相断电，和单相电机一样将不能启动。 此时只能听到嗡嗡声，长时间启动不了，也会过热 ，必须赶快排除故障。
第二台电机的额定转矩为
最大转矩为
T2 N T2 m
二、人为机械特性
人为机械特性是指人为改变电源参数或电动机参数而得到的机 械特性。 （一）降低定子电压时的人为机械特性
R1 增大时，n0 不变，Tm 、sm、 Tst 随X1 的增大而减小，与定子 回路串对称电抗相似。
X1 增大时，n0 不变，Tm 、sm、Tst 随 X1的增异步电动机 降压起动，以限制电动机启动电流。
（四）改变定子频率时的人为机械特性 60 f1 由同步磁场转速公式 n1 p1
（二）最大转矩点P
此时s=sm,Tem=Tm。
在特性曲线上有两个最大转矩，最大转矩对应的转差率称为临界 R
dTem 转差率，可令 ds 0 求得:
s
m
' 2
R12 ( X 1 X 2' ) 2 m1 pU12
Tm
2 ' )2 4f1 R1 R1 ( X 1 X 2
因此，额定时的转差率为
n0 n 600 570 s 5% n0 600
单相电机的使用：
单相异步电动机的功率小，主要制成小型电机。它的应 用非常广泛，如家用电器（洗衣机、电冰箱、电风扇）、电 动工具（如手电钻）、医用器械、自动化仪表等。
三相异步电动机的单相（缺相）运行：
三相异步电动机在运行过程中，若其中一相和 电源断开，则变成单相运行。此时和单相电机一样 ，电机仍会按原来方向运转。但若负载不变，三相 供电变为单相供电，电流将变大，导致电机过热。 使用中要特别注意这种现象；三相异步电动机若在 启动前有一相断电，和单相电机一样将不能启动。 此时只能听到嗡嗡声，长时间启动不了，也会过热 ，必须赶快排除故障。
第二台电机的额定转矩为
最大转矩为
T2 N T2 m
二、人为机械特性
人为机械特性是指人为改变电源参数或电动机参数而得到的机 械特性。 （一）降低定子电压时的人为机械特性
电机与拖动 精品课件——三相异步电动机的电力拖动
2
可得
Tem
r2' 2 m1 pU1 s r2' 2 ' 2 2f1 (r1 ) ( x1 x 2 ) s
（5-2）
该式表明了电磁转矩与转差率之间的关系称为转矩特性T= f(s)， 由于转速n=(1-s)nl，故可将T= f(s)曲线转化为异步电动机转速 n与电磁转矩T之间的关系，称之为机械特性。
5.3
三相异步电动机的制动
5.3.1 能耗制动 实现：制动时，S1断开,电机脱离电网， 同时S2闭合,在定子绕组中通入直流励磁 电流。 直流励磁电流产生一个恒定的磁场， 因惯性继续旋转的转子切割恒定磁场， 导体中感应电动势和电流。感应电流与 磁场作用产生的电磁转矩为制动性质， 转速迅速下降，当转速为零时，感应电 动势和电流为零，制动过程结束。 制动过程中，转子的动能转变为电能消耗在转子回路电阻 上——能耗制动。
I stΔ
3
起动转矩关系: TstY 1
TstΔ
3
特点： Y- △降压起动设备简单，成本低。 但起动转矩降低很多，多用于空载或 轻载起动的设备上。
四.延边三角形降压起动
5.2.2、三相绕线式异步电动机的起动
1、转子回路串电阻分级起动
为了使整个起动过程中尽量保持较大的起动转矩、绕线式异步电动机 可以采用逐级切除起动电阻的转子串电阻分级起动。起动时串入全部电阻， 随着转速上升逐级切除所串电阻。起动完毕，起动电阻全部切除。
T CTJ m I 2 cos 2
CTJ pm1 N 1k N 1 2
——转矩常数
（5-1）
式中
上式表明三相异步电动机的电磁转矩是由主磁通 m 与转子电流的有功分量 I cos 相互作用产生 2 2 的。
可得
Tem
r2' 2 m1 pU1 s r2' 2 ' 2 2f1 (r1 ) ( x1 x 2 ) s
（5-2）
该式表明了电磁转矩与转差率之间的关系称为转矩特性T= f(s)， 由于转速n=(1-s)nl，故可将T= f(s)曲线转化为异步电动机转速 n与电磁转矩T之间的关系，称之为机械特性。
5.3
三相异步电动机的制动
5.3.1 能耗制动 实现：制动时，S1断开,电机脱离电网， 同时S2闭合,在定子绕组中通入直流励磁 电流。 直流励磁电流产生一个恒定的磁场， 因惯性继续旋转的转子切割恒定磁场， 导体中感应电动势和电流。感应电流与 磁场作用产生的电磁转矩为制动性质， 转速迅速下降，当转速为零时，感应电 动势和电流为零，制动过程结束。 制动过程中，转子的动能转变为电能消耗在转子回路电阻 上——能耗制动。
I stΔ
3
起动转矩关系: TstY 1
TstΔ
3
特点： Y- △降压起动设备简单，成本低。 但起动转矩降低很多，多用于空载或 轻载起动的设备上。
四.延边三角形降压起动
5.2.2、三相绕线式异步电动机的起动
1、转子回路串电阻分级起动
为了使整个起动过程中尽量保持较大的起动转矩、绕线式异步电动机 可以采用逐级切除起动电阻的转子串电阻分级起动。起动时串入全部电阻， 随着转速上升逐级切除所串电阻。起动完毕，起动电阻全部切除。
T CTJ m I 2 cos 2
CTJ pm1 N 1k N 1 2
——转矩常数
（5-1）
式中
上式表明三相异步电动机的电磁转矩是由主磁通 m 与转子电流的有功分量 I cos 相互作用产生 2 2 的。
第五章 三相感应电动机的电力拖动
固有机械特性的特殊点
固有机械特性的特殊点： 1. 起动点A：该点S＝1； 2. 临界点B：该点S＝Sm； 3. 额定点C：该点S＝Sn； 4. 同步点D：该点S＝0， 又称理想空载点； S=1 T0 Tn Tm T S S=0 Sn Sm
三、人为机械特性
人为地改变电动机地任一个参数（如U1、f1、p、定子回路 电阻或电抗、转子回路电阻或电抗的机械特性称为人为机 械特性。 1. 降低定子端电压的人为特性； 2. 改变转子回路的电阻的人为特性； 3. 改变定转子回路电抗的人为特性； 4. 改变极数后的人为特性； 5. 改变输入频率的人为特性；
制动状态方式： • 反接制动； • 回馈制动； • 能耗制动；
一、反接制动
1. 转向反向的反接制动（正接反转） 重物下放的例子： • TZ与转速n方向一致。 • 稳态时， 电磁转矩T＝TZ， 方向与n相反。
S A
从机械特性分析：
A点（电动状态）
足够大的电阻
B点（制动状态） n<0, T>0 B T
•最大转矩与电网电压的平方成正比； •最大转矩近似与漏电抗成反比； •最大转矩的位置可以由转子电阻的大 小来调整； •最大转矩的值与转子电阻值没有关系； •异步电动机调节转子电阻时机械特性 的变化。
起动电流、起动转矩
•起动电流指起动瞬间电机从电网吸收的电流； 从等效电路求出起动电流：
′ I st ≈ I 2 =
常用的降压起动方法
• 定子串电阻或电抗降压起动； • 用自耦变压器降压起动； • Y－∆起动 • 延边三角形起动
三、小容量电动机重载起动
主要矛盾是起动转矩不足。 解决的方法： 容量大一号的电动机； 高起动转矩的电动机
特殊电机获得高起动转矩的原因， 主要是转子电阻的影响。 转子参数自动随转速的变化而变化。 如双鼠笼电机和深槽电机。
电机及应用第二版第五章三相异步电动机的电力拖动课件
由前面分析知：
cos2
R2
s R22 ( X 20 )2
U1 4.44K1 f1N1Φm
由此得电磁转矩公式
T
C
R22
sR2 (sX 20 )2
U12
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电磁转矩公式
T
C
R22
sR2 (sX 20 )2
U12 f1
由公式可知
1.
T
与定子每相绕组电压
U
2 1
成正比。U
改变转子附加电阻R´2 可实现调速。
过载系数(能力) Tm
TN
一般三相异步电动机的过载系数为
1.8 ~ 2.2
工作时必须使TL <Tm ，否则电机将停转。
I2 I1 电机严重过热而烧坏。
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3. 起动转矩 Tst 电动机起动时的转矩。
n0 n
T
C
R22
sR2 (sX 20 )2
1
T
2. 当电源电压 U1 一定时，T 是 s 的函数。
3. R2 的大小对 T 有影响。绕线型异步电动机可外
接电阻来改变转子电阻R2 ，从而改变转距。
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二、机械特性曲线
根据转矩公式 得特性曲线：
T
Tm
T
C
R22
sR2 (sX 20 )2
U12 f1
nn1N n
Ts t
)
硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。
软特性：负载增加时转速下降较快，但起动转矩大，
起动特性好。
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(2) R2 变化对机械特性的影响
n
第五章 三相异步电动机的电力拖动
' Ｘ1、X 2 、p 及 m1 ）以及转差率 s 之间的关系, 因此称为电
磁转矩的参数表达式。显然当U1、f1及电动机的各参数不变
时, 电磁转矩T仅与转差率 s 有关,根据式（5-2）可绘出异步 电动机的 T-s 曲线, 如图5-1所示。
T
' r 2 m1 pU12 s
n
n1 nN nm
HP 段是稳定运行段。 电动机随着负载的增加 而转速略有下降；
H B
P
0
TN
A Tst Tmax
T
AP 段是不稳定 运行段。
图 5-3 三相异步电动机的固有机械特性曲线
5. 2. 2 人为机械特性
由电磁转矩的参数表达式可知 , 人为地改变异步电动机
的任何一个或多个参数（U1 , f1 , p , 定、转子电路的电阻或 电抗等）, 都可以得到不同的机械特性, 这些机械特性统称为 人为机械特性。下面介绍改变某些参数时的人为机械特性。
程度远远不及转子电流增加的程度大,根据磁动势平衡方程式,
定子电流也将大为增加, 长期超过额定值就会发生“烧机”现 象。
T CT Φ1I 2 ' cos2
(5-1)
5. 1. 2 电磁转矩的参数表达式
根据三相异步电动机的近似等效电路可知
' r '2 2 Pem m1 I 2 s U1 ' I2 2 r2 2 r X X 1 1 2 s
T
' r 2 m1 pU12 s
r2' ' 2f1 r X X 1 2 1 s
2
2
磁转矩的参数表达式。显然当U1、f1及电动机的各参数不变
时, 电磁转矩T仅与转差率 s 有关,根据式（5-2）可绘出异步 电动机的 T-s 曲线, 如图5-1所示。
T
' r 2 m1 pU12 s
n
n1 nN nm
HP 段是稳定运行段。 电动机随着负载的增加 而转速略有下降；
H B
P
0
TN
A Tst Tmax
T
AP 段是不稳定 运行段。
图 5-3 三相异步电动机的固有机械特性曲线
5. 2. 2 人为机械特性
由电磁转矩的参数表达式可知 , 人为地改变异步电动机
的任何一个或多个参数（U1 , f1 , p , 定、转子电路的电阻或 电抗等）, 都可以得到不同的机械特性, 这些机械特性统称为 人为机械特性。下面介绍改变某些参数时的人为机械特性。
程度远远不及转子电流增加的程度大,根据磁动势平衡方程式,
定子电流也将大为增加, 长期超过额定值就会发生“烧机”现 象。
T CT Φ1I 2 ' cos2
(5-1)
5. 1. 2 电磁转矩的参数表达式
根据三相异步电动机的近似等效电路可知
' r '2 2 Pem m1 I 2 s U1 ' I2 2 r2 2 r X X 1 1 2 s
T
' r 2 m1 pU12 s
r2' ' 2f1 r X X 1 2 1 s
2
2
三相感应电动机的电力拖动
三相感应电动机的电力拖动重点难点：三相交流电动机的机械特性起动、调速和制动的方法5.1感应电动机的机械特三相性三相异步电动机的机械特性是指电动机电磁转矩T em与转速n之间的关系，即n =f(T em)。
因为异步电动机的转速n与转差率s之间存在着一定的关系，所以异步电动机的机械特性通常也用s=f(T em)的形式表示。
一、固有机械特性的分析三相感应电动机的固有机械特性是指感应电动机工作在额定电压和额定频率下，按规定的接线方式接线，定、转子外界电阻为零时，n与T em的关系。
根据电磁转矩的参数表达式可绘出感应电动机的固有机械特性，如图5.1所示。
当同步转速n1为正时，机械特性曲线跨越第一、二、四象限。
在第一象限，旋转磁场的转向与转子转向一致，而0<n<n1，转差率0<s<1。
电磁转矩T em及转子转速n均为正，电动机处于电动运行状态；在第二象限，旋转磁场的转向与转子转向一致，但n>n1，故s<0，T em<0，n>0，图5.1感应电动机的固有机械特性电动机处于发电动机运行状态；第四象限，旋转磁场的转向与转子转向相反，n1>0，n<0，转差率s>1，此时T em>0，电动机处于电磁制动运行状态。
三相异步电动机的第一像限的机械特性曲线有3个运行点值得关注，即图中的A、B、C 3点。
(1) 同步转速点A：是电动机的理想空载点，即转子转速达到了同步转速。
此时：T em=0，n=n1=60f1／p，s=0。
转子电流I2=0，显然，如果没用外界转矩的作用，异步电动机是不可能运行于这一点的。
(2) 最大转矩点B：是机械特性曲线中线性段(A—B)与非线性段(B—C)的分界点，此时，电磁转矩为最大值T max，相应的转差率为s m。
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，因此，称s m为临界转差率。
T max点由于是T em-s曲线的最大点，所以可用对上式求导，并令其导数为0的办法求得临界转差率为把上式代入转矩方程中，得最大转矩式中“+”号适用于电动运行状态(第一象限)；“-”号适用于发电动机运行状态或回馈制动运行状态(第二象限)。
电机与拖动基础——三相感应电动机的电力拖动
Sm S S Sm
2Tm T S 称为直线表达式 Sm S Sm S Sm
注意 ：(1)直线表达式只表示S<<Sm的那一 段，不满足S<<Sm，则不能用直线表达式。 (2)此时，Sm应为 Sm 2M SN ， 2 不能用 Sm S N (M M 1)
2Tm
二、感应电动机的固有机械特性 将定子三相绕组按规定接线方式联接，不经任何阻抗而直接施加 三相对称额定频率的额定电压， 转子回路也不串任何阻抗而短 接。这时测得的n=f(T)关系曲线，
Sm Tm
r2 ' r1 x1 x' 2
2 2 2
r'2 x1 x' 2
4f1 r12 r12 ( x1 x ' 2 ) 2
m1 pU1
m1 pU1 4f1 ( x1 x' 2 )
2
当电源频率和电机参数不变时
Tm U12
称为固有机械特性。在固有机械
特性上，有四个特殊的点： (1) A点(起动点) n=0，S=1，T=TQ，I1=IQ (2) B点(临界点) S=Sm，T=Tm Sm一般为0.1~0.2
(3) C点(额定点) n=nN，T=TN，I1=I1N，I2=I2N， P2=PN (4) D点(同步点) n=n1，S=0，T=0，I2=0， E2S=0，I1=Im 比较A、B、C、D四点对应的定子电流 IA、IB、IC、ID的大小关系？
r2'
pCu 2X '
I2'
Hale Waihona Puke 21.机械特性的物理表达式
P m E I cos 2 f p p E 2 f N K
2Tm T S 称为直线表达式 Sm S Sm S Sm
注意 ：(1)直线表达式只表示S<<Sm的那一 段，不满足S<<Sm，则不能用直线表达式。 (2)此时，Sm应为 Sm 2M SN ， 2 不能用 Sm S N (M M 1)
2Tm
二、感应电动机的固有机械特性 将定子三相绕组按规定接线方式联接，不经任何阻抗而直接施加 三相对称额定频率的额定电压， 转子回路也不串任何阻抗而短 接。这时测得的n=f(T)关系曲线，
Sm Tm
r2 ' r1 x1 x' 2
2 2 2
r'2 x1 x' 2
4f1 r12 r12 ( x1 x ' 2 ) 2
m1 pU1
m1 pU1 4f1 ( x1 x' 2 )
2
当电源频率和电机参数不变时
Tm U12
称为固有机械特性。在固有机械
特性上，有四个特殊的点： (1) A点(起动点) n=0，S=1，T=TQ，I1=IQ (2) B点(临界点) S=Sm，T=Tm Sm一般为0.1~0.2
(3) C点(额定点) n=nN，T=TN，I1=I1N，I2=I2N， P2=PN (4) D点(同步点) n=n1，S=0，T=0，I2=0， E2S=0，I1=Im 比较A、B、C、D四点对应的定子电流 IA、IB、IC、ID的大小关系？
r2'
pCu 2X '
I2'
Hale Waihona Puke 21.机械特性的物理表达式
P m E I cos 2 f p p E 2 f N K
(电动机与拖动)第5章三相异步电动机的电力拖动
电力拖动系统通常由电动机、控制器、传动机构和负载四 部分组成。电动机是将电能转换为机械能的主要部件，控 制器负责对电动机进行控制和调节，传动机构是将电动机 的输出传递到负载的部分，负载则是接受电动机输出的机 械部分。根据不同的应用需求，电力拖动系统可以分为多 种类型，如直流电力拖动系统和交流电力拖动系统等。
03
三相异步电动机的启动 与制动
三相异步电动机的启动方式
直接启动
直接将电动机接入电源，利用开 关或接触器控制启动和停止。这 种方式简单、成本低，但启动电 流大，可能对电网造成冲击。
降压启动
通过降低电动机端电压来减小启 动电流。常用的降压启动方式有 星形-三角形启动和自耦变压器降 压启动。
三相异步电动机的制动方式
三相异步电动机的维修与保养
定期检查与维修
更换易损件
根据实际情况制定维修计划，定期对电动 机进行检查与维修，包括清理、润滑、紧 固等操作。
对于容易损坏的部件，如轴承、密封圈等 ，应定期进行更换，以保证电动机的正常 运行。
调整与校准
维修工具与备件
对于需要调整和校准的部件，如轴承间隙 、气隙等，应定期进行调整和校准，以保 证电动机的性能和精度。
检查电动机的润滑情况
定期检查电动机的润滑系统，确保润滑良好， 以减少摩擦和磨损。
检查电动机的绝缘电阻
定期测量电动机的绝缘电阻，确保绝缘良好， 防止因绝缘问题引起的故障。
三相异步电动机的常见故障及处理方法
缺相运行
如果发现电动机在运行过程中出现异 常响声、振动、过热等现象，可能是 缺相运行，应立即停机检查电源和电 动机接线。
特点
三相异步电动机具有结构简单、运行 可靠、价格便宜、维护方便等优点。 同时，由于其效率较高，广泛应用于 工业、农业、交通运输等领域。
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三种表达式，等效电路参数未知，物理表达式和参数表达式不能 写出。直线表达式只能表示线性段，不能表示全局，也不合适。 只有实用表达式。
T
2Tm Sm S S Sm
2 Tm M TN Sm S N (M M 1)
PN 103 60 PN 103 PN TN 9550 N 2 nN nN
2
Sm
r2 ' r12 x1 x '2
2
T 2 2 S S T s s s s S S
m m m m
T
2Tm Sm S S Sm
m
求出Tm和Sm即可得到实用表达式
Tm M TN
2 Sm S N (M M 1)
' I2N ImN
I1 I1N
上述结论有两个前提：一是磁路不饱和，二是带额定恒转矩负载。 低于额定电压，可以近似认为磁路不饱和，恒功率负载，因转速变 化不大，也认为转矩不变，实际上转矩反而会有所增大。 定转子电流均增大，定转子铜耗也增大，长时间运行，易使电机发 热，烧坏。所以，不允许电机长时间带额定负载低压运行。
Sm S S Sm
2Tm T S 称为直线表达式 Sm S Sm S Sm
注意 ：(1)直线表达式只表示S<<Sm的那一 段，不满足S<<Sm，则不能用直线表达式。 (2)此时，Sm应为 Sm 2M SN ， 2 不能用 Sm S N (M M 1)
2Tm
二、感应电动机的固有机械特性 将定子三相绕组按规定接线方式联接，不经任何阻抗而直接施加 三相对称额定频率的额定电压， 转子回路也不串任何阻抗而短 接。这时测得的n=f(T)关系曲线，
s
将S=1代入，可得到起动转矩 当电源频率和电机参数不变时
m1 pU r TQ 2 2 f1 r1 r2 x1 x2
2 1 2
2
TQ U12
在额定电压、额定频率和电机固有参数的条件下，起动转矩是一 个固定的值。定义起动转矩与额定转矩之比为起动转矩倍数：
Im
I1N I
2
2 mN
I
' 2 2N
2
I1 I I
2 m
'2 2
U1 2 U1N ' 2 I mN I2N U1 U1N
2
2
U1 2 U1N ' 2 2 ' I mN I 2 N I mN I 2 N 2 U1N U1
r2'
pCu 2X '
I2'
2
1.机械特性的物理表达式
PM m1E2 I2 cos2 1 1 2 f1 p p E2 2 f1N1Kw1m
I1
Im
E1
rm
' E2
U1
PM
Xm
1 S ' r2 S
P
PM T m1 2f1 N1kw1 m I '2 cos 2 /(2f1 / p) 1
m1 pU1
m1 pU1 4f1 ( x1 x' 2 )
2
正号表示电动，负号表示发电，分 别对应于B、B’点 Tm为最大电磁转矩，而Sm为临界转 差率，为什么不是最大转差率？ 感应电机运行时，要有一定的过载能 力，通常用M Tm / TN 来表示，也称为 过载倍数，这是感应电动机的一个重 要指标，一般感应电动机，过载倍数 为1.6~2.2。
T ' CM 1I 2 cos 2 m
电机转子电流仍会高于额定电流， 长时间运行会发热，损坏转子。
高压电机低压运行要特别慎重。
空载实验时，降压到何时停止？为什么？
有功电流上升，无功电流下降，功率因数将上升。 电压下降为原来一半，则最大转矩为原来1/4，能否带起额定转矩？
不能，至于电机是否停转，决定于恒转矩负载是反抗性恒转矩负载 还是位能性恒转矩负载，前者会停转，电机处于堵转，会烧坏电机， 后者电机不会停掉，会一直反向加速，电流越来越大，要么电机烧 坏，要么发生飞车。
x (0,1) 1 1 2 1 x2 1 x 2 1 2 2 2 1 x (1 x ) x x
U 2 U 2 ' 2 1N 1 I 2 N 2 1 1 I mN U1N U1 U 2 U 2 1N 1 1 1 U1 U1N
r1
X 1
r2'
1>=SA>SB>SC>SD>=0，所 以 IA>IB>IC>ID
U1
' X2
I1
Im
E1
rm
' E2
Xm
I2'
1 S ' r2 S
例5-1 三相四极50Hz绕线式感应电动机，PN=150kW，U1N=380V nN=1460r/min，λM=2，试求： (1)该机固有特性的表达式； (2)该机的固有起动转矩； (3)恒转矩负载且Tz=755Nm时的转速。
一台高压电机，如果将其接到低压电网上，带额定转矩运行，结 果运行一段时间发现电机烧坏，试分析原因？ 如与电压成比例的负载转矩运行，会不会烧坏电机？
U1' 2Tm ' U1N 2Tm T S S Sm Sm
U T 1 U1N
2
则
U S 1N U1
U1N S SN U1
SN
n1 nN n1
S=1，可求出固有起动转矩TQ
Tz=755代入可求出S
S=0.02或0.5 E点是否是稳定的平稳点？F点呢？
dT dTz dn dn
F E
E点系统不能稳定运行，舍掉S=0.5 S取0.02，可求出n。
三、感应电动机的人为机械特性 人为地改变电动机的任一参数（如U1，f1，p，定子回路电阻或 电抗，转子回路电阻或电抗等）的机械特性统称为人为机械特性。 1.降低定子端电压的人为特性 其它条件与固有特性一样，仅降 低定子相电压得到的人为机械特 性称为降低定子端电压的人为特 性。 特点： (1)频率不变，故理想空载点不变 2 (2) Tm U1 ，Sm不变。
称为固有机械特性。在固有机械
特性上，有四个特殊的点： (1) A点(起动点) n=0，S=1，T=TQ，I1=IQ (2) B点(临界点) S=Sm，T=Tm Sm一般为0.1~0.2
(3) C点(额定点) n=nN，T=TN，I1=I1N，I2=I2N， P2=PN (4) D点(同步点) n=n1，S=0，T=0，I2=0， E2S=0，I1=Im 比较A、B、C、D四点对应的定子电流 IA、IB、IC、ID的大小关系？
' 2Tm
频率不变，若端电压高于额定电压，则根据 U1 E1 4.44 f1 N1kw1m 知，主磁通升高，磁路饱和，励磁电流迅速增大。当频率与电压成 比例升高或频率升高更快时，即保证主磁通不升高，可在一定范围 内高于额定电压运行。直流电动机中，电压不能高于额定电压。
课堂练习：4-33 从图中可以看出电机转速下降 额定恒转矩负载，故电磁转矩不变
dT 0 ds
1/ s d / ds 0 2 2 (r1 r2 / s) ( x1 x2 )
Sm Tm
r2 ' r1 x1 x' 2
2 2 2
r'2 x1 x' 2
4f1 r12 r12 ( x1 x ' 2 ) 2
第五章 三相感应电动机的电力 拖动
中国石油大学（华东）信控学院 赵仁德
§5-1 三相感应电动机的机械特性
回顾一下，直流电动机的机械特性，是指转速与电磁转矩之间的 关系。 感应电动机的机械特性也是指转速与电磁转矩之间的关系，不过 通常用转差率与电磁转矩之间的关系。 一、机械特性的三种表达式
r1
X 1
Sm与电源电压无关，只与电机参数有关。
' ' Tm与 r2无关，而Sm与 r2成正比。
Sm与f1有何关系？Tm呢？
' x1 x2 2 f1 ( L1 L'2 )
T
2 r2 m1 pU1
2 r2 2 2f1 r1 x1 x2 s
根据产品目录可以查出PN（单位为kW），nN和λM，求出TN：
PN 103 60 PN 103 P TN 9550 N N 2 nN nN
即可得到T与S的关系， 称为实用表达式。
T
2Tm Sm S S Sm
实用表达式反映出感应电机机械特性是由一段直线段和一段双 曲线构成。
当S<<Sm时，
' T CM 1m I 2 cos 2
U1 E1 4.44 f1 N1kw1m
' X 2 arctan ' 2 r2 S
' I2
I1 难以确定 如磁路不饱和，则能否确定？ 主磁路的磁阻由气隙决定，所以励磁电流与主磁通成正比，即与 电压成正比。如果S不变，转子电流恰好与主磁通成反比，即使这 样，定子电流也应增大，S变大，转子电流增大得更多，所以定子 电流是增大的。
r r ( x x ) s
2 1
U
1
2
1
2
2
1 S ' r2 S
r2 2 r2 s PM m1 I 2 m1 s (r1 r2 / s ) 2 ( x1 x2 ) 2 U12
T
2Tm Sm S S Sm
2 Tm M TN Sm S N (M M 1)
PN 103 60 PN 103 PN TN 9550 N 2 nN nN
2
Sm
r2 ' r12 x1 x '2
2
T 2 2 S S T s s s s S S
m m m m
T
2Tm Sm S S Sm
m
求出Tm和Sm即可得到实用表达式
Tm M TN
2 Sm S N (M M 1)
' I2N ImN
I1 I1N
上述结论有两个前提：一是磁路不饱和，二是带额定恒转矩负载。 低于额定电压，可以近似认为磁路不饱和，恒功率负载，因转速变 化不大，也认为转矩不变，实际上转矩反而会有所增大。 定转子电流均增大，定转子铜耗也增大，长时间运行，易使电机发 热，烧坏。所以，不允许电机长时间带额定负载低压运行。
Sm S S Sm
2Tm T S 称为直线表达式 Sm S Sm S Sm
注意 ：(1)直线表达式只表示S<<Sm的那一 段，不满足S<<Sm，则不能用直线表达式。 (2)此时，Sm应为 Sm 2M SN ， 2 不能用 Sm S N (M M 1)
2Tm
二、感应电动机的固有机械特性 将定子三相绕组按规定接线方式联接，不经任何阻抗而直接施加 三相对称额定频率的额定电压， 转子回路也不串任何阻抗而短 接。这时测得的n=f(T)关系曲线，
s
将S=1代入，可得到起动转矩 当电源频率和电机参数不变时
m1 pU r TQ 2 2 f1 r1 r2 x1 x2
2 1 2
2
TQ U12
在额定电压、额定频率和电机固有参数的条件下，起动转矩是一 个固定的值。定义起动转矩与额定转矩之比为起动转矩倍数：
Im
I1N I
2
2 mN
I
' 2 2N
2
I1 I I
2 m
'2 2
U1 2 U1N ' 2 I mN I2N U1 U1N
2
2
U1 2 U1N ' 2 2 ' I mN I 2 N I mN I 2 N 2 U1N U1
r2'
pCu 2X '
I2'
2
1.机械特性的物理表达式
PM m1E2 I2 cos2 1 1 2 f1 p p E2 2 f1N1Kw1m
I1
Im
E1
rm
' E2
U1
PM
Xm
1 S ' r2 S
P
PM T m1 2f1 N1kw1 m I '2 cos 2 /(2f1 / p) 1
m1 pU1
m1 pU1 4f1 ( x1 x' 2 )
2
正号表示电动，负号表示发电，分 别对应于B、B’点 Tm为最大电磁转矩，而Sm为临界转 差率，为什么不是最大转差率？ 感应电机运行时，要有一定的过载能 力，通常用M Tm / TN 来表示，也称为 过载倍数，这是感应电动机的一个重 要指标，一般感应电动机，过载倍数 为1.6~2.2。
T ' CM 1I 2 cos 2 m
电机转子电流仍会高于额定电流， 长时间运行会发热，损坏转子。
高压电机低压运行要特别慎重。
空载实验时，降压到何时停止？为什么？
有功电流上升，无功电流下降，功率因数将上升。 电压下降为原来一半，则最大转矩为原来1/4，能否带起额定转矩？
不能，至于电机是否停转，决定于恒转矩负载是反抗性恒转矩负载 还是位能性恒转矩负载，前者会停转，电机处于堵转，会烧坏电机， 后者电机不会停掉，会一直反向加速，电流越来越大，要么电机烧 坏，要么发生飞车。
x (0,1) 1 1 2 1 x2 1 x 2 1 2 2 2 1 x (1 x ) x x
U 2 U 2 ' 2 1N 1 I 2 N 2 1 1 I mN U1N U1 U 2 U 2 1N 1 1 1 U1 U1N
r1
X 1
r2'
1>=SA>SB>SC>SD>=0，所 以 IA>IB>IC>ID
U1
' X2
I1
Im
E1
rm
' E2
Xm
I2'
1 S ' r2 S
例5-1 三相四极50Hz绕线式感应电动机，PN=150kW，U1N=380V nN=1460r/min，λM=2，试求： (1)该机固有特性的表达式； (2)该机的固有起动转矩； (3)恒转矩负载且Tz=755Nm时的转速。
一台高压电机，如果将其接到低压电网上，带额定转矩运行，结 果运行一段时间发现电机烧坏，试分析原因？ 如与电压成比例的负载转矩运行，会不会烧坏电机？
U1' 2Tm ' U1N 2Tm T S S Sm Sm
U T 1 U1N
2
则
U S 1N U1
U1N S SN U1
SN
n1 nN n1
S=1，可求出固有起动转矩TQ
Tz=755代入可求出S
S=0.02或0.5 E点是否是稳定的平稳点？F点呢？
dT dTz dn dn
F E
E点系统不能稳定运行，舍掉S=0.5 S取0.02，可求出n。
三、感应电动机的人为机械特性 人为地改变电动机的任一参数（如U1，f1，p，定子回路电阻或 电抗，转子回路电阻或电抗等）的机械特性统称为人为机械特性。 1.降低定子端电压的人为特性 其它条件与固有特性一样，仅降 低定子相电压得到的人为机械特 性称为降低定子端电压的人为特 性。 特点： (1)频率不变，故理想空载点不变 2 (2) Tm U1 ，Sm不变。
称为固有机械特性。在固有机械
特性上，有四个特殊的点： (1) A点(起动点) n=0，S=1，T=TQ，I1=IQ (2) B点(临界点) S=Sm，T=Tm Sm一般为0.1~0.2
(3) C点(额定点) n=nN，T=TN，I1=I1N，I2=I2N， P2=PN (4) D点(同步点) n=n1，S=0，T=0，I2=0， E2S=0，I1=Im 比较A、B、C、D四点对应的定子电流 IA、IB、IC、ID的大小关系？
' 2Tm
频率不变，若端电压高于额定电压，则根据 U1 E1 4.44 f1 N1kw1m 知，主磁通升高，磁路饱和，励磁电流迅速增大。当频率与电压成 比例升高或频率升高更快时，即保证主磁通不升高，可在一定范围 内高于额定电压运行。直流电动机中，电压不能高于额定电压。
课堂练习：4-33 从图中可以看出电机转速下降 额定恒转矩负载，故电磁转矩不变
dT 0 ds
1/ s d / ds 0 2 2 (r1 r2 / s) ( x1 x2 )
Sm Tm
r2 ' r1 x1 x' 2
2 2 2
r'2 x1 x' 2
4f1 r12 r12 ( x1 x ' 2 ) 2
第五章 三相感应电动机的电力 拖动
中国石油大学（华东）信控学院 赵仁德
§5-1 三相感应电动机的机械特性
回顾一下，直流电动机的机械特性，是指转速与电磁转矩之间的 关系。 感应电动机的机械特性也是指转速与电磁转矩之间的关系，不过 通常用转差率与电磁转矩之间的关系。 一、机械特性的三种表达式
r1
X 1
Sm与电源电压无关，只与电机参数有关。
' ' Tm与 r2无关，而Sm与 r2成正比。
Sm与f1有何关系？Tm呢？
' x1 x2 2 f1 ( L1 L'2 )
T
2 r2 m1 pU1
2 r2 2 2f1 r1 x1 x2 s
根据产品目录可以查出PN（单位为kW），nN和λM，求出TN：
PN 103 60 PN 103 P TN 9550 N N 2 nN nN
即可得到T与S的关系， 称为实用表达式。
T
2Tm Sm S S Sm
实用表达式反映出感应电机机械特性是由一段直线段和一段双 曲线构成。
当S<<Sm时，
' T CM 1m I 2 cos 2
U1 E1 4.44 f1 N1kw1m
' X 2 arctan ' 2 r2 S
' I2
I1 难以确定 如磁路不饱和，则能否确定？ 主磁路的磁阻由气隙决定，所以励磁电流与主磁通成正比，即与 电压成正比。如果S不变，转子电流恰好与主磁通成反比，即使这 样，定子电流也应增大，S变大，转子电流增大得更多，所以定子 电流是增大的。
r r ( x x ) s
2 1
U
1
2
1
2
2
1 S ' r2 S
r2 2 r2 s PM m1 I 2 m1 s (r1 r2 / s ) 2 ( x1 x2 ) 2 U12