112三相异步电动机的转矩特性和机械特性(精)
三相异步电动机的机械特性
三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的运行特性摘要：本章介绍了三相异步电动机的机械特性的三个表达式。
固有机械特性和人为机械特性，阐述了三相异步电动机的起动、调速和制动的各种方法、特点和应用5.1三相异步电动机的运行特性（返回顶部）三相异步电动机的运行特性就是三相异步电动机的运行工作时的机械特性。
和直流电动机一样，三相异步电动机的机械特性也是指电磁转矩与转子转速之间的关系。
由于转子转速与同步转速、转差率存在下列关系，即（5.1）则三相异步电动机的机械特性用曲线表示时，习惯上纵坐标同时表示转速和转差率，横坐标表示电磁转矩。
三相异步电动机的机械特性有三种表达式，现介绍如下： 5.1.1机械特性的物理表达式（返回顶部）由上一章三相异步电动机的转矩关系知，三相异步电动机转矩的一般表达式为（5.2）式中为三相异步电动机的转矩系数，是一常数；为三相异步电动机的气隙每极磁通量；为转子电流的折算值；为转子电路的功率因数；式（5.2）表明了电磁转矩与磁通量和转子电流的有功分量的乘积成正比，它是电磁力定律在三相异步电动机的应用，它从物理特性上描述了三相异步电动机的运行特性，因此这一表达式又称为三相异步电动机的物理表达式。
仅从式（5.2）不能明显地看出电磁转矩与转差率之间的变化规律。
要从分析气隙每极磁通量因数，转子相电流，以及为转子功率与转差率之间的关系，间接地找出其变化规律。
现分析如表5.1所示。
根据表5.1中的分析，可作出曲线、和分别如图5.2、5.3、5.4所示，据此可得出图5.1所示的机械特性曲线。
曲线分为两段：当较小时(电磁转矩与转子相电流),变化不大，，成正比关系，表现为AB 段近似为直线，) ，如，减少近一称为直线部分；当较大时 (半，很小，尽管转子相电流增大，有功电流段，段为曲线不大，使电磁转矩反而减小了，此时表现为段，称为曲线部分。
由此分析知，三相异步电动机的机械特性在某转差率下，产生最大转矩，即点称为最大转矩点，相应的转矩为称为最大转矩，对应的转差率称为临界转差率。
三相异步电动机的机械特性
交流调速系统认识-异步电动机的机械特性
• 特性解读3-电动机的四个特殊9中的C点。起动工作点的起动转矩反映了异 步电机带负载起动时的性能。此时转矩和转差率为： T= Tst，n=0，s=1。
• 可见，异步电动机的启动转矩Tst 与U、 R2及X20 有关。当施加在定子每相绕组上的电压降低时，启 动转矩会明显减小；当转子电阻适当增大时，启动 转矩会增大；而若增大转子电抗则会使启动转矩大 为减小。
当负载减少时，TL″<TN，动力大于阻力，电机的稳定运行状态被破坏。这 时，转速 n上升，转差率s下降，转子电路感应电动势减小，电流I2减小，定 子电流I1随之减小，电磁转矩T减小至T″。当T″=TL″时，电动机转速重新稳 定在n″上，此时n″>n。特性曲线的N沿特性曲线左移。
交流调速系统认识-异步电动机的机械特性
Tst
K
R2U 2
R22
X
2 20
交流调速系统认识-异步电动机的机械特性
特性解读3-电动机的四个特殊点之四
（4）电动机临界工作点 电机转矩最大值的点称为临界工作点，如图中的B点。此 时转矩（最大转矩）和转差率（临界转差率）为：T= Tmax，n=nm，s= sm。 通常把在固有机械特性上最大电磁转矩与额定转矩之比：
• 特性解读1
• 在异步电动机中，转速 n=(1-s)n0将曲线换成转 速与转矩之间的关系曲线（把转矩特性曲线旋转 90°），即称为异步电动机的机械特性，异步电动 机在额定电压和额定频率下，用规定的接线方式， 定子和转子电路中不串联任何电阻或电抗时的机械 特性称为固有（自然）机械特性。从特性曲线上可 以看出，机械特性曲线可分为稳定运行区AB段和非 稳定运行区BC段两部分。
交流调速系统认识-异步电动机的机械特性
三相异步电动机的机械特性.ppt
1.异步电动机机械特性三种表达式
（1）物理表达式
电磁转矩为：
T
Pem 1
m1E2 I2 cos2 2n1
m1(4.44f1N1kw1m )I2 cos2 2f1
60
p
pm1N1kw1 2
m I 2
cos2
CT mI2 cos2
分析物理表达式
异步电动机的转矩系数：CT
pm1N1kw1 2
smLeabharlann x1r2 x2Tm
3 pU12
4f1(x1
x2 )
最大转矩与额定转矩的比值称为过载倍数，
其值大小反映电动机过载能力，用λm表示，
即：
m
Tm TN
一般异步电动机过载倍数λm=1.5～2.2。
②起动转矩Tst
起动瞬间n=0或s=1时，电动机相当于堵转，
这一时刻的电磁转矩称为起动转矩或堵转转
矩，用Tst表示，则有：
Tst
2f1
r1
3 pU12r2
r22 x1
x2 2
起动转矩与额定转矩的比值称为起动转矩倍
数或堵转转矩倍数，用kst表示，则有：
kst
Tst TN
一般普通异步电动机起动转矩倍数为0.8～1.2。
实用（表3达）式实：用T 表达2r式2r1
r2 sm
2
r1sm r2
转子电流折算值： I
E
r
()
x
s
r2
转子功率因数：
cos2
s
( r2 )2 s
x22
物理表达式它反映了不同转速时电磁转矩T与
主磁通Φm以及转子电流有功分量I2ˊcosφ2之间 的关系，此表达式一般用来定性分析在不同
三相异步电动机的运行特性.
3.定子电流特性I1＝f(P2)，特性曲线如 图2-39所示。 4.定子功率因数特性cos1＝f(P2)，特性 曲线如图2-39所示。 5.效率特性η＝f(P2)，特性曲线如图2-39 所示。
【任务实施】 1.任务实施的内容 测定三相异步电动机的转差率，由三相异步电动机的负载实 验测试工作特性。 2.任务实施的要求 (1)掌握用日光灯法测转差率的方法。 (2)掌握三相异步电动机的负载试验的方法，测取三相鼠笼式 异步电动机的工作特性。 3.设备器材 导轨、测速发电机及转速表，1套；校正直流测功机，1台； 三相鼠笼式异步电动机，1台；交流电压表、电流表，各1块；功 率表、功率因数表，各1块；直流电压表、电流表， 各1块；三相 可调电阻器，1只。 4.任务实施的步骤 (1)用日光灯法测定三相异步电动机的转差率 将观察到的数据记录于表2.12中。
三相异步电动机的运行特性
一、三相异步电动机中的感应电动势和感应电流 1.定子电路的电动势E1
若忽略定子绕组的电阻和漏磁通，则可认为定子电路上的电动势 的有效值近似等于外加电源电压的有效值，即 2.转子电路的电动势E2
转子电路静止时的感应电动势的有效值为
3.转子电路的电流I2和功率因数cos2
转子电路的电流I2、功率 因数cos2与转差率s的关系可 用图2-31的曲线表示。
(2)人为机械特性 人为机械特性就是人为地改变电源参数或电动机参数而得到 的机械特性。 ①降低定子电压时的人为机械特性。如图2-35所示。 ②转子电路串接对称电阻时的人为机械特性。如图2-36所示。
三、三相异步电动机的运行特性 1.转速特性n＝f(P2)，如图2-37所示。 2.转矩特性T＝f(P2)，如图2-38所示。
4.定子电路的电流I1 与变压器的电流变换原理相似，定子电路的电流I1与转子电路 的电流I2的比值也近似等于常数。
三相异步电动机械特性及各种运行状态
n
n0
a1
O
T
－n0
机械功率Pm
第 十 章 异步电动机的电力拖动
(2) 转子反向的反接制动 ——下放重物
① 制动原理
n
定子相序不变，转子 电路串联对称电阻 Rb。 低速提 a 点 惯性 b 点(Tb＜TL)，升重物
n↓ c 点 ( n = 0，Tc＜TL )
n0
a
b
e TL
Oc
1 T
在TL 作用下 M 反向起动
由参数表达式可知，改变定子电压U1、 定子频率f1、极对数p、定子回路电阻 r1和电抗x1、转子回路电阻r2ˊ和电抗 x2ˊ，都可得到不同的人为机械特性。
（1）降低定子电压的人为机械特性
在参数表达式中，保持其它参数不变， 只改变定子电压U1的大小，可得改变 定子电压的人为机械特性。
讨论电压在额定值以下范围调节的人 为特性（为什么？）
Pe = m1—I2'—2 R定2'子＋s 发Rb出'＜电0功率，向电源回馈电能。
Pm=
(1－s ) ——
轴Pe上＜输0入机械功率(位能负载的位能)。
PCu2 = Pe－Pm
|Pe | = |Pm|－PCu2
—— 机械能转换成电能(减去转子铜损耗等)。
第 十 章 异步电动机的电力拖动
制动效果 Rb →下放速度 。
第 十 章 异步电动机的电力拖动
(3) 能耗制动过程 —— 迅速停车 2
① 制动原理
b
n
a1
制动前：特性 1。
制动时：特性 2。
a 点 惯性 b 点 (T＜0，制动开始)
O TL
T
n↓ 原点 O (n = 0，T = 0)，制动过程结束。
三相异步电动机的机械特性
第六章三相异步电动机的电力拖动§6-1 三相异步电动机的机械特性机械特性是指电动机转速n与转矩T之间的关系，一般用曲线表示。
欲求机械特性，先求T与n的数学关系式，称为机械特性表达式。
有三种表达式：一。
三相异步电动机机械特性的三种表达式（一）物理表达式此式清楚表明了T和、cos之间的关系，虽然、cos与n密切有关，但不能清楚反映T与n的关系。
（二）参数表达式电磁转矩由异步电动机的近似等效电路，得代入T的公式，即得参数表达式考虑到n=(1－s)n0，，即可由此式绘出异步电动机的机械特性曲线n=f(T)，如图6－1所示。
机械特性的参数表达式为二次方程，电磁转矩必有最大值，称为最大转矩T m。
将表达式对s求导，并令，可求出产生最大转矩T m时的转差率S m图6－1机械特性曲线S m称为临界转差率。
代入T的公式则可得T m的公式式中正号对应于电动机状态，负号适用于发电机状态。
一般，故可得近似公式可见：（1）当电动机参数和电源频率不变时，T m ，而S m与U X无关；（2）当电源电压和频率不变时，S m和T m近似与（X1＋）成反比；（3）增大转子回路电阻，只能使S m相应增大，而T m保持不变。
最大转矩T m与额定转矩T N之比称为过载倍数，也称过载能力，用K T表示：一般异步电动机K T＝1.8～3.0。
对于起重冶金机械用的电动机，可达3.5。
异步电动机起动时，n＝0，s＝1，代入参数表达式，可得起动转矩的公式由此式可知，对绕线式异步电动机，转子回路串接适当大小的附加电阻，能加大起动转矩T st，从而改善起动性能。
对于鼠笼式电动机，不能用转子串电阻的方法改善起动转矩，在设计电动机时就要根据不同负载的起动要求来考虑起动转矩的大小。
起动转矩T st与额定转矩T N之比，称为起动转矩倍数K st：K st＝一般电动机K st＝1.0～2.0，对于起重冶金机械用的电动机为2.8～4.0。
（三）实用表达式参数表达式在理论分析时很有用，但定、转子参数在产品目录中找不到，使用起来不方便。
三相异步电机的机械特性
磁路
电流 I
磁通 φ
电动势 E
磁通势 F
电压降 U=IR 磁压降
电阻 R
磁阻 Rm Hl F Rm
欧姆定律
磁路欧姆定律
I U(E) R
F(NI )
Rm
AC
涡流：线圈中通交流时，产生的磁通是交变的。因此， 不仅要在线圈中产生感应电势，而且在铁心内也要产生 感应电势和感应电流，这种感应电流就叫做“涡流”。
直流电机的用途
采用直流电源（干电池、蓄电池）的电机 输出同样的力矩，要比交流电机小得多
（生活中需要电动机，又使用电池的便携产品）
热水器水泵电机、汽车散热风扇、电脑风扇、收录机电机、USB 吸尘器、电动自行车、飞机、剔须刀、VCD、激光扫描仪、激 光打字机、电动玩具、振动功能……
大型轧钢机、大型精密机床、矿井卷扬机等严格要求线速度一致 的地方；
T
K
SR2U12R22 SX 20 2KSR2U 2
R22 SX 20 2
5.27
U,U1---定子绕组相电压，电源电压；
R2------转子每相绕组的电阻；
X20-----n=0时转子每相绕组的感抗；
K-------三相异步电动机的转矩常数。K
m1P
2f1
选择合适的电机型号
第五章 交流电动机的工原理及特性
电动机铭牌上的额定数据 型号 如Y90S-4 额定功率PN (输出的机械功率) 额定电压 UN (220/380V △/Y) 额定频率f (50HZ) 额定电流IN (10.35/5.9A △/Y) 额定转速nN (额定转差率SN) 工作方式 (定额：连续,短时重复,短时 ) 温升(或绝缘等级) 电动机重量
因此选用高速电机较为经济.如极对数P＝1或2
电机学三相异步电动机的机械特性及ppt课件
T
13
二、人为机械特性：据参数表达式知，T与一定转速
下的定子电压 U1，电源频率 f1 ，极对数p，电机
定转子参数有关。人为地改变某些参数可以获得
人为机械特性：
T
m1 0
[(R1
R2
U12R2 / s / s)2 (X1
X
' 2
)
2
]
0
2n0
60
2f1
p
14
1、降低电源电压 U1 ：最大转矩和起动转矩与电源
X
' 2
)
2
]
起动转矩倍数：
K
＝Tst
st
Te
，只有当Kst 1 时，
电机才能起动。
9
三、实用表达式：一般电机产品目录中，有些参数没有，
用参数表达式不方便，因此将T的参数表达式除以Tm参 数表达式，并代入Sm值，有
T＝
2Tm (1
sm
R1 R2'
)
s sm
sm s
2sm
R1 R2'
(当忽略定子电阻时。)
U12
R12
(X1
X
' 2
)
2
]
sm
R2'
X1
X
' 2
(R1
X1
X
' 2
)
Tm
m1U12 20 ( X1
X
' 2
)
7
特点：
1、当各参数及电源频率不变时，临界转差率与定子
相电压无关；而
Tm
U
2 1
。
2、当 f1 及U1 不变时，临界转差率和最大电磁转矩