三相异步电动机转矩与功率的关系
异步电动机的功率、转矩与运行性能
维护保养
安全操作
运行监测
环境适应
定期对异步电动机进行维护保养，包 括清洁、润滑、检查等，确保其正常 运行。
Байду номын сангаас
对异步电动机的运行状态进行实时监 测，发现异常及时处理，防止故障扩 大。
06
CATALOGUE
异步电动机的发展趋势与未来展望
技术创新
01
高效电机设计
通过优化电机设计，提高异步电 动机的运行效率和功率密度，降 低能耗。
定的品牌和型号。
功率匹配
确保所选异步电动机的功率与实际负 载需求相匹配，避免过大或过小的功 率选择。
经济性
在满足性能要求的前提下，选择性价 比高的异步电动机，降低运行成本。
使用注意事项
在使用异步电动机时，应遵循安全操 作规程，避免发生触电、机械伤害等 安全事故。
根据实际使用环境，如温度、湿度、 海拔高度等，选择合适的异步电动机 或采取相应的防护措施。
异步电动机的功率 、转矩与运行性能
contents
目录
• 异步电动机的基本原理 • 异步电动机的功率特性 • 异步电动机的转矩特性 • 异步电动机的运行性能 • 异步电动机的应用与选型 • 异步电动机的发展趋势与未来展望
01
CATALOGUE
异步电动机的基本原理
工作原理
异步电动机是利用电磁感应原理工作的旋转电机。当 三相交流电通过定子绕组时，产生旋转磁场，该磁场
最大转矩
最大转矩
异步电动机在运行过程中能够承受的最大瞬时转矩。
影响因素
最大转矩与电动机的设计、制造工艺和使用环境等因 素有关。
意义
最大转矩决定了电动机承受突然负载变化的能力，是 电动机安全运行的重要指标。
三相异步电动机的基本工作原理和结构
三相异步电动机的基本工作原理和结构三相异步电动机是一种常见的电动机类型，广泛应用于各个领域。
它的基本工作原理和结构对于了解电动机的工作原理和性能具有重要意义。
一、基本工作原理三相异步电动机的基本工作原理是利用电磁感应和电磁力相互作用的原理。
它由定子和转子两部分组成。
1. 定子：定子由三个相位相隔120度的绕组组成，每个绕组被连接到一个相位的交流电源上。
当交流电源通电时，定子的绕组中会产生交变电磁场。
2. 转子：转子由导体材料制成，通常是铜或铝。
转子内部的导体形成了一组绕组，称为转子绕组。
转子绕组与定子绕组之间存在磁场的相互作用。
当交流电源通电后，定子绕组中的交变电磁场会感应出转子绕组中的电流。
由于定子绕组和转子绕组之间存在磁场的相互作用，转子绕组中的电流会产生电磁力，使转子开始旋转。
由于定子绕组中的电流是交变的，所以转子会不断地受到电磁力的作用，从而保持旋转。
二、结构特点三相异步电动机的结构特点主要包括定子、转子和机壳三部分。
1. 定子：定子通常由一组三相绕组和铁芯组成。
绕组通过固定在定子槽中的方法固定在铁芯上。
绕组的数量和连接方式与电机的功率和转速有关。
2. 转子：转子一般由铁芯和绕组组成。
转子绕组通常是通过槽和导条的形式固定在铁芯上。
转子绕组的数量和连接方式也与电机的功率和转速有关。
3. 机壳：机壳是电机的外壳，通常由铸铁或铝合金制成。
机壳的作用是保护电机内部的部件，同时起到散热和隔离的作用。
三、工作特性三相异步电动机具有一些特殊的工作特性。
1. 转速：三相异步电动机的转速与电源的频率和极数有关。
当电源频率恒定时，电动机的转速与极数成反比。
这意味着可以通过改变电源频率或改变电动机的极数来实现不同的转速要求。
2. 启动特性：三相异步电动机的启动通常需要较大的起动电流。
为了降低启动时的电流冲击，通常采用起动装置，如星角启动器或自耦变压器。
3. 转矩特性：三相异步电动机的转矩与电动机的电流成正比，并且与电动机的功率因数有关。
三相异步电动机的功率、转矩和运行特性
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1.电磁转矩表达式
电磁转矩物理表达式
T
CT
m
I
' 2
cos 2
表明：三相异步电动机的电磁转矩是由
主磁通
与转子电流的有功分量
I
' 2
cos
2
相互作用产生的。
结论：T为m、I2’及cos2的函数，当异步电 动机起动时，转子边电路cos2很低，尽管此
时I2’很大，电磁转矩T却不大。 20
1.电磁转矩表达式
s ( r2)2
s
xk2
令 dT 0，求出当T最大时的转差率sK。
dS
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3.最大电磁转矩、起动转矩、额定转矩
（2）最大电磁转矩 Tmax
sk
C1r2 r12 (x1 C1x2 )2
Tmax
m1 pU12
2 f1
2C1 (r1
1 r12 (x1 x2 )2 )
sk
r2 xk
C1 1 Tmax
总机械功率与电磁功率的关系：
Pm (1 s)Pem
电磁功率、总机械功率与转子铜耗的关系：
Pem : Pm : pCu2 1: (1 s) : s
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1.功率平衡方程
几个重要关系
pcu2 s Pem
Pm 1 s Pem
结论：从气隙传递到转子的电磁功率分为两部分，一 小部分为转子铜损耗，绝大部分转变为总机械功率。 转差率越大，转子铜损耗就越多，电机效率越低。因 此正常运行时电机的转差率均很小。
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5.稳定运行问题
机械负载类型
恒转矩负载：转矩与转速无关，TL=C。
离心式负载：n, TL ，如：风机、水泵。
负载性质不同，电机稳定运行区域不一样。
三相异步电机转矩
三相异步电机转矩
三相异步电机转矩的大小与以下几个因素有关：
1.电流：三相异步电机的转矩与电流成正比关系。
电流越大，转矩越大。
但电流过大可能导致电机过热，所以需要在满足负载需求的前提下，合理控制电流。
2.电压：电压对三相异步电机的转矩有一定影响。
在一定范围内，电压越高，转矩越大。
但电压过高可能导致电机过热或损坏，所以需要在保证电机正常运行的前提下，合理调整电压。
3.功率：三相异步电机的转矩与功率成正比关系。
功率越大，转矩越大。
但功率过高可能导致电机过热或损坏，所以在选择电机时，应根据实际需求选择合适的功率。
4.转子电阻：转子电阻会影响三相异步电机的转矩。
转子电阻越小，转矩越大。
但在实际应用中，转子电阻通常较小，对转矩的影响相对较小。
5.负载：三相异步电机的转矩与负载成正比关系。
负载越大，转矩越大。
但负载过大会导致电机过热或损坏，所以需要根据实际需求合理调整负载。
6.转速：转速与转矩之间存在一定关系。
在一定范围内，转速越高，转矩越大。
但转速过高可能导致电机过热或损坏，所以需要在保证电机正常运行的前提下，合理调整转速。
总之，在实际应用中，要根据电机的工作环境、负载需求等
因素，综合考虑电流、电压、功率等参数，以实现三相异步电机转矩的合理调整。
第22讲 三相异步电动机的功率和电磁转矩
。定
I1 I 0 子电流特性曲线如图。
三相异步电动机的工作特性
三、功率因数特性 cos1 f (P2 )
异步电动机运行时需要从电网吸收 无功电流进行励磁，所以I1电流总是滞后 电源电压U1，功率因数 cos1 1 。空载时 ，定子电流为I0，基本为励磁电流，此时 功率因数为 cos1 0.1--0.2 左右。当负载 P2增大时，励磁电流I0保持不变，有功 电流随着P2的增大而增大，使 cos1 增大，接近额定负载时，功 cos1 0.76 0.9 左右。如超过额定功率后负载进一步 率因数最高， 增大，转速下降速度加快，s上升较快，使 R/s 下降较快，转 子电流有功分量所占比例下降，使定子电流有功分量比例也下 降，从而使 cos1反而减小，曲线如图。
T f (P2 ) 也为一直线。电磁转矩特性曲线如图。
R/s2
三相异步电动机的工作特性
五、效率特性 f (P2 )
根据效率公式，有
p P2 P1 p 1 P1 P1 P2 p
当P2变化时，效率η的变化取决于损耗 p的变化。而 损耗:
p p
Cu1
pCu1 pFe pCu2
pm+ps P2
P1
PM
Pm
异步电动机功率平衡流程图
二、三相异步电动机的转矩关系
异步电动机传输给转轴的总机械功率Pm就是电磁转矩T与 转轴机械角速度Ω的乘积，即
Pm T T
同时还可以表示为： T Pm Pm
Pm
2 n 60
Pm PM 2 n1 1 (1 s ) 60
2 ) P1k 3 I1k ( R1 R2
从而可求得：短路阻抗：
三相异步电动机的功率、转矩和运行特性
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2.转矩平衡方程
功率平衡方程式
P 2P mpmpsP2
Pm
pmps
转矩平衡方程式 T2 T T0
2 n —转子机械角速度
60
T P m —电磁转矩
T2
P2
—输出转矩
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T0
Hale Waihona Puke pm ps —与负载无关的空载转矩
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2.转矩平衡方程
电磁转矩
T P m P e m ( 1 s )P e m( 1 s )P e m P e m 2n 6 0 2n 16 0 1
转子铜耗 pCu2 3I22r2
附加电阻上的损耗 Pm 3I22(1ssr2)
注意：附加电阻上的损耗即为电机输出的总
机械功率。
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1.功率平衡方程
总机械功率 电磁功率Pem扣除转子铜耗pcu2后，即为消耗在
附加电阻 上的功率（总机械功率）：
P mP empCu23I2 2(1 ssr2)
电源输入的电功率
P13U1I1cos1
定子绕组铜耗
pCu1 3I12r1
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1.功率平衡方程
铁心损耗
pFepF1e3I02rm
为什么电机铁耗只考虑定子侧铁耗，而 不考虑转子铁耗？
铁耗包括磁滞损耗和涡流损耗，电动机
正常运行时转子电势频率很低，2-3周/秒，
所以铁耗主要集中在定子中，转子铁耗可忽
同步角速度
126 0 n12 6 060 pf12pf1 p 1
电磁转矩既可通过机械功率求出，也可通过 电磁功率求出。
机械功率求电磁转矩---机械角速度
第二节 三相异步电动机的电磁转矩和机械特性
第二节三相异步电动机的电磁转矩和机械特性三相异步电动机转轴上产生的电磁转矩是决定电动机输出的机械功率大小的一个重要因素，也是电动机的一个重要的性能指标。
一、三相异步电动机的转矩特性1、电磁转矩的物理表达式三相异步电动机的工作原理告诉我们，电磁转矩是旋转磁场与转子绕组中感应电流相互作用产生的，设旋转磁场每极的磁通量用Φ表示，它等于气隙中磁感应强度平均值与每极面积的乘积。
Φ表示了旋转磁场的强度。
设转子电流用I2表示。
根据电磁力定律，电磁转矩T em应与Φ成正比、与I2也成正比，即T em∝Φ·I2。
此外转子绕组是一个感性电路，转子电流I2滞后于感应电动势E2，它们之间的相位差角是。
考虑到电动机的电磁转矩对外做机械功，与有功功率相对应。
因此电磁转矩T em还与转子电路的功率因数cos有关，即与转子电流的有功分量I2cos(与E2同相位的电流分量)成正比。
总结以上分析，可列出异步电动机的电磁转矩方程式中KT是一个与电动机本身结构有关的系数。
该公式是分析异步电动机转矩特性的重要依据。
2、转矩特性电磁转矩与转差率之间的关系T em＝(S)称为电动机的转矩特性。
可以推得式中KT’、转子电阻R2、转子不动时的感抗X20都是常数，且X20远大于R2。
由于上式用电机定、转子绕组中的电阻、电抗等参数反映电磁转矩T em和转差率S之间的关系，所以上式又称之为电磁转矩的参数表达式。
由转矩的表达式(4-5)可知，转差率一定时，电磁转矩与外加电压的平方成正比，即T em∝U12。
因此，电源电压有效值的微小变动，将会引起转矩的很大变化。
当电源电压U1为定值时，电磁转矩T em是转差率S的单值函数。
图4-13画出了异步电动机的转矩特性曲线。
二、三相异步电动机的机械特性当电源电压U1和转子电路参数为定值时，转速n和电磁转矩T的关系n=f（T）称为三相异步电动机的机械特性。
机械特性曲线可直接从转矩特性曲线变换获得。
将图4-15中的转矩特性曲线顺时针转动90°，并将s换成n就可以得到三相异步电动机的机械特性曲线，如图4-16所示。
三相异步电动机的功率和电磁转矩
3I22 R2
1
s
s
R2
3I 2 2
R2 s
（3-32）
电磁功率除去转子绕组上的损耗，就是等效负载电
阻
1 s
s
R2上 的损耗，这部分等效损耗实际上是传输给电动
机转轴上的机械功率，用PMEC表示。它是转子绕组中电
流与气隙旋转磁场共同作用产生的电磁转矩，带动转子
P2 PMEC pmec pad
（3-34）
转轴上可输见出异机步械电功动率机的运全行过时程，为从电源输入电功率P1到
P2 P1 ( pCu1 pFe pCu 2 pmec pad ) P1 p
（3-35）
功率关系可用图3.17来表示。从以上功率关系定量分析看出， 异步电动机运行时电磁功率Pem、转子损耗pCu2和机械功率PMEC三 者之间的定量关系是
以转速n旋转所对应的功率
PMEC
Pem
pCu2
3I 2 2
1 s
s
R2
(1
s)Pem
（3-33）
电动机运行时，还存在由于轴承等摩擦产生的机械
损 型电耗机pme的c及pa附d=加（损1～耗3p）ad%。P大N。型电机中pad约为0.5%PN，小
pad才转是子转的轴机上械实功际率输P出M的EC减功去率，机用械P损2表耗示pm。ec和附加损耗
Pem:PCu2:PMEC =1:s:(1-s) 也可写成下列关系式
（3-36）
Pem pcu2 PMEC
p sP
Cu 2
em
PMEC (1 s)Pem
（3-37）
上式表明，当电磁功率一定，转差率s越小，转子铜损耗越小，
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三相异步电动机转矩与功率的关系
电动机额定电压下以额定转速nN运行，输出额定机械功率 PN时，电机转轴上对应输出的机械转矩为额定电磁转矩TN。
强调： 1.单位：KW , r/min , NM.
2.各物理量的意义:额定转速Nn , 输出额定机械功率 PN ,输出的机械转矩为额定电磁转矩TN。
[例1]已知某三相异步电动机额定功率PN=4kW，额定转速nN=1440r/min，过载系数为 2.2，起动能力为 1.8。
试求额定转矩TN、启动转矩Tst、最大转矩Tm。
解：额定转矩为
起动转矩为
最大转矩为
[补充例题] 例：已知PN=4.5 KW，nN=950r/min，N=84 .5%，U1=380 V，Y接，f1=50Hz，m=2， st=1.7。
求：
（1）磁极对数 P；（2） SN；（3）TN；
（4）输入功率P1；（5）最大转矩Tm；（6）起动转矩Tst
解：。