感应电机的机械特性和运行特性
三相感应电动机的磁动势和磁场
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笼型绕组
导条
端环
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风叶 铁心 绕组 轴承 滑环
返回
返回
Fm
B
Bm
Z
nsX
C
αFe
A
n
Y
感应电动机的空载磁动势和磁场
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感应电机中主磁通所经过的磁路
返回
槽漏磁
端部漏磁
返回
定转子磁动势之间的速度关系
返回
转子磁动势波F2 气隙磁场Bm 转子
e2 i2
n Te
转子磁动势与气隙磁场在空间的相对位置
机座
感应电机
转子铁心
绕线型 结构
转子 转子绕组
转轴
笼 型 结构
二、感应电机的运行状态
旋转磁场的转速ns与转子转速n之差称为转差．转 差Δn与同步转速ns的比值称为转差率，用s表示， 即：
ns n s ns
转差率是表征感应电机运行状态的一个基本变量。 按照转差率的正负和大小，感应电机有电动机、发 电机和电磁制动三种运行状态，如图5-5所示
定子和转子磁动势之间的速度关系，如图5-9所示。
图5-10表示三相绕线型转子的转子磁动势的空间相
位。
例题
2. 转子反应
负载时转子磁动势的基波对气隙磁场的影响，称 为转子反应。转子反应有两个作用：
使气隙磁场的大小和空间相位发生变化，从而引 起定子感应电动势和定子电流发生变化。 它与主磁场相互作用，产生所需要的电磁转矩， 以带动轴上的机械负载。
形近似等效电路
பைடு நூலகம்返回
P1
Pe
P
P2
pCu1
pFe
pCu2
pΩ pΔ
感应电动机的功率图
电机拖动与控制-教案
电机拖动与控制-教案章节一：电机的基本概念教学目标：1. 了解电机的基本概念和分类。
2. 掌握电机的运行原理和特性。
教学内容：1. 电机的定义和作用。
2. 电机的分类：直流电机、交流电机、同步电机、异步电机。
3. 电机的运行原理：电磁感应原理、电流产生磁场的原理。
4. 电机的特性：电磁特性、机械特性、运行特性。
教学方法：1. 讲授法：讲解电机的基本概念、分类和运行原理。
2. 案例分析法：分析不同类型电机的运行原理和特性。
教学评估：1. 课堂问答：检查学生对电机基本概念的理解。
2. 小组讨论：让学生分析不同类型电机的特性差异。
章节二：直流电机教学目标：1. 了解直流电机的基本结构和特点。
2. 掌握直流电机的运行原理和特性。
教学内容：1. 直流电机的基本结构：定子、转子、换向器、电刷。
3. 直流电机的运行原理：励磁原理、电流产生的磁场与转子之间的相互作用。
4. 直流电机的特性：电磁特性、机械特性、运行特性。
教学方法：1. 讲授法：讲解直流电机的基本结构、特点和运行原理。
2. 实验演示法：展示直流电机的运行原理和特性。
教学评估：1. 课堂问答：检查学生对直流电机基本结构和特点的理解。
2. 实验报告：评估学生对直流电机运行原理和特性的掌握。
章节三：交流电机教学目标：1. 了解交流电机的基本结构和特点。
2. 掌握交流电机的运行原理和特性。
教学内容：1. 交流电机的基本结构：定子、转子、感应器、电刷。
2. 交流电机的特点：运行稳定、高效节能、易于维护。
3. 交流电机的运行原理：电磁感应原理、电流产生的磁场与转子之间的相互作用。
4. 交流电机的特性：电磁特性、机械特性、运行特性。
教学方法：1. 讲授法：讲解交流电机的基本结构、特点和运行原理。
2. 实验演示法：展示交流电机的运行原理和特性。
教学评估：1. 课堂问答：检查学生对交流电机基本结构和特点的理解。
2. 实验报告：评估学生对交流电机运行原理和特性的掌握。
感应电机知识点总结
感应电机知识点总结感应电机是一种常见的电动机类型，广泛应用于工业生产、交通运输、家用电器等领域。
本文将对感应电机的基本原理、工作特性、各种类型及应用领域进行详细介绍，帮助读者更好地理解和掌握感应电机的知识。
一、感应电机的基本原理感应电机的基本原理是通过感应电磁感应现象实现的。
当感应电机的定子绕组通以交流电流时，会在定子绕组内产生一个旋转的磁场，这个磁场会穿过转子绕组，从而在转子绕组中也产生感应电动势，从而在转子内也产生了一个电流，由于转子绕组中的电流受到外部磁场的影响，会产生一个受力，从而导致转子产生运动。
这样，通过定子绕组产生的旋转磁场与转子内的感应电流相互作用，使得转子跟随旋转磁场进行旋转，从而实现电能转换为机械能的目的。
二、感应电机的工作特性1. 高效率：感应电机具有高效率的特点，能够将输入的电能转化为机械能，同时在零负载和负载情况下都能保持较高的效率。
2. 调速性能：感应电机的调速性能较好，可以通过改变供电频率和电压来实现调速。
一般情况下，降低供电频率可以降低电机转速，增大供电频率可以提高电机转速。
3. 起动性能：感应电机的起动性能较好，能够在较短时间内完成起动，并且能够承受大的起动转矩。
4. 维护成本低：感应电机的维护成本较低，因为感应电机结构简单、零部件较少，维护较为轻松。
三、感应电机的类型及特点1. 按转子类型分类：(1) 起动转子感应电机：转子绕组为铝制鼠笼式结构，具有结构紧凑、转子巨量比大等特点，适用于需要频繁启动的场合。
(2) 笼式转子感应电机：转子绕组为铜制鼠笼式结构，具有运行可靠、结构简单等特点，适用于不需要频繁启动的场合。
2. 按工作原理分类：(1) 单相感应电机：适用于家用电器、小型机械等场合。
(2) 三相感应电机：适用于工业生产、交通运输等大功率场合。
四、感应电机的应用领域1. 工业生产：感应电机广泛应用于工业生产中，如风力发电机组、水泵、风扇、制糖机、压缩机等。
2. 交通运输：感应电机被广泛应用于交通运输工具中，如电动汽车、地铁、火车等。
电机及电力拖动
《电机及电力拖动》习题第一章直流电机1.直流电机有哪些主要部件？各用什么材料制成？起什么作用？2.一直流电动机，已知P N=13kw，U N=220V，n N=1500r/min，η=0.85，求额定电流I N。
3.一直流发电机，已知P N=90kw，U N=230V，n N=1450r/min，η=0.89，求额定电流I N。
4.一台p对极的直流发电机，若将电枢绕组由单叠改为单波（导体数不变），问额定电压、额定电流和额定功率如何变化？5.计算下列各绕组的节距y1、y2和绘制绕组展开图，安放主磁极和电刷，并求出支路对数。
1）单叠绕组2p=4，S=K=18；2）单波绕组2p=4，S=K=19。
6.一台4极直流发电机，电枢绕组为单叠整距绕组，每极磁通φ=3.5×102 wb，电枢总导体数N=152，求当转速n=1200r/min时的空载电动势E。
若改为单波绕组，其他条件不变，则当空载电动势为210V时，发电机转速应为多少？若保持每条支路的电流I=50A不变，求电枢绕组为单叠和单波时，发电机的电磁转矩T em各为多少？7.什么叫电枢反应？电枢反应的性质与哪些因素有关？一般情况下，发电机的电枢反应的性质是什么？对电动机呢？8.什么叫换向？为什么要改善换向？改善换向的方法有哪些？9.说明装置换向极改善换向的原理，一发电机改作电动机或转向改变时，换相极绕组是否需要改接？为什么？10.一台4极80kw、230V、930r/min的并励发电机，在75℃时的电枢回路电阻R a=0.0259Ω，励磁绕组电阻R f=22.8Ω，额定负载时励磁回路串入调节电阻R pf=3.5Ω，电刷压降2ΔU b=2V，铁耗和机械损耗p fe+pΩ=2.3kw，附加损耗p s=0.05PN。
求额定负载时，发电机的输入功率、电磁功率、电磁转矩和效率。
11.一台并励直流电动机，在额定电压U N=220V，额定电流I N=80A的情况下运行，75℃的电枢电阻R a=0.01Ω,电刷接触压降2ΔU b=2V，励磁回路总电阻R rf+R pf=110Ω，附加损耗p s=0.01PN，效率η=0.85。
机械特性的软硬
软特性 （R2大）
T
0
不同场合应选用不同的电机。如金属切削，选硬特性 电机；重载起动则选软特性电机。
§ 2.4
三相异步电动机的使用
三相异步电动机的起动 三相异步电动机的调速
（1） 直接起动。二三十千瓦以下的异步电动机一般 采用直接起动。 （2） 降压起动。
Y－ 起动
自耦降压起动
（3）转子串电阻起动。
以下介绍 Y－ 起动和转子串电阻起动。
Y－ 起动：
A
Ul
I l
C Y
Z Aห้องสมุดไป่ตู้
Ul
B
X
I lY
C
Z X Y
B
正常运行
设：电机每相阻抗为 Ul I l 3 Z
三相异步电动机的制动
一、 三相异步机的起动 起动电流 I st ：
中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5 ~ 7 倍。 原因：起动时 n 0 ，转子导条切割磁力线速度很大。 转子感应电势 转子电流 定子电流 影响：
频繁起动时造成热量积累
大电流使电网电压降低
电机过热
影响其他负载工作
三相异步机的起动方法：
UP'
Z X Y C
起 B 动
UP
1 3
U
P
TstY
1 3
TSt
转子串电阻起动
线绕式转子 定子
R
R R 起动时将适当的R串入转子绕组中，起动后将R短路。
I 2 st R
E 20
2
(X
电机学第五版课件汤蕴璆编著 第5章6感应电动机的运行特性
Te＝f（s）→ n＝f（Te）
稳定运行条件：
dT e dn dT L dn
n ns
TL
Te
11
感应电动机的稳定运行区 域：从同步点到最大电磁 转矩一段(0<s<sm)。
不稳定 运行区 Te O
电机学
机械特性
12
例5-4
电机学
感应电动机的工作特性
前提条件
U1＝U1N，f1＝fN
n＝f(P2)
2 1
2
压、频率、绕组参 数、转差率有关。
当电压、频率、
m 1 pU Te
2
R '2 s
绕组参数为常数时， 电磁转矩仅与转差 率有关。
R '2 2 f1 R1 c X 1 cX ' 2 s
2
Te＝f(s)
4
电机学
T max 1 . 6 85 % T N 1 . 156 T N T N
15
工作特性
转速特性：n＝f(P2) 定子电流特性：I1＝f(P2) 功率因数特性：cosφ1＝f(P2)
电磁转矩特性：Te＝f(P2)
效率特性：η＝f(P2)
I10 T0 O P2
13
电机学
感应电动机的主要性能指标
额定效率ηN（76%～94%）
额定功率因数cosφN（0.75～0.92）
电机学
感应电动机的 转矩-转差率特性
Te
U1 R”2 U”1 U1>U’1>U’’1 U’1
Tmax
Te
R’2 R2
s
1
Tmax∝U1
感应电机工作原理
感应电机工作原理
感应电机工作原理是基于法拉第电磁感应定律和摩擦力等原理。
当感应电机通电时，电流通过定子绕组，形成磁场。
定子磁场的存在会导致转子中的铝或铜条产生感应电流，并且在转子产生的感应电流与定子磁场之间会产生摩擦力。
根据法拉第电磁感应定律，感应电动机的定子和转子之间产生的感应电流所产生的磁场与定子磁场相互作用，产生摩擦力。
这种摩擦力会导致转子开始旋转。
转子的旋转使得铝或铜条相对于定子磁场产生运动，进而产生感应电流，形成闭合电路。
通过不断施加电流，感应电机的定子磁场会保持稳定，并且转子会随着摩擦力的作用而旋转。
这种旋转运动可用于驱动机械装置或产生电力。
根据感应电动机的工作原理，可以调节定子的电流大小和方向来控制转子的转速和方向。
此外，转子的设计和材料也会影响到感应电机的工作效果。
总的来说，感应电机的工作原理是通过电磁感应和摩擦力相互作用，实现定子与转子之间的能量转换和机械运动。
电机的工作原理和特性
电机的工作原理和特性电机是将电能转换为机械能的装置，广泛应用于各类机械设备中，如电梯、汽车、电动工具等。
电机的工作原理和特性是了解电机性能和应用的关键。
下面将详细介绍电机的工作原理和特性。
一、电机的工作原理：1.磁场产生：电机中的磁场通过磁场产生器产生，磁场产生器包括定子和励磁线圈。
励磁线圈通电后，产生的磁场会通过定子铁心导引到转子上，形成一个旋转的磁场。
2.电流产生：在电机的定子上有绕组，绕组会接受外部电源的供电，通电后形成电流。
电流在定子绕组中产生磁场，这个磁场与励磁线圈产生的磁场相互作用，产生力的作用。
3.力的作用：定子和转子上的磁场相互作用，产生力的作用。
通过政策的变化，引起转子的转动。
转子受到电磁力的作用，旋转起来。
当外部负载加在转子上时，电机还可以由机械能转换为电能，称为发电机。
二、电机的特性：电机的特性包括启动特性、稳定特性、负载特性和效率特性。
1.启动特性：电机的启动特性是指在电机启动时各项参数的变化情况。
启动特性包括起动电流、启动时间和启动转矩等。
启动电流一般较大，启动时间较长。
2.稳定特性：电机的稳定特性是指电机在运行时的稳定性。
稳定特性包括工作电流、工作转速、输出转矩和能耗等。
电机在正常运行状态下，工作电流稳定在额定值附近，输出转矩和转速也稳定在一定范围内。
3.负载特性：电机的负载特性是对外部负载变化的响应。
负载特性包括负载转矩、速度变化情况等。
电机在外部负载增加时，输出转矩会增大，输出速度可能减小。
4.效率特性：电机的效率特性是指电机的能量转换效率。
电机的效率特性主要取决于电机的设计和制造质量，以及运行时的负载情况。
电机的效率一般在额定负载下较高。
三、电机的应用：电机作为一种能量转换装置，广泛应用于各个领域。
常见的电机应用包括：1.电动机车和电动工具：电机作为驱动装置，用于汽车、电动自行车、电动剃须刀等。
2.电梯和升降平台：电机作为升降装置的驱动器，用于楼宇、地下停车等场所的垂直运输。
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Tst k st TN
一般普通异步电动机起动转矩倍数为0.8～1.2。
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电机学
感应电机机械特性
（3）实用表达式
实用表达式：
r1 sm r2 2r2 r1 2 r 1 sm T 2 r1 sm sm s Tm r22 r2 r22 2 s 2 2r1 2 s r2 s s s sm m
转矩Tm、临界转差率sm、起动转矩Tst都变小
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电机学
感应电机机械特性
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电机学
感应电机机械特性
定子回路串入对称电抗的人为机械特性
4
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电机学
感应电机机械特性
异步电动机的转矩系数：
转子电流折算值：
I2
E2
pm1 N1k N 1 CT 2
r2 s
转子功率因数：
r2 2 ( ) x2 2 s
cos 2
r2 2 ( ) x2 2 s
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感应电机机械特性
Te 电磁制动状态
Tmax
电动机状态 发电机状态
Tst
s +∞
1
sm
0
-∞
临界转差率
nn s n
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Байду номын сангаас 电机学
感应电机机械特性
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电机学
感应电机机械特性
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电机学
感应电机机械特性
①最大转矩Tm
最大转矩Tm是T=ƒ（s）的极值点，最大转矩为：
Tm 4f1 r1 r12 ( x1 x ) 2 2
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电机学
感应电机机械特性
当U1＝U1N时，求：T＝f(s) 根据简化等效电路： · I1 Zm ·· U1 U1 Im I'
2
· Z1σ -I’2 c Z’2
Z1 cZ '2
Z1σ
I '2
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电机学
感应电机机械特性
(3)临界点C 在该点处：s=sm，T=Tm，对应的电磁转矩是电动 机所能提供的最大转矩。Tmˊ是异步电动机回馈 制动状态所对应的最大转矩，若忽略r1的影响时， 有T mˊ=Tm。 (4)起动点D 在该点处：s=1，n=0，T=Tst，I=Ist。
3 pU r Tst 2 2 2f1 r1 r2 x1 x 2
2 1 2
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电机学
感应电机机械特性
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：
电机学
Electrical Machinery
自动化系温志明 2012
电机学
感应电机的特性分析
24.1掌握感应电机机械特性
24.2了解感应电机的工作特性
24.3 举例
2
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电机学
感应电机机械特性
三相异步电动机的机械特性是指在电动机定子电 压、频率以及绕组参数一定的条件下，电动机电 磁转矩与转速或转差率的关系，即n=ƒ(T)或 s=ƒ(T)。 机械特性可用函数表示，也可用曲线表示，用函 数表示时，有三种表达式：物理表达式、参数表 达式和实用表达式。
感应电机机械特性
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Km表示，即：
Tm Km TN
一般异步电动机过载倍数Km=1.5～2.2。
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电机学
感应电机机械特性
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：
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电机学
感应电机机械特性
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电机学
感应电机机械特性
说明特性上的各特殊点
(1)同步转速点A
同步转速点又称理想空载点，在该点处：s=1，n=n1，T=0， E2s=0，I2=0，I1=I0，电动机处于理想空载状态。 (2)额定运行点B 在该点处：n=nN，T=TN，I1=I1N，I2=I2N，P2=PN，电动机处 于额定运行状态。
通常情况下，r12 ( x1 x2 )2 可忽略r1，则有：
2 3 pU1 Tm 4f1 ( x1 x2 ) r2 sm x1 x2
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电机学
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电机学
感应电机机械特性
（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？）
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2 1 2
异步电动机的电磁转矩T与定子每相电压U1平方成正 比，若电源电压波动大，会对转矩造成很大影响。
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电机学
感应电机机械特性
机械特性曲线 在电压、频率及绕组参数一定的条件下，电磁转 矩T与转差率s之间的关系可用曲线表示如图所示。
U1 R' 2 R1 c 2 X1 cX '2 s
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2
PM m1 2 R'2 ，T I '2 s s s
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电机学
感应电机机械特性
m1 T 2 s R'2 2 R1 c X 1 cX '2 s U12 R'2 s
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 I 2 cos 2 之间的关系，此表达式一般
用来定性分析在不同运行状态下的转矩大小和性质。
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电机学
感应电机机械特性
（2）参数表达式
r2 2 r m I 3 pU1 PM s s T 2 2f1 1 r2 2 2f1 r1 x1 x 2 p s
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电机学
感应电机机械特性
临界转差率
临界转差率：
K m TN K m TN sm s TL TL
1
2
当拖动额定负载时，TL=TN临界转差率为：
感应电机机械特性
m1 pU12 R'2 Tmax ，sm 0.1～0.2 4f1 X1 X '2 X1 X '2 Tmax 过 载 能 力 ：T k 1.6 ~ 3.0 TN
25
结论： 1. Tmax∝U12，但sm与U1无关； 2. Tmax 、sm∝1/（X1σ＋X’2σ） 3. Tmax∝1/f12；sm∝1/f1； 4. Tmax与R’2无关，但sm∝R’2。
异步电动机的固有机械特性是指U1=U1N， ƒ1=ƒ1N，定子三相 绕组按规定方式连接，定子和转子电路中不外接任何元件 时测得的机械特性n =ƒ（T）或T=ƒ（s）曲线。 对于同一台异步电动机有正转（曲线1）和反转（曲线2） 两条固有机械特性。
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电机学
感应电机机械特性
认为 r1 r2 ，一般异步电动机的 sm 0.1～0.2 ，
在任何s值时都有：( s sm )2 0 ，而
s sm 2 sm s
2sm 2
2Tm T s sm 可以忽略，简化得： sm s
3 pU 12
最大转矩对应的临界转差率为：
sm r2 r12 ( x1 x ) 2 2
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电机学
感应电机机械特性
两式中“+”为电动状态（特性在第Ⅰ象限）；“-” 为制动状态（特性在第Ⅱ象限）。
最大转矩近似表达式