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

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，转子相电流，以及为转子功率因数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（）,变化不大，，电磁转矩与转子相电流成正比关系，表现为AB段近似为直线，称为直线部分；当较大时（），如，

减少近一半, 很小，尽管转子相电流增大，有功电流不大，使电磁转矩反而减小了，此时表现为

段，段为曲线段，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。

5。1.2机械特性的参数表达式

1.参数表达式的推导：

三相异步电动机的机械特性的参数表达式就是直接表示异步电动机

的电磁转矩与转差率和电机的某些参数（及阻抗等）之间的关系的数学表达式。现推导如下：

已知，电磁转矩与转子电流关系为

（5。3）

根据三相异步电动机的等值电路中,由于励磁阻抗比定子、转子漏阻抗大很多，把型等值电路中励磁阻抗这一段电路近似为开路，

而计算的误差很小，故

（5.4）式(5。4）代入（5.3），得

(5。5)

这就是机械特性的参数表达式。给定及阻抗等参数,画出曲线便是曲线,其形状与图5。1一致.由参数表达式绘制的三相异步电动机的机械特性如图5.5所示,它具有以下特点：在

时，即的范围内，特性在第一象限，电磁转矩与转速都为正,从规定正方向判断，与同方向，与同步转速同方向，电动机工作在电动运行状态;在时，即，特性在第二象限，电磁转矩为负值,表现为制动性转矩，电磁功率也是负值，电动机工作在电动发电运行状态；在时,即，特性在第四象限,，电动机工作在制动运行状态。

2。机械特性曲线的分析：

下面分析图5.5机械特性中的几个特点：

（1）同步转速点：其特点是.点为理想空载运行点即在没有外界转矩的作用下，异步电动机本身不可能达到同步转速点.

(2）额定运行点：其特点是电磁转矩和转速均为额定值，用和表示，相应的额定转差率用表示。异步电动机可长期运行在额定状态。

（3）最大转矩点：其特点是对应的电磁转矩为最大值，称为最大转矩，对应的转差率用，称为临界转差率。把式（5。5）中的对求导，并令，即可得到最大转矩和临界转差率为

（5。6）

（5.7）式中，“＋”号适用于电动机状态，“－”号适用于发电机状态。通常情况下，的绝对值大于的数值，但是异步电动机的型等值电路不超过的5%，则式（5.6）和（5。7）中可以忽略的影响,则有

(5。8）

（5.8）也就是说，异步电动机的机械特性具有对称性,即异步电动机的发电机状态和异步电动机的电动机状态的最大电磁转矩绝对值及对应的临界转差率可认为近似相等.

通过式(5。8），可得出下列结论:

1)最大电磁转矩与电压平方成正比,与漏电抗成反比。这说明改变和，可改变的大小；

2)临界转差率与电阻成正比，与漏电抗成反比,与的大小无关。

最大电磁转矩与额定电磁转矩的比值称为最大电磁转矩倍数，又称为过载能力或过载倍数，用表示，即

时，绝不可能长期运行在最大转矩处。因为，此时电流过大，温升会超过允许值，有可能烧毁电机，同时在最大转矩处运行转速也不稳定。

一般情况下,三相异步电动机的＝1.6～2.2，起重、冶金、机械专用的三相异步电动机的＝2.2～2。8.

（4）起动点：其特点是对应的转速，, 对应的转矩称为起动转矩，又称为堵转转矩.它是异步电动机接通电源开始起动时的电磁转矩。若令式（5.5）中的，即有

（5.9）

通过式(5。9）可以得出下列结论:与电压平方成正比，与电阻或漏电抗成反比。这说明电阻或漏电抗越大,起动转矩越小；电源电压过低，会引起起动转矩明显下降，甚至使,而造成电机不能起动.

起动转矩与额定转矩的比值称为转矩倍数,用表示,即

机起动时，必须保证有一定的过载倍数。只有＞1时，异步电动机才能在额定负载下起动。

一般情况下，是针对鼠笼式电动机而言。因为绕线式电动机通过增加转子回路的电阻，可加大或改变起动转矩。这是绕线式电动机的优点之一。一般的鼠笼式电动机的＝1。0～2。0；起重、冶金、机械专用的鼠笼式电动机的＝2.8～4.0。

5.1.3机械特性的实用表达式

1. 实用表达式的推导：

实际应用时，三相异步电动机的参数(，，,等）在电机产品的目录中是查不到的，因此使用参数表达式和物理表达式一样也是不方便的。为了能利用三相异步电动机产品说明书中给出的数据，计算出异步电动机的机械特性，有必要导出实用的表达式.

用式（5.5）去除式（5。6）得

（5。10）由式（5.5）得