三相异步电动机的电磁转矩
三相异步电机电磁转矩计算公式
三相异步电机电磁转矩计算公式三相异步电机电磁转矩计算公式1. 电磁转矩的定义电磁转矩是指三相异步电机在旋转时所产生的力矩，用于驱动机械设备的转动。
2. 电磁转矩的计算公式电磁转矩的计算公式可以分为两种情况：启动情况和正常运行情况。
启动情况下的电磁转矩计算公式启动情况下的电磁转矩计算公式如下：T = (3 * Ks * Is^2) / (ωe^2 * Rr)其中，T为电磁转矩，Ks为转矩系数，Is为电机的起动电流，ωe为电网频率，Rr为转子电阻。
正常运行情况下的电磁转矩计算公式正常运行情况下的电磁转矩计算公式如下：T = Kt * Is * Ir / (ωe * p)其中，T为电磁转矩，Kt为转矩系数，Is为电机的定子电流，Ir 为电机的转子电流，ωe为电网频率，p为极对数。
3. 举例说明以一台三相异步电机为例，其定子电流为10A，转子电流为8A，电网频率为50Hz，极对数为2。
启动情况下的电磁转矩计算假设转矩系数Ks为，转子电阻Rr为欧姆，代入启动情况下的电磁转矩计算公式得到：T = (3 * * 10^2) / (50^2 * ) = ·m正常运行情况下的电磁转矩计算假设转矩系数Kt为，代入正常运行情况下的电磁转矩计算公式得到：T = * 10 * 8 / (50 * 2) = ·m根据以上计算，可以看出在启动情况下，电机的电磁转矩为·m；在正常运行情况下，电机的电磁转矩为·m。
结论电磁转矩的计算与电机的起动电流、定子电流、转子电流、电网频率、转矩系数、极对数、转子电阻等因素密切相关。
根据不同的情况使用对应的计算公式可以准确地计算电机的电磁转矩。
4. 三相异步电机的转矩系数转矩系数是用于计算电磁转矩的一个重要参数，它与电机的机械设计和性能有关。
常见的转矩系数有几种，如起动转矩系数、最大转矩系数、额定转矩系数等。
起动转矩系数起动转矩系数是指电机在启动时产生的转矩与额定转矩之比。
三相异步电动机的功率、转矩和运行特性
19
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
28
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
11
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。
40
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。
三相异步电动机的电磁转矩和机械特性
利用先进的传感器、控制器和算法，实现三相异 步电动机的智能控制，提高电机响应速度和运行 稳定性。
集成化设计
将电机、减速器和控制器等部件集成在一起，形 成紧凑、高效的一体化系统，降低整体能耗和成 本。
面临的挑战与问题
效率与能耗
尽管三相异步电动机在许多领域已经取得了显著的节能效果，但在 高负载、高转速等极端工况下，仍存在较大的能耗和效率提升空间 。
电磁转矩的大小取决于定子电流的幅值、频率、电动机的磁路结构、转子电阻以 及气隙长度等因素。
电磁转矩的影响因素
定子电流
电源频率
定子电流的大小直接影响电磁转矩的大小 。随着电流幅值的增加，电磁转矩将增大 。
电源频率的变化也会影响电磁转矩的大小 。随着频率的升高，旋转磁场的转速增加 ，导致转子电流和电磁转矩的增大。
改变转差率调速
通过改变转差率的大小来调节 电动机的转速，实现有级调速 。
改变极对数调速
通过改变电动机的极对数来调 节转速，实现有级调速。
转子电阻调速
通过改变电动机转子电阻的大 小来调节转速，实现有级调速
。
控制策略与实现
矢量控制
通过控制电动机的励磁和转矩来实现 精确控制，常用在高性能的调速系统 中。
负载转矩
负载转矩的变化对电动机的转速和转矩也有显著 影响，负载增大，转速下降，转矩增大。
电机参数
电机的参数如电阻、电感等也会影响机械特性， 这些参数的变化会导致电动机性能的变化。
机械特性的应用场景
调速控制
通过改变电源电压或频率，可以实现对电动机转速的精确控制， 广泛应用于各种需要调速的场合。
负载匹配
三相异步电动机可以通过直接启 动、降压启动或软启动等方式启
电工技术：三相异步电动机的转矩与机械特性
二、机械特性
2.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。
R2 m1 p U s T 2 R2 ' 2 2f1 ( R1 ) ( X1 X 2 ) s
2 1
二、机械特性
一、电磁转矩
2.参数表达式
Pem T 1
2 m1 I 2
R2 2 R2 m1 pU1 S S 2 2f 1 R2 2 2f 1 R1 ＋ X 1 X 2 p S
T与电源参数（Ｕ1、f1）、结构参数（R、X、m、p）和运行参数（s）有关。 参数表达式用来分析或计算参数的变化对三相异步电动机运行性能的影响。
适用于绕线型异步电动机。
三相异步电动机的人为机械特性很多：
• 降低定子端电压的人为特性； • 改变转子回路的电阻的人为特性；
• 改变定转子回路电抗的人为特性；
• 改变极数后的人为特性； • 改变输入频率的人为特性等 一般重点研究降低定子端电压的人为特性和改变转子回路电阻的人为特性。
二、机械特性
（1） 降ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ时的人为机械特性
一、电磁转矩
3.实用表达式
2Tmax T S Sm Sm S
TN 9.55 PN nN
实用表达式应用于工程计算中。 通过铭牌数据求取电动机转矩的方法。
Tmax
PN mTN 9.55m nN
S m S N m 2 m 1
二、机械特性
电动机电磁转矩与转速之间的关系曲线，称为电动机的机械特性。
电压下降： • 理想空载速度不变； 定子电压 变化
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：
第五章 三相异步电动机的电力拖动
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
三相异步电动机的电磁转矩及机械特性
电动机起动时有最大转矩，可令sk=1 ，则起动 转矩为最大转矩时转子回路所串的电阻应为：
rs xk r2
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1、三相绕线式异步电动机转子回路串电阻后，下 列参数将如何变化？ （1）起动电流 （2）起动转矩 （3）最大转矩 （4）临界转差率
减小，增大，不变，增大
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2、若频率为50HZ的三相异步电动机接在频率为 60Hz的电网上运行，电动机下列参数将如何变化？ （1）起动转矩； （2）最大转矩； （3）起动电流。
最大电磁转矩与电源电压平方成正比；临界转差 率与电源电压无关。
转子回路电阻越大，临界转差率越大；最大电磁 转矩与转子电阻无关。
频率越高，最大电磁转矩和临界转差率越小；漏 抗越大，最大电磁转矩和临界转差率越小。
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3.最大电磁转矩、起动转矩、额定转矩
Tmax
pm1
1
U12
1 2 xk
注意：
（1）三相异步机的 Tmax和电压的平方成正比，所
（2）最大电磁转矩 Tmax 最大转矩:电机带动最大负载的能力。
TL Tmax，电机因带不动负载而停转。
电磁转矩
r2
T
pm1
2 f1
U12
s ( r2)2
s
xk2
令 dT 0，求出当T最大时的转差率sK。
dS
10
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
m1 pU12
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。
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三相异步电动机的电磁转矩
由三相异步电动机的转动原理可知，驱动电机旋转的电磁转矩是由转子导体中的电流与旋转磁场每极磁通相互作用而产生的，因此电磁转矩。
由于转子电路是一个交流电路，有电阻和感抗的存在，滞后（相位差），则转子电流中的有功分量与旋转磁场相互作用而产生电磁转矩，故
，kr．是与电动机结构有关的常数类比：三相异步电动机的电磁关系与变压器相似。
定子电路和转子电路相当于变压器的原、副绕组，如下图示，其旋转磁场的主磁通将定子和转子交链在一起。
对电动机而言，一般副边是短接的，形成回路电流。
当定子绕组接上三相电源电压（相电压）时，则有三相电流（相电流）通过。
定子三相电流产生旋转磁场，其磁通通过定子和转子铁芯闭合。
这磁场不仅在转子每相绕组中感应出电动势（由此
产生电流），而且在定子每相绕组中也要感应出电动势（实际上三相异步电动机中的旋转磁场是由定子电流和转子电流共同产生的）。
此外，还有漏磁通，在定子绕组和转子绕组中感应出漏磁电动势和。
1、定子电路
定子每相电路的电压方程和变压器原绕组电路的一样，即。
相量式如下
和变压器一样，也可得出和
注：如果考虑电动机定子绕组按一定规律沿定子铁芯内圆周分布而引入的绕组系数，则公式可写为，一般。
定子部分产生的旋转磁场转速。
2、转子电路
转子每相电路的电压方程为
此式中转子电路的各个物理量对电动机的性能都有影响，分述如下：
（1）转子频率
因为旋转磁场和转子间的相对转速为（），所以转子频率为
显然，与转差率s有关，也就是与n有关。
当，即时（电动机起动初始瞬间），转子与旋转磁场间的相对转速最大，转子导条被旋转磁场切割的最快。
所以这时最高，。
（2）转子电动势
转子电动势的有效值为：
当，即时，转子电动势为：
这时，转子电动势最大。
则有，可见转子电动势与转差率s有关。
（3）转子感抗
转子感抗与转子频率有关，即
当，即时，转子感抗为
这时，转子感抗最大。
则有，可见转子感抗
与转差率s有关。
（4）转子电流
转子每相电路的电流
可见转子电流也与转差率s有关。
当s↑，即转速n↓时，转子与旋转磁场间的相对旋速增加↑，转子导体切割磁通的速度提高，于是↑，也↑。
当，即时，；
当s很小时，，即与s近似地成正比；
当s接近1时，。
（5）转子电路的功率因数
由于转子有漏磁通，相应的感抗为，因此比滞后角，因而转子电路的功率因数为
当s↑，↑，于是↑，即↓。
当s很小时，。
当s接近1时，，即两者之间近似地有双曲线的关系，如上图示。
由上述可知，转子电路的各个物理量如电动势、电流、频率、
感抗及功率因数等都与转差率有关，亦即与转速有关。
因此当一定时，，那么上式可改写为
系数合成（电磁转矩的最终公式）
显然，其中，为加在每相定子绕组上的电压。