电机机械特性

§6-1 三相异步电动机的机械特性
6.1.1三相异步电动机机械特性的三种表达式
一.异步电动机机械特性的物理表达式
1.异步电动机电磁转矩表达式:
2.转矩常数表达式:
3.转子电流表达式:
4.转子电路功率因数表达式:
可以看出:
转差与电流、功率因数的关系及异步电动机机械特性(图6.1.1)
图6.1.1
1.电流与转差关系(图6.1.1)
I2' 最初与 s 成正比地增加，
s 较大时，I2' 增加逐步减缓
2.功率因数与转差关系(图6.1.1)
s = 0，cosΦ'2 = 1
随着 n 的逐步下降，s 增加，cos Φ'2 将逐步下降
3.合成曲线
J Φm ,即得 n = f(T) 的曲线，两条曲线相乘，并乘以常数 C
T
称为异步电动机的机械特性。

(图6.1.1)
反映了不同转速时 T 与Φm 及转子电流的有功分量 I2' cosΦ'2 间的关系
在物理上，这三个量的方向遵循左手定则
二.异步电动机机械特性的参数表达式
采用参数表达式可直接建立异步电动机工作时转矩和转速关系并进行定量分析
由异步电动机的近似等效电路:
1.异步电动机的机械特性参数表达式：
2.异步电动机的机械特性
图6.1.2 异步电动机的机械特性
因为异步电动机机械特性为二次方程式，
所以在某一转差率 sm 时，转矩有一最大值 Tm，
该值称为异步电动机的最大转矩
求出生产 Tm 时的转差 sm
3.对应异步电动机的最大转矩Tm为
正号对应于电动机状态，而负号则适用于发电机状态考虑 R1 << ( X1 + X2') ,可得：
4.几点规律
1)当电动机各参数及电源频率不变时，
Tm 与 U 成正比，s
m 因与 U
X
无关而保持不变
2)当电源频率及电压不变时，
s
m 与 Tm 近似地与 ( X
1
+ X
2
')成反比
3)Tm 与 R
2' 之值无关，sm 与 R
2
'成正比
5.电动机过载倍数 K
T
一般异步电动机的 K
约等于 1.8 ~ 3.0
T
起重冶金机械用的电动机，KT 可达 3.5
是电动机短时过载的极限
过载倍数 K
T
6.起动转矩倍数 Kst
异步电动机起动转矩 Tst ，即为 S = 1 时电机的电磁转矩
三.机械特性的实用表达式
考虑机械特性参数表达式
及最大转矩 Tm 的表达式
，
机械特性可简化为
忽略 R1 可以得到异步电动机机械特性的实用表达式这里
当电动机在额定负载下运行时，转差率很小，忽略 s/sm，得:
6.1.2三相异步电动机的固有机械特性和人为机械特性
一.异步电动机的固有机械特性
异步电动机在下述条件下工作：
额定电压
额定频率
电动机按规定接线方法接线
定子及转子电路中不外接电阻（电抗或电容）
时的机械特性曲线 n = f ( T ) ，称之为固有机械特性
其中：
起动点额定工作点同步速
点最大转矩点
电动状态最大转矩点回馈制动最大转矩点
A B H
P
P'
可见:回馈制动时异步电动机过载能力大于电动状态时的过载能力
二.人为机械特性
由电动机的机械特性参数表达式可见：异步电动机电磁转矩
T 的数值是由某一转速 n（或 s ）下，电源电压 Ux、电源频率 f1、定子极对数 p、定子及转子电路的电阻 R1、R2'及电抗 X1、X2' 等参数决定人为特性，
改变电源电压、电源频率、定子极对数、定子和转子电路的电阻及电抗等参数，可得到不同的人为机械特性。

(一) 降低电源电压 Ux
最大转矩 Tm 及起动转矩 Tst 与 U 成正比地降低；
sm 与 Ux 的降低无关
1.降低电网电压对电动机的影响
过载能力下降
负载电流上升
从机械特性物理表达式进行分析
因为电网电压下降，电动机气隙磁通下降，
所以在电动机带一定负载转矩情况下，
转子电流增加
2.降低电源电压的机械特性
图 6.2.2异步电动机降低电源电压的机械特性
(二) 转子电路内串联对称电阻
由 (6.2.3)
由(6.2.4) 知道：最大转矩 Tm 不变；
sm 随串联电阻增大而增加
1.转子电路串联对称电阻时机械特性
图6.2.3 异步电动机转子电路串联对称电阻时机械特性
2.转子电路串联对称电阻用途
(1)绕线转子异步电动机的起动
(2)调速
(三) 定子电路串联对称电抗
由 (6.2.3) (6.2.4) 知道：
最大转矩 Tm 随串联电抗增大而减小；
sm 随串联电抗增大而减小
1.转子电路串联对称电抗时机械特性
图6.2.4异步电动机转子电路串联对称电抗时机械特性
2.用途：
用于笼型异步电动机的降压起动，以限制电动机的起动电流
(四) 定子电路串联对称电阻
由 (6.2.3) (6.2.4) 知道：
最大转矩 Tm 随串联电阻增大而减小；
sm 随串联电阻增大而减小
1.转子电路串联对称电阻时机械特性
图6.2.5 异步电动机转子电路串联对称电阻时机械特性
2.用途：
用于笼型异步电动机的降压起动，以限制电动机的起动电流
(五) 转子电路接入并联阻抗
1.电路
异步电动机转子电路接入并联阻抗的电路(图6.2.5)
2.机械特性异步电动机转子电路接入并联阻抗的机械特性(图6.2.5)
3.对人为机械特性的解释
1)起动初期
因为转子频率相当大，感抗较大，转子电流的大部分将流过电阻 Rst
所以起动转矩相当大, 相当于转子电路串大电阻
2)转子加速
转子频率逐步降低，转子频率将变得很小，Xst 之值很小
所以相当于电动机转子串联很小对称电阻时的机械特性
3)几乎恒定的转矩
适当的参数配合，
可使电动机在整个加速过程中产生几乎恒定的转矩
4)电抗器参数选取
接入并联阻抗的转子等效电路
图6.2.6 接入并联阻抗转子的等效电路其中：。