机械特性
直流电动机的机械特性
动过程
起动条件：1、起动转矩要足够大，
2、起动电流不要太大，
注意：因为在起动时，n=0,反电动势Ea=0
I st
UN Ra
二. 起动方法
1、降压启动 电压调节，现已逐步被晶闸管可控整流电源所取代。这种启动 方法需要专用电源，投资较大大但启动电流小，启动转矩容易 控制，启动平稳启动能耗小，是一种较好的启动方法。 2、串电阻分级启动 无须可调电源，实现方便。但电阻耗能严重，调节平滑性差。
n
n0
Ra Rz CeCT 2
Tz
n0
Ra Rz Ce
Iz
二、反接制动－电枢反接的反接制动
1．原理与方法
+U–
运行
R
If
M
Uf
制动
电枢反接制动是将正在正向 运行的他励直流电动机电枢回路 的电压突然反接，电枢电流也将 反向，主磁通不变，则电磁转矩 反向，产生制动转矩。
2. 机械特性
机械特性分析： U U N , ，N 电动机的机械特性方程式为
n
UN
Ce N
Ra R
C
e
CT
2 N
T
n0
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
T
n0
n
说明
式中
Ra R
C
e
CT
2 N
称为人为特性的斜率，当改变外串电阻RΩ的大小，可得到 一簇人为特性曲线，如图所示。
特性的特点是： ①理想空载点n0与固有机械特性的相同； ②斜率β随外串电阻RΩ的增大而增大，使特性变软。电枢 回路串电阻时的人为机械特性可用于电机起动和调速。
n0
UN
Ce N
式中
Ce N
EaN nN
机械特性的名词解释
机械特性的名词解释引言：机械特性是指材料或构件在受力的作用下所表现出的力学性能。
在工程设计和制造中，准确理解和评估材料的机械特性对于确保产品的质量和安全至关重要。
本文将对常见的机械特性进行解释和说明，以便读者更好地理解这些概念的意义和应用。
强度：强度是材料抵抗外力作用下发生形变或破坏的能力。
强度可以分为屈服强度、抗拉强度、抗压强度和抗剪强度等。
屈服强度是材料在受力时开始产生明显塑性变形的应力值。
抗拉强度是指材料在拉力作用下破坏的最大应力值。
抗压强度则是指材料在受到压力时破坏的最大应力值。
抗剪强度是指材料在受到切割作用时破坏的最大应力值。
韧性：韧性是材料在拉伸或其他形变作用下能够吸收能量的能力。
通常情况下，韧性与强度具有一定的关联，具有较高强度的材料往往也具备较高的韧性。
韧性取决于材料的化学成分、冶炼工艺和晶体结构等因素。
衡量材料韧性的常用指标有冲击韧性和断裂韧性。
硬度：硬度是材料抵抗表面穿透或划伤的能力。
硬度与材料的化学成分、结晶结构和处理工艺等因素密切相关。
常见的硬度测试方法有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等。
硬度测试结果能够提供材料表面的强度信息，对于材料的选择和使用具有重要的指导作用。
弹性：弹性是指材料在受力后可以恢复初始形状和尺寸的能力。
弹性是诸多机械特性中的一个基本性质。
弹性行为符合胡克定律，即应力与应变呈线性关系。
弹性模量是描述材料弹性特性的重要参数，也被称为杨氏模量或切变模量。
弹性模量是衡量材料抵抗形变的能力，对于弹性体的设计和应用具有重要的指导意义。
塑性：塑性是指材料在受力过程中发生形变并能够保持新的形状和尺寸的能力。
与弹性相比，材料的塑性形变是永久性的。
塑性在金属材料的加工过程中起到重要的作用，如锻造、轧制和拉伸等。
材料的塑性取决于其晶体结构、晶粒尺寸和加载速率等因素。
疲劳：疲劳是指材料在反复加载下发生逐渐积累的微小损伤，最终导致失效的现象。
疲劳失效一般发生在应力远远低于其屈服强度或破坏强度的情况下。
三相异步电动机的机械特性
空载时损耗占比例大，效率低；随P2增 加，增加，当负载过大，铜损耗增加快，使 效率下降，如图所示。
2023年8月26日 星期六
§4－5 三相异步电动机的机械特性
效率曲线和功率因数曲线都是在额定负载附近 达到最高，因此合理选用电动机容量时，对电动 机的寿命、功率因数和效率都有很实际的意义。 5、功率因数特性cos1=f(P2)
§4－5 三相异步电动机的机械特性
本节要点： 一、三相异步电动机的工作特性 二、机械特性：n = f ( T ) ㈠固有机械特性曲线分析 ㈡人为机械特性 三、运行性能 1、运行状态 2、启动转矩倍数
3、过载能力 4、异步电动机机械特性的结论
2023年8月26日 星期六
§4－5 三相异步电动机的机械特性
原因：是静止的转子导体与定子旋转磁 场之间的相对切割速度很大（n1）。将 产生很大的I2，使定子电流也增大。但 由于转子绕组的功率因数cosφ2很小， 由于Tst=CTφI2cosφ2，故启动转矩并不 很大。
只有当Tst达到一定值时，电动机才 能启动。
Tst>TL ，将 S = 1代入T公式，即 可得Tst 的表达式。
2023年8月26日 星期六
§4－5 三相异步电动机的机械特性
⑵额定运行点（TN、nN） TN = 9.55 PN/nN
⑶临界工作点（Tm、nm） 当S = Sm 时，电磁转矩达到最大
值。
Sm ∈( 0.04，0.14 ) ⑷同步点（0、n1）
n = n1
2023年8月26日 星期六
§4－5 三相异步电动机的机械特性
2023年8月26日 星期六
§4－5 三相异步电动机的机械特性
2、转矩特性T=f(P2) 空载时P2=0，电磁转矩T等于空载转矩 T0。随着P2的增加，已知T2=9.55P2/n， 如n基本不变，则T2为过原点的直线。 考虑到P2增加时，n稍有降低，故 T2=f(P2)随着P2增加略向上偏离直线。 在T=T0+T2式中。T0很小，且为常数。所 以T=f(P2)将比平行上移T0数值，如图所 示。
三相异步电动机的机械特性
第六章三相异步电动机的电力拖动§6-1 三相异步电动机的机械特性机械特性是指电动机转速n与转矩T之间的关系，一般用曲线表示。
欲求机械特性，先求T与n的数学关系式，称为机械特性表达式。
有三种表达式：一。
三相异步电动机机械特性的三种表达式（一）物理表达式此式清楚表明了T和、cos之间的关系，虽然、cos与n密切有关，但不能清楚反映T与n的关系。
（二）参数表达式电磁转矩由异步电动机的近似等效电路，得代入T的公式，即得参数表达式考虑到n=(1－s)n0，，即可由此式绘出异步电动机的机械特性曲线n=f(T)，如图6－1所示。
机械特性的参数表达式为二次方程，电磁转矩必有最大值，称为最大转矩T m。
将表达式对s求导，并令，可求出产生最大转矩T m时的转差率S m图6－1机械特性曲线S m称为临界转差率。
代入T的公式则可得T m的公式式中正号对应于电动机状态，负号适用于发电机状态。
一般，故可得近似公式可见：（1）当电动机参数和电源频率不变时，T m ，而S m与U X无关；（2）当电源电压和频率不变时，S m和T m近似与（X1＋）成反比；（3）增大转子回路电阻，只能使S m相应增大，而T m保持不变。
最大转矩T m与额定转矩T N之比称为过载倍数，也称过载能力，用K T表示：一般异步电动机K T＝1.8～3.0。
对于起重冶金机械用的电动机，可达3.5。
异步电动机起动时，n＝0，s＝1，代入参数表达式，可得起动转矩的公式由此式可知，对绕线式异步电动机，转子回路串接适当大小的附加电阻，能加大起动转矩T st，从而改善起动性能。
对于鼠笼式电动机，不能用转子串电阻的方法改善起动转矩，在设计电动机时就要根据不同负载的起动要求来考虑起动转矩的大小。
起动转矩T st与额定转矩T N之比，称为起动转矩倍数K st：K st＝一般电动机K st＝1.0～2.0，对于起重冶金机械用的电动机为2.8～4.0。
（三）实用表达式参数表达式在理论分析时很有用，但定、转子参数在产品目录中找不到，使用起来不方便。
机械特性分析
机械特性指的是动力力矩（或者动力）与速度的关系；如果阻力矩增大，这时动力力矩也随之增大，速度却不减小，保持恒速，就是机械硬特性；我们常用的异步电机，是机械硬特性，俗称恒速电机，机械特性曲线是一条水平下降的直线；如果阻力矩增大，这时动力力矩也随之增大，速度也随之减小，不能保持恒速，就是机械软特性；电机的机械软特性，原理就是大家常说的恒功率调速，电机的输出功率一定时，既：功率=转矩×转速，出力小时，速度会增大，出力大时，速度会减小；举例说：1）大家自驾车在高速公路上，如果遇到上坡路时，会减速，平路时会加速；2）又例如坐火车时，大家发现火车爬坡时，也会减速以增大爬坡时需要的大的牵引力；3）又例如，大家使用的手电钻，空开时，听到转速很高，重载钻时速度一下就降下来，因为他要使劲克服阻力；不管是直流还是交流调速系统，“电流闭环”调速时，机械特性为软特性！不管是直流还是交流调速系统，“速度闭环”调速时，机械特性为硬特性！加工机械，有时需要机械硬特性，有时需要软特性；钻，就需要机械软特性，机械硬特性就折钻头；切削，就需要机械硬特性，恒速，不留痕。
伺服电流闭环控制时，其机械特性为软特性：1）负载增大时，电流要增大，这时速度会减小，保持电流不变；2）负载减小时，电流要减小，这时速度会增大，保持电流不变；伺服速度闭环控制时，其机械特性为硬特性：1）负载增大时，这时速度要减小，增大力矩，保持速度不变；2）负载减小时，这时速度会增大，减小力矩，保持速度不变；异步电机的机械特性是硬特性，如果变频器调速控制异步电机时，电流闭环控制时，机械特性是软特性。
1）“电流闭环”，就是电流恒定；2）当负载增大时，就是阻力矩增大时，转子转速要降低，转差要增大，电流要增大，频率调节器调节输出频率下降，即转差不变，电流不变，转速降低；3）当负载减小时，就是阻力矩减小时，转子转速要升高，转差要减小，电流要减小，频率调节器调节输出频率上升，即转差不变，电流不变，转速升高；普通电机的特性是软特性，负载轻时转速高，转速能高到那里去？是有限的，不是无限的！对于机械硬特性的异步电机，速度几乎是恒速的，空载转速也不会高！用变频器的“电流闭环控制”可以获得机械软特性；用变频器的弱磁调速，既恒功率调速，不是机械软特性，是负载的性质：1）例如风机、水泵，转速高时，转矩是增加的，不适宜变频弱磁调速，这就说明变频器的弱磁调速，不是机械软特性的概念；2）如果负载的性质是，转速高，转矩小，成反比，那么这个负载才可以进入变频弱磁调速，否则是不允许的！可以根据额定功率计算转速和转矩，然后根据负载的性质确定是否允许弱磁调速；2、也就是说，变频调速时，不是随意可以进入弱磁调速，必须是负载机械特性既转矩与速度的关系所允许的；3、否则，进入弱磁调速的结果是过载、过流，电机、变频将过流、过载保护或损坏！。
直流电动机的机械特性
直流电动机的机械特性直流电动机是一种常用的机电一体化设备，其被广泛应用于各个领域中。
本文将会介绍直流电动机的机械特性以及其对电机性能的影响。
机械特性在直流电动机中，机械特性包括以下几方面：转矩-转速特性转矩-转速特性是描述直流电动机机械性能的一项基本参数。
在电动机工作过程中，其所能输出的最大转矩随着转速的升高而逐渐降低。
这是因为当电动机转速越来越快时，铁芯和电涡流产生的反磁场会减弱，从而导致电动机所能输出的最大功率下降。
负载特性负载特性是指在不同负载下电机的输出特性。
电动机工作时，其常常需要承受较大的负载。
在负载下，电机输出的功率与输出的转矩有直接的关系，因此负载特性也是衡量电机性能的重要指标。
稳态和瞬态特性电动机的稳态和瞬态特性是描述电机工作状态的两个重要参数。
稳态特性是指电机在稳定状态下的运作特性，而瞬态特性则是指电机在启动、停止和加速等瞬态过程中的运作特性。
机械特性对电机性能的影响电动机的机械特性对其性能的影响十分显著。
其中，转矩-转速特性对电机的负荷能力、效率和稳定性都有影响。
转矩-转速特性可以用动态转矩方程来描述，在实际应用中可以根据负载情况来调整电机的运行状态，以保证其在不同负载下的运行稳定性。
另外，稳态和瞬态特性对电机的启动、停止和加速等过程有直接的影响。
在启动过程中，电机可能会受到较大的起动电流，从而导致电机元件的过载。
在停止过程中，电机可能会产生反电动势，导致能量无法全部释放，影响到电机的效率。
因此，在电机的设计过程中需要充分考虑机械特性对电机性能的影响，以使其性能更加优越。
直流电动机的机械特性是描述其工作性能的一个重要因素。
转矩-转速特性、负载特性以及稳态和瞬态特性等机械特性对电机的性能和效率都有显著的影响。
在电机设计和应用中，我们需要充分考虑这些特性的影响，以保证电机的稳定性、负荷能力和实用性。
三相异步电动机的机械特性
1. 降低定子端电压U1的人为机械特性
2）最大转矩点
横坐标Tm ：
最大转矩Tm与定子端电压U1的 平方成正比，降低U1之后，最 大转矩Tm的值大幅度减小。
纵坐标nm： nm=n1(1-sm) =n1(1-R2/X2)
用平滑曲线连接这三个坐标 点，就得到了降低定子端电 压U1的人为机械特性。
1.降低定子端电压U1的人为机械特性
降低电压U1对电动机运行 性能的影响：
TL1 TL2
1）最大转矩Tm和启动转矩Tst 都大幅度减小，过载能力λ和 启动能力Kst都显著降低。 如果U1降低得太多，可能会因 为Tst<TL而无法启动，也可能 会因为Tm<TL而堵转。
长期欠压过载运行，电动机绕组的温升会超过允许值而损害 绕组的绝缘，甚至会烧毁绕组。
电动机的电气控制电路要设置欠电压保护：
1）电动机通常由接触器控制。接触器在其线圈电压下降到 85%UN时，会自动释放而切断电路，自带欠压保护功能。 2）低压断路器上有失压脱扣器，在低电压时会自动跳闸， 有欠压失压保护功能。 3）有时需要设置专门的欠电压继电器作欠压保护。
TL1 TL2 TL3
TL4
可采取的措施2：
电动机的固有机械特性
√ 换一台启动转矩Tst大于TL3，额定转矩TN与TL3相当的电动
机，带动TL3重新启动。
运行情况：
TN ≈ TL3，电动机会运行在额定状态附近，运行性能好。
★通过固有机械特性判断电机运行情况
参考答案4：
电动机带负载TL4不能启动， 绕组很快就会烧毁。
第1步： 从产品目录中查出电动机的外部参数值，计算出Tm和sm的 值，代入实用表达式，得到T = f ( s )。在转差率s的取值范 围内，计算出电动机若干个运行点的（s，T）坐标值。
工作特性和机械特性
Tem CT I cos
' m 2
' 2
' R 2 2 U 参数表达式： 1 mp s T em ' 2 ' 2 分析参数影响 2 f ( R1 R2 ) ( X1 X 2 )
实用表达式： Tem
工程计算
2Tmax s s m sm s
二、固有的机械特性：
U1 U1 N ; f1 50Hz; 且电机定子和转子 当 电路中不外接电阻（电抗、电容）时的机械特性。
④ 最大转矩点：
sm Tmax
2 2 σ R1 X 1σ X 2 2 m1 pU1 2 σ 4 f1 R1 R12 X 1σ X 2
R2
a）电动状态最大转矩点
Tem=Tmax，s=sm
n
n0
sM<1 sM ＜ 1
O
s X1+Xs1
X1
Tst1
Ts Tm1
t
Tm
T
(4) 定子电路串联对称电阻
n0不变
n
n0
Tm,Tst,sm随定子 s M M＜ 1 串联电阻增大 而减小
s <1
O
s R1+Rs1
R1
Tst1
Ts Tm1
t
Tm
T
(5) 转子电路接入并联阻抗
n0不变
n
n0
起动时，s大， s ＜1 M 电抗器感抗X大， 转子电流主要 流过电阻R
s n 0 n0
sm Tmax
10
TL
T
固有的机械特性的绘出：
起动点； 额定工作点；
生产机械的机械特性
生产机械的机械特性同一转轴上负载转矩与转速之间的函数关系，称为生产机械的机械特性。
即n=f(T L)。
不同类型的生产机械在运动中受阻力的性质不同，其机械特性曲线的形状也有所不同，大体上可以归纳为以下几种典型的机械特性。
一、恒转矩型机械特性此类机械特性的特点是负载转矩为常数，如图2.4所示。
属于这一类的生产机械有提升机构、提升机的行走机构、皮带运输机以及金属切削机床等。
依据负载转矩与运动方向的关系，可以将恒转矩型的负载转矩分为反抗转矩和位能转矩。
反抗转矩也称摩擦转矩，是因摩擦、非弹性休的压缩、拉伸与扭转等作用所产生和负载转矩，机床加工过程中切削所产生的负载转矩就是反抗转矩。
反抗转矩的方向恒与运动方向相反，运动方向发生改变时，负载转矩的方向也会随着改变，因而它是阻碍运动的。
按关于转矩正方向的约定可知，反抗转矩恒与转速n取相同的符号，即n为正方向时TL为正，特性曲线在第一象限；n 为反方向时TL为负，特性曲线为第三象限，如图2.4所示。
位能转矩与摩擦转矩不同，它是物体的重力和弹性体的压缩、拉伸与扭转等作用所产生的负载转矩，卷扬机起吊重物时重力所产生的负载转矩就是位能转矩。
位能转矩的作用方向恒定，与运动方向无关，它在某方向阻碍运动，而在相反方向便促进运动。
卷扬机起吊重物时由于重力的作用方向永远向着地心，所以，由它产生的负载转矩永远作用在使重物下降的方向，当电动机拖动重物上升时，TL 与n 方向相反；而当重物下降时，TL 则与n 方向相同。
不管n 为正向还是反向，反抗转矩T L 和符号总是正的；位能转矩T L 的符号则有时为正，有时为负。
二、离心式通风机型机械特性这一类型的机械是按离心力原理工作的，如离心式鼓风机、水泵等，它们的负载转矩TL 与n 的平方成正比，即T L =Cn 2，C 为常数，如图2.5所示。
直流电动机机械特性
直流电动机机械特性直流电动机是一种广泛应用于工业领域的电动机，其机械特性对于在实际工程中使用起着至关重要的作用。
本文将介绍直流电动机的机械特性，包括其基本结构、工作原理、性能参数以及特性曲线等内容。
基本结构直流电动机主要由定子、转子、换向器、电刷、轴承等部件组成。
定子是固定的部件，包括定子铁心、定子绕组等；转子是旋转的部件，包括转子铁心、励磁绕组等；换向器用于改变电流方向，使电机正常运转；电刷与换向器配合使用，传递电流到转子绕组上；轴承则支撑转子的转动。
直流电动机的工作原理是利用电磁感应的原理，当电流通过转子绕组时，会在空间产生磁场，与定子的磁场相互作用产生转矩，推动转子旋转，从而实现电动机的工作。
性能参数直流电动机的性能参数主要包括额定电压、额定功率、额定转速、额定电流、效率等。
其中，额定功率是指电动机在额定电压、额定电流条件下所能输出的功率；额定转速是指电动机在额定电压下转动的转数；效率则是指电动机输出功率与输入功率之比。
特性曲线直流电动机的特性曲线包括转矩-转速曲线和效率-输出功率曲线。
转矩-转速曲线表示在不同负载下电动机的转子转速和输出转矩的关系，通常转矩与转速呈线性关系；效率-输出功率曲线则表示在不同输出功率下电动机的效率变化情况，一般在额定功率附近效率最高。
直流电动机广泛应用于各种机电设备中，包括传送机械、起动机、升降机、风机等，其机械特性对于实现各种功能起着关键作用。
结论直流电动机的机械特性是其性能的重要指标，了解并掌握电机的特性对于工程设计、运行维护等都有着重要的意义。
通过本文的介绍，相信读者对直流电动机的机械特性有了更深入的了解。
三相异步电动机的机械特性
三相异步电动机的机械特性
1.三相异步电动机的电磁转矩
三相异步电动机的转矩:
三相异步电动机的转矩是由旋转磁场的每极磁通Φ与转子电流I2相互作用而生成的。
它与Φ和I2 的乘积成正比，此外，它还与转子电路的功率因素cosφ2 有关。
转矩表达式：
式中，K——与电动机结构参数、电源频率有关的一个常数；
U1，U ——定子绕组相电压，电源相电压；
R2——转子每相绕组的电阻；
X20——电动机不动（n＝0）时转子每相绕组的感抗。
2.三相异步电动机的固有机械特性
固有机械特性：
异步电动机在额定电压和额定频率下，用规定的接线方式，定子和转子电路中的不串联任何电阻或电抗时的机械特性称为固有（自然）机械特性。
电动机的抱负空载转速：
额定转矩及额定转差率：S=(N1-N2)/N1
转矩－转差率特性的有用表达式，即规格化转矩－转差率特性。
3.三相异步电动机的人为机械特性
人为机械特性：
异步电动机的机械特性与电动机的参数有关，也与外加电源电压、电源频率有关，将关系式中的参数人为地加以转变而获得的特性称为异步电动机的人为机械特性。
电压U的变化对抱负空载转速no和临界转差率Sm不发生影响，但最大转矩Tmax与U2成正比，当降低定子电压时，no和Sm不变，而Tmax大大减小。
在同一转差率状况下，人为特性与固有特性的转矩之比等于电压的平方之比。
因此在绘制降低电压的人为特性时，是以固有特性为基础，在不同的S处，取固有特性上对应的转矩乘降低电压与额定电压比值的平方，即可作出人为特性曲线：
在电动机定子电路中外串电阻或电抗后，电动机端电压为电源电压减去定子外串电阻上或电抗上的压降，致使定子绕组相电压降低。
第九章 第一节 机械特性方程
根据上面的公式，有哪些方式可以人为地 改变机械特性呢？
1 电枢串联电阻
他励直流电动机 固有机械特性
UN Ra RΩ n T 2 Ce N CeCT N
稳定运行点
不稳定运行点
具体是如何变化的？
电压变化时的情况 负载变化时的情况
1 Ra ~ 2
额定运行点
2 U N I N PN 2 3 IN
TN CT N I N
（二）人为机械特性的绘制
各种人为机械特性的计算较为简单，只要把相应的参数值代入 相应的人为机械特性方程式即可。 [例9-1 ] 一台Z2 型他励直流电动机的铭牌数据为：PN 22kW
三、机械特性的绘制
（一）固有机械特性的绘制
固有机械特性是一条直线，只要求出线上两个点的数据，就可 绘出这条直线。一般选择理想空载及额定运行两点较为方便。 理想空载点
UN n0 Ce N
其中
EN U N I N Ra Ce N nN nN
IN， UN及nN 为已知，Ra 可以估算
一、机械特性方程式
写出下列方程式：
感应电动势：Ea=？
电磁转矩： Te=？
电路电动势平衡方程： U=？ 能量守恒： P=F（Ea）=F（Te）
一、机械特性方程式
感应电动势： Ea Cen 电磁转矩： T CT I a 电路电动势平衡方程： Ea I a R U
电机转速特性：
将
n0 nN nN % 100% nN
6 为什么最后一段的机械特性曲线会上翘？
当电枢电流较大时，由于饱和的影响，产生去磁作用。磁 通降低，转速就要回升，机械特性在负载大时呈上翘现象。
交流永磁同步电机机械特性
（2） 如何改变转矩？
相
互
机械特性
转速n
A
改变电流：额定电压不变，输入电流转越大矩，T转矩越大。
关 系
转矩T
B 改变负载：转速不变，负载越大，转矩越大。
C 改变磁极对数：磁极对数越多，转矩越大。
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02 知 识 奠 基
（3） 转矩大小的影响
转矩
加速 性能
转矩越大加速性能越好
爬坡 能力 转矩越大爬坡能力越强
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PART
TOWNOE
知识奠基
02 知 识 奠 基
1、什么是机械特性 n=f（M）
（1） 机械特性的含义
机械特性：（又称“力矩特性”）就是在外加电压不变的情况下，转速随负载改变而变化的相互关系； 既：电动机转速n与转矩T之间关系的特性。以函数n=f（M）表示。
机械特性
相 互 转速n 关 系
n=60*f/p
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2、转速 n
f ——电流频率(frequency)，单 位：赫兹（Hz） f
02 知 识 奠 基
磁极对数的含义
2.1 磁极对数 P
磁极对数 磁极对数即电动机定子上所产生的相对
的磁极数，也即磁极对数P=定子磁极数 /2。
一般通过改变电机定子绕组接线方式来 实现磁极对数的改变。
可变负载实验
实验设备复位
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03 实 验 活 动
额定负载实验
2、操作步骤
实验准备
额定负载实验
可变负载实验
实验设备复位
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03 实 验 活 动
可变负载实验
2、操作步骤
实验准备
额定负载实验
电动机的机械特性
电动机的机械特性
电动机的基本特性:(1)转矩和转速成正比;(2)力矩与转速平方成反比,即力矩=转速*转角;(3)功率P 与转速n 成正比,即P= N* n.其中:(4)启动电流I 由短路条件决定。
(5)对称三相异步电动机的机械特性是不对称的，具有明显的机械共振现象，因此要采取减振措施。
(6)直接起动时，应先用小容量直接起动器起动后再逐渐增加起动电流。
(7)电动机在制造、安装、使用或维护过程中，禁止敲击，撞击及重物挤压电动机外壳；电源线必须按规定架设。
(8)严禁在带电情况下拆卸、修理电动机。
人与机械特性的名词解释
人与机械特性的名词解释当今社会，人与机械的关系日益密切。
机械特性作为人们研究和了解机械的重要内容之一，对于工程师、科学家和技术从业者来说尤为重要。
在本文中，我们将探讨并解释一些与机械特性相关的重要名词，旨在增加读者对此话题的深入理解。
弹性：弹性是物体恢复原状的能力。
当外部施加作用力时，物体会发生形变；而当该力撤除时，物体又会恢复原样。
物体的弹性与其组成材料有关，不同材料具有不同的弹性。
弹性特性对于工程设计和制造过程中的材料选择至关重要。
延展性：延展性是物体能够被拉伸而不断延长的能力。
延展性是材料特性的重要指标，尤其在制造领域中。
例如，金属的延展性使其成为制造金属制品的理想材料之一，因为金属可以容易地被拉伸和塑形。
硬度：硬度是物体抵抗外部压力和碰撞的能力。
不同材料的硬度差异很大，例如，钻石是著名的硬度极高的物质，而木材则相对较软。
了解和测量材料硬度对于材料选择和应用具有重要意义。
脆性：脆性是物体在受力作用下容易发生断裂或破碎的特性。
与延展性相反，脆性材料在受到一定的外部压力或冲击时容易发生断裂。
例如，陶瓷在受到冲击时容易破碎，而金属则具有较好的韧性，不容易断裂。
持久性：持久性指的是材料在长时间使用或暴露于恶劣环境下，仍能保持原有特性和功能的能力。
对机械设备来说，持久性是其高性能和长寿命的关键。
工程师需要考虑材料的持久性以确保设备的可靠性和使用寿命。
热膨胀：热膨胀是指物体因温度变化而引起的体积和尺寸的变化。
与温度升高相比，物体的体积会扩大，而温度下降则会导致收缩。
热膨胀对于材料选择和工程设计尤为重要，因为它决定了物体在不同温度下的应用和适应性。
粘滞性：粘滞性是物体抵抗变形或流动的能力。
粘滞性通常与液体和半固体状态下的物体有关，例如油、胶水和聚合物材料。
材料的粘滞性取决于其分子结构和力学特性，对于润滑、涂覆和连接等工艺过程有着重要的影响。
机械特性的深入理解对于工程领域和科学研究的发展至关重要。
通过对弹性、延展性、硬度、脆性、持久性、热膨胀和粘滞性等名词的解释，我们能更好地理解和应用这些特性，为设计和制造高性能产品和系统提供科学的基础。
第九节机械的特性
核心内容一、机械安全内涵与应具有的特性；二、机械故障诊断步骤；三、机械故障诊断技术；四、可靠性及其定量指标；五、维修性设计应考虑的方面。
一、机械安全的定义与特性1.机械安全内涵：（1）失效安全：出现故障不伤人；（2）失误安全：人失误不产生伤害。
2. 机械安全特性：（1）系统性：方法手段系统性；（2）防护性：保障人、设备安全；（3）友善性：舒适、不易疲劳；（4）整体性：整体降低风险。
二、机械故障诊断技术1. 诊断步骤：（1）信号检测：设备特征信号的全面检测；（2）特征提取（信号处理）：提前与故障相关信号。
（3）状态识别：与样板模式（故障档案）对比，进行状态分类。
（4）诊断决策：根据判别结果采取相应的对策。
二、机械故障诊断技术2. 故障诊断技术：（1）振动信号检测分析；（2）油液分析：分析润滑油金属含量，进而判断磨损程度；（3）温度检测及红外线监测技术；（4）超声波及射线探伤：内部探伤；（5）表面探伤：磁粉探伤、渗透探伤、涡流探伤。
三、机械的可靠性设计与维修性设计1.可靠性定义系统和产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。
2. 用于描述可靠性的定量指标：（1）可靠度与不可靠度：R+F=1（2）故障率：百万小时出现故障次数；（3）平均寿命或平均无故障时间：（4）维修度：规定条件、规定时间内修复概率。
（5）有效度：可靠度与维修度的综合。
三、机械的可靠性设计与维修性设计3.维修性设计考虑因素：（1）可达性：检修人员接近产品故障部位进行检查、修理操作、插入工具和更换零件等作业的难易程度，包括安装场所的可达性、设备外部的可达性、设备内部的可达性。
（2）零部件的标准化与互换性：标准件质量保证，品种和规格少，可以减少备件库存。
（3）维修人员的安全：结构设计时还要考虑维修作人员的安全。
主要内容一、人机作业环境涉及方面1.光环境；2.色彩环境；3.微气候。
二、颜色对人的生理、心理影响；三、微气候环境影响因素；1. 温度；2. 湿度；3.气流速度；4.热辐射。
电动机的机械特性
电动机的机械特性1. 引言电动机是一种将电能转化为机械能的装置，广泛应用于工业、交通、家电等领域。
了解和研究电动机的机械特性对于正确选择和使用电动机具有重要意义。
本文将从转速、转矩和效率等方面介绍电动机的机械特性。
2. 转速转速是电动机机械特性中的重要参数之一，代表电动机旋转的快慢程度。
通常用单位时间内转动的圈数或角度来表示。
电动机的转速与供电电压、电枢参数以及负载情况等相关。
电动机的空载转速通常比额定转速稍高，称为额定转速差。
额定转速是指在额定负载下，电动机到达的稳定转速。
当负载增加时，转速会有所下降。
3. 转矩转矩是电动机机械特性中的另一个重要参数，表示电动机输出的力矩大小。
转矩与负载有关，负载增加时转矩也会增大。
电动机的最大转矩是指能够持续输出的最大力矩。
转矩与转速之间存在一定的关系，通常可以绘制转矩-转速曲线来描述电动机的转矩特性。
在低转速区域，电动机能够输出较大的转矩；而在高转速区域，转矩会逐渐降低。
4. 效率电动机的效率是衡量电能转化为机械能的效率。
通常用电动机输出的机械功率与输入的电功率之比表示。
电动机的总效率是指电能转换为机械能的总效率，包括电动机本身的效率和传动装置的效率。
电动机的效率与负载有关，负载增加时效率可能会下降。
通常绘制效率-负载曲线来表示电动机的效率特性。
电动机在额定负载下的效率通常会较高，而在轻载或过载情况下效率会较低。
5. 其他机械特性除了转速、转矩和效率外，电动机的机械特性还包括启动特性、制动特性和惯性特性等。
启动特性指电动机从停止状态转动起来的特性，通常通过启动时间和启动电流来描述。
启动时间越短、启动电流越小越有利于电动机的正常运行。
制动特性指电动机停止转动的特性，通常通过制动时间和制动力矩来描述。
制动时间越短、制动力矩越大越有利于电动机的停止。
惯性特性指电动机转动惯量的特性，惯性越大，转速变化时所需的力矩也越大。
6. 总结电动机的机械特性包括转速、转矩、效率以及其他特性。
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e1
eS 2
R2
2、定子电路 U1 E1 4.44 f1 N1kw1Φm
U1 Φm 4.44 f1 N 1k w1
恒磁通
定子空载电流近似等于励磁电流。
三、三相异步电动机负载运行
定子绕组接在对称的三相电源上，转子轴上带上 机械负载的运行状态。
1、转速n有所下降，转差率 S 增大，I2升高；I1升高。
解：（1）求极对数p
因为nN=1470r/min，所以n1=1500r/min，故得：
P=60f1/n1=60×50/1500=2
(2) 求额定转差率sN
转子转动起来，且与旋转磁场同方向，转速为 n
60 f1 n1 (r /min) p
三、异步转动原理
旋转磁场转速: 电动机转速: 提 示： 如果 n=
n1 n
n1
n和n1是否相等？
转子与旋转磁场间没有相对运动
无转子电动势（转子导体不切割磁力线）
转子无电流 转子不能转动 异步电机：n≠ n1，且 n < n1
T Tm
S Sm
Tm
（最大转矩）
反映电机带动最大负载的能力
R2 sm X 20
1 2 Tm CU1 2 X 20
1) Tm U ,U1 Tm
2 1
3）工作时，一定令负载转矩 T T ，否则 L m 电机将停转。致使
n0
(s 1) I 2 I1 电机严重过热
S N E 20
2 ( S X )2 R2 N 20
0.04 20
I2
sE 20
2 R2 ( sX 20 ) 2
( 0.02) 2 ( 0.04 0.08) 2 40A
三相异步电动机
电磁转矩
三相异步机转子中各导体在旋转磁场作用下，受
到电磁力的作用，对转轴形成转矩，称为电磁转矩T。
2）、 Tst R2
3）、TST体现了电动机带载起动的能力。若TST>TL电机能
起动，否则将起动不了。
2、曲线 (3)、起动点A
Tst（起动转矩）
4)、启动转矩倍数λst=Tst/TN反映异步电动机的 起动能力。
启动转矩倍数：
st
Tst TN
三相异步机
st 1.0 ~ 1.8
2、曲线 （4）、临界点P
PN 45000 (3) TN 9.55 9.55 290.4 N m nN 1480
Tm Tm ( )TN 2.2 290.4 638.9 N m TN
Tst Tst ( )TN 1.9 290.4 551.8 N m TN
例5：
有一台异步电动机的技术数据为：
起始段1（s=1～sm）
运行段2（s=0～sm）电动机正常运行时，一般在运行段工作。
三相异步电动机的
机械特性
一、机械特性
当定子外加电压U1和频率f1一定时，电磁转矩T与 转差率s 或T与转速n的关系曲线n=f（T）或n=f（S）。 1、固有机械特性 异步电动机在额定电压和额定频率下，用规 定的接线方式，定子和转子电路中不串联任何电 阻或电抗时的机械特性
一、物理公式
其物理表达式为： 每极主磁通
该式不方便
测量和计算
T CT ΦI 2 cos2
常数
转子电流
转子回路的 功率因数
T CT I 2 cos2
二、参数公式
I2
由前面分析知：
2 R2 ( sX 20 ) 2 U1 4.44 f1 N1kw1Φm
cos 2
sE20 2 R2 ( sX 20 ) 2
解: (1) I N
PN 10 3 3U N cos N N
45 103 84.2 A 3 380 0.88 0.923
(2) 由nN=1480r/min，可知 p=2
n1 1500 r / min
n1 n 1500 1480 sN 0.013 n1 1500
T T0 TL
2、定子电路
U1 E1 4.44 f1 N1k w1Φm
U1 Φm 4.44 f1 N 1k w1
三、三相异步电动机负载运行
3、转子电路 （1）转子绕组中电流的频率 f2
f 2 Sf1
1） f2与转差率 s 有关，也就是与转速n 有关。
2）在 s=1 即（n =0）时，转子电流频率最大 f2= f1。 3）额定转速时 f2 很小。
E2 4.44Sf1 N 2k w 2 m SE20
1） E2与转差率 s 有关，也就是与转速n 有关。 2）在 s=1 即（n =0）时，转子感应电动势最大
E20 4.44 f1 N 2k w 2 m 3）额定转速时 E2很小。
三、三相异步电动机负载运行
3、转子电路
（3）转子绕组中的漏感抗
2、人为机械特性 改变定子电压U1，定子电源频率f1，定子电 路串入电阻或电抗，转子电路串入电阻或电抗等 得到的异步电动机的机械特性。
二、固有机械特性
1、定义 异步电动机在额定电压和额定频率下，用规定的 接线方式，定子和转子电路中不串联任何电阻或电抗 时的机械特性称为固有（自然）机械特性。
2、曲线
E 20
2 R 2 X 2 20
三、三相异步电动机负载运行
3、转子电路
（5）转子电路的功率因数 cosφ2
由于转子漏磁通的存在，呈电感性，因此 I2 比 e2 滞后 φ2角。转子绕组的功率因数为
cos 2
R2
2 2 R2 X2
R2
2 R2 (sX 20 )2
I2, cos2 I2
e2：主磁通产生的感应电动势。 e1 、
eS 1 、eS 2 ：漏磁通产生的漏感电动势。
二、三相异步电动机的空载运行
定子绕组接在对称的
三相电源上，转子轴上不 带上机械负载的运行状态。 u
1
R1
i2
e2
i1
n n1
s0
1、转子电路
T T0 E2 0 I 2 0
相当于转子开路。
eS 1
三、三相异步电动机负载运行
3、转子电路 （2）转子绕组中的感应电动势
E 2 4.44 f 2 N 2 k w 2 m 有效值为：
E2 4.44 f 2 N2 kw2m 4.44Sf1 N2 kw2m
当 s = 1 (或n=0)时转子的感应电动势最大：
E20 4.44 f1 N 2k w 2 m
P TN 9.55 N nN
T TN
n nN
（ N•m）
S SN
2、曲线 (3)、起动点A
T Tst
Tst（起动转矩）
S 1
2 U1
n0
R2
2 ( X )2 R2 20
则 Tst C
Tst C
R2 ( X 20 ) 2
2 U1
2 , U T 1） 、Tst U1 1 st
额定功率 PN=40kW,△形连接 , 额定电压 UN=380 V, 额定转速 nN=1470r/min,额定效率 η=90%,定子 功率因数 cos =0.85, 启动能力 λst=1.2, 过载系数 λm=2,工频f1=50Hz,启动电流比KI=Ist/IN=7。 试求：(1) 极对数p； (2) 额定转差率sN； (3) 额定转矩TN； (4) 最大转矩Tm； (5) 直接启动转矩Tst； (6) 额定电流IN； (7) 直接启动电流Ist。
无转矩
四、转差率 S 的概念
转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差与同步 转速的比值。即：
n1 n s n 100 % 1
根据s的正负和大小可以判断出异步电动机的运行状态。 1、0＜s＜1时，为电动机电动运行状态。 2、s=1时，为电动机的起动状态。
3、s＞1时，为电磁制动状态。 4、s＜0时，为电动机的发电机运行状态。
Tmax
Tst
TN
T
nN
n1
n
四个特殊点 三个重要转矩
O
O
S N Sm
1 S
TN Tst
Tm
T f ( s)曲线
n f (T ) 曲线
2、曲线 （1）、理想空载转速点H
T 0
n n1
S0
（2）、额定工作点B
电机在额定电压下，以额定
TN （额定转矩）
转速 nN 运行，输出额定功率 PN 时，电机转轴上输出的转矩。
2) sm与 R2 有关， R2 sm n。
（4）、临界点P
Tm
（最大转矩）
过载系数： Tm m TN 三相异步机：
m
1.8 ~ 2.2
它表征了电动机能够承受冲击负载的能力大 小，是电动机的又一个重要运行参数。
例
一台Y225M-4型的三相异步电 动机，定子绕组△型 联结，其额定数据为：PN=45kW,nN=1480r/min， UN=380V，N=92.3%，cosN=0.88， Ist/IN=7.0, Tst/TN=1.9，Tm/TN=2.2，求：(1) 额定电流IN； (2) 额定转差率sN； (3) 额定转矩 TN 、最大转矩Tmax 、和起动转矩TN
三、曲线
T Tm
sR2 T CU1 2 2 R2 (sX 20 )
2
S代表转 差率， 实质代 表转速。
sm
s 1
0
1、当s=1～sm时，可近似为T∝1/s 2、随着电动机转子转速的不断升高，电磁转矩将达到一个最 大值Tm，此时的s=sm（称为临界转差率）。 3、转子转速升高，s值很小，所以转矩关系近似为T∝s。 转矩特性曲线分成两段：