机械特性

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
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
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
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
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
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。
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
三相异步电动机，p=2，n=1440 r/min，转子 R2=0.02，X20=0.08 ， E20=20V， f1= 50Hz。 E20 启动时I2st 2 2 R2 ( X 20 ) s=1 20 242A (0.02) 2 (0.08) 2 额定转速下的I2N
1500 1440 s 0.04 1500
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
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。
X 2 2f 2 LS 2 2 s f1 LS 2 s X 20
1） X2与转差率 s 有关，也就是与转速n 有关。 2）在 s=1 即（n =0）时，转子转子绕组中的漏感抗最大
X 20 2 f1 LS 2
3）额定转速时 X2很小。
三、三相异步电动机负载运行
3、转子电路 （4）转子绕组中的电流
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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
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
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
1)、s很小时R2 SX20
2)、s较大时R2 sX 20
cos 2 1
cos 2 1
0
cos2
1 s
s
例、有一台三相四极的异步电动机，其额定技 术数据为nN=1440r/min，R2=0.02Ω， X20=0.08Ω，电源频率f1=50Hz，E20=20V 试求：
（1）电动机的同步转速n1 ： （2）电动机启动时的转子电流I2st ： （3）电动机在额定转速时转子电动势的频率f2N； （4）电动机在额定转速时的转子电流 I2N
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
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：
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：
对转子电路应用KVL，有
i1 u1 e1 e2
i2
E 2 I 2 R2 j I 2 X 2
I2 E2
2 R2




2 X2

sE20
2 R2 ( sX 20 ) 2
e1
f1
e 2
f2
每相绕组的电路图
1)、s 0 ( n n1 )，I 2 0
2)、s 1，I 2 max
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。
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）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

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。
一般地:
2% sN 6%
三相异步电动机
运行原理
一、三相异步电动机的电－磁关系 电动生磁 与变压器类似
R1
i2 e2
磁动生电
电磁生力
注意：
u1
i1
定子边： 对应变压器 的一次侧 R2 转子边： 对应变压器 的二次侧
eS 1
定子电路
e1
eS 2
转子电路
旋转磁场不仅在转子 绕组中感应出电动势， 而且在定子绕组中感 应电动势。
R2
2 T C U1 2 2 R2 ( sX 20 )
sR2
二、参数公式
Tm
T
电磁转矩公式
sR2 2 T C 2 U1 2 R2 ( sX 20 )
由公式可知
2 1
0
s
sm
1
1.T 与定子每相绕组电压U 成正比。 U 1 T 2.当电源电压 U1 一定时，T 是 s 的函数 3.R2 的大小对T 有影响。绕线型异步电动机可外 接电阻来改变转子电阻R2，从而改变转矩。
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
复 习
一、三相异步电动机的基本构造 1、定子 (不动的部分)
主要由机座、定子铁心和定子绕组等组成
作用： 通入三相交流电，建立旋转磁场。
2、转子 (转动的部分) 由转子铁心、转子绕组和转轴构成
作用： 产生感应电动势和感应电流，并形成电磁转矩。
二、异步电动机的转动原理
定子绕组通电 旋转磁场（转速为n1） 转子导体（闭合）切割磁力线 产生感应电动势及感应电流 带电的转子导体在磁场中受力（左手定则） 转子导体受到电磁转矩T的作用
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。