电动机的机械特性
3.3 直流电机机械特性
一、启动特性
电动机的启动就是给电动机通电，使电动机转子转动
起来，达到要求转速的这一过程。
对直流电动机而言，在启动时n=0 , E=0, 而Ra一般很 小。当将电动机直接接入电网并施加额定电压时，启动电
流为：
I st
UN Ra
启动电流很大，一般情况下能达到其额定电流的
（10～20）倍。
（1） 对电动机本身的影响： • 使电动机在换向过程中产生危险的火花，烧坏换向器； • 过大的电枢电流产生过大的电磁力，可能引起绕组的
n
UN KeΦ
Ra K e K tΦ 2
T
T KtΦI a
（1）如果负载转矩不变，将使电动机电流大大增加而严 重过载；
（2）当=0时，从理论上说，空载时电动机速度趋近 ，
通常称为“飞车”； 因此，直流他励电动机启动前必须先加励磁电流，在
运转过程中，决不允许励磁电路断开或励磁电流为零，为 此，直流他励电动机在使用中，一般都设有“失磁”保护。
枢回路串电阻启动两种方式。
1. 电枢回路串电阻启动： 启动时，电枢回路串接电阻Rst ，此时Ist=UN/(Ra+Rst)
将受限制。随着转速的升高，再逐步切除外加电阻直到全 部切除，电动机达到所要求的转速。
2. 降压启动： 所谓降压启动即在启动时，降低供电电源电压，随着
转速的升高，电动势随之增大，再逐步提高供电电压，最 后达到额定电压时，电动机达到所要求的转速。
1. 电枢回路中串接电阻时的人为特性：（U=UN,Φ=ΦN)
n
UN KeΦN
Ra Rad Ke KtΦN2
T
n
串电阻 后,工作
点由
未串电 阻时的 工作点
n0 a→b→c
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6.1.11.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 CT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 sm3.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，sm 因与 UX无关而保持不变2)当电源频率及电压不变时，sm 与 Tm 近似地与 ( X1+ X2')成反比3)Tm 与 R2' 之值无关，sm 与 R2'成正比5.电动机过载倍数 KT一般异步电动机的 K约等于 1.8 ~ 3.0T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 KT6.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 HPP'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。
直流电机机械特性
固有机械特性
固有机械特性：当他励电动机电压U＝UN， 磁
通Φ＝ΦN，电枢没有串联电阻Rad＝0时，这
一
n UN
Ra
T
机械特性称为固K有e机N 械特K性eK: tN 2
人为机械特性：可用改变电动机参数的方法 获得，即机械特性三个变量中任有一个或一个 以上值非额定时得到的机械特性即为人为机械
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多级起动
因此，采取多级（分级）起动，逐级切除启 动电阻。我国生产的标准控制柜是按快速启动的 原则设计的，一般启动电阻为3～4段。
他励电动机二级起动电路图（图3-32） 他励电动机二级起动的过程 二级起动 他励电动机三级起动电路图（图3-33）
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多级启动
分级起动时，可将每一级的 I（或 T）取得大 小一致，以使电动机有比较均匀的加速度，使电 流变化不大，
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根据固有机械特性估算数据
根据固有机械特性可估算以下数据： 电枢电阻Ra：通常电机在额定负载下的铜耗 I2aRa占总损耗ΣΔPN的50％～75％。因
ΣΔPN＝输入功率－输出功率 ＝UNIN－PN ＝UNIN－ηN UNIN
＝（1－ηN ）UNIN 即 ΔP铜＝ I2aRa＝(0.5～0.75)(1-
ηN )UNIN 式中， ηN ＝ PN/(UNIN) 是额定运行条件下
电
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根据固有机械特性估算数据
故得
Ra
(0.5
~
0.75)(1
PN UNIN
) UN IN
求KeΦN：额定运行条件下的反电势
EN＝KeΦNnN=UN-INRa，
故 KeΦN＝(UN-INRa)/nN
他励直流电动机的机械特性
一.能耗制动 1.他励电动机能耗制动电路图及电路特点 1.他励电动机能耗制动电路图及电路特点
他励电动机能耗制动电路原理( 他励电动机能耗制动电路原理(图9-18)
能耗制动时的机械特性为：
Ra + R B Tem = 0 − β Tem 2 C eCT Φ N
n=−
n
制动瞬间 工作点
电动机状态工 作点
启动时电枢电流过渡过程( 启动时电枢电流过渡过程(图9-12)
(7)结论 请看下表： 可以看出： 理论上，只有当时间 n 趋于无穷 时，转速才能达到稳态值 ，但实 际上，由于当 t =（3 ~ 4）TtM 时 ，系统转速已达到稳定运行转速 nz 的 95% ~ 98% 所以，一般可认为经过 3 ~ 4 个 时间常数，转速便达到稳定值， 过渡过程结束
任意给出两点如 T = 0（空载点）和 T = TN通过这两点得连线即为固有机 械特性 (二)人为机械特性的绘制 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，把相应的参数值代入对应的人为机械 特性方程式即可。
四.电力拖动系统稳定运行的条件
我们的任务是什么？ 分析生产机械负载转矩特性与电动机的机械特性的配合问题 1.稳态时电动机电流由负载大小决定 1.稳态时电动机电流由负载大小决定 (1)转矩平衡 当他励电动机机械特性 n = f(T)为 3，恒转矩负载特性 n = f(TZ)为 1 因转矩 T 与 TZ 方向相反、大小相等而相互平衡 时，转速为某一稳定值，拖动系统处于稳态 (2)稳态运行 两个特性的交点 A ，转速都是 nA，电磁转矩 等于负载转矩（= TZ1） 交点A表明电力拖动系统的某一稳态运行点 (3)负载发生变化 如负载增大，负载转矩特性由 1 变为 2 。 转速开始时仍为 nA，电磁转矩 T 还是由 A 点决定,因为 T = TZ1< TZ2 所以 dn/dt < 0 ，系统进入动态减速过程 两种不同负载的n= 31，2—两种不同负载的n=f(TZ) 3- n=f(T) 两种不同负载的
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，电动机达到的稳定转速。
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。
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
三相异步电动机的转矩与机械特性
三相异步电动机的转矩与机械特性电磁转矩是三相异步电动机最重要的物理量之一。
而机械特性是它的主要特性之一。
一、三相异步电动机的转矩三相异步电动机的电磁转矩为：将代入上式则有：二、三相异步电动机的机械特性1、*固有机械特性：异步电动机在额定电压和额定电流下，用规定的接线方式，定子电路和转子电路不串接任何电阻或电抗时的机械特性称为固有机械特性（自然机械特性）。
可用四个特征点来描述固有机械特性：1.当T=0点,即抱负空载点（0，n0 ）其中：n0=60f1/p2.电机额定工作点（TN,nN）其中：TN=9.55PN/nN3.启动点（Tst,0），此时n=0,s=1,所以有：4.极值点（nm,Tmax）有：电机固有机械特性的两个重要指标：(1) 启动力量系数(2) 过载力量系数转矩-转差率特性表达式：2、人为机械特性：转变定子电压、电子电流频率、定子电路串入电阻或电抗、转子电路串入电阻或电抗时的机械特性称为电动机的人为机械特性。
1）降电源电压时的人为机械特性当U降低，n0及Sm不变。
Tmax正比于U2。
即在同一转差率的状况下，人为特性与固有特性的转矩之比等于电压的平方和之比。
因此，异步电动机对电压的波动特别敏感。
此外，电网电压下降，在负载转矩不变的状况下，将使电动机转速下降，转差率S增加，电流增大，引起电机发热或烧坏。
2）定子电路串入电阻或电抗时的人为机械特性与降低电源电压时的人为特性类似，所不同的是定子电路串电阻或电抗的最大转矩比直接降压时的最大转矩大些。
3）定子电路串入电阻或电抗时的人为机械特性与降低电源电压时的人为特性类似，所不同的是定子电路串电阻或电抗的最大转矩比直接降压时的最大转矩大些。
Tmax正比于1/f2，Sm正比与1/f，n0正比与f，Tst正比与1/f。
注：转变频率时要保证最大转矩不变，应使U/f不变，因此变频时要转变电压。
三相异步电动机的机械特性
三相异步电动机的机械特性引言三相异步电动机是目前工业用电动机中广泛使用的一种电机，具有结构简单、成本低、效率高等优点。
本文将着重介绍三相异步电动机的机械特性，包括转速、转矩、效率等方面。
转速三相异步电动机的转速主要取决于供电电源的频率和极对数。
一般来说，三相异步电动机的额定转速为每分钟1450转或每分钟2900转，对应的供电电源频率分别为50Hz和60Hz。
除了额定转速外，三相异步电动机还有超额定转速和滑差转速。
超额定转速是指电机的转速高于额定转速，通常只能在短时间内工作，例如起动前的转速提高。
滑差转速是指电动机在空载时的转速，通常比额定转速略高一些。
转矩三相异步电动机的转矩可以分为起动转矩、额定转矩和最大转矩三种。
起动转矩是指电动机在启动时需要克服惯性负载等因素所需的转矩，通常是额定转矩的23倍。
额定转矩是指电机在额定工作条件下所需的转矩，通常为电机的额定输出功率与额定转速的乘积除以转子的转速。
最大转矩是指电机可2倍。
以承受的最大转矩，通常为额定转矩的1.5效率三相异步电动机的效率是指输出功率与输入功率的比值，通常用百分比表示。
三相异步电动机的效率通常在75%~95%之间，其中额定效率是指在额定工作条件下的效率，是电机最重要的性能指标之一。
三相异步电动机的效率取决于多种因素，包括电机本身的设计、工作条件、负载特性等。
在实际应用过程中，为了提高三相异步电动机的效率，可以采取如下措施：1.选择合适的电机型号和规格；2.优化电机的设计参数，例如提高功率因数、降低铁损和电阻损耗等；3.选择合适的工作条件，例如控制负载、降低温度等；4.定期维护和检查电机，保持电机状态良好。
三相异步电动机是工业应用最广泛的电动机之一，具有转速稳定、转矩大、效率高等优点。
本文介绍了三相异步电动机的机械特性，包括转速、转矩和效率等方面，希望对读者理解和应用三相异步电动机有所帮助。
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。
直流电动机的机械特性PPT课件
I
F
16
2.2 直流电机的基本原理
4.直流电动机的基本关系
1）电磁力矩方程
+
U
Tem Cm Ia （2-1）
_
式中
pN
Cm 2 a
当磁场 一定时
电机转矩常数；
Tem Km Ia
式中 Km Cm —转矩系数；
第17页/共60页
IB
nF n
I
F
17
2.2 直流电机的基本原理
4.直流电动机的基本关系
+
U
应用：机电系统驱动控制
_
2）发电机原理
I，U 直流电机
T，n
应用：机电系统制动控制
+
U
电机：电 能 机械能，称可逆原理
_
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IB
nF n
I
F
IB
n
I
T
n
13
2.2 直流电机的基本原理
4.直流电动机的基本关系
1）电磁力矩方程
+
电磁力定律： （左手定理）
U
_
载流导体在磁场中，受电磁力作用；
p p0 pCua pFe pm ps pCua
24
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2.2 直流电机的基本原理
4.直流电动机的基本关系
5）功率平衡关系
他励电机稳态运行时的功率流程图
P1 P2 p
p pCua pFe pm ps
25
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2.3 直流电动机的机械特性
2.3.1 他励电动机的机械特性
I
E
7
第7页/共60页
2.1 直流电机的基本结构及类型
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。
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。
三相异步电动机的机械特性
起动转矩与额定转矩的比值称为起动转矩倍 数或堵转转矩倍数，用kst表示，则有：
一般异步电动机起动转矩倍数为0.8～1.2。
Tst k st TN
r1sm 2 实用表达式： r 1 T 2 r1sm sm s Tm r22 r2 r22 2 s 2 2r1 2 s r2 s s s sm m
降电压人为机械特性曲线 Tm∝U12；Tst∝U12；n1和sm与电压无关
TL1-恒转矩负载特性、TL2-风机类负载特性
（2）定子回路串入对称电阻的人为机械特性
当定子电阻r1 增大时，同步 转速n1不变， 但临界转矩Tm、 临界转差率sm、 起动转矩Tst都 变小
定子回路串入对称电阻的 接线图和人为机械特性
从产品目录查出该异步电动机的数据PN、nN、 λm应用实用公式就可方便得出机械特性表达 式。
2.固有机械特性
异步电动机的固有机 械特性是指U1=U1N， ƒ1=ƒ1N，定子三相绕 组按规定方式连接， 定子和转子电路中不 外接任何元件时测得 的机械特性n =ƒ（T） 或T=ƒ（s）曲线。 对于同一台异步电动 机有正转（曲线1） 和反转（曲线2）两 条固有机械特性。
机械特性曲线
在电压、频率及绕组参数一定的条件下，电磁转矩T 与转差率s之间的关系可用曲线表示如图所示。
异步电动机机械特性
①最大转矩Tm
最大转矩Tm是T=ƒ（s）的极值点，最大转 矩为： 3 pU 2
Tm 4f1 r1 r12 ( x1 x2 ) 2
1
最大转矩对应的临界转差率为：
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。
3他励直流电动机的机械特性
n02
ΦN
Tem TK2 TK1 TK 6
他励直流电动机的机械特性
三、机械特性的求取
1、固有机械特性（已知：PN ,U N , I N , nN 求两点：1）理想空载点： 求两点： 理想空载点：
）
(Tem = 0, n = n0)
UN Ra n= − Tem Ce Φ N CeCT Φ 2 N
2、人为机械特性
当改变 U 或
R a或 Φ得到的机械特性称为人为机械特性
3
他励直流电动机的机械特性
1）电枢串电阻时的人为特性
保持 U = U N , Φ = ΦN不变，只在电枢回路中串入电 阻 RS的人为特性： n
n0 UN Ra + R S n= − Tem 2 C e Φ N C e CT Φ N
4）计算额定工作点： N = CT Φ N I N , n = nN T
8
1 2 U N I N − PN Ra = ( ~ ) 2 2 3 IN
他励直流电动机的机械特性
2、人为机械特性的求取 在固有机械特性方程 n = n 0 − β Tem 的基础上，根据人为特性所对应的参 数 R S 或 U 或 Φ 变化，重新计算 n o 和 β ，然后得（0 , n 0 ）、（T N , n ）。
2）额定运行点： 额定运行点：
(Tem = TN , n = nN )
7
他励直流电动机的机械特性
步骤：
1）估算 R : a
U N I N − PN 2）计算 CeΦN 和CT ΦN : CeΦN = nN CT Φ N = 9.55CeΦ N UN 3）计算理想空载点： em = 0, n0 = T CeΦ N
从硬度的观点看,电动机的机械特性分成几种类型
从硬度的观点看，电动机的机械特性分成几种类型？
电动机在选择时，要充分考虑到生产机械的特性。
而首先更要了解电动机自身的特性。
下面就来说说电动机的机械特性。
电动机的机械特性是指电动机的转速n与转矩M的关系，即
n=f(M),其中转矩M是指电磁转矩。
机械特性将决定电机稳定运行、起动、制动以及转速调节的工作情况。
电动机机械特性的一个重要指标是机械特性的硬度，它表示转速随转矩改变而变化的程度，通常用硬度系数β来表示。
特性曲线上任一点的硬度系数的定义是该点的转矩变化百分数与转速变化百分数之比，即：
ΔM%
β=
Δn%
从硬度的观点看，可把电动机的机械特性分成三种类型：
1.绝对硬的机械特性。
当转矩改变时转速不变。
如下图曲线红色线1所示，同步电机即具有此种特性。
它的硬度系数β=∞。
2.硬的机械特性。
这种特性的转速随着转矩而变化，但改变程度不大。
如图曲线蓝色线2所示。
直流他励电动机与异步电动机正常工作部分的特性均属于这类，其β约为10-40，硬度系数在直线的机械特性上为一常数，在曲线的机械特性上为一变数。
3.软的机械特性。
这种特性的转速随转矩的变化有较大的改变，如图所示粉红色曲线3所示。
串励电动机即属于这类。
其β＜10.
根据上面的定义，可知串励电机，其机械特性软到什么程
度才算是串励电机。
也就是其β要小于10.因此那种做出来的电机是不小于10的电机是不属于串励电机的。
直流电动机的机械特性
一、他励直流电动机的机械特性概念
四、他励电动机机械特性的绘制
① 电枢串电阻的人为机械特性 根据 值的不同，可将电动机机械特性分为三类。
三、他励电动机的人为机械特性
n
③ 减弱气隙磁通的人为机械特性
U U , ,R R R • 有 通过（ , 0）、（ , ）
3
2
1
N
N 1 2 3 T
四、他励电动机机械特性的绘制
固有机械特性的绘制
• 根据 PN 、U N 、I N ，估算 Ra ； • 计算 Ce N ；
• 求 n0；
• 计算 TN ；
• 通过（ n0 , 0）、（ nN , TN ）
两点，绘制固有机械特性。
Ra
1 2
2 3
U
N
IN IN
2
谢谢大家！
二、他励电动机的固有机械特性
固有机械特性
• 条件
n
U U N , N , R Ra 时，n f (T )
n0
n UN
Ra
T
nN
Ce N CT N Ce N
• 是一条略下倾的直线
当 T TN时， n n0 NTN n0 nN
nN －－额定转速降
nN
TN
T
三、他励电动机的人为机械特性
n
• 有 U U , N , R Ra
n0
n01
n U
Ra
T
Ce N Ce N CT N
n0' T
n02
T
• n0 变， 不变，一组平行线。
n
③ 减弱气隙磁通的人为机械特性
• 有 U U N , , R Ra
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第5章 三相异步电动机的电力拖动
5.2.1 三相笼型异步电动机的起动 一、直接起动
k 可以直接起动的条件：起动电流倍数 I 3 4 电动机容量kW ) ( 二、降压起动 1.Y-△ 降压起动 1 电源容量（ ) kVA
适用于正常运行时定子绕组为三角形接线 的电动机。起动时 Y接；运行时△接。
第5章 三相异步电动机的电力拖动
二、倒拉反转的反接制动 条件: 适用于绕线式异步电动机带位能性负载情况。
实现：在转子回路串联适当大电阻RB。
电机工作点由A→B →C，n=0，制动过程 开始，电机反转子， 直到D点。在第四象 限才是制动状态。 由于电机反向旋转， n<0，所以s>1。
第5章 三相异步电动机的电力拖动
（2）改变电源频率 f1调速。
（3）改变转差率 s 调速。
第5章 三相异步电动机的电力拖动
5.4.1 变极调速 一、变极原理 变极调速只用于笼型电动机。 以4极变2极为例： U相两个线圈，顺向串联， 定子绕组产生4极磁场： 反向串联和反向并联，定子绕组 产生2极磁场：
第5章 三相异步电动机的电力拖动
B
A
Tem Tm
0
TN Tst
第5章 三相异步电动机的电力拖动
二、人为机械特性 人为机械特性是指人为改变电源参数或电动机参数而得到的机 械特性。
1. 降压时的人为机械特性
U1下降后, Tm 和 Tst 均下降, 但 sm不变, T 和 kst 减少。
s n n
0
1
TL
如果电机在定额负载下运 sm 行,U1下降后, n 下降, s 增大, E 转子电流因 2 s sE2增大而增 大,导致电机过载。长期欠压 过载运行将使电机过热，减 10 少使用寿命。
表明，轴上输入的机械功率转变成电功率后，连同定子传递给 转子的电磁功率一起消耗在转子回路电阻上，所反接制动的能 量损耗较大。
第5章 三相异步电动机的电力拖动
5.3.3 回馈制动 实现：电动机转子在外力作用下，使n>n1. 回馈制动状态实际上就是将轴上的机 械能转变成电能并回馈到电网的异步发电 机状态。 一、下放重物时的回馈制动
m1 pU 12 R'2 Tst 2 f1 ( R1 R'2 )2 ( X 1 X '2 )2
结论：当其它参数一定时
1、起动转矩与电源电压平方成正比； 2、频率越高，起动转矩越小；漏抗越大，起动转矩越小； 3、绕线式电动机，转子回路电阻越大，起动转矩先增后减。 4、起动转矩倍数
第5章 三相异步电动机的电力拖动
5.3三相异步电动机的制动
5.3.1 能耗制动 实现：制动时，S1断开,电机脱离电网， 同时S2闭合,在定子绕组中通入直流励磁 电流。 直流励磁电流产生一个恒定的磁场， 因惯性继续旋转的转子切割恒定磁场， 导体中感应电动势和电流。感应电流与 磁场作用产生的电磁转矩为制动性质， 转速迅速下降，当转速为零时，感应电 动势和电流为零，制动过程结束。 制动过程中，转子的动能转变为电能消耗在转子回路电阻 上——能耗制动。
起动电流关系: 起动转矩关系: Y△
I stY 1 I st 3 TstY 1 Tst 3
降压起动多用于空载或轻载起动
第5章 三相异步电动机的电力拖动
2.自耦变压器降压起动
UN 直接起动时的起动电流： st I ZS
U1 U N 降压后二次侧起动电流：1st I Z S kZ s
1 UN k 2 Zs I st 1 2 电网提供的起动电流减小倍数： I st k
变压器一次侧电流：st I1st I
1 k
Tst 1 起动转矩减小的倍数： k 2 Tst
自耦变压器一般有三个分接头可供选用。
第5章 三相异步电动机的电力拖动
5.2.2 三相绕线型异步电动机的起动
一、转子回路串电阻起动
在转子回路中串联适当的电阻,既能 限制起动电流，又能增大起动转矩。
为了有较大的起动转矩、使起动 过程平滑，应在转子回路中串入多级 对称电阻，并随着转速的升高，逐渐 切除起动电阻。
第5章 三相异步电动机的电力拖动
起动过程
电动机由a点 开始起动，经 b→c→d→e→ f →g→h，完 成起动过程。
Y-YY后,极数减少一半,转速增大一倍,即nYY 2nY，保持每一绕 组电流为 I N ,则输出功率和转矩为
R'2
T T 1、 m与U12成正比； m 与U1 无关。 s T 2、R2 越大，m 越大；em与 R2 无关。 3、Tm 和 sm 都近似与漏抗成反比
最大转矩与额定转矩之比称为过载能力:
T
Tm TN
第5章 三相异步电动机的电力拖动
在特性曲线上还有一个起动转矩，即 n 0(s 1) 时的转矩:
0.8UN
UN
第5章 三相异步电动机的电力拖动
2. 转子回路串对称电阻时的人为机械特性 串电阻后，机械特性线性段斜率变大，特性变软。 串电阻后, n、Tm 不变，sm 增大。
s n
在一定范围内增加电阻，可以 增加 Tst。当 sm 1时 Tst Tm ，若 T 再增加电阻， st 减小。 除了上述特性外，还有 改变电源频率、极对数等人 为机械特性。 0 sm
5.1三相异步电动机的机械特性
5.1.1 三相异步电动机机械特性的三种表达式 三相异步电动机的机械特性是指电动机的转速与电磁转矩 之间的关系，由于电机的转速与转差率之间存在一定的关系， Tem 所以异步电动机的机械特性通常用f ( s ) 表示。 一、物理表达式 Tem CT0 I'2 cos 2 表明：三相异步电动机的电磁转矩是由主磁通 0 与转子电流的 ' 有功分量 I 2 cos 2 相互作用产生的。 2 R2 m1 pU1 二、参数表达式 s
几个特殊点：
1.起动点A:
n 0,s 1,Tem Tst
s n D 0 sN nN sm n m 1
C
2.最大转矩点B: n nm ,s sm ,Tem Tm 3.额定运行点C n nN ,s sm ,Tem TN 4.同步运行点D n n1 ,s 0,Tem 0
在特性曲线上有两个最大转矩，最大转矩对应的转差率称为临界
dTem 转差率，可令 ds 0 求得:
R'2 sm 2 ' 2 X 1 X '2 R1 ( X 1 X 2 )
m1 pU12 Tm 2 ' 2 4 f1 ( X 1 X '2 ) 4 f1[ R1 R1 ( X 1 X 2 ) ] m1 pU12
反接制动时，s>1，所以有
机械功率为 PMEC m1 I 22 1 s R2 0 s 2 R2 Pem m1 I 2 0 s
电磁功率为
机械功率为负，说明电机从轴上输入机械功率；电磁功率为 正说明电机从电源输入电功率，并轴定子向转子传递功率。 而 PMEC
Pem m1 I 2 2 R s 1 m1 I 2 2 2 m1 I 2 2 R2 R2 s s
n1
n
A
Tem
0
C
第5章 三相异步电动机的电力拖动
5.3.2 反接制动 一、电源两相反接的反接制动
实现：将电动机电源两相反接可实现反接制动。
由于定子旋转磁场方向 改变, 理 想空载转速变为 n1 , s 1.
机械特性由曲线1变为曲线 2，工作点由A→B →C， n=0,制动过程结束。 绕线式电动机在定子两反 接同时,可在转子回路串联 制动电阻来限制制动电流 和增大制动转矩 ,曲线3。
电机机械特性曲线1，运行于A点。
首先将定子两相反接,定子旋转磁场 的同步速为-n1，特性曲线变为2。工作 点由A到B。经过反接制动过程（由B到 C）、反向加速过程（C到-n1变化）， 最后在位能负载作用下反向加速并超过 同步速，直到C点保持稳定运行。
第5章 三相异步电动机的电力拖动
二、变极或变频调速过程中的回馈制动 电机机械特性曲线1，运行于A点。 当电机采用变极（增加极数）或变 频（降低频率）进行调速时，机械 特性变为2。同步速变为 n1 。
第5章 三相异步电动机的电力拖动
由于n1 0， 所以能耗制动时 1. s
对笼型异步电动机,可以 增大直流励磁电流来增大初始 制动转矩 。 对绕线型异步电动机,可 以增大转子回路电阻来增大 初始制动转矩 。 制动电阻大小：
RB ( 0.2 ~ 0.4 ) E2 N 3I2 N R2
3 2 1 B
Tem
说明：电磁转矩与电源参数（Ｕ1、f1）、结构参数（R、X、m、 p）和运行参数（s）有关。
R2 2 2 f1 ( R1 ) ( X 1 X '2 )2 s
第5章 三相异步电动机的电力拖动
三相异步电动机的机械特性 n f (Tem ) 曲线
第5章 三相异步电动机的电力拖动
n1 R2
sm 1 0 Tst Tst
R2+Rs Tem Tm
第5章 三相异步电动机的电力拖动
5.2三相异步电动机的起动
起动指电动机接通电源后由静止状态加速到稳定运行状态的 过程.对电动机的起动性能要求二：起动电流小,起动转矩不大。 1.起动电流大的原因 起动时,n 0, s 1 ,转子感应电动势大,使转子电流大,根据磁 动势平衡关系,定子电流必然增大. 2.起动转矩不大的原因 从下述公式分析 Tst Tem CT0 I'2 cos 2 起动时,s 1 ,远大于运行时的 s ,转子漏抗 X 2s sX 2 很大, cos2 很低,尽管I 2 很大,但 I 2 cos 2 并不大. 由于起动电流大,定子漏阻抗压降大,使定子感应电动势减小, 对应的气隙磁通减小. 由上述两个原因使得起动转矩不大.