三相异步电动机的机械特性曲线概要
7.6三相异步电动机的机械特性
2 R s X 2 2 2
) n f (I2 ) n f (cos 2
s R2
2 R s X 2 2 2
r1
I1
x1
rm
x2
I2
E 1 E2
r2
U1
Im
1 s r2 s
• 起动时的情况
– “起动”即是转子堵转状态。 – n＝0，s＝1； – 附加电阻为0，电路为短路状态。 – 起动电流很大，功率因素较低。
r1
I1
x1
rm
x2
I2
E 1 E2
r2
U1
Im
1 s r2 s
xm
异步电动机起动时起动电流的大小与负载轻重无关
• 发电机运行
n1
n1
n1
外转矩使转子逆着旋转磁场的 方向旋转，此时电磁转矩方向 仍和旋转磁场方向一致，但与 外转矩方向相反，电磁转矩仍 是制动性质的。
异步电动机，转速略低 于同步转速，电磁转矩 是拖动性质的。
用一外在转矩拖动异步电机， 使转速超过同步转速，此时电 磁转矩是制动性质的，异步电 机从转子轴上输入机械功率。
1、降低定子端电压的人为机械特性
异步电机磁路在额定电压下已有点饱和，故不宜再升高电压。 只能讨论降低定子端电压时的人为机械特性。
U 3 Tm ' 21 ( X1 X 2 )
' U12 R2 3 Tst ' 2 ' 2 1 ( R1 R2 ) ( X1 X 2 )
几种异步电机的典型运行情况
三相异步电动机的工作特性及测取方法
三相异步电动机的⼯作特性及测取⽅法三相异步电动机的⼯作特性及测取⽅法*转速特性*定⼦电流特性*功率因数特性*电磁转矩特性*效率特性异步电动机的⼯作特性在额定电压和额定频率运⾏的情况下，* 电动机的转速n、* 定⼦电流I1、* 功率因数cosΦ1、* 电磁转矩Tem、* 效率η等与输出功率P2 的关系即U1 = UN，f = fn 时的⼀.⼯作特性的分析(⼀) 转速特性输出功率变化时转速变化的曲线n = f (P2)转差率s、转⼦铜耗Pcu2 和电磁功率Pem 的关系式负载增⼤时，必使转速略有下降，转⼦电势E2s 增⼤，所以转⼦电流I2增⼤，以产⽣更⼤⼀点的电磁转矩和负载转矩平衡因此随着输出功率P2的增⼤，转差率s 也增⼤，则转速稍有下降，所以异步电动机的转速特性为⼀条稍向下倾斜的曲线(⼆)定⼦电流特性定⼦电流的变化曲线I1= f (P2)定⼦电流⼏乎随P2按正⽐例增加(三)功率因数特性定⼦功率因数的变化曲线cosΦ1 = f(P2)(1)空载时定⼦电流I1主要⽤于⽆功励磁，所以功率因数很低，约为0.1~ 0.2(2)负载增加时转⼦电流的有功分量增加，使功率因数提⾼，(3)接近额定负载时功率因数达到最⼤(4)负载超过额定值时s 值就会变得较⼤，使转⼦电流中得⽆功分量增加，因⽽使电动机定⼦功率因数⼜重新下降了(四)电磁转矩特性电磁转矩特性Tem = f (P2) 接近于⼀条斜率为1/Ω的直线(五)效率特性异步电动机的效率为当可变损耗等于不变损耗时，异步电动机的效率达到最⼤值中⼩型异步电机的最⼤效率出现在⼤约为3/4的额定负载时异步电动机的⼯作特性可⽤直接负载法求取，也可利⽤等效电路进⾏计算*空载试验*励磁参数与铁耗及机械损耗的确定通过空载试验可以测定异步电动机的励磁参数，异步电动机的励磁参数决定于电机主磁路的饱和程度，所以是⼀种⾮线性参数；通过短路试验可以测定异步电动机的短路参数异步电动机的短路参数基本上与电机的饱和程度⽆关，是⼀种线性参数⼀.空载试验与励磁参数的确定(⼀) 空载试验1.异步电动机空载运⾏指在额定电压和额定频率下，轴上不带任何负载的运⾏状态2.空载试验电路图5.7.1异步电动机空载试验电路3.空载试验的过程定⼦绕组上施加频率为额定值的对称三相电压，从(1.10 ~ 1.30) 倍额定电压值开始调节电源电压，逐渐降低到可能使转速发⽣明显变化的最低电压值为⽌每次记录端电压、空载电流、空载功率和转速，根据记录数据，绘制电动机的空载特性曲线图5.7.2空载特性曲线(⼆) 励磁参数与铁耗及机械损耗的确定从空载特性可确定计算⼯作特性所需等值电路中的励磁参数、铁耗和机械损耗1.机械损耗和铁耗的分离空载试验时输⼊电动机的损耗有：定⼦铜耗、铁耗和机械损耗其中定⼦铜耗和铁耗与电压⼤⼩有关，⽽机械损耗仅与转速有关上式改写为由于可认为铁耗与磁密平⽅成正⽐，因⽽铁耗与端电压平⽅成正⽐，绘制曲线p Fe + p mec = f (U1)2图5.7.3 机械损耗与铁耗的分离作曲线延长线相交于直轴于0ˊ点，过0ˊ作⼀⽔平虚线将曲线的纵坐标分为两部分，由于空载状态下电动机的转速n 接近n0 ，可以认为机械损耗是恒值所以虚线下部纵坐标表⽰与电压⼤⼩⽆关的机械损耗，虚线上部纵坐标表⽰对应于某个电压U1 的铁耗2.励磁参数的确定(1)空载试验时的等效电路图5.7.4 空载试验等效电路(2)励磁参数计算公式⼆. 短路试验与短路参数的确定(⼀) 短路试验对异步电动机⽽⾔，短路是指T 形等效电路中的附加电阻(1-s)r2'/s = 0 的状态，即电动机在外施电压下处于静⽌的状态1.短路试验电路图5.7.5 异步电动机短路试验电路2.短路试验的过程短路试验在电动机堵转降低电源电压情况下进⾏，⼀般从U1 = 0.4 UN 开始，然后逐步降低电压，测量5~7个点，每次记录端电压、定⼦短路电流和短路功率，并测量定⼦绕组的电阻。
异步电机机械特性 2
Tst k st TN
5.1 三相异步电动机的机械特性
一般将异步电动机的特性曲线分为两部分：
转差率0～sm部分：在这一部分，T
s n
0
与s的关系近似成正比，即s增大时，T 也随之增大，该部分为异步电动机的
n1
sm
稳定运行区。
降压后同步转速n1不变； 降压后，最大转矩T随 U 12 成比
例下降，但是临界转差率sm不变；
降压后的启动转矩Tst也随 U 1 成
2
比例下降。
感应电动机降低电压时的人为机械特性
5.1 三相异步电动机的机械特性 2）定子回路串对称三相电抗器的人为机械特性
定子回路串电抗使sm和Tm都减小，机械特性的直线部分硬度也
加而增加（近似成正比）。
r2' 相对变小了， x x ' 开始成为分母中的主要部分，此 3、当s较大时， 1 2 s
时随着s的增大，电磁转矩T的增大并不是很大。
r2' r2' ' 4、当T达到最大值Tmax时，如果s再增大， 将更小，使得 远小于 x1 x 2 s s r2' ，此时 可略去不计，则电磁转矩T随s的增加而减小。 s
第5章
5.1
异步电动机的电力拖动
三相异步电动机的机械特性
5.1 三相异步电动机的机械特性
三相异步电动机的机械特性是指在电压和频率一定
情况下，转速n与电磁转矩T之间的关系，即n=f(T)。
由于异步电动机的转速n与转差率s之间存在着一定 的关系，所以异步电动机的机械特性通常也可用s=f(T)的 形式表示。 1、固有机械特性的分析 三相异步电动机的固有机械特性是指感应电动机工作在 额定电压和额定下，按规定的接线方式接线，定、转子外界
三相异步电机的机械特性(精)
实验报告课程名称：电机与拖动基础实验项目：三相异步电动机机械特性姓名：lmysdju一．实验目的理解三相异步电动机的机械特性，用MATLAB绘制出不同控制方法下三项异步电机的机械特性曲线。
二．实验项目1. E1/f1为常数，在不同供电频率下绘制出机械特性曲线；2. U1/f1为常数，在不同供电频率下绘制出机械特性曲线；，在不同供电频率下绘制出机械特性曲线。
三．实验内容本实验是基于MATLAB软件的，所需要的电机时参数已知的。
电机的特征如下：三相四极，定子绕组为Y接，其额定数据和毎相参数如下：1. 采用恒E1/f1控制，通过MATLAB编程，绘制出不同供电频率下三相异步电机的机械特性。
其程序如下：%Mechanical characteristic with E1/f1=Constclcclearsyms U1n Nph Poles Fe0 Nn R1 R2p X10 X20p R0 X0 Nsn Sn Zeq Z1 F1 Ns X1 X2p Xm...E1 E1n S Nrl Teml a b;U1n=380/sqrt(3);Nph=3;Poles=4;Fe0=50;Nn=1480;R1=1.03;R2p=1.02;X10=1.03;X20p=4.4;R0=7;X0=90;Nsn=120*Fe0/Poles;Sn=(Nsn-Nn)/Nsn;Zeq=(R0+j*X0)*(R2p/Sn+j*X20p)/((R0+j*X0)+(R2p/Sn+j*X20p)); Z1=R1+j*X10; E1n=abs(Zeq*U1n/(Zeq+Z1));for b=1:4if b==1F1=50;elseif b==2F1=35;elseif b==3F1=25;elseif b==4F1=10;endNs=120*F1/Poles;X1=X10*(F1/Fe0);X2p=X20p*(F1/Fe0);Xm=X0*(F1/Fe0);E1=E1n*(F1/Fe0);for a=1:2000S=a/2000;Nrl=Ns*(1-S);Teml=Nph*Poles/(4*pi)*(E1/F1)^2*F1*R2p/S/((R2p/S)^2+X2p^2);Tem(a)=Teml;Nr(a)=Nrl;plot(Teml,Nrl);hold on;endhold on;endxlabel('Torque[N.m]');ylabel('Speed[r/min]');title('Mechanical characterristic with E1/f1=const');ylim([0,1600]);xlim([0,105]);text(50,1350,'f=50Hz');text(50,900,'f=35Hz');text(50,600,'f=25Hz');text(50,150,'f=10Hz');运行结果：Mechanical characterristic with E1/f1=constSpeed[r/min]Torque[N.m]2．采用恒U1/f1控制，重新绘制出不同供电频率下三相异步电机的机械特性曲线。
三相绕线式异步电动机各种运行状态下的机械特性
三相绕线式异步电动机各种运行状态下的机械特性原理简述机械特性是指其转速与转矩间的关系，一般表示为。
由于三相异步电动机的机械特性呈非线性关系，所以函数表达式以转速为自变量，转矩为因变量，写为更为方便。
又因转差率s也可以用来表征转速，而且用s表示的机械特性表达式更为简洁，所以对三相异步电动机一般用来表示机械特性，同时将作为横坐标，这样和原的图形是一致的。
一、三相异步电动机机械特性的表达式三相异步电动机机械特性的表达式一般有三种：1．物理表达式其中为异步电机的转矩常数；为每极磁通；为转子电流的折算值；为转子回路的功率因数。
2．参数表达式其中。
3．实用表达式其中为最大转矩，为发生最大转矩时的转差率。
三种表达式其应用场合各有不同，一般物理表达式适用于定性分析与及间的关系，参数表达式可以分析各参数变化对电动机运行性能的影响，而实用表达式最适合用于进行机械特性的工程计算。
二、三相异步电动机的机械特性1．固有机械特性固有机械特性是指异步电动机在额定电压、额定频率下，电动机按规定方法接线，定子及转子回路中不外接电阻（电抗或电容）时所获得的机械特性，如图15-1所示。
图15-1 三相异步电动机的固有机械特性下面对机械特性上反映其特点的几个特殊点进行分析：（1）起动点：其特点是：，，起动电流；（2）额定运行点：其特点是：，，；（3）同步速点：其特点是：，，，，点是电动状态与回馈制动的转折点；（4）最大转矩点：电动状态最大转矩点，其特点是：，；回馈制动最大转矩点，其特点是：，；由公式可以看出，。
2．人为机械特性由三相异步电动机机械特性的参数表达式可见，异步电动机的电磁转矩在某一转速下的数值，是由电源电压、频率、极对数及定转子电路的电阻、电抗、、、决定的。
因此人为的改变这些参数，就可得到不同的人为机械特性。
现介绍改变某些参数时人为机械特性的变化：（1）降低电压不变，不变，因为，，，所以降低电压时，、、均减小，其人为机械特性见图15-2。
三相异步电动机运行特性
第13章 三相异步电动机运行特性
图13-1 异步电动机工作特性曲线
第13章 三相异步电动机运行特性
13.2 转矩特性
三相异步电动机的转矩特性是指在电源电压和频率为额定值，
并且电动机固有参数不变的情况下，电磁转矩与输出功率的关系
特性，即T=f(P2)的关系曲线。 电动机稳定运行时，电磁转矩应与负载制动转矩相平衡，即
即启动电流也将达到最大值，三相异步电动机的启动电流一般可
达额定电流的4～7倍。启动电流的大小是
Ist I2
U1 (r1 r2 )2 (x1 x2 )2
(14-1)
第13章 三相异步电动机运行特性
较大的启动电流是十分有害的，对频繁启动的电动机来说， 会引起电动机过热而温升较高，使电动机绝缘材料老化，使用寿 命减少。对供电变压器来说，当变压器容量有限，输电距离较长 时，大的启动电流将造成变压器输出电压下降，并且会影响到同 一供电线路上的其他设备的正常工作。例如，在电动机启动瞬间， 照明灯会变暗，数控机床会失控等。
(14-2)
第13章 三相异步电动机运行特性
异步电动机启动时，在满足启动转矩的条件下，应尽量减小 启动电流。由式(14-1)和式(14-2)看出，降低启动电流的方法有三 种: 一是降低电源电压；二是增加定子回路电阻或电抗值；三是 增加转子回路电阻或电抗值。加大启动转矩的方法是适当增加转 子电阻。
第13章 三相异步电动机运行特性
空载时，输出功率P2=0，转子电流I2接近于零，转子转速n接 近于同步转速。由负载转矩公式T2=P2/Ω可知，随着负载的增大， 即输出功率的增大，输出转矩也将增大，以达到电磁转矩与负载 转矩平衡。而转子电流增大才能保证电磁转矩增大，也就是说转 子电动势E2s必须增大，因此，转子转速随着负载的增大而下降。 为了保证电动机负载时有较高的效率，转子铜耗不能太大， 因此 负载时转差率限制在比较小的范围内。所以，随着负载的增大， 转速降并不大。三相异步电动机的转速特性是一条稍向下倾斜的 曲线，特性曲线较硬，如图13-1所示。
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。
三相异步电动机械特性及各种运行状态
n
n0
a1
O
T
－n0
机械功率Pm
第 十 章 异步电动机的电力拖动
(2) 转子反向的反接制动 ——下放重物
① 制动原理
n
定子相序不变，转子 电路串联对称电阻 Rb。 低速提 a 点 惯性 b 点(Tb＜TL)，升重物
n↓ c 点 ( n = 0，Tc＜TL )
n0
a
b
e TL
Oc
1 T
在TL 作用下 M 反向起动
由参数表达式可知，改变定子电压U1、 定子频率f1、极对数p、定子回路电阻 r1和电抗x1、转子回路电阻r2ˊ和电抗 x2ˊ，都可得到不同的人为机械特性。
（1）降低定子电压的人为机械特性
在参数表达式中，保持其它参数不变， 只改变定子电压U1的大小，可得改变 定子电压的人为机械特性。
讨论电压在额定值以下范围调节的人 为特性（为什么？）
Pe = m1—I2'—2 R定2'子＋s 发Rb出'＜电0功率，向电源回馈电能。
Pm=
(1－s ) ——
轴Pe上＜输0入机械功率(位能负载的位能)。
PCu2 = Pe－Pm
|Pe | = |Pm|－PCu2
—— 机械能转换成电能(减去转子铜损耗等)。
第 十 章 异步电动机的电力拖动
制动效果 Rb →下放速度 。
第 十 章 异步电动机的电力拖动
(3) 能耗制动过程 —— 迅速停车 2
① 制动原理
b
n
a1
制动前：特性 1。
制动时：特性 2。
a 点 惯性 b 点 (T＜0，制动开始)
O TL
T
n↓ 原点 O (n = 0，T = 0)，制动过程结束。
电力拖动与控制课件：第三章 三相异步电动机的电力拖动
第Ⅰ象限为 电动机运行 状态
图3-2 异步电动机的机械特性
第Ⅱ象限为 发电回馈制 动状态
r2
T
m1 p
1
U12
r1
r2 s
2
s
x1
x2 2
几个特殊点：
1）起动点A
n 0, s 1
起动转矩
Tst
m1 p
1
U12
r1
r22
r2
x1
x2 2
起动转矩倍数
KT
Tst TN
KT反映了电动机的起动能力。
反比。
定义过载倍数
T
Tmax TN
它反映了电动机短时过载的极限。
3）额定运行点C
sN
n1 nN n1
4）同步转速点D
TN
9550
PN nN
s0
n
n1
60 f1 p
T 0
又称为理想空载点。
三、机械特性的实用表达式
将电磁转矩公式与最大转矩公式相除得
r2
T
m1 p
1
U12
r1
r2 s
2
s
m1 p 2
N1kw1
；
kw1—基波绕组系数
N1 —定子绕组每相串联匝数 cos2—转子侧的功率因数
物理表达式表明，三相异步电动机的电磁 转矩是由磁通与转子电流的有功分量相互作 用产生的。
物理表达式反映了异步电机电磁转矩产生 的物理本质，适用于对异步电动机机械特性 做定性分析。
二、机械特性的参数表达式
3)起动设备力求结构简单,运行可靠,操作方便； 4)起动过程的能量损耗越小越好,起动时间越短越
好。 最主要的要求是在起动电流比较小的情况下 得到较大的起动转矩。
三相异步电动机的机械特性曲线
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。
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
U 1下降后, Tm 和 Tst 均下降, 但 sm不变, T 和 k st 减少。
s n n
0
1
TL
如果电机在定额负载下运 sm 行,U 1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。
第5章 三相异步电动机的电力拖动
二、转子串频敏变阻器起动 频敏变阻器是一铁损很大的三相电抗器。 起动时，S2断开，转子串入频敏 变阻器,S1闭合，电机通电开始起动。 起动时,f 2 f1,频敏变阻器铁损大,反 映铁损耗的等效电阻 Rm大,相当于转 子回路串入一个较大电阻。随着 n f2 上升, 减小,铁损减少,等效电阻 减小,相当于逐渐切除 Rm ,起动结 束,S2闭合，切除频敏变阻器，转子 电路直接短路。
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
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。
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。
三相异步电动机参考答案
答案：错 9、异步电动机起动过程中，定子电流与负载转矩大小有关。 分析：机械负载增加时，转速将随之下降，转子电势增大，转子电流增加，转子磁势也增加； 由于转子磁势具有去磁作用， 气隙磁通出现下降趋势， 定子绕组的感应电势也随之出现下降 趋势；但是电源电压不变，因此定子电流随之增大。定子电流增大，定子磁势也就增大，可 以补偿转子电流随机械负载的增加对磁通的影响，从而阻止定子电势的进一步下降的趋势， 以达到新的平衡。简而言之，机械负载的增加是通过转子电流、气隙磁通作用于异步电动机 的定子绕组，而使定子电流随之增加的。 答案：对 10、异步电动机负载不变时，电源电压降低，定子电流减小。 分析：当电源电压降低时，T↓→（由于负载转矩并没变，所以平衡被打破）n↓→s↑→I1 ↑→Tˊ↑→（当电磁转矩重新和负载转矩达到平衡时，电动机转速 nˊ不再下降） ，稳定下 来并低于前面的转速 n。 答案：错 11、异步电动机转子回路电阻增大，临界转差率减小。 分析：增大异步电动机转子回路电阻，会增大起动转矩，最大转矩不会发生改变，临界转差 率增大。 答案：错 12、异步电动机可变损耗与不变损耗相等时效率最高。 分析：异步电动机的功率平衡关系为：
图 9-2
三相定子绕组与三相交流电流
1
i
iA
iB
iC
ωt 0 120° 240° 360°
A Y Z Y
A Z Y
A Z Y
A Z
N C X B C X 图 9-3 B C X 三相交流产生旋转磁场 B C
N B X
当三相定子绕组（图 9-2a）接三相正弦交流电流（图 9-2b）时，在磁路空间产生旋转 磁场 n0（图 9-3） ，转子绕组切割磁力线产生感应电流，感应电流与旋转磁场相互作用产生 电磁转矩（图 9-4） ，使电动机转子沿旋转磁场旋转的方向转动 n。
三相异步电动机的机械特性及各种运转状态要点
1、异步电动机机械特性的三种表达式
1)当电动机各参数及电源频率不变时，Tm与U x成正比，sm保持不变。
成正比 2）当电源频率及电压不变时，sm与Tm近似地与X 1 X 2
之值无关，sm与R2 成正比。 3）Tm与R2
若负载转矩大于电动机的最大转矩，电动机停机或无法起动， 为保证电机不会因短暂过载而停机，电动机必须具有一定的过载能 力，用过载倍数KT表示：
定义: 将最大电磁转矩 Te max 与额定转矩 （或过载能力），用 K T 表示，即：
KT Tm TN
的比值定义为最大转矩倍数
KT: 一般电动机为1.8~3.0,冶金起重等电动机可达3.5
1、异步电动机机械特性的三种表达式
此外，由图6.50还可以看出：三相异步电动机的机械特性曲线 可分为两个区域：（1）稳定运行区域；（2）不稳定运行区域。 稳定运行区域： 在此区域内， 0 s sm ， n1 (1 sm ) n n 。此时，机械特性向下 1 倾斜，无论是对于恒转矩负载还是对于风机、泵类负载，电力拖动 系统可以稳定运行； 不稳定运行区域： 0 n n1 (1 sm ) 。此时，对于恒转矩负载， 在此区域内，sm s 1 ， 系统将无法稳定运行；而对于风机、泵类负载，尽管系统可以稳定 运行，但由于转速太低，转差率较大，转子铜耗较大，三相异步电 动机将无法长期运行。
1、异步电动机机械特性的三种表达式
• （1）物理表达式 • 电磁转矩为：
cos 2 I2 cos 2 m1 (4.44f1 N1k w1 m ) I 2 Pem m1 E2 T 2n1 2f1 1 60 p pm1 N1k w1 cos 2 CT mI2 cos 2 mI2 2
相异步电动机机械特性
矩机。但，若所是以串起接重某机一械数上值T大s的t 多电采阻用使绕线式异后步，电再动继
续增大转子电阻，启动转矩将开始减小。
T T
st
m
以上三相异步电动机的机械特性性能都是通
过特性方程式分析得来的。但方程式较为复杂，而
且一般情况下，三相异步电动机的某些数据在产品
目录或铭牌上是查不到的，给方程式的定量运算带
来不便。通过对方程式的分析，可以得到只反映电
动机运行外部机械参数的实用表达式如下：
（4-7）
其中
8）
Tem
S
2 Sm Tm
Sm S
（4-
Tm mTN
TN
9 550PN nN
SmSNm m21
图4.4 异步电动机转子串 接 对称电阻时的人为机械特性
转子 （4-2）
电
流 折 算 I2
U1
R1
R2 s
2
X1 X 2
2
值
为
电磁转矩为
TemP e1mm12I2 2f1Rs2
p
m1pU 12R s2
2f1R1R s2 2X1X2
2
（4-3）
可见， （4-3）方程，它清楚地表示了异步电动机电磁转 矩、转差率与电动机各参数之间的关系，下面我们就从这个公 式出发，分析三相异步电动机的固有特性及人为机械特性。
X1X2' R（1 4-5）
Sm
由于 R2 R12 X1X2 2
忽R略２＇Ｒ １ 得 近 似 表 达 式 ； Ｘ１＋Ｘ２ ＇
Tm4f1R1m R11P 2U 12X1X22
m1 pU12
4f（ 1 X1
X
'）
2
1.1.2三相异步电动机的转矩特性和机械特性
再将Sm代入转矩公式中，即可得
电动机最大转矩
U2 Tmax K
2X 20
第14页，共22页。
通常把在固有机械特性上最大电磁转矩与额定转矩之比
m Tmax / TN
称为电动机的过载能力系数。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。
鼠笼式异步电动机 线绕式异步电动机
加在定子每相绕组上的电压也分成三个分量，即
u1 i1R1 (eL1)
如用复数表示，则为
(e1
)
i1R1
LL1
di1 dt
(e1
)
U1 I1R1 (EL1) (E1) I1R1 jI1X1 (E1) 式中， R和1 (X1 X1 2 )为f1定LL子1每相绕组的电阻和漏磁感抗。
由于R1和X1较小，其上电压降与电动势E1比较起来，常可忽略，于是
m 1.8 ~ 2.2 m 2.5 ~ 2.8
第15页，共22页。
2．人为机械特性
由上述分析可知：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U、电源频率f有关，将关系式中的参数人为地加以改变而获得 的特性称为异步电动机的人为机械特性。
T
k m1 pU12 R2s
2f1[ R22
(sX
1.1.2 三相异步电动机的特性分析
一、三相异步电动机的定子电路 三相异步电动机的电磁关系同变压器类似，定子绕组相当于变压器的原
绕组，转子绕组（一般是短接的）相当于副绕组。
定子绕组接上三相电源电压
（相电压为u1）时，则有三相电 流通过（相电流为i1），定子三相 电流产生旋转磁场，其磁力线通 过定子和转子铁心而闭合，这磁 场不仅在转子每相绕组中要感应 出电动势e2，而且在定子每相绕组
第15讲 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态
动 基
sm
R2 R12 ( X1 X 2 )2
础
同步转速ns不变 Tmax、Tst、Sm将随Rf增大而减小 也用于笼型异步电动机的减压起动 。
22
（五）转子电路接入并联阻抗
起动初期，转子频率sf1较大，
Xst=2πsf1Lst较大，转子电流的大部分
电 机
将流过电阻Rst； Rst决定了起动电流 和起动转矩；
础 机械特性
物理表达式
参数表达式
实用表达式
3
一、物理表达式
机械特性的物理表达式：
电
T CT1mI2 cos 2
机 CT1 ——异步电动机的转矩系数 及 拖 Φm ——异步电动机每极磁通
CT 1
pm1N1kw1 2
动 基 I 2 ——转子电流的折算值
础 cos2——转子电路的功率因数
2
R12
(
X1
X 2
)2
2s ( X1 X 2 )
拖
动 基 结论： 础 1）当电动机各参数及电源频率不变时，Tmax与Uφ2成正比，
sm则保持不变，与Uφ无关；
2）当电源频率及电压不变时，sm与Tmax近似地与X1+X2′成 反比；
3）Tmax与R2′之值无关，sm则与R2′成正比。
因此
I 22
1 sN
I22z
1 sz
T
Pe
s
1
s
m1 I 22
R2 s
由于n下降→ sz＞sN，故I2z′＞ I2N′，即U φ降低后电动机电 流将大于额定值，电动机如长时连续运行，最终温升将超
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sm
s 'm
0
T
Tst Tst
R2 得：S m X 20
T 令： 0 S
R2 R'2
R2的 改变 ： 鼠笼式电动机转子导条的金属材料不同 绕线式电动机外接电阻不同
（牛顿•米）
三、电机的自适应负载能力
电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调 整，这种能力称为自适应负载能力。 常用特
TL n S I 2 T 直至新的平衡。此过程中，I 2 时， I 电源提供的功率自动 1
增加。
n
性段
n0
T
自适应负载能力是电动机区别于其它动力机械的重要 特点。（如：柴油机当负载增加时，必须由操作者加大 油门，才能带动新的负载。）
n
n0
T
sR2 2 T K 2 U1 2 R2 ( sX 20 )
求 解
Tmax
T 0 S
Tmax
KU12
1 2 X 20
五、最大转矩
Tmax 过载系数： TN
三相异步机
1.8 ~ 2.2
（1）三相异步机的 Tmax和电压的平方成正比，所 以对电压的波动很敏感，使用时要注意电压的变化。 （2） 工作时，一定令负载转矩 机将停转。致使 ，否则电 TL Tmax
电机严重过热
n 0 I 2 I1
六、起动转矩 Tst
n
sR2 2 T K 2 U1 2 R2 (sX 20 ) 其中 n 0 (s 1)
则
n0
T
Tst
R2 2 Tst K 2 U1 2 R2 ( X 20 )
பைடு நூலகம்
Tst体现了电动机带载起动的能力。若 Tst TL电机能
四、机械特性的软硬
硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。 软特性：负载增加转速下降较快，但起动转矩大，起 动特性好。 硬特性 （R2小） 软特性 （R2大）
n
0
T
不同场合应选用不同的电动机。如金属切削，选硬特 性电机；重载起动则选软特性电动机。
五、最大转矩 Tmax
电机带动最大负载的能力。 如果 TL Tmax 电机将会 因带不动负载而停转。
专业
专注
专心
电机控制技术
——三相异步电动机的 机械特性曲线
工作单位：邢台职业技术学院
主讲：马军强
目
1
2 3 4 5
录
机械特性曲线
额定转矩 电机的自适应负载能力 机械特性的软硬 最大转矩 起动转矩 转矩和电压的关系 转矩和转子电阻的关系
6
7
8
一、机械特性曲线
一定的电源电压和转子电阻之下，转矩与转差 率的关系曲线或转速与转矩的关系曲线 由转矩公式 得特性曲线：
sR2 2 T K 2 U 1 2 R2 ( sX 20 )
n
T
n0
s
0
1
T
二、额定转矩 TN
电动机在额定电压下，以额 定转速 nN 运行，输出额 定功率P 时，电动机转轴 2 上输出的转矩。
n
nN
n0
T
TN
P2 P2 (千瓦) TN 9550 2nN nN (转 / 分) 60
起动，否则将起动不了。
七、转矩和电压的关系
sR2 2 T K 2 U1 2 R2 ( sX 20 )
T ~U
2 1
(s 0) n n0
0
n
结论：
U1 Tmax TST
T
U1
八、转矩和转子电阻的关系
n
R2
R '2
sR2 2 T K 2 U1 2 R2 (sX 20 )