电机学三相异步电动机的机械特性及

T
m1 2 n 0 60 2 f p
U R2 / s
2 1 2 ' 2 2
0 [( R1 R 2 / s ) ( X 1 X ) ] n n（1 s ） 0
0
这样可绘制机械特性曲线，曲线形式与物理表达式 绘制的一样。是s的二次曲线。
n
s
sm
n0 0
第四章 三相异步电动机的机械特性 及各种运行状态
第一节 机械特性的三种表达式
第二节 固有机械特性和人为机械特性 第三节 各种运行状态
第一节 机械特性的三种表达式
机械特性：转速与转矩的关系，n
物理表达式
参数表达式 实用表达式
f (T ) 。
一、物理表达式：
T ＝ C T m I cos
1、起动点： A n=0，s=1，T=Tst，Ist
n=nN，s=sN，T=TN，IN
2、额定工作点： B 3、同步转速点： H
n=n0，s=0，T=0，I=0
4、最大转矩点： P
s=sm，T=Tm
5、回馈制动最大转矩点：P ' s=-sm，T=-Tm
n
电车下坡
P
'
H
n0
B P
A
T
0
TN
T st
二、人为机械特性：据参数表达式知，T与一定转速 下的定子电压 U 1，电源频率 f 1 ，极对数p，电机 定转子参数有关。人为地改变某些参数可以获得 人为机械特性：
' 2
' ( I 2 )曲线与
n
n0
cos 2
'
T
' I2
0
T
I2
'
cos
' 2
二、参数表达式：为反映电机参数与电磁转矩的关系， 从电机的等值电路图及电磁转矩的公式推导参数表达式：
P m1 I
I
' 2
'2 2
R
' 2
T
U1
P 0
T
m1 0
I
s
பைடு நூலகம்
'2 2
R
' 2
s
' / s R1 ) 2 ( X 1 X 2 ) 2 ( R2
T
m1 2 n 0 60
U R2 / s
2 1 2 ' 2 2
0 [( R1 R 2 / s ) ( X 1 X ) ] 2 f 1 p
0
1、降低电源电压 U 1 ：最大转矩和起动转矩与电源 电压 U 1的平方成正比；临界转差 s m 和理想空 载转速 n 0 不变化。注意：若电源电压因为某种 原因降低，负载为额定，电动机将不能长期运行。
1)电机拖动位能负载，在固有特性上作回馈制动下放， 当 当
I a 60 安
时，求电动机反向下放速度？
2)电动机带动位能负载，作反接制动下放，
n I a 50 安 时， 600 转 / 分 ，求
串接在电枢回路的电阻值、电网输入功率、电机轴上
输入的电磁功率、电枢回路电阻消耗功率？
3)电动机带位能负载从 n 500 转 / 分 作能耗制动， 若将其最大制动电流限制在100安，计算在 电枢回路应串的电阻值？
n
电车下坡
n0
T
TZ
0
特点： 1、属于稳定制动； 2、制动时转子回路不串电阻，以免转速过高
(因串电阻越大，稳定转速越高)；
3、当电机由少极对数换成多极对数时也有可能发生
回馈制动；
4、定子接在电网上，从电网吸取无功功率以建立磁场；
5、若为异步发电机，定子三相应接上成星形或三角形
的三组电容器，以供给无功功率。
n0 sm
n
U3
U2
U1
U1 U 2 U 3
0
T
2、转子电路内串联对称电阻（绕线式转子用）：理想 空载转速和最大转矩不变；起动转矩增大，直到等 于最大转矩后又减小；临界转差率随电阻增大而增 大。 n R1 R1 R 2 n0 R3 R 4 R2
R3
R4
0
T
3、定子电路串联对称电抗：理想空载转速不变，最大 转矩、起动转矩、临界转差随电抗的增大而减小。
很快停车。特性为第二象限的BC段。
n
B
n0
A
反 接 正 转
C
TZ
TZ
T
O
D
n0
n
(三)、能耗制动： 电机在电动状态下运行，突将三相交流电断开， 同时在定子两相间通入直流电流，在定子内形成固 定磁场，转子由于惯性仍旋转，切割磁场感应电势 和电流，据左手定则，可确定转矩的方向与转速的 方向相反，特性在第二象限。
起动转矩倍数：
K st＝ T st Te ， 只有当 K st 1 时，
电机才能起动。
三、实用表达式：一般电机产品目录中，有些参数没有， 用参数表达式不方便，因此将T的参数表达式除以Tm参 数表达式，并代入Sm值，有
2 T m (1 s m T＝ s sm sm s R1 R
' 2
(当忽略定子电阻时。)
n0
sm 2 s m1
n
x11 x12
T
x11 x12
0
4、定子串对称电阻：理想空载转速不变，最大转矩、 起动转矩和临界转差随电阻的增大而减小。曲线 与串电抗的相似。
n0
sm 2
s m1
n
R 11
R11 R12
R12
T
0
5、转子接入并联阻抗：改善起动性能，限制起动电流， 保证电机平滑加速。起动时，由电阻决定电流和转 矩，起动结束后，电阻被短接。
RQ 过载倍数：
K T＝ Tm Te
2 ） R 2 R X1 X 2 （ 2 1
(1 . 8 ~ 3 . 0 )
电机短时过载的极限。
4、起动转矩：当S＝1时的电磁转矩：
T st m1
' 2
U R
2
2 1
' 2 ' 2 2
0 [( R1 R ) ( X 1 X ) ]
0 1
T st
Tm
T
临界转差率和最大转矩公式
sm R Tm m1 0 2[ R 1 R
2 1 ' 2 ' 2 2
(X1 X )
U
2
2 1 ' 2
R1 ( X 1 X 2 ) ]
sm Tm
R
' 2 ' 2 2 1 ' 2
X1 X
(R
1
X 1 X )
' 2 ' 2
I
' 2

E2 ( R2 / s)
2
'
X
'
' 2 2
cos 2 cos
' 2
R2 R
'2 2
'

2 '2 2
R2 s (R
' 2
s X
s) X
2
'2 2
n n 0 (1 s ) n0 ns
将 n f n f (cos ) 曲线相乘， 再乘以转矩常数等就可得到 n f (T ) 曲线。
' 2
m 1U
2 0 ( X 1 X )
特点： 1、当各参数及电源频率不变时，临界转差率与定子 2 相电压无关；而 T m U 1 。 2、当 f 1 及U 1 不变时，临界转差率和最大电磁转矩 近似反比于 X 1 X 2' 。 3、最大电磁转矩与转子电阻无关，临界转差率与 转子电阻成正比。 当转子回路串入电阻使临界转差等于1时，启动 转矩最大，并可求出转子外串的电阻值；
(二)、反接制动： 1、转速反向(正接反转)：
电动机起动时带重负载，负载作用使电机在反向
起动转矩方向上加速，特性在第四象限。 分析：
属于稳定制动。转子回路可串电阻。
轴上输入机械功率，定子吸收电功率传给转子，
这两部分功率均消耗于转子回路总电阻中。
n
n0
正接反转 0
T st
TZ
T
n
2、定子两相反接：(反接正转) 电机本来运行在电动状态，突将定子两相 反接，定子电流相序改变，磁场旋转方向改变， 从而得到理想空载转速与原转速方向相反的 机械特性，工作点也改变，电动机的转矩为负， 电机在负载转矩与反向电磁转矩的共同作用下
n
n0
固有 人为
T
0
第三节 三相异步电动机的 各种运转状态
运行状态：电动（T与n同方向） （原来） 发电（T与n反方向） 电磁制动（T与n反方向） 运行状态：电动（T与n同方向） （现在） 制动（T与n反方向）

制动：回馈制动 反接制动 能耗制动
电动和制动运转状态
一、电动运转状态：
机械特性在一、三象限，转矩与转速同向。
3)、若将磁通减弱10％，电枢回路无外串电阻，
求稳定时电机转速？
) R1 R
' 2
T
2T m s sm sm s
2 sm
已知KT、TN和nN，可求出Tm、sN、sm；这样实用表达式 中只有两个未知数，可绘制机械特性。
第二节 固有机械特性与 人为机械特性
固有机械特性
人为机械特性
一、固有机械特性：在额定电压和额定频率下，
按规定的接线方法，定转子不串电阻时的机械特性 n f (T ) 。
例2、一台他励直流电动机数据：
U N 220 伏 , n N 1500 转 / 分，
R a 0 . 4 欧， I N 41 . 1安。
电机在额定负载下进行如下调速：
1)、在电枢回路串1.65欧的电阻，求稳定时电机的转速？ 2)、电源电压下降为110伏，电枢无外串电阻， 求稳定时电机转速？
二、制动运转状态：
转矩与转速反向。机械和电气制动两种。
要求：足够大的制动转矩，且制动电流不宜过大。 制动的平滑性好、可靠性高、经济性好、时间短。
(一)、回馈制动： 位能性负载使转速大于理想空载转速， 转子感应电势反向，转子电流有功分量也 改变方向，无功分量方向不变，所以转矩 也就改变了方向。制动运行时，轴上输入 机械功率，特性在第二象限。
3
n
能 耗 制 动
1 2
T
TZ
直流励磁增大，特性曲线如何变化？
同一电动机在相同电枢电阻时各种运行状态：
n
降压回馈
反接正转
正向电动 能耗
0
能耗
T
正接反转
反向电动 位能回馈
例1、一台他励直流电动机数据：
PN 29 千瓦， U N 440 伏 , R a 0 . 393 欧， I N 76 . 2 安。 n N 1050 转 / 分，