电机学三相异步电动机的机械特性及
表示三相异步电动机转速与转矩之间关系的机械特性公式
表示三相异步电动机转速与转矩之间关系的机械特性公式1、转矩公式根据电机学的推导，我们有三相异步电动机的转矩公式：………………………………………………………………（式1）其中，——常数，与电动机结构有关；——定子每相输入电压有效值（即电源电压有效值）；——转差率——转子电阻——启动时，即时的转子感抗（转子感抗与转子频率有关，而转子频率随起动过程转差率的变化而变化）2、机械特性曲线根据（式1），在电源电压和转子电阻一定的情况下，转矩—转差率关系曲线和电动机转速—转矩关系曲线如图。
图1 三相异步电动机机械特性曲线上图就是三相异步电动机的机械特性曲线。
3、特征转矩（1）额定转矩经推导，电动机的输出转矩T为：…………………………………………………………（式2）其中，——负载转矩（取决于外力）/；——电动机轴上输出的机械功率/；相应地，额定转矩为额定工作状态下电动机的输出转矩：………………………………………………………………………（式3）其中，——电动机铭牌上标示的额定功率，亦即额定输出机械功率；——额定转速。
（2）最大转矩机械特性曲线中的即是最大转矩。
当时，取到，根据（式1）：………………………………………………………………………（式4）由机械特性曲线不难发现，当负载转矩超过最大转矩时，电动机就带不动负载了，发生“闷车”现象，此时电动机电流增大六七倍，严重过热后烧坏。
因此，电动机过载应小于最大转矩，且时间尽量短。
作为电动机的又一重要参数，设电动机过载系数，对于三相异步电动机而言，过载系数一般取为1.8~2.2。
（3）起动转矩在机械特性曲线中，时的转矩为起动转矩，根据（式1），有……………………………………………………………………（式5）。
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。
三相异步电动机的机械特性
三相异步电动机的机械特性————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：三相异步电动机的运行特性摘要：本章介绍了三相异步电动机的机械特性的三个表达式。
固有机械特性和人为机械特性，阐述了三相异步电动机的起动、调速和制动的各种方法、特点和应用5.1三相异步电动机的运行特性三相异步电动机的运行特性就是三相异步电动机的运行工作时的机械特性。
和直流电动机一样，三相异步电动机的机械特性也是指电磁转矩与转子转速之间的关系。
由于转子转速与同步转速、转差率存在下列关系，即（5.1）则三相异步电动机的机械特性用曲线表示时，习惯上纵坐标同时表示转速和转差率，横坐标表示电磁转矩。
三相异步电动机的机械特性有三种表达式，现介绍如下：5.1.1机械特性的物理表达式由上一章三相异步电动机的转矩关系知，三相异步电动机转矩的一般表达式为（5.2）式中为三相异步电动机的转矩系数，是一常数；为三相异步电动机的气隙每极磁通量；为转子电流的折算值；为转子电路的功率因数；式（5.2）表明了电磁转矩与磁通量和转子电流的有功分量的乘积成正比，它是电磁力定律在三相异步电动机的应用，它从物理特性上描述了三相异步电动机的运行特性，因此这一表达式又称为三相异步电动机的物理表达式。
仅从式（5.2）不能明显地看出电磁转矩与转差率之间的变化规律。
要从分析气隙每极磁通量，转子相电流，以及为转子功率因数与转差率之间的关系，间接地找出其变化规律。
现分析如表5.1所示。
根据表5.1中的分析，可作出曲线、和分别如图5.2、5.3、5.4所示，据此可得出图5.1所示的机械特性曲线。
曲线分为两段：当较小时(),变化不大，，与转子相电流成正比关系，表现为AB段近似为直线，电磁转矩较大时 ()，如，减少近一称为直线部分；当半，很小，尽管转子相电流增大，有功电不大，使电磁转矩反而减小了，此时表现为段，流段为曲线段，称为曲线部分。
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。
第二节 三相异步电动机的电磁转矩和机械特性
第二节三相异步电动机的电磁转矩和机械特性三相异步电动机转轴上产生的电磁转矩是决定电动机输出的机械功率大小的一个重要因素，也是电动机的一个重要的性能指标。
一、三相异步电动机的转矩特性1、电磁转矩的物理表达式三相异步电动机的工作原理告诉我们，电磁转矩是旋转磁场与转子绕组中感应电流相互作用产生的，设旋转磁场每极的磁通量用Φ表示，它等于气隙中磁感应强度平均值与每极面积的乘积。
Φ表示了旋转磁场的强度。
设转子电流用I2表示。
根据电磁力定律，电磁转矩T em应与Φ成正比、与I2也成正比，即T em∝Φ·I2。
此外转子绕组是一个感性电路，转子电流I2滞后于感应电动势E2，它们之间的相位差角是。
考虑到电动机的电磁转矩对外做机械功，与有功功率相对应。
因此电磁转矩T em还与转子电路的功率因数cos有关，即与转子电流的有功分量I2cos(与E2同相位的电流分量)成正比。
总结以上分析，可列出异步电动机的电磁转矩方程式中KT是一个与电动机本身结构有关的系数。
该公式是分析异步电动机转矩特性的重要依据。
2、转矩特性电磁转矩与转差率之间的关系T em＝(S)称为电动机的转矩特性。
可以推得式中KT’、转子电阻R2、转子不动时的感抗X20都是常数，且X20远大于R2。
由于上式用电机定、转子绕组中的电阻、电抗等参数反映电磁转矩T em和转差率S之间的关系，所以上式又称之为电磁转矩的参数表达式。
由转矩的表达式(4-5)可知，转差率一定时，电磁转矩与外加电压的平方成正比，即T em∝U12。
因此，电源电压有效值的微小变动，将会引起转矩的很大变化。
当电源电压U1为定值时，电磁转矩T em是转差率S的单值函数。
图4-13画出了异步电动机的转矩特性曲线。
二、三相异步电动机的机械特性当电源电压U1和转子电路参数为定值时，转速n和电磁转矩T的关系n=f（T）称为三相异步电动机的机械特性。
机械特性曲线可直接从转矩特性曲线变换获得。
将图4-15中的转矩特性曲线顺时针转动90°，并将s换成n就可以得到三相异步电动机的机械特性曲线，如图4-16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
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§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。
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§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
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§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。
三相异步电动机的工作特性
三相异步电动机的工作特性三相异步电动机是一种常见的电机类型，广泛应用于工业、农业、交通运输等领域。
其工作特性主要包括以下几个方面：1.转速特性三相异步电动机的转速与电源频率、电机极数、转差率等因素有关。
在额定负载范围内，电机转速与电源频率成正比，极数越多转速越低。
此外，转差率的变化也会影响电机的转速。
一般来说，电机的转差率在0.01-0.05之间。
2.转矩特性三相异步电动机的转矩与电源电压、电流、磁通量等因素有关。
在额定电压和电流下，电机的转矩与磁通量成正比。
随着负载的增加，电流也会增加，进而导致转矩增大。
但是，当负载超过额定负载时，电机会过载，电流和转矩会超出额定范围，导致电机受损。
3.功率因数特性三相异步电动机的功率因数与负载性质、电源电压、电流等因素有关。
在空载时，电机的功率因数较低；随着负载的增加，功率因数也会逐渐提高。
当负载达到某一值时，电机的功率因数达到最大值；当负载继续增加时，功率因数会逐渐降低。
4.效率特性三相异步电动机的效率与负载性质、电源电压、电流等因素有关。
在空载时，电机的效率较低；随着负载的增加，效率也会逐渐提高。
当负载达到某一值时，电机的效率达到最大值；当负载继续增加时，效率会逐渐降低。
5.温升特性三相异步电动机的温升与负载性质、环境温度、散热条件等因素有关。
在额定负载范围内，电机的温升与工作时间成正比；超过额定负载时，电机的温升会急剧上升，导致电机受损。
因此，使用时要注意控制负载和工作时间，保证电机在安全范围内运行。
6.启动特性三相异步电动机的启动方式有多种，如直接启动、降压启动等。
直接启动时，启动电流较大，会对电网造成一定冲击；降压启动时，启动电流较小，可以减少对电网的冲击。
但是，降压启动时需要使用启动设备或其他辅助设备，增加了使用成本和维护工作量。
7.调速特性三相异步电动机的调速可以通过改变电源频率、电压等方法来实现。
但是，这些方法都存在一定的局限性，如变频调速虽然可以方便地实现调速，但成本较高且对电网有一定的影响。
三相异步电动机特点
三相异步电动机特点
一、引言
三相异步电动机是现代工业生产中最常见的电动机之一，其结构简单、可靠性高、使用寿命长等优点使其广泛应用于各个领域。
本文将详细
介绍三相异步电动机的特点。
二、基本结构
三相异步电动机由定子和转子两部分组成。
定子包括定子铁心、定子
线圈和端盖等部分，转子则由转子铁心和导体组成。
三、工作原理
三相异步电动机的工作原理是利用交变磁通在定子线圈中感应出交变
电势，从而在定子线圈内形成旋转磁场，使得转子在磁场作用下旋转。
四、特点
1.结构简单：三相异步电动机的结构非常简单，只需要一个旋转部件和一个固定部件即可完成。
因此它的制造成本比较低，容易维护。
2.可靠性高：由于其结构简单，所以故障率比较低。
同时，它不需要刷子等易损件，因此寿命长。
3.启动扭矩大：三相异步电动机具有较大的启动扭矩，在启动时可以承受较大的负载。
4.转速稳定：三相异步电动机的转速稳定，不会因负载变化而产生明显的波动。
5.效率高：三相异步电动机的效率比较高，一般在85%以上。
6.适应性强：三相异步电动机适用于各种不同负载和工作环境，广泛应用于各个领域。
五、应用领域
由于其特点，三相异步电动机被广泛应用于各个领域。
它可以用于驱动各种设备和机器，如水泵、风扇、压缩机、输送带等。
同时，在制造业中也是重要的驱动力源。
六、结论
综上所述，三相异步电动机具有结构简单、可靠性高、启动扭矩大、转速稳定、效率高和适应性强等特点。
这些优点使得它成为现代工业生产中最常见的电动机之一。
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
三相异步电动机的机械特性ppt xx年xx月xx日contents •介绍•三相异步电动机的工作原理•三相异步电动机的结构•三相异步电动机的机械特性•三相异步电动机的调速•三相异步电动机的优缺点•应用和发展趋势•参考资料目录01介绍三相异步电动机广泛应用于各种工业和商业场合，如泵、风扇、机床等。
理解三相异步电动机的机械特性对于掌握其性能、应用和控制具有重要意义。
背景和目的1电机概述23三相异步电动机是一种交流电机，其转子转速与旋转磁场速度存在差异。
电动机的定子和转子由铁芯和绕组组成，通过三相交流电驱动。
转子在旋转磁场的作用下产生感应电流，该电流在磁场中产生转矩，使电机旋转。
三相异步电动机根据冷却方式可分为开启式、防护式和封闭式三种类型。
根据电源频率和转速的不同，电动机还可以分为普通电动机和变频电动机。
电机分类02三相异步电动机的工作原理03旋转磁场的转速称为同步转速，它与电源频率及电动机的极数有关。
工作原理概述01三相异步电动机是利用旋转磁场与三相定子绕组相互作用产生电磁转矩驱动电动机运转的。
02旋转磁场的磁极与三相定子绕组之间的相互作用是异步电动机的主要工作原理。
定子是电动机的静止部分，由机座、定子铁芯和定子绕组构成。
定子铁芯由硅钢片叠压而成，以减少磁滞损耗和涡流损耗。
定子绕组是电动机的电路部分，由三个在空间互差120°的绕组组成，一般接成星形或三角形。
定子转子转子铁芯也是由硅钢片叠压而成，以减少磁滞损耗和涡流损耗。
转子绕组是电动机的电路部分，通入电流后会产生磁场，与旋转磁场相互作用产生电磁转矩。
转子是电动机的旋转部分，由转子铁芯、转子绕组和转轴构成。
旋转磁场旋转磁场是三相异步电动机的主要工作原理之一，它与三相定子绕组相互作用产生电磁转矩驱动电动机运转。
旋转磁场的磁极与三相定子绕组之间的相互作用是异步电动机的主要工作原理。
旋转磁场的转速与电源频率及电动机的极数有关，而与电动机的转矩及负载大小无关。
电机学第6章 三相异步电机的功率、转矩和运行性能
习 TN为额定负载转矩
TN=PN/ΩN
供学 ③ 起动点：s=1 ，n=0，转子 仅 静止，Tem= Tst 。
sm
R2
R12 X1σ X 2σ 2
Tmax
4f1 R1
m1 pU12
R12
X1σ
X
2 σ
2
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起动转矩的几个重要结论
用 Tst
2πf1[(R1
pm1U 12 R2' R2' )2 ( X1σ
很低；
用
使 • 随着负载电流增大，输入电流中的有功分量也增大，功率因数逐渐升
高；
习 • 在额定功率附近，功率因数达到
最大值。
学
供 • 如果负载继续增大，则导致转子
漏电抗增大（漏电抗与频率成正比
仅 ），从而引起功率因数下降。
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16
五、效率特性
P2
用 P2 pcu1 pcu 2 pFe p pad
供学习使 Tem
Pem 1
m1 pU12
R2 s
2f1
R1
R2 s
2
X1σ
X
2 σ
2
仅 1. Tem与U12成正比。
2. f1↑→ Tem ↓。
3. 漏电抗Xk↑→ Tem↓。
异步电机机械特性
忽略R1，则
T
2Tm
s / sm sm / s
TN
sN
2Tm / sm sm
/
sN
Tm KTTN
sm sN (KT KT2 1)
1、异步电动机机械特性的三种表达式
1. 机械特性三种表达式
1.1 物理表达式 1.2 参数表达式 1.3 实用表达式
1. 机械特性三种表达式
1.1 物理表达式 1.2 参数表达式 1.3 实用表达式
2. 固有与人为机械特性
2.1 固有机械特性 2.2 人为机械特性
参数表达式
• 过载倍数 – Tm 是电动机可能产生得最大转矩。 – 如果Tz>Tm，电动机将停转，为保证电动机
不会因短时过载而停转，电动机必须有一 定得过载倍数KT
KT Tm / TN
– 一般电动机的KT＝1.8～3.0，起重设备的电 动机的KT可达3.5；
1、异步电动机机械特性的三种表达式
1. 机械特性三种表达式
1.1 物理表达式 1.2 参数表达式 1.3 实用表达式
2. 固有与人为机械特性
2.1 固有机械特性 2.2 人为机械特性
参数表达式
• 起动转矩
电流有功分量之间的关系较方便。
1、异步电动机机械特性的三种表达式
1. 机械特性三种表达式
1.1 物理表达式 1.2 参数表达式 1.3 实用表达式
2. 固有与人为机械特性
2.1 固有机械特性 2.2 人为机械特性
参数表达式
• 物理表达式反映了不同转速时T与Fm及转子
电流之间的关系，不能直接反映异步电动机
1.1 物理表达式 1.2 参数表达式 1.3 实用表达式
第十章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态(1)
第一节 机械特性的三种表达式
• 由物理表达式绘制异步电动机的机械特性曲线： • 转子电流公式→n=f(I2′) • 转子电路功率因数公式→n=f(cosφ2′) • 上述两条曲线相乘并乘以CT1Φm→n=f(T) • 表明：异步电动机的电磁转矩T， 与气隙磁通Φm和转子电流有功分 量I2′cosφ2′的乘积成正比 • 第一种表达式中，三个量在物理 上遵循左手定则——物理表达式 • 物理表达式适用于——定性分析
Tst
2 2 s R1 R2 X1 X 2
m1
2 U R2
——可见，对于绕线转子异步电动机，转子电路串联附加 电阻，可以改善起动特性
12
第一节 机械特性的三种表达式
6、起动转矩倍数 • 对于笼型转子异步电动机，转子电路不能串联附加电阻 • 为使电动机能起动，电动机须具有一定的起动转矩倍数：
22
第二节 固有机械特性与人为机械特性
4、转子电路串联对称电阻
Tst
2 2 s R1 R2 X1 X 2
m1
2 U R2
Tmax
s 2 R R 2 ( X X )2 1 1 1 2
R2
m1
2 U
sm
• 2）电源频率及电压不变，sm与Tmax近似与X1+X2′成反比 • 3）Tmax与R2′无关，sm与R2′成正比
——对于绕线转子异步电动机，当转子电路串联某一恰当 电阻RΩ时，可使sm=1（n=0），即Tst=Tmax
RΩ R12 ( X 1 X 2 )2 R2 R12 ( X 1 X 2 ) 2 R2 RΩ
Tmax KT TN
sm sN ( KT KT2 1)
电机学三相异步电动机的机械特性及ppt课件
T
13
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 U1，电源频率 f1 ，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：
T
m1 0
[(R1
R2
U12R2 / s / s)2 (X1
X
' 2
)
2
]
0
2n0
60
2f1
p
14
1、降低电源电压 U1 ：最大转矩和起动转矩与电源
X
' 2
)
2
]
起动转矩倍数：
K
＝Tst
st
Te
，只有当Kst 1 时，
电机才能起动。
9
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
T＝
2Tm (1
sm
R1 R2'
)
s sm
sm s
2sm
R1 R2'
(当忽略定子电阻时。)
U12
R12
(X1
X
' 2
)
2
]
sm
R2'
X1
X
' 2
(R1
X1
X
' 2
)
Tm
m1U12 20 ( X1
X
' 2
)
7
特点：
1、当各参数及电源频率不变时，临界转差率与定子
相电压无关；而
Tm
U
2 1
。
2、当 f1 及U1 不变时，临界转差率和最大电磁转矩
电机学 异步电动机的机械特性和工作特性
1．异步电动机的机械特性（见图7-1）
(1)异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性可用下式近似地表示：
当s比Smax小得多时，则上式可简化为
式中M——电动机转矩，M·m
Mmax——最大转矩，N·m;
s，Smax——转差率和临界转差率。
(2)负荷转矩Mf=9555P2/n
式中M f——负荷转矩，N·m;
P2——电动机输出功率（即轴上输出功率），kW;
n——电动机转速，r/min。
负荷转矩特性一般有恒功率、恒转矩、平方转矩、递减功率、负转矩五种。
对于各种负荷转矩，电动机的轴上输出功率与转速的关系，见表7-1。
(3)电动机额定转矩
式中M e——电动机额定转矩，N·m;
P e——电动机额定输出功率，kW;
P j——电动机机械损耗，通常可取P j=0. O1P e，kW;
n1——同步转速，r/min；
s——转差率。
2．异步电动机的工作特性(见图7-2)
工作特性一般是指电动机在额定电压和额定频率下运行时，转子转速咒、电磁转矩M、功率因数cos 、效率η和定子电流I1等随输出功率P2而变化的关系。
图7-2中以标么值表示普通异步电动机典型的工作特性曲线。
由图可得出以下几点。
①异步电动机的转速基本上与负荷大小无关，在不超出满载范围内运行时，转速基本不变。
②轻负荷时，功率因数和效率很低，SC C2692AC-40而当负荷增大到大于50%以上额定值时，功率因数和效
率变化很少。
③电磁转矩M和定子电流Il随负荷增大而增大。
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
三相异步电动机的运行特性摘要：本章介绍了三相异步电动机的机械特性的三个表达式。
固有机械特性和人为机械特性，阐述了三相异步电动机的起动、调速和制动的各种方法、特点和应用5.1三相异步电动机的运行特性三相异步电动机的运行特性就是三相异步电动机的运行工作时的机械特性。
和直流电动机一样，三相异步电动机的机械特性也是指电磁转矩与转子转速之间的关系。
由于转子转速与同步转速、转差率存在下列关系，即（5.1）则三相异步电动机的机械特性用曲线表示时，习惯上纵坐标同时表示转速和转差率，横坐标表示电磁转矩。
三相异步电动机的机械特性有三种表达式，现介绍如下：5.1.1机械特性的物理表达式由上一章三相异步电动机的转矩关系知，三相异步电动机转矩的一般表达式为（5.2）式中为三相异步电动机的转矩系数，是一常数；为三相异步电动机的气隙每极磁通量；为转子电流的折算值；为转子电路的功率因数；式（5.2）表明了电磁转矩与磁通量和转子电流的有功分量的乘积成正比，它是电磁力定律在三相异步电动机的应用，它从物理特性上描述了三相异步电动机的运行特性，因此这一表达式又称为三相异步电动机的物理表达式。
仅从式（5.2）不能明显地看出电磁转矩与转差率之间的变化规律。
要从分析气隙每极磁通量，转子相电流，以及为转子功率因数与转差率之间的关系，间接地找出其变化规律。
现分析如表5.1所示。
根据表5.1中的分析，可作出曲线、和分别如图5.2、5.3、5.4所示，据此可得出图5.1所示的机械特性曲线。
曲线分为两段：当较小时(),变化不大，，电磁转矩与转子相电流成正比关系，表现为AB段近似为直线，称为直线部分；当较大时()，如，减少近一半，很小，尽管转子相电流增大，有功电流不大，使电磁转矩反而减小了，此时表现为段，段为曲线段，称为曲线部分。
由此分析知，三相异步电动机的机械特性在某转差率下，产生最大转矩，即点称为最大转矩点，相应的转矩为称为最大转矩，对应的转差率称为临界转差率。
11 异步电机的机械特性和运行特性
电机学
异步电机机械特性
Tm∝U12；Tst∝U12；n1和sk与电压无关
27
电机学教案， 太原工业学院自动化系
温志明，wasxty_99@
电机学
异步电机机械特性
（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sk、起动转矩Tst都变小
电机学
异步电机机械特性
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：
Tst k st TN
一般普通异步电动机起动转矩倍数为0.8～1.2。
电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99@
20
电机学
异步电机机械特性
（3）实用表达式
4
电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99@
电机学
异步电机机械特性
异步电动机的转矩系数：
转子电流折算值：
I2
E2
pm1 N1k N 1 CT 2
r2 s
转子功率因数：
r2 2 ( ) x2 2 s
cos 2
r2 2 ( ) x2 2 s
24
电机学
异步电机机械特性
3、人为机械特性
异步电动机的人为机械特性是指人为改变电动机 的电气参数而得到的机械特性。 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。
25
电机学教案， 太原工业学院自动化系
33
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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。
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？
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，
' 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：Βιβλιοθήκη P m1 II
' 2
'2 2
R
' 2
T
U1
P 0
T
m1 0
I
s
'2 2
R
' 2
s
' / s R1 ) 2 ( X 1 X 2 ) 2 ( R2
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。
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。
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。)
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
' 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。
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。
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 ) ]
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。
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。
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？
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。
(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
) 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 ) 。
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：
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