第六章三相异步电动机的电力拖动
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A点n= n1 ，T=0,为理想空 载运行点。C点是电磁转 矩最大点
D点n=0，转矩为TS，是起 动点（见图 ）。
2. 最大电磁转矩:
正、负最大电磁转矩可以从参数表达式求得，令
dT 0 ds
得到最大电磁转矩:
Tm 4f1 r1
3 pU12 r12 (x1 x2 )2
最大转矩对应的转差率称为临界转差率
该式虽不显含转差率 s ，但式中的Φm 、I2 ,及φ2 都是 s 的函数。可以定性地分析出机械特性曲线 的大致形状。
1. I2 与 s 的关系：
I
wk.baidu.com
' 2
U1
(r1
r2' )2 s
(x1
x2' )2
• s 较小时， I2 与 s 成正比地增
加； • s 较大时，I2 增加逐步减慢，最 后基本保持不变。
sm 与 U1 的降低无关。
n1
异步电动机降低U1 时的人为机械特性
降低定子端电压对电动机的影响
• 过载能力下降； • 负载电流上升； 从机械特性物理表达式进行分析，因为电网电压 下降，电动机气隙磁通下降，所以在电动机带一 定负载转矩情况下，转子电流增加。
T CT m I2 cos2
2．转子回路串三相对称电阻的人为机械特性:
特性。
T
3 pU12
r2 s
2f1
r1
r2 2 s
(x1
x2
)2
Tst
2f1
(r1
3 pU12r2 r2)2 (x1
x2
)2
Tm 4f1 r1
3 pU12 r12 (x1 x2 )2
sm
r2 r12 x1 x2 2
最大转矩 Tm 及起动转矩 Tst 与 U12 成正 比地降低；
固有机械特性：异步电动机在电压、频率 均为额定值不变，定、转子回路不串入任 何阻抗时的机械特性。如图：
可以看出异步电动机固有机械特性不是 一条直线，它具有以下特点：
（Ⅰ1）象在限0，≤S电≤1磁，转即矩T0和≤ 转n≤速nn1的都范为围正内，，从特正性方在向第规 定判断，T与n同方向，如图所示。电动机工作在 这范围内是电动状态。这也是我们分析的重点；
称为异步电动机的机械特性。
n1
T CT m I2 cos2
机械特性的物理表达式，反映了不同转 速时 T 与 Φm 及转子电流的有功分量
I2 cosφ2 间的关系；
在物理上，这三个量的方向遵循左手定 则。
二、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。
过载倍数：最大电磁转矩与额定电磁转 矩的比值，又称过载能力，用λm表示：
m
Tm TN
一般三相异步电动机λm =1.6～2.2，起重、 冶金用的异步电动机λm =2.2～2.8。
3. 起动转矩:
满足n=0，s=1的电磁转矩，将s＝1代入，得到起
动转矩为:
Tst
2f1
3 pU12r2 (r1 r2)2 (x1
第六章 三相异步电动机 的电力拖动
本章主要研究三相异步电动机的 机械特性及在各种运转状态下机 械特性的计算。
6.1 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定子电压、 频率和参数固定的条件下，电磁转矩 T 与转速n （或转差率 s）之间的函数关系。
一、机械特性的物理表达式
T CT m I2 cos2
sm
r2 r12 x1 x2 2
一般情况下，r12 值不超过
忽略。这样一来，有:
x1
x2
2 的5%，可以
Tm
3 pU12
4f1( x1 x2
)
sm
( x1
r2 x2 )
也就是说，异步发电机状态和电动机状态的最大
电磁转矩绝对值可近似认为相等，临界转差率相 等，机械特性具有对称性。
拖动恒转矩负载和泵类负载运行时均能稳定运 行；
当 sm＜s＜1，机械特性上翘，拖动恒转矩负载
不 处能dT稳/d定n<运d行TL；/dn拖的动条泵件类，负即载可时以，稳满定足运T行=T；L 但是由于这时候转速低，转差率大，转子电动
势 E2s=sE2 比正常运行时大很多，造成转子电 流、定子电流均很大，不能长期运行。
T
PM 1
PM
2n1
3I 2 2
r2 s
2f1
60
p
由异步电动机的近似等效电路：
I 2
U1
r1
r2 s
2
(x1
x2 ) 2
代入电磁转矩公式中，即得机械特性的参数表达
式:
T
3 pU12
r2 s
2f1
r1
r2 2 s
(x1
x2
)2
三、固有机械特性
1. 固有机械特性曲线:
由机械特性的表达式，可作出相应的特性 曲线。根据条件 的不同，特性曲线又可以 分为固有机械特性曲线和人为特性曲线。
因此三相异步电动机长期稳定运行的范围为
0＜s＜ sm 。
四、人为机械特性
改变一些参数所得机械特性曲线更满足用户的需要， 即为人为机械特性曲线。
1. 降低定子端电压的人为机械特性:
保持其参数都不变，只改变定子电压的大小时的机
械特性。由于电机的磁路在额定电压下已近饱和，故
不宜再升高电压。只讨论降低定子端电压时的人为机械
绕线式三相异步电动机通过滑环，将三相对称电 阻串入转子回路，而后三相再短路。
x2 )2
从式中看出，Tst 与电压平方成正比，而且转子电 阻越大，起动转矩越大；漏电抗越大，起动转矩
越小。
起动转矩倍数：起动转矩与额定转矩的比值
称为起动转矩倍数，用 KT 表示：
KT
Tst TN
电动机起动时，只有Tst大于负载转矩才可顺利起 动。
4. 稳定运行问题:
机械特性上看，当 0＜s＜ sm 机械特性下斜，
n1
2. cosφ2 与 s 的关系：
r2
cos2
s
(
r2 s
)2
x2
2
r2 r22 s2 x2 2
cos2
• s = 0，cos φ2 = 1;
• 随着 n 的逐步下降，s 增加， cos φ2 将逐步下降。
3. 合成曲线：
两 S 条增曲大线而相降乘低，，并见乘教以材常）数,即C得TnΦ=mf((实T)际的上曲Φ线m随，
（2）在s＜0范围内，n＞ n1，特性在第Ⅱ象限，电
磁转矩为负值，是制动性转矩，电磁功率也是负 值，是发电状态，如图左上部所示,机械特性在 S
＜0和s＞0两个范围内近似对称；
（3）在s＞1范围内，n＜0，
特性在第Ⅳ象限，T＞0，
也是一种制动状态，如 图右下部所示。
B点为额定运行点，其电磁 转矩与转速均为额定值。
D点n=0，转矩为TS，是起 动点（见图 ）。
2. 最大电磁转矩:
正、负最大电磁转矩可以从参数表达式求得，令
dT 0 ds
得到最大电磁转矩:
Tm 4f1 r1
3 pU12 r12 (x1 x2 )2
最大转矩对应的转差率称为临界转差率
该式虽不显含转差率 s ，但式中的Φm 、I2 ,及φ2 都是 s 的函数。可以定性地分析出机械特性曲线 的大致形状。
1. I2 与 s 的关系：
I
wk.baidu.com
' 2
U1
(r1
r2' )2 s
(x1
x2' )2
• s 较小时， I2 与 s 成正比地增
加； • s 较大时，I2 增加逐步减慢，最 后基本保持不变。
sm 与 U1 的降低无关。
n1
异步电动机降低U1 时的人为机械特性
降低定子端电压对电动机的影响
• 过载能力下降； • 负载电流上升； 从机械特性物理表达式进行分析，因为电网电压 下降，电动机气隙磁通下降，所以在电动机带一 定负载转矩情况下，转子电流增加。
T CT m I2 cos2
2．转子回路串三相对称电阻的人为机械特性:
特性。
T
3 pU12
r2 s
2f1
r1
r2 2 s
(x1
x2
)2
Tst
2f1
(r1
3 pU12r2 r2)2 (x1
x2
)2
Tm 4f1 r1
3 pU12 r12 (x1 x2 )2
sm
r2 r12 x1 x2 2
最大转矩 Tm 及起动转矩 Tst 与 U12 成正 比地降低；
固有机械特性：异步电动机在电压、频率 均为额定值不变，定、转子回路不串入任 何阻抗时的机械特性。如图：
可以看出异步电动机固有机械特性不是 一条直线，它具有以下特点：
（Ⅰ1）象在限0，≤S电≤1磁，转即矩T0和≤ 转n≤速nn1的都范为围正内，，从特正性方在向第规 定判断，T与n同方向，如图所示。电动机工作在 这范围内是电动状态。这也是我们分析的重点；
称为异步电动机的机械特性。
n1
T CT m I2 cos2
机械特性的物理表达式，反映了不同转 速时 T 与 Φm 及转子电流的有功分量
I2 cosφ2 间的关系；
在物理上，这三个量的方向遵循左手定 则。
二、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。
过载倍数：最大电磁转矩与额定电磁转 矩的比值，又称过载能力，用λm表示：
m
Tm TN
一般三相异步电动机λm =1.6～2.2，起重、 冶金用的异步电动机λm =2.2～2.8。
3. 起动转矩:
满足n=0，s=1的电磁转矩，将s＝1代入，得到起
动转矩为:
Tst
2f1
3 pU12r2 (r1 r2)2 (x1
第六章 三相异步电动机 的电力拖动
本章主要研究三相异步电动机的 机械特性及在各种运转状态下机 械特性的计算。
6.1 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定子电压、 频率和参数固定的条件下，电磁转矩 T 与转速n （或转差率 s）之间的函数关系。
一、机械特性的物理表达式
T CT m I2 cos2
sm
r2 r12 x1 x2 2
一般情况下，r12 值不超过
忽略。这样一来，有:
x1
x2
2 的5%，可以
Tm
3 pU12
4f1( x1 x2
)
sm
( x1
r2 x2 )
也就是说，异步发电机状态和电动机状态的最大
电磁转矩绝对值可近似认为相等，临界转差率相 等，机械特性具有对称性。
拖动恒转矩负载和泵类负载运行时均能稳定运 行；
当 sm＜s＜1，机械特性上翘，拖动恒转矩负载
不 处能dT稳/d定n<运d行TL；/dn拖的动条泵件类，负即载可时以，稳满定足运T行=T；L 但是由于这时候转速低，转差率大，转子电动
势 E2s=sE2 比正常运行时大很多，造成转子电 流、定子电流均很大，不能长期运行。
T
PM 1
PM
2n1
3I 2 2
r2 s
2f1
60
p
由异步电动机的近似等效电路：
I 2
U1
r1
r2 s
2
(x1
x2 ) 2
代入电磁转矩公式中，即得机械特性的参数表达
式:
T
3 pU12
r2 s
2f1
r1
r2 2 s
(x1
x2
)2
三、固有机械特性
1. 固有机械特性曲线:
由机械特性的表达式，可作出相应的特性 曲线。根据条件 的不同，特性曲线又可以 分为固有机械特性曲线和人为特性曲线。
因此三相异步电动机长期稳定运行的范围为
0＜s＜ sm 。
四、人为机械特性
改变一些参数所得机械特性曲线更满足用户的需要， 即为人为机械特性曲线。
1. 降低定子端电压的人为机械特性:
保持其参数都不变，只改变定子电压的大小时的机
械特性。由于电机的磁路在额定电压下已近饱和，故
不宜再升高电压。只讨论降低定子端电压时的人为机械
绕线式三相异步电动机通过滑环，将三相对称电 阻串入转子回路，而后三相再短路。
x2 )2
从式中看出，Tst 与电压平方成正比，而且转子电 阻越大，起动转矩越大；漏电抗越大，起动转矩
越小。
起动转矩倍数：起动转矩与额定转矩的比值
称为起动转矩倍数，用 KT 表示：
KT
Tst TN
电动机起动时，只有Tst大于负载转矩才可顺利起 动。
4. 稳定运行问题:
机械特性上看，当 0＜s＜ sm 机械特性下斜，
n1
2. cosφ2 与 s 的关系：
r2
cos2
s
(
r2 s
)2
x2
2
r2 r22 s2 x2 2
cos2
• s = 0，cos φ2 = 1;
• 随着 n 的逐步下降，s 增加， cos φ2 将逐步下降。
3. 合成曲线：
两 S 条增曲大线而相降乘低，，并见乘教以材常）数,即C得TnΦ=mf((实T)际的上曲Φ线m随，
（2）在s＜0范围内，n＞ n1，特性在第Ⅱ象限，电
磁转矩为负值，是制动性转矩，电磁功率也是负 值，是发电状态，如图左上部所示,机械特性在 S
＜0和s＞0两个范围内近似对称；
（3）在s＞1范围内，n＜0，
特性在第Ⅳ象限，T＞0，
也是一种制动状态，如 图右下部所示。
B点为额定运行点，其电磁 转矩与转速均为额定值。