异步电动机的电磁转矩和机械特性(精)

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。

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。

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
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。

异步电动机的电磁转矩和机械特性电磁转矩是异步电动机的驱动转矩，本节专题研究之。

一、电磁转矩•基本公式：•与直流电机类似的公式：••根据简化等效电路算出转子电流：•电磁转矩的实用公式：二、机械特性•电动机的机械特性是指电磁转矩与转速之间的关系曲线。

•异步电动机的机械特性就是T-s曲线。

•几个关键点：o起动点o最大转矩点o额定工作点•电动，发电，制动三种运行状态三、最大转矩，过载能力•异步电动机的T-s曲线上有一个最高点；•最大转矩可以根据高等数学中求极值的方法求得。

o令：，求得：o带入转矩公式，可得：•过载能力：最大转矩与额定转矩之比：；（一般在1.6--2.2之间，起重，冶金电动机2-3）•几个重要结论：o最大转矩与电网电压的平方成正比；o最大转矩近似于漏电抗反比o最大转矩的位置可以由转子电阻的大小来调整；o最大转矩的值与转子电阻值没有关系。

•异步电动机调节转子电阻时机械特性的变化。

（看动画T-s）四、异步电动机的起动转矩，起动转矩倍数•作出起动时（s=1)的等效电路，可以直接求得起动电流和起动转矩。

•起动电流指起动瞬间电机从电网吸收的电流,•起动转矩则是起动瞬间电动机的电磁转矩：•如果希望起动转矩等于最大转矩，则：令sm = 1,可得：•对绕线式电动机：以上电阻指的是转子每相电阻与外串电阻之和。

另，实际电阻应反折算。

•几个重要结论：o异步电动机的起动转矩与电压的平方成正比；o总漏抗越大，起动转矩越小；o绕线式异步电动机可以在转子回路串入适当的电阻一增大起动转矩；o当时，起动转矩最大。

五、转矩的实用计算公式：•通过名牌数据求取电动机转矩的方法:•。

交流异步电动机电磁关系与机械特性1、异步电动机与变压器区别（1）三相异步电动机的电磁关系与变压器相似之处：1）变压器原、副绕组是与同一主磁通Φ相交链，异步电动机中定子和转子绕组与同一旋转磁通Φ相交链。

因此异步电动机中定子和转子绕组相当于变压器的原、副绕组。

2）变压器：Φ变化→e U1≈E1=4.44f N1Φ；异步机：Φ旋转→e U1≈E1=4.44f N1Φ。

3）变压器：I2增大→I1增大，以保持Φ基本不变和达到传递能量目的；异步机：当负载增加时，转子电流I2增大→I1增大，以保持Φ基本不变和达到传递能量目的。

（2）三相异步电动机与变压器的不同之处：1）变压器是静止的；而异步机是旋转的。

2）变压器的磁路是无气隙的。

而异步机中的定子和转子之间是有不大的气隙。

3）变压器中原、副绕组的感应电动势同频率相同。

而异步机中转子感应电动势的频率是随转子转速改变。

2、三相异步电动机电路分析（1）三相异步电动机电路由定子、转子两部分组成。

1）定子电路关系有1111111-)(-E E X I j R I U ≈++=1111444U ΦN f .E ≈=（2）转子电路关系1000026060)(sf pn n n n n n p f =⨯-=-=121222444444sE ΦN sf .ΦN f .E ===2222I jX I R E +=202σ222sX L f X ==π220222)(cos sX R R +=ϕ2202220222222)(sX R sE X R E I +=+=3、转矩关系与机械特性（1）电磁转矩为22022212)(sX R U sR K T +=该式称为三相异步电动机的电磁转矩与机械特性关系，即n =f （T ），其曲线称为机械特性曲线，如图1.1所示。

（2）三个重要转矩1）额定转矩为NN N 9550n P T =2）最大转矩为2021max 2X U K T=3）起动转矩为图1机械特性曲线22022212st X R U R K T +=（4）转矩平衡和能量关系1）转矩平衡关系为220T T T T ≈+=式中，T 为电动机的电磁转矩；T 0为摩擦转矩，一般很小；T 2为电动机的输出转矩，即负载转矩。