14电机与电气控制技术教案

14电机与电气控制技术教案班级周次

时间节次

情境名称情境四异步电动机及其继电接触掌握

教学任务

（课题名

称）

任务四三相异步电动机的机械特性课时安排2（100分钟）

教学目的1.了解三相异步电动机的固有机械特性；

2.了解三相异步电动机的人为机械特性。

教学目标

力量（技能）目标学问目标情感目标1.了解三相异步电动机的固有机械特

性；

2.了解三相异步电动机的人为机械特

性。

1.三相异步电动机的固有机

械特性；

2.三相异步电动机的人为机

械特性。

1.养成仔细认真的

工作习惯

2.培育严谨认真的

工作作风

重点难点教学重点：1.三相异步电动机的固有机械特性；2.三相异步电动机的人为机械特性。教学难点：1.三相异步电动机的固有机械特性；2.三相异步电动机的人为机械特性。难点化解：老师分析公式，深化浅出的讲解，同学互学。

教学环境知行楼（）实训室（）教学用具黑板、多媒体教学资源北京邮电高校《电机与电气掌握技术》资源包

参考资料1.教材：《电机与电气掌握技术》曲昀卿主编北京邮电高校出版社

2.参考网站：中国低压电器网电工论坛电机与电气掌握技术精品课网站（廊坊职院）

教学方法讲授法教学手段老师引导同学思索、

把握

教学内容（描述）教学设计

1.了解三相异步电动机的固有机械特性；

2.了解三相异步电动机的人为机械特性。

1.内容和目标分析：

本节内容是后续内容学习的基础，较为重要，应尽量结合电机公式进行讲解，以便同学对电机的固

有特性和人为特性有更深化的理解。

2.学情分析：

同学普遍存在的问题是理解困难，但同学普遍对实践较感爱好；

3.教学策略：

老师对比电机公式，深化浅出的讲解，同学争论互学。

教学过程

教学环节

（时间分

老师活动（任务）同学活动（任务）备注

配）

组织教学

（2分钟）

维持纪律、清点人数等快速进入上课状态

复习回顾（4分钟）回顾相关学问点

1.三相异步电动机的空载、负载。

乐观回答为题并将把握不

透的地方进行补充记录

新课导入（4分钟）

通过回顾特种变压器——引入本节课目标、内容—

三相异步电动机的固有机械特性、人为机械特性。

仔细听讲、乐观思索并跟随

老师思路。

任务实施（80分钟）

任务一三相异步电动机的固有机械特性40分钟

活动设计:

结合预习效果，引导同学理解、学习三相异步电动

机的固有机械特性特性。

1.三相异步电动机的机械特性（固有机械特性）

是指电动机电磁转矩Tem与转速n之间的关系，即n

=f(Tem)。由于异步电动机的转速n与转差率s之间存在

着肯定的关系，所以异步电动机的机械特性通常也用

s=f(Tem)的形式表示。

感应电动机的固有机械特性

2.固有特性分析

三相感应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频率下，按规定的接线方式接线，

仔细听讲，做好笔记

并乐观回应老师的引导和

所提出的问题。

结合图示推导理解（特别重

要），明确各物理量的含义

和单位

理解各示意图的特点和含

义

仔细听讲，做好笔记

并乐观回应老师的引导和

所提出的问题。

定、转子外界电阻为零时，n与Tem的关系。依据电磁转矩的参数表达式可绘出感应电动机的固有机械特性。

当同步转速n1为正时，机械特性曲线跨越第一、二、四象限。第一象限，旋转磁场的转向与转子转向全都，而0n1，故s0，电动机处于发电动机运行状态；第四象限，旋转磁场的转向与转子转向相反，n1>0，n1，此时Tem>0，电动机处于电磁制动运行状态

三相异步电动机的第一像限的机械特性曲线有3个运行点值得关注，即图中的A、B、C3点。1)同步转速点A

是电动机的抱负空载点，即转子转速达到了同步转速。此时：Tem=0，n=n1=60f1／p，s=0。转子电流I2=0，明显，假如没用外界转矩的作用，异步电动机是不行能运行于这一点的。2)最大转矩点B

是机械特性曲线中线性段(A—B)与非线性段(B—C)的分界点，此时，电磁转矩为最大值Tmax，相应的转差率为sm。通常状况下，电动机在线性段上工作是稳定的，而在非线性段上工作是不稳定的，因此，称sm为临界转差率。

Tmax点由于是Tem-s曲线的最大点，所以可用对上式求导，并令其导数为0的方法求得临界转差率为

()2

2121

r

mXXRRsσ

σ'++'±

=

把上式代入转矩方程中，得最大转矩

())XXRRf(4UpmT2

2121

12

1

11meσ

σπ'+++

±±

=

式中“+”号适用于电动运行状态(第一象限)；“-”号

适用于发电动机运行状态或回馈制动运行状态(其次象限)。

从以上两式可得出以下结论：

①最大转矩Tmax与定子电压UI的平方成正比，而sm与UI无关；

②Tmax与转子电阻无关，sm与R2’成正比；③Tmax和sm都近似与(X1+X2’)成反比；

④若忽视R1，最大转矩Tmax随频率增加而减小，且正比于221)f/(U。

为了保证电动机的稳定运行，不至于因短时过载而

仔细听讲，做好笔记并乐观回应老师的引导和所提出的问题。

停止运转，要求电动机有肯定的过载力量。异步电动机的过载力量用最大转矩Tmax与额定转矩TN之比来表示，称为过载力量或过载倍数，用λm表示，即NmmTT=λ

过载倍数λm是异步电动机的主要性能技术指标。通常异步电动机的过载倍数λm=1.8～2.2，起重冶金用电动机λm=2.2～2.8。3)起动点C在C点s=l，n=0，电磁转矩为起动转矩Tst。把s=1代入参数表达式中可得()()

2112r11r

2

11stXXRRf2RpUmTσ

σπ'++'+'=由上式可得以下结论：①Tst与电压U1的二次方成正比。②在肯定范围内，增加转子回路电阻R2’，可以增大起动转矩Tst。③电抗参数(X1+X2’)越大，Tst就越小。异步电动机的起动转矩Tst与额定转矩TN之比用起动转矩倍数Km来表示，即NstmTTK=

起动转矩倍数Km也是笼型异步电动机的重要性能指标之一。起动时，当Tst大于负载转矩T2，电动机才能起动。一般将异步电动机的特性曲线分为两部分：①转差率0～sm部分：在这一部分，Tem与s的关系近似成正比，即s增大时，Tem也随之增大，依据电力拖动系统稳定运行的条件，可知该部分是异步电动机稳定运行区。只要负载转矩小于电动机的最大转矩Tmax，电动机就能在该区域中稳定运行。②转差率sm～1部分：在这一部分，Tem与s的关系近似成反比，即s增大时，Tem反而减小，与0～sm部分的结论相反，该部分为异步电动机的不稳定运行区(风机、泵类负载除外)。任务二三相异步电动机的人为机械特性40分钟人为转变电动机的某个参数后所得到的机械特性，称为人为机械特性，如转变U1、f1、p，转变定子回路电阻或电抗，转变转子回路电阻或电抗，等等。

仔细听讲，做好笔记并乐观回应老师的引导和所提出的问题。

感应电动机降低电压时的人为特性

1.降低定子端电压的人为特性

电动机的其他参数都与固有特性相同，仅降低定子

端电压，这样所得到的人为特性，称为降低定子端电压

的人为特性，其特点如下：

1)降压后同步转速n1不变，即不同U1的人为特性

都通过固有特性上的同步转速点。

2)降压后，最大转矩Tmax随21U成比例下降，但是

临界转差率sm不变，为此，不同U1时的人为特性的临界

点的变化规律如图4-15所示。

3)降压后的起动转矩

st

T'也随21U成比例下降。

转子串接对称电阻时的人为特性

2．转子回路串对称三相电阻的人为特性

对于绕线转子异步电动机，假如其他参数都与固有

特性时一样，仅在转子回路中串入对称三相电阻

Ω

R，所

得的人为特性，称转子回路串对称三相电阻的人为特性。

仔细听讲，做好笔记

并乐观回应老师的引导

和所提出的问题。

仔细听讲，做好笔记

并乐观回应老师的引导

和所提出的问题。

转子串电阻的人为特性曲线有特点如下：1)n1不变，所以不同ΩR的人为特性都通过固有特性

的同步转速点。2)临接转差率sm会随转子电阻的增加而增加，但是Tmax不变。为此，不同ΩR时的人为特性如图5.3所示。3)当ms'＜1时，起动转矩Tst随着ΩR的增加而增加；但是，当ms'＞1时，起动转矩Tst随ΩR的增加反而减小。3．机械特性的使用表达式机械特性的参数表达式清晰地表达了转矩与转差率与电动机参数之间的关系，用它分析各种参数对机械特性的影响是很便利的，但由于异步电动机的参数必需通过试验求得，因此在应用现场难以做到。而且在电力拖动系统运行时，往往只需要了解稳定运行范围内的机械特性。此时，可利用产品样本中给出的技术数据：过载力量λm，额定转速nN和额定功率PN等来得到电磁转矩Tem和转差率s的关系式。

由于在机械特性的参数表达式中()211XXRσσ'+?，所以

()()???

?

??+='+≈

'+'≈

????

????'++?????''≈

ssss/2TTXXf4pUmTXXRsXXsRf2s

/RpUmTmmmem2112

1

1m21r

m2212rr211emσ

σσ

σσ

σππ只要知道Tm和sm，就可以求出Tem和sm的关系。

Nm

mTT=λN

N

NnP9550

T=当s=sN时，Tem=TN，得

???

???+=ssss/2TTmmmem

=m

1

λ

仔细听讲，做好笔记并乐观回应老师的引导和所提出的问题。

考核评价

（5分钟）

以小组为单位组织