第二十章 异步电动机的功率、转矩和运行性能

第二十章

异步电动机的功率、转矩

和运行性能一、功率关系第一节三相异步电动机功率和转矩关系说明：称为电磁功率。它是通过定转子之间的电磁耦合关系从定子绕组传递到转子绕组的功率。一、功率关系→→根据机械功率关系，在等号两侧同除于机械角速度，得转矩平衡关系：其中称为电磁转矩；

称为空载转矩；称为电动机输出转矩。二、转矩关系其中称为转矩因数。电磁转矩的物理表达式

从异步电动机的电磁转矩物理表达式可以看出：电磁转矩的大小与气隙每极磁通量、转子每相电流以及转子功率因数三者的乘积有关。一、机械特性的参数表达式

根据简化等效电路，把它代入电磁转矩表达式

得到：第二节三相异步电动机的机械特性如果给出、

及阻抗参数，根据

上式机械特性的参

数表达式画出曲线

便为“”

曲线。“T－s”曲线三相异步电动机在电压、频率为额定不变，定转子回路不串任何电路元件条件下的机械特性，称为固有机械（自然）特性。曲线1为电源正序时的；曲线2为电源负序时的曲线。我们只研究电源正序时的情况。二、固有机械特性

机械特性曲线位于坐标的三个象限,第Ⅰ象限：电动状态；第Ⅱ象限：发电状态；第Ⅳ象限：电动机工作在一种电磁制动状态。我们重点研究第Ⅰ象限电动机运行状态。D点（，）为堵转点，或者说叫起动点。C点（、）为电磁转矩最大点；B点为额定运行；A点（，）为理想空载运行点；

在实际额定电磁转矩求解中，通常通过额定输出功率和额定转速，用下面式子来计算：机械特性－－额定电磁转矩点

从机械特性参数表达式求得，令，得到最大电磁转矩:产生最大电磁转矩的转差率称为临界转差率，用表示:机械特性－－最大电磁转矩点推导式中：“＋”号适用于电动机状态；“－”适用于发电机状态。一般情况下，数值远小于的数值，可以忽略的影响，这样上面两式可简化为1）与电压的平方成正比，而和无关；2）与转子回路总电阻大小无关，而和转子回路总电阻的大小成正比；3）过载能力最大电磁转矩与额定电磁转矩的比值：

电动机堵转时的电磁转矩称为堵转转矩，也称起动转矩：与电压的平方成正比；漏电抗越大，堵转转矩越小；

机械特性－－堵转转矩点

堵转转矩倍数定义：堵转转矩与与额定电磁转矩的比值，即：

三、稳定运行问题

当电动机拖动负载稳态运行时，电磁转矩和负载转矩总是大小相等方向相反。如图所示，这时电机运行在“a”或者“b”点都没有什么问题。现在由于某种原因引起波动，当波动消失后，理论分析和实践都发现电机在“a”点继续保持稳定运行，但是不能在“b”点保持稳定运行。理论分析很容易得到，当电机的机械特性和负载特性配合，满足：

那么电机就能稳定运行；反之，电机就不能运定运行。

所谓三相异步电动机的人为机械特性，是指认为降低电机的定子电源电压、频率或者在绕线式转子回路中串附加电阻后获得的异步电动机机械特性。

四、人为机械特性

最常见的是“降低定子电压”、“转子回路串入三相对称电阻”和“改变电源频率”等的人为机械特性。下面我们调用小程序“三相异步电动机机械特性”来分析各种人为机械特性的各自特性。

这些人为机械特性很重要，因为在改善电机的起动性能和调速场合经常用到。但实际使用中，某些参数不易知道，我们可以根据电动机铭牌上的一些数据推导机械特性实用简化公式（忽略定子电阻）。五、机械特性的实用公式其中令

最后可得实用公式：

由于其中

根据铭牌上给出、额定转速和过载能力用转矩实用表达式作出曲线或进行转矩计算。具体使用过程如下：实用公式的实际应用2)利用求出最大电磁转矩；

1）利用和求出额定电磁转矩：3）根据，求出

其中。这样就可利用实用式来计算实际问题了。三相异步电动机的性能指标1）效率为电动机输出功率和输入功率之比，即；2）功率因数异步电动机的功率因数永远小于1；第三节三相异步电动机

的工作特性3）堵转转矩电动机应该有足够大的堵转转矩，否则可能出现无法拖动机械负载起动的情况；4）堵转电流三相异步电动机在加额定电压起动瞬间，由于转子感应很高的电动势，产生很大的电流，因此定子电流也很大，这个电流称为堵转电流；5）过载能力电动机额定运行时，它的过载能力不应小于技术标准规定数据。

三相异步电动机的工作特性是指，在电动机定子绕组加额定电压，额定频率时，电动机的转速、定子电流、功率因数、电磁转矩、效率等与输出功率的关系，即：