感应电机的机械特性和运行特性

电机学

ElectricalMachinery自动化系温志明20121感应电机的特性分析24.1掌握感应电机机械特性24.2了解感应电机的工作特性24.3举例2电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com感应电机机械特性三相异步电动机的机械特性是指在电动机定子电压、频率以及绕组参数一定的条件下，电动机电磁转矩与转速或转差率的关系，即n=ƒ(T)或s=ƒ(T)。机械特性可用函数表示，也可用曲线表示，用函数表示时，有三种表达式：物理表达式、参数表达式和实用表达式。3电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com感应电机机械特性1.异步电动机机械特性三种表达式（1）物理表达式电磁转矩为：4电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com感应电机机械特性异步电动机的转矩系数：转子电流折算值：转子功率因数：物理表达式它反映了不同转速时电磁转矩T与主磁通Φm以及转子电流有功分量之间的关系，此表达式一般用来定性分析在不同运行状态下的转矩大小和性质。5电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com感应电机机械特性（2）参数表达式异步电动机的电磁转矩T与定子每相电压U1平方成正比，若电源电压波动大，会对转矩造成很大影响。6电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com感应电机机械特性机械特性曲线在电压、频率及绕组参数一定的条件下，电磁转矩T与转差率s之间的关系可用曲线表示如图所示。7电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com感应电机机械特性8电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com感应电机机械特性①最大转矩Tm最大转矩Tm是T=ƒ（s）的极值点，最大转矩为：最大转矩对应的临界转差率为：9电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com感应电机机械特性两式中“+”为电动状态（特性在第Ⅰ象限）；“-”为制动状态（特性在第Ⅱ象限）。最大转矩近似表达式通常情况下，可忽略r1，则有：10电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com感应电机机械特性最大转矩与额定转矩的比值称为过载倍数，其值大小反映电动机过载能力，用Km表示，即：一般异步电动机过载倍数Km=1.5～2.2。11电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com感应电机机械特性②起动转矩Tst起动瞬间n=0或s=1时，电动机相当于堵转，这一时刻的电磁转矩称为起动转矩或堵转转矩，用Tst表示，则有：12电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com感应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：一般普通异步电动机起动转矩倍数为0.8～1.2。13电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com感应电机机械特性（3）实用表达式实用表达式：14电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com感应电机机械特性认为，一般异步电动机的，在任何s值时都有：，而

可以忽略，简化得：15电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com感应电机机械特性临界转差率临界转差率：当拖动额定负载时，TL=TN临界转差率为：额定转矩为：16电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com感应电机机械特性2.固有机械特性从产品目录查出该异步电动机的数据PN、nN、Km应用实用公式就可方便得出机械特性表达式。异步电动机的固有机械特性是指U1=U1N，ƒ1=ƒ1N，定子三相绕组按规定方式连接，定子和转子电路中不外接任何元件时测得的机械特性n=ƒ（T）或T=ƒ（s）曲线。对于同一台异步电动机有正转（曲线1）和反转（曲线2）两条固有机械特性。17电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com感应电机机械特性18电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com感应电机机械特性说明特性上的各特殊点(1)同步转速点A

同步转速点又称理想空载点，在该点处：s=1，n=n1，T=0，E2s=0，I2=0，I1=I0，电动机处于理想空载状态。(2)额定运行点B

在该点处：n=nN，T=TN，I1=I1N，I2=I2N，P2=PN，电动机处于额定运行状态。19电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com感应电机机械特性(3)临界点C

在该点处：s=sm，T=Tm，对应的电磁转矩是电动机所能提供的最大转矩。Tmˊ是异步电动机回馈制动状态所对应的最大转矩，若忽略r1的影响时，有Tmˊ=Tm。(4)起动点D

在该点处：s=1，n=0，T=Tst，I=Ist。20电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com当U1＝U1N时，求：T＝f(s)根据简化等效电路：U1·Z1σI1·Im·-I’2·Z’2cZmZ1σ感应电机机械特性21电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com电磁转矩Te与电压、频率、绕组参数、转差率有关。当电压、频率、绕组参数为常数时，电磁转矩仅与转差率有关。T＝f(s)感应电机机械特性22电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.comTes01-∞+∞电动机状态发电机状态电磁制动状态TmaxTstsm临界转差率感应电机机械特性23电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com＋：电动机－：发电机感应电机机械特性24电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com结论：

Tmax∝U12，但sm与U1无关；Tmax、sm∝1/（X1σ＋X’2σ）

Tmax∝1/f12；sm∝1/f1；

Tmax与R’2无关，但sm∝R’2。感应电机机械特性25电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com感应电机机械特性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。26电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com感应电机机械特性（1）降低定子电压的人为机械特性在参数表达式中，保持其它参数不变，只改变定子电压U1的大小，可得改变定子电压的人为机械特性。讨论电压在额定值以下范围调节的人为特性（为什么？）27电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com感应电机机械特性Tm∝U12；Tst∝U12；n1和sm与电压无关28电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com感应电机机械特性（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sm、起动转矩Tst都变小29电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com感应电机机械特性30电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com感应电机机械特性定子回路串入对称电抗的人为机械特性如果定子回路串入对称的电抗，同步转速n1仍不变，但临界转矩Tm、临界转差率sm、起动转矩Tst也都变小。两种接线可实际应用于鼠笼式异步电动机的起动，以限制起动电流。31电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com感应电机机械特性32电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com感应电机机械特性（3）转子回路串入对称电阻的人为机械特性33电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com感应电机机械特性分析当转子电阻r2增大时，同步转速n1和临界转矩Tm不变，但临界转差率sm变大，起动转矩Tst随转子电阻r2增大而增大，直至Tst=Tm当转子电阻r2再增大时，起动转矩Tst反而减小。转子串入对称三相电阻的方法应用于绕线式异步电动机的起动和调速。34电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com感应电动机的

转矩-转差率特性Tes01smU1U’1U”1U1>U’1>U’’1R”2>R’2>R2R2TmaxR’2R”2Tmax∝U12sm∝R2重点0Tes135电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com感应电动机的起动转矩绕线型转子36电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com电磁转矩的几种计算公式简化定义基本参数37电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com不稳定运行区稳定运行区感应电动机的机械特性根据：n＝n1（1-s）T＝f（s）→n＝f（T）TenOnsTeTL稳定运行条件：感应电动机的稳定运行区域：从同步点到最大电磁转矩一段。38电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com机械特性39电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com感应电动机的工作特性前提条件U1＝U1N，f1＝fN工作特性转速特性：n＝f(P2)定子电流特性：I1＝f(P2)功率因数特性：cosφ1＝f(P2)电磁转矩特性：T＝f(P2)效率特性：η＝f(P2)P2On＝f(P2)I1＝f(P2)I10cosφ1＝f(P2)T＝f(P2)T0η＝f(P2)40电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com感应电动机工作特性的求取直接负载法：利于负载实验，计算工作特性，适用于中小容量的感应电动机；参数计算法：在电动机参数已知的情况下，利用等效电路，通过迭代方法，计算工作特性和运行数据。41电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com感应电动机的主要性能指标额定效率ηN（75%～95%）额定功率因数cosφN（0.75～0.92）最大转矩倍数kT（1.6～3.0）起动转矩倍数kst（1.6～3.0）起动电流倍数i*st（5.0～7.0）42电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com分析题一台感应电动机，过载能力kT=1.6。当电网电压下降15％时，问感应电机能否正常