三相交流异步电机的机械特性

时间：2022-10-02 百科知识版权反馈

【摘要】：三相交流异步电机的机械特性是分析电机起动、调速和制动的基础，是研究电机带负载起动能力和过载能力的理论基础。三相交流异步电机的机械特性是指加在定子绕组上的电压和频率为常数时，电机转子转速n与电磁转矩T之间的关系。

三相交流异步电机的机械特性是分析电机起动、调速和制动的基础，是研究电机带负载起动能力和过载能力的理论基础。

一、三相交流异步电机的电磁转矩

三相交流异步电机的机械特性是指加在定子绕组上的电压和频率为常数时，电机转子转速n与电磁转矩T之间的关系。

1. 电磁转矩的物理表达式

由于三相交流异步电机的电磁转矩是由转子电流与旋转磁场相互作用而产生的，所以，电磁转矩的大小与磁通量的大小及转子电流的有功分量成正比，即

Te＝k TΦI2cosϕ2（1－72）

式中，Te为电磁转矩；k T为电磁转矩常数；I2cosϕ2为转子电流的有功分量；

在式（1－72）中，I2和cosϕ2都是随转差率s的变化而变化，因此电磁转矩也随转差率的变化而变化。

2. 电磁转矩的参数表达式

电磁转矩的物理表达式，没有反映电磁转矩的一些外部条件，如电源电压U1、转子转速n2以及转子电路参数之间的关系，为了能够直接反映这些因素对电磁转矩的影响，经过推导（过程略），最后得出：

Te＝K′TU21（1－73）

式（1－73）具体显示了电磁转矩与外加电压U1、转差率s，以及与转子绕组的电阻R2和漏感抗X20之间的关系。

若定子电路的外加电压U1及其频率f1为定值，则R2和X20均为常数，因此，电磁转矩仅随转差率s而改变。把不同的s值（0～1）代入式（1－73）中，便可绘制出转矩曲线，如图1－57所示。

图1－57 三相交流异步电机转矩特性曲线

从特性曲线可以看出，当s＝1时，即起动时，转子和旋转磁场之间的相对运动虽然最大，但是电机的电磁转矩并不是最大。这是因为，起动时虽然转子中感应电流I2最大，但cosϕ2却很小，它们的乘积I2cosϕ2不是很大，所以这时的电磁转矩不大。

3. 电磁转矩的实用表达式

式中，Tm为最大电磁转矩，Tm＝K′T；sm为临界转差率，sm

二、三相交流异步电机的机械特性

1. 固有机械特性分析

在电力拖动中，为了便于分析，常把T＝f（s）曲线变换为n＝f（T）曲线，n＝f（T）曲线称为电机的机械特性曲线，它反映了电机电磁转矩和转速之间的关系。若把T＝f（s）曲线中的横坐标s换算成转子的转速n，并按照顺时针方向转过90°，即可看到异步电机的机械特性曲线，如图1－58所示。

图1－58 三相交流异步电机的机械特性曲线

机械特性曲线分为以下两个区域：

（1） AB区域：在这个区域内，电机的转速n较高，s值较小。随着n的减小，I2的增加大于cosϕ2的减小，因而乘积I2cosϕ2增加，这使电磁转矩随转子转速的下降而则增大。

（2） BC区域：在这个区域内，电动机的转速n较低，s值较大。随着n的减小，I2的增加小于cosϕ2的减小，因而乘积I2cosϕ2减小，这使电磁转矩随转子转速的下降而则减小。

电机在接通电源刚起动的一瞬间，n＝0，s＝1，此时的转矩称为起动转矩Tst。当起动转矩大于电机轴上的负载转矩时，转子便旋转起来，并逐渐加速，电机的电磁转矩沿着n＝f（T）曲线的C→B区域上升，经过最大转矩Temax后又沿着B→A区域逐渐下降，直至Te等于负载转矩TL时，电机就以某一转速等速旋转。由此可见，只要异步电机的起动转矩大于轴上负载转矩，一经起动，便立即进入机械特性曲线的AB区域稳定地运行。

当电机稳定工作在AB区域后，如果负载增大，此时电机的转速下降，电磁转矩上升，从而与增加后的负载转矩保持在新的平衡点上。如果负载转矩的增加超过了最大转矩点，电机的转速将急剧下降，直到n＝0 “停车” 为止。因此，电机的工作区域都是在曲线AB之间，称此段为稳定工作区，而CB区域则是不稳定区。

机械特性曲线除了包含上述两个区域外，还有三个特殊点，即Tst、Temax、TN三点。TN是电机的额定转矩，它是电机轴上长期稳定输出转矩的最大允许值。由前述分析可知，TN应小于它的最大转矩Temax，如果把额定转矩设计得很接近最大转矩，则电机略为过载，导致停车。为此，要求电机应具备一定的过载能力。所谓过载能力，就是最大转矩Temax与额定转矩TN的比值，因此又称为电机的过载系数：

λm＝（1－75）