1、4 三相异步电动机的转矩与机械特性一、转矩公式的导出设电磁功率为 P，旋转磁场的角速度为0。电磁转矩（简称转矩）T 是三相异步电动机的最重要的物理量之一，是由旋转磁场与转子电流间的相互作用而形成的。60200nPPT运用力学分析，可得到转矩 T 与电磁功率 P 的关系为式中 n0 是旋转磁场的转速旋转磁场SNnn0n0转FI2r子I2电动机的转矩则22cosIKTmT其中，KT 是与电动机结构有关的常数，也称为转矩常数；m 是通过电动机每相绕组的磁通最大值。由于电动机的转子电路是感性的，则电动机的电磁功率P与转子电路的功率因数 cos2 有关。220222144.4sXRNfsm可知mEP22
2、22222XREI另有：+转子电路模型-2fR22E2I2jXmNfE22244.4mNfs2144.4依据22cosIP 另2202220sXRsE每相定子电路的相电压mNf.EU1111444磁通最大值111111144.444.4UNfUNfEm2202222)(cossXRR转子电路的功率因数则，转矩的表达式可改写为：22022212)(sXRUsRKT式中 K 是一常数。由此可见，转矩 T 与定子每相电压U1、转差率s 及转子电阻R2有关二、电动机的机械特性曲线转矩 T 与转差率 s 的关系曲线或转速 n 与转矩 T的关系曲线，统称为电动机的机械特性曲线。1、转矩 T 与转差率 s
3、的关系22022212sXRUsRKT当 s 较小，sX20 R2时：220212sXUKRT sTsT1TsnNn0n0TmaxTstTN10图 4.1三相异步电动机的 T=f(s)曲线sm最大转矩起动转矩额定转矩2.转速 n 与转矩 T 的关系图4.2 是转速 n与转矩T的特性曲线，电动机通常工作在特性曲线的 ab段。负载负载转矩转子转速 n转差率 s转子电流 I2 电动机转矩ab段较为平坦，负载在空载和额定值之间变化时，电动机具有转子转速变化不大的特性，这一特性称作电动机的硬机械特性。nTnNn0baTmaxTstTN0图4.2 n与T的特性曲线三.分析电动机的三个转矩 1.额定转矩TN
4、记 Tc 为电动机的阻转矩。电动机在等速运行时的转矩 T 应满足设电动机（轴上）输出的机械功率为 P2；转子的旋转角速度为2。CTT 02TT 2T机械负载转矩空载损耗转矩6022n弧度/秒 （r/s）则6022222nPPTT电动机工作于额定电压和额定负载时的工作状态称作额定状态。额定状态时，电动机输出的机械功率称为额定输出功率。额定状态时，电动机的转矩称作额定转矩，以TN 表示。功率 P2用千瓦为单位时：nPTT229550牛米（N m）功率 P2用瓦为单位时：nPTT2255.9牛米（N m）转子转速（转转子转速（转/分钟）分钟）输出功率，单位：瓦！输出功率，单位：瓦！转子转速（转转子转
5、速（转/分钟）分钟）输出功率，单位：千瓦！输出功率，单位：千瓦！电动机的额定转矩为：NNNnPT29550牛米（N m）额定输出功率，单位：千瓦！额定转速（转/分钟）NNNnPT255.9牛米（N m）额定输出功率，单位：瓦！额定转速（转/分钟）2.最大转矩 Tmax与过载系数在 T=f(s)特性曲线上，转矩 T 存在一个最大值 Tmax，称为电动机的最大转矩（或称为临界转矩）。由22022212sXRUsRKT解得202XRsm令0dsTd0)(22022212 sXRUsRKdsd即图4.4三相异步电动机的 T=f(s)曲线TsnNn0n0TmaxTstTN10sm最大转矩最大转矩时转差率
6、2021max2XUKTTmss分析讨论：（1）TmaxU12，最大转矩与定子绕组的相电压的平方成正比，而与转子电阻 R2 无关。（2）当负载转矩大于最大转矩时，电动机将带不动负载而停转，即发生所谓的闷车现象。（3）最大转矩是电动机允许短时过载的能力。最大转矩 Tmax 与额定转矩 TN 之的比值，称作电动机的过载系数，用表示。即NTTmax一般，过载系数：2.28.13.起动转矩 Tst电动机刚起动（n=0，s=1）时的转矩称为起动转矩，以 Tst 表示。已知转矩公式为22022212sXRUsRKT代入 s=1 得22022212XRURKTst可见，起动转矩的大小与电源电压和转子电阻的大
7、小有关。TsnNn0n0TmaxTstTN10sm图4.5三相异步电动机的 T=f(s)曲线起动转矩图4.6不同电源电压U1下的起动转矩分析讨论：（1）一定的转子电阻 R2下，两种不同电压情况时的起动转矩，如图4.6所示。stTU1可见11UU ststTT（2）转子电阻 R2 对起动转矩的影响22022212XRURKTst依据转矩公式stTstTTn11UU 1U1U若 R2 较小（R2 X20），起动转矩不仅不会增大，反而会减小。max20212TXUK图4.7 给出了两种不同转子电阻情况时的起动转矩。ststTT22RR图中图4.7两种不同转子电阻R2下的起动转矩stTstTTn22RR2R2R0
