運動控制系統安裝與調試主講：南工機電教學團隊高等教育出版社3.2.3三相異步電機轉矩與機械特性異步電機的電磁轉矩1

異步電動機的電磁轉矩等于轉子中各載流導體在旋轉磁場作用下，受到電磁力所形成的轉矩之總和。電磁轉矩的另一種表達形式為：其中：K——與電動機結構參數、電源頻率有關的一個常數；U1——電源電壓；R2——轉子每相繞組的電阻；s——轉差率；X20——電動機不動（s=1）時轉子每相繞組的感抗。3.2.3三相異步電機轉矩與機械特性式3.7說明，只要電機參數不發生變化，電磁轉矩正比于電源電壓的平方。反映了電動機的電磁轉矩在負載不變情況下，其大小取決于電源電壓的高低。但這并不意味電動機的工作電壓越高，電動機實際輸出的電磁轉矩就越大。電動機拖動機械負載運行時，輸出機械轉矩的大小，實際上決定于來自于電動機軸上負載阻轉矩的大小。換言之，當電磁轉矩T等于負載阻轉矩TL時，電動機就會在某一速度下穩定運行；若T>TL，電動機就會加速運行；若T<TL，電動機則要減速運行直至停轉。3.2.3三相異步電機轉矩與機械特性根據公式3.7，可得異步機的電磁轉矩特性曲，如圖3-28所示。其中，Tm對應于最大電磁轉矩；sm對應最大電磁轉矩的臨界轉差率。3.2.3三相異步電機轉矩與機械特性異步電機的機械特性1在異步電動機中，轉速

n=(1-s)n0可將曲線換成轉速與轉矩之間的關系曲線（把轉矩特性曲線旋轉90°），即稱為異步電動機的機械特性，如圖3-29所示。異步電動機在額定電壓和額定頻率下，用規定的接線方式，定子和轉子電路中不串聯任何電阻或電抗時的機械特性稱為固有（自然）機械特性。從特性曲線上可以看出，機械特性曲線可分為穩定運行區AB段和非穩定運行區BC段兩部分。3.2.3三相異步電機轉矩與機械特性

電動機運行在AB段，其電磁轉矩可以隨負載的變化而自動調整，這種能力稱為自適應負載能力。

電機穩定運行時，TL=TN。當負載增加時，TL'>TN，動力小于阻力，電機穩定運行狀態被破壞。這時，轉速n下降，轉差率s上升，轉子電路感應電動勢增加，電流I2增大，定子電流I1隨之增大，電磁轉矩T增大至T′。當T′=TL′時，電動機轉速重新穩定在n'上，此時n′<n。特性曲線的N點向右移。當負載減少時，TL″<TN，動力大于阻力，電機的穩定運行狀態被破壞。這時，轉速n上升，轉差率s下降，轉子電路感應電動勢減小，電流I2減小，定子電流I1隨之減小，電磁轉矩T減小至T″。當T″=TL″時，電動機轉速重新穩定在n″上，此時n″>n。特性曲線的N沿特性曲線左移。3.2.3三相異步電機轉矩與機械特性機械特性曲線上有四個特殊點，這四個特殊點是：（1）理想空載工作點圖3-29中的A點，電動機處于理想空載工作點，此時電動機的轉速為理想空載轉速。此時：T=0，n=n0，s=0。（2）電動機額定工作點電動機額定電壓下以額定轉速nN運行，輸出額定機械功率PN時，電機轉軸上對應輸出的機械轉矩為額定電磁轉矩TN。此時額定轉矩和額定轉差率為：T=TN，n=nN，s=sN。其中：PN——電動機的額定功率；TN——電動機的額定轉矩；nN——電動機的額定轉速；一般nN=(0.94~0.985)n0；sN——電動機的額定轉差率，一般sN=0.06~0.0153.2.3三相異步電機轉矩與機械特性（3）電動機起動工作點圖3-29中的C點。起動工作點的起動轉矩反映了異步電機帶負載起動時的性能。此時轉矩和轉差率為：T=Tst，n=0，s=1。將s=1代入轉矩公式3.7中，可得：可見，異步電動機的啟動轉矩Tst

與U、R2及X20有關。當施加在定子每相繞組上的電壓降低時，啟動轉矩會明顯減小；當轉子電阻適當增大時，啟動轉矩會增大；而若增大轉子電抗則會使啟動轉矩大為減小。通常把在固有機械特性上啟動轉矩Tst與額定轉矩TN之比：

st=Tst/TN3.2.3三相異步電機轉矩與機械特性

st稱作電動機的起動能力。其作為衡量異步電動機啟動能力的一個重要數據。通常在1.4~1.8之間。如果電機的起動轉矩Tst小于電動機軸上的負載阻轉矩TL時，電動機將無法起動。（4）電動機臨界工作點電機轉矩最大值的點稱為臨界工作點，如圖3-29中的B點。此時轉矩（最大轉矩）和轉差率（臨界轉差率）為：T=Tmax，n=nm，s=sm。欲求轉矩的最大值，可令：dT/dn=0；得臨界轉差率：sm=R2/X20，再將sm代入轉矩公式3.7中，即可得：通常把在固有機械特性上最大電磁轉矩與額定轉矩之比：

m=Tmax/T