2.3 三相异步电动机的电磁转矩和机械特性（课件）-《电机与电气控制技术》同步精品课堂（机工版·第2版）

《电机与电气控制技术》（第2版）机械工业出版社 同步精品课程——中职专业课 第二章 三相异步电动机 第四节 三相异步电动机的电磁转矩 （第6课时） 知识目标 掌握三相异步电动机的电磁转矩和机械特性。 能力目标 通过学习三相异步电动机的电磁转矩的物理表达方式，参数表达式，使用表达式等内容；掌握他们的特点；掌握三相异步电动机的机械特性，分析曲线，固有机械特性和人为机械特性。 情感目标 通过学习三相异步电动机的电磁转矩和机械特性知识，使同学们对三相异步电动机的工作原理有更深的认识，保持其对三相异步电动机的学习兴趣。 三维目标 第一章 绪论 导入情景 01 从三相异步电动机的工作原理可知，三相异步电动机的转子电流与旋转磁场相互作用产生了电磁力和电磁转矩，在电磁转矩作用下驱使电动机旋转。 新知学习 02 一、 电磁转矩的物理表达式 电动机电磁转矩的物理表达式为： 式中： T——电动机的电磁转矩 (N·m)； CT——与电动机结构有关的常数； Φm ——旋转磁场每极磁通即主磁通(Wb) ； I2s ——转子电流有效值 (A); cos φ2一转子电路功率因数 （2-12） 新知学习 02 电磁转矩是由转子电流和主磁通相互作用而产生的这一物理本质，物理意义非常明确，所以称为电磁转矩的物理表达式。它表明异步电动机的电磁转矩与主磁通成正比，与转子电流的有功分量成正比。它常用来定性分析三相异步电动机的运行问题。 新知学习 02 二、电磁转矩的参数表达式 电磁转矩的物理表达式虽然反映了异步电动机电磁转矩产生的物理本质，但不能直接反映电磁转矩与电动机转速之间的关系，而在电力拖动系统中则常常需要用转速或转差率与电磁转矩的关系式来分析问题。 新知学习 02 二、电磁转矩的参数表达式 将 新知学习 02 代入上式（2-12）中可得 式中 C——由电动机结构决定的常数； U1——电动机定子相电压有效值 (V)； f1 ——电动机定子电源频率(Hz)； s——电动机转差率； R2——电动机转子每相绕组的电阻值(Ω)； X2——电动机转子不动时的每相漏电抗(Ω)。 （2-13） 新知学习 02 上式反映了三相异步电动机电磁转矩T与定子相电压 U1、频率f1、电动机参数以及转差率s之间的关系，称为电磁转矩的参数表达式。显然，当U1 、 f1及电动机的参数不变时，电磁转矩了仅与转差率s有关。对应不同的s值，有不同的T值，将这些数据绘成曲线，就成为 T=f(s) 曲线，如图 2-10 所示。s在不同的区间，电动机运行在不同的状态，现分析如下: 新知学习 02 新知学习 02 1.电动状态(0<s≤1) 当s=0时，T=0；当s上升，但在s很小值区间，(sX2)2可忽略不计，T与转差率s成正比，随着 s的增大而增大；当s继续上升至s较大值区间，漏抗sX2比R2大，忽略电磁转矩计算公式分母中的 R2，则T与s成反比。根据数学知识可知电磁转矩T从正比于s到反比于s，中间必有一最大转矩Tm，又称临界转矩。对应于Tm的转差率sm称为临界转差率。 sm可用高等数学中求最大值的方法求得 （2-13） 新知学习 02 最大转矩Tm为 最大转矩 Tm与额定转TN之比为最大转矩倍数，或称过载能力，用λm表示 λm是异步电动机的一个重要性能指标，它表明了电动机短时过载的极限，一般Y系列电动机的λm =2.0~2.2。 当s=1，n=0时，对应的电磁转矩为起动转矩，用Tst表示，且 新知学习 02 2.发电状态 (s<0) 如果电动机的转子在外力作用下，使转速加速到 n>n1，此时转差率s= (n1-n)/n1<0，成为负值，旋转磁场相对于转子导体的运动方向与电动状态时相反，转子导体中感应电动势和转子电流的方向均跟着改变，电磁力和电磁转矩方向也改变即T<0。而电磁功率也变为负值，说明电动机向电网输出电功率，故电机处于发电状态。 新知学习 02 3.制动状态 (s>1) 当电动机旋转磁场转向与电动机旋转方向相反时，转差率s>1。这时转子导体的感应电动势及转子电流方向与电动状态时相反，因此，产生的电磁转矩与电动机转动方向相反，起制动作用，此时电动机处于制动状态。在 s>1 时，转子电流频率f2=sf1较大，转子绕组漏抗较大，式(2-13) 分母中的R2可忽略不计，T与s成反比。所以制动状态下的T=f(s)曲线为电动状态 T=f (s) 曲线的延伸