异步电动机的转矩、转速及机械特性优化方案

1.转矩公式

从电机学得知，三相异步电动机的电磁转矩公式为

M＝C_MΦ_mI₂′cosφ₂按照三相异步电动机的T形等效电路，有

电磁转矩还有另一种表达式为

式中 E₂′——转子电动势；

I₂′——转子电流；

Φ_m——磁通；

cosφ₂——转子功率因数；

C_M——转矩系数；

f₁——电源频率；

s——转差率；

U₁——定子电压；

p——极对数，常用的为1、2、3、4对极；

X₁、X2′——定子和转子电抗；

r₁、r2′——定子和转子电阻。

由此可以看出，I₂′和cosφ₂均为转差率s的函数，故式（1-9）为三相异步电动机机械特性M＝f（s）的一种隐函数表达式。由于式（1-9）具有较明显的物理含义，因此称为三相异步电动机机械特性的物理表达式。

三相异步电动机电磁转矩M的表达式，还可由电磁功率的另一种表达式推导得出。

根据三相异步电动机的简化等效电路可知：

由于，且n₁＝60f₁／p

式中 P_em——功率

Ω₁——同步角速度(www.xing528.com)

所以可得

显然，式（1-10）反映了电磁转矩M与转差率s之间的函数关系。因此，它是三相异步电动机机械特性M＝f（s）的又一种表达式。由于式（1-10）与定子电压、频率及电动机参数等有关，故称之为机械特性的参数表达式。

额定转矩M_N可由电动机的额定功率和额定转速N_N得到，即

过载能力是三相异步电动机的一项重要性能指标，它反映了电动机的短时过载极限。对于常用的Y系列三相异步电动机，K_M＝2～2.2。

2.转速公式

式中 n——转速（r／min）；

f——电源频率（Hz）；

p——极对数；

s——转差率，对异步电动机而言，1＞s＞0，对于同步电动机，s＝0。

3.机械特性

（1）固有特性

描述异步电动机转矩与转速关系称为电动机的机械特性，当定子电压为额定电压U_n，转差率为额定转差率s_n时，电动机的机械特性称为固有机械特性，如图1-17所示。图中A为起动点，此时转子未转动，n＝0、s＝1，定子电流为起动电流，M_n为起动转矩，只有转矩M＞M_n电动机才能转动。B为额定运行点，定子电压、电流、转矩和转速均为额定值；s_n＝0.01～0.09，曲线与n轴交点H为同步转速点，HB一段特性属于硬特性，运行时转速变化不大。P点为最大转矩点，此时M＝M_max，s＝s_m，n＝n_m。运行中，负载转矩M_L不能大于M_max，否则将造成堵转，故P点也称为临界运行点。

电动机的机械特性n＝f（M）对于变频传动十分重要，因为生产机械能否正常运行而收到良好的效果，关键在于电动机的机械特性与负载的负载特性必须有良好的配合，方能稳定运行。

（2）人为特性

当电动机调速时机械特性发生变化，此时的机械特性称为人为的机械特性。

变频调速时的电动机机械特性如图1-18所示。从图可看到，频率调低、转速降低时，特性曲线逐渐变软，最大转矩逐渐变小，所以变频调速运行时必须采取措施，方能正常运转，详细情况下面将要讲述。

图1-17 固有机械特性

图1-18 变频调速机械特性