三相异步电动机特性解析

1.三相异步电动机的机械特性

三相异步电动机的机械特性曲线，如图3-15所示，A，B，C，D点分别为电动机的同步点、额定运行点、临界点和启动点。由图可知电动机在D点启动后，随着转速的上升转矩随之上升，在达到转矩的最大值（C点）后，进入A—C段的工作区域。

图3-15　三相异步电动机的机械特性曲线图

三相异步电动机的机械特性性能分析如下。

（1）曲线的A—C段：近似于线性，随着异步电动机的转矩增加而转速略有下降，从同步点A（n＝n0，s＝0，T＝0）到满载的B点（额定运行点），转速仅下降2％～6％，可见三相异步电动机在A—C段的工作区域有较硬的机械特性。

（2）额定运行状态：在B点，电动机工作在额定运行状态，在额定电压、额定电流下产生额定的电磁转矩以拖动额定的负载，此时对应的转速、转差率均为额定值（额定值均用下标“N”表示）。电动机工作时应尽量接近额定状态运行，以使电动机有较高的效率和功率因数。

（3）临界状态：C点被称为临界点，在该点产生的转达矩为最大转矩Tm，它是电动机运行的临界转矩，因为一旦负载转矩大于Tm，电动机会因无法拖动而使转速下降，工作点进入曲线的C－D段，在C－D段随着转速的下降转矩继续减小，使转速很快下降至零，电动机出现堵转。C点为曲线A－C段与C－D段交界点，所以称为“临界点”，该点对应的转差率为临界值。

电动机产生的最大转矩Tm与额定转矩TN之比称为电动机的过载能力λ，即

一般三相异步电动机的λ为1.8～2.2，这表明在短时间内电动机轴上带动的负载只要不超过（1.8～2.2）TN，电动机仍能继续运行，因此一定的λ表明了电动机所具有的过载能力的大小。

（4）启动状态：D点称为启动点。在电动机启动瞬间，n＝0，s＝1，电动机轴上产生的转矩称为启动转矩Tst（又称为堵转转矩）。Tst必须大于负载转矩，电动机才能启动，否则电动机将无法启动。

电动机产生的启动转矩Tst与额定转矩TN之比称为电动机的启动能力，一般三相异步电动机的启动能力为1～2。

2.异步电动机的工作特性(www.xing528.com)

异步电动机的工作特性是指在额定电压和额定频率运行情况下，电动机的转速n、定子电流I1、功率因数cosφ1、电磁转矩Tem、效率η等与输出功率P2的关系，即U1＝U1N，f＝fN时，（n，I1，cosφ1，Tem，η）＝f（P2）。

三相异步电动机工作特性的分析如下。

（1）转速特性：异步电动机在额定电压和额定频率下，输出功率变化时转速变化的曲线n＝f（P2）称为转速特性。

图3-16　异步电动机的工作特性

（2）定子电流特性：根据三相异步电动机的磁通势平衡方程式，因为在P2变化时保持不变。在P2＝0时，；随着负载功率P2的增大，转子电流增大，定子电流也增大，所以定子电流基本上也随P2线性增大。定子电流特性曲线I1＝f（P2）如图3-16所示。

（3）功率因数特性：异步电动机运行时需从电网中吸取无功电流进行励磁，它的功率因数永远小于1，所以定子电流I1总滞后于电源电压U1。空载时，定子电流为I10，基本上为励磁电流，这时功率因数很低，为0.1～0.2。当负载增大时，励磁电流I10保持不变，有功电流随着P2的增大而增大，使cosφ1也随着增大，接近额定负载时，功率因数最高。如果进一步增大负载，转速下降速度加快，s上升较快，使下降较快，转子电流有功分量下降，使定子电流有功分量比例也下降，从而使cosφ1反而减小。因此如异步电动机的功率选择不合适，长期处于轻载或空载下运行，会使电动机长期处于功率因数很低的状况下工作，电能浪费是很大的。功率因数特性曲线cosφ1＝f（P2）如图3-16所示。

（4）转矩特性：将T2＝P2/Ω代入异步电机稳态运行的转矩平衡方程Tem＝T2＋T0，得

异步电机空载，即P2＝0时，Tem＝T0；当P2在0～PN变化时，空载转矩T0保持不变，s变化很小，Ω变化不大，根据式（3-47）可知Tem随P2的增加而正比增加。电磁转矩特性曲线Tem＝f（P2）为一近似直线，如图3-16所示。

（5）效率特性：异步电机效率公式为

从式（3-48）可知，电机空载时，P2＝0，η＝0；随着输出功率P2的增加，效率的变化情况取决于损耗∑P的变化；而∑P＝PCu1＋PFe＋PCu2＋PΩ＋PΔ，其中PFe和PΩ为定值损耗，即当P2变化时，这部分损耗值保持不变，而PCu1、PCu2和PΔ为变值损耗，随着输出功率P2的增大，开始时变值损耗在∑P中占有很小的比例，∑P增加得很慢，所以η上升很快。随着η的增大，变值损耗增加速度加快，使η增大速度减慢，当定值损耗等于变值损耗时，电动机的效率达最大。对中、小型异步电动机，当P2＝0.75PN左右时，效率最高，即η＝ηmax，当效率为ηmax时负载继续增大，效率反而要降低。一般来说，电动机的容量越大，效率越高。从这一点来看，选择电动机的容量时，应保持电动机长期工作在小于且接近额定负载的情况下。效率曲线η＝f（P2）如图3-16所示。