探究三相异步电动机的机械特性

在实际应用中，人们最关心的就是三相异步电动机在驱动生产机械时，其电磁转矩T和转速n的变化情况，即三相异步电动机的机械特性，曲线如图4.13所示。

图4.13　三相异步电动机的机械特性曲线

在机械特性曲线上，要注意两个区域和三个转矩。

1.稳定区和不稳定区

特性曲线以最大转矩Tm为界，分为稳定运行区和不稳定运行区。当电动机在稳定区上某一点时，电磁转矩T能与轴上的负载转矩TL相平衡而保持匀速转动。如果负载转矩变化，电磁转矩T将自动随之变化达到新的平衡而稳定运行。如图4.14所示，当TL=Ta 时，电动机匀速运行在a点，此时电磁转矩T=Ta，转速为na。如果TL增大到Tb，在最初瞬间由于机械惯性的作用，电动机转速仍为na，因而电磁转矩不能立即改变，故T＜TL，于是转速n下降，工作点将沿特性曲线下移，T自动增大，直至T=Tb，电动机便稳定运行在b点，即在较低的转速下达到新的平衡。同理，当负载转TL减小时，工作点上移，电动机稳定在较高转高转速下运行。

图4.14　三相异步电动机自动适应负载的变化

由此可见，电动机在稳定运行时，其电磁转矩和转速的大小都决定于它所拖动的机械负载。

如果电动机工作在不稳定区，则电磁转矩不能自动适应负载转矩的变化，因而不能稳定运行。例如，当TL增大使转速降低时，工作点将沿特性曲线下移，电磁转矩反而减小，会使电动机的转速越来越低，直到停转（堵转）；当TL减小时，电动机转速又会越来越高，直至进入稳定区运行。

2.额定转矩TN、最大转矩Tm、起动转矩Tst

（1）额定转矩TN。

TN是电动机在额定电压下，以额定转速运行，输出额定功率时，其轴上输出的转矩。异步电动机的额定工作点通常在机械特性稳定区的中部，如图4.14所示。为了避免过热现象，一般不允许电动机在超过额定转矩的情况下长期运行，但允许短期过载运行。

电动机在匀速运行时，电动机的电磁转矩T必须与电动机负载所产生的阻转矩Tc相平衡。若不考虑空载损耗转矩（主要是机械摩擦和风阻所产生的阻转矩），则可以认为电磁转矩T应该与电动机轴上输出的机械负载转矩T2相等。即

T=T2

电动机的额定转矩可以根据从铭牌上的额定功率和额定转速求出

式中　P2——电动机轴上输出的机械功率，kW；(www.xing528.com)

T——电动机的电磁转矩，N·m；

n——额定转速，r/min。

（2）最大转矩Tm。

Tm电动机能够提供的极限转矩。由于它是机械特性上稳定区和不稳定区的分界点，故电动机运行中的机械负载不可超过最大转矩，否则电动机的转速将越来越低，并导致堵转。堵转时电流最大，一般达到额定电流的4～7倍，这么大的电流如果长时间通过定子绕组，会使电动机过热，甚至烧毁。因此，异步电动机在运行中应避免堵转，一旦出现堵转应立即切断电源，并卸掉过重的负载。通常用过载系数λ表示电动机允许的瞬间过载能力，即

三相异步电动机的过载系数一般为1.8～2.2。在电动机的技术数据中可以查到。

（3）起动转矩Tst。

Tst是电动机在接通电源起动的最初瞬间，n=0，s=1时的转矩。如果起动转矩小于负载转矩矩，即Tst＜TL，则电动机不能启动。此时与堵转情况一样，电动机的电流达到最大，容易过热。因此，当发现电动机不能起动时，应立即切断电源，在减轻负载或排除故障后再重新起动。通常用起动系数λst来表示电动机的起动能力，即

三相异步电动机的起动能力不大，一般为0.8～2.2；绕线型异步电动机由于转子可以通过滑环外接电阻器，因此起动能力显著提高。起动能力可在电动机的技术数据中查到。

例4.1　有一Y225M-4型三相异步电动机，由铭牌上知UN=380 V，PN=45 kW，nN=1480　r/min，起动转矩与额定转矩之比Tst/TN=1.9，试求：

（1）额定转差率；

（2）起动转矩；

（3）如果负载转矩为510 N·m，问在U1=UN 和=0.9UN 两种情况下电动机能否起动？

解：（1）由三相异步电动机磁极对数为2，可推算出同步转速n0=1500 r/min，所以

（2）由已知条件可求额定转矩