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第9章 异步电机的转速和转矩 原 理 简 述 异步电动机是一种应用最为广泛的电动机，它输出的是转矩和转速，其机械特性曲线 的形状和曲线中 的起动转矩、最小转矩和最大转矩是衡量一台电动机能否顺利起动和稳定运行的重要指标，也是考核异步电动机的重要 技术性能指标之一。 1．转矩公式 从“电机学”中可知，异步电动机用参数表示的电磁转矩公式为 将上式对 求导，并令 ，便得到最大转矩出现时的转差率 式中负号为发电机运行。将公式（9–2）带入（9–1），可求得最大转矩为 在起动时， ， 。所以起动转矩为 综合以上公式可得出下面几个结论： （1）在一定的频率和一定的电机参数下，电机的转矩与电压平方成正比。 （2）在一般异步电机中，电抗要比电阻大，因此，可以近似认为最大转矩 与电抗 成反比， 起动转矩 与电抗 的平方成反比。 （3）最大转矩 的大小与转子电阻 的数值无关，而出现最大转矩时的转差率 与转子电阻 成正比。 （4）绕线式电动机，在转子回路串入适当的电阻可以增大起动转矩，当 时 起动转矩达到最大值。 2． 异步附加转矩和最小转矩 在异步电动机的气隙中存在基波以及一系列高次空间谐波的旋转磁场，这些谐波磁场与其在转子中感应的相应电流 在任何异步速下相互作用，会产生一系列谐波转矩，称为异步附加转矩。一般谐波转矩值较小，但如果在设计或制造时 措施不力，鼠笼型异步电动机在低速时异步附加转矩可能达到较大的数值，在异步电动机的机械特性中产生一个最小转 矩，直接影响电动机的起动。 分析这些磁场所产生的转矩时，可以先分别讨论每一个谐波磁场所产生的转矩，然后用迭加原理把各谐波磁场产生 的转矩加起来，得到总的转矩。 对于三相绕组产生的 次谐波磁势，当 ，亦即 =3，9，15„„时， ；当 （k=1、2、3„„），即 =7，13，19„„时，是一正向旋转磁势，同步转速为 ；当 ，即 时，是一反向旋转磁势，同步转速为 。产生的转 矩也可用类似基波的公式计算。由于反向的谐波磁势的同步速和最大转矩均发生在 （即 ）的区间，对异 步电动机的起动不产生大的影响；而对异步电动机从起动到运行有影响的谐波异步转矩有7次、 次„„，在 、 基波同步速等速度附近，出现其负的最大转矩，它们迭加在基波转矩—转速曲线上，在 、 基波同步速 附近时出现最小转矩，严重的能影响异步电动机的正常起动，甚至使电机在 同步速附近旋转，不能上升到正常异步 速。由于谐波次数越高其幅值越小，所以7次的影响最大，其它高次谐波的影响就较小。图9–1画出 次和 次谐波 转矩迭加在基波异步转矩上的情况，可以看出7次谐波的同步速附近出现了最小转矩。为了保证异步电动机的起动性能， 因此在国家标准中规定要求实测起动过程中的最小转矩。 异步电动机附加转矩中还存在齿谐波引起的附加转矩，和定转子齿谐波与某些谐波旋转磁场相互作用而产生的同步 附加转矩，同步附加转矩仅在某一特定转速下才产生，因此在特定的条件下，也可能影响电机的起动。 3． 曲线的测定 为了测定最小转矩，必须测定整条机械特性曲线。本实验通过异步电动机带动一空载运行的他励直流发电机来取得 转速和转矩信号。 设电动机在起动的过程中产生的电磁转矩为 ，在空载起动时，除用于克服空载阻转矩 以外，剩余部分用于 电动机的加速，因此根据电力拖动系统的运动方程，电动机起动过程的加速转矩 即为 式中 为机组的转矩惯量 为机组的机械飞轮矩 为电动机的转速 当电机在空载起动时，空载阻转矩 比电磁转矩 小得多时， 可以忽略，则公式（9-5）可简化