三相异步电动机的电磁转矩与机械特性建筑电气三相异步电动机的电磁转矩与机械特性电磁转矩是三相异步电动机的重要物理量，机械特性则反映了一台电动机的运行性能。1电磁转矩由三相异步电动机的转动原理可知，驱动电动机旋转的电磁转矩是由转子导条中的电流I2与旋转磁场每极磁通φ相互作用而产生的。因此，电磁转矩的大小与I2及φ成正比。由于转子电路既有电阻，也有感抗存在，故转子电流I2滞后于转子感应电动势E2一个相位差角φ2，转子电路的功率因数为cosφ2。因此异步电动机的电磁转矩与φ、I2、cosφ2成正比。每相定子绕组都嵌放在定子铁心中，是典型的交流铁心线圈电路。根据式E=4.44fNφm的基本电磁关系式，当每相定子绕组的电压U1和频率f1一定时，旋转磁场的每极磁通量φ基本不变。当转子的转速变化时，由于转子中感应电流的大小和频率都要随之变化，于是转子电路的感抗及cosφ2也随之改变。这就是说，I2和cosφ2都因转子转速的变化即转差率s的变化而改变。可以证明，异步电动机的电磁转矩T可表示为(2-26)式中：KT为与电动机结构相关的常数；U1为定子绕组的相电压；s为转差率；R2为转子电路每相的电阻；X20为电动机启动时(转子尚未转起来)的转子感抗。由式(2-26)可见，电磁转矩与定子相电压U1的平方成正比，所以电源电压的波动将对电动机的电转矩产生很大的影响。T＝KTsR2U21R22＋(sX20)2在式(2-26)中，当电源电压U1和f1一定，且R2、X20都是常数时，电磁转矩T只随转差率s变化。T与s之间的关系可用转矩特性T=f(s)表示，其特性如曲线图2-28所示。由转矩特性可以看到，当S=0，即n=n0时，T=0，这是理想空载运行；随着S的增大，T也开始增大，但到达最大值Tm以后，随着S的增大，T反而减小，最大转矩称为临界转矩，对应于Tm的Sm称为临界转差率。图2-28〓转矩特性曲线2机械特性如果将图2-28的S坐标换成n坐标，将T轴右移到s=1处，再将坐标顺时针旋转90°，便得到表示电动机的转速n和电磁转矩T之间的关系n=f(T)的曲线，称为电动机的机械特性曲线。如图2-29所示。图2-29〓机械特性曲线由于电动机的电磁转矩与定子相电压U1的平方成正比，所以机械特性曲线将随U1的改变而变化，图2-30给出对应不同定子电压U1时的机械特性曲线。图2-30中，U′1＜U1。由于U1的改变不影响同步转速n0，所以两条曲线具有相同的n0。电动机的负载是其轴上的阻转矩。电磁转矩T必须与阻转矩TC相平衡，即T=TC时，电动机才能等速运行；当T＞TC时，电动机加速；当T＜TC时，电动机减速。图2-30〓U1对机械特性的影响阻转矩主要是轴上的机械负载转矩T2，此外，还包括电动机的机械损耗转矩T0。若忽略很小的T0，则阻转矩为TC=T2+T0≈T2因此可近似认为，只要电动机的电磁转矩与轴上的负载转矩相平衡，即T=T2时，电动机就可以等速运行。三个重要的转矩1)启动转矩Tst。电动机接通电源瞬间(n=0)的电磁转矩Tst称为启动转矩。电动机的启动转矩必须大于静止时其轴上的负载转矩才能启动。通常用Tst与TN之比表示异步电动机的启动能力，则启动系数λst表示为λst=Tst/TN(2-27)一般三相异步电动机的启动系数为0.8～2。2)额定转矩。电动机的额定转矩是电动机带额定负载时输出的电磁转矩。由于电磁转矩必须与轴上的负载转矩相等才能稳定运行，由机械原理可得P2=T2ω=T22πn/60式中，ω为角速度。(2-28)TN＝T2＝P2NωN＝P2N×1032πnN/60＝9550P2NnN(N·m)式中：P2N为电动机输出的额定功率(kW)；nN为额定转速(r/min)。由式(2-28)计算出的转矩就是电动机的额定转矩TN。电动机的额定功率和额定转速可从其铭牌上查出。3)最大转矩Tm。Tm是三相异步电动机所能产生的最大转矩，也叫临界转矩。一般允许电动机的负载转矩在较短的时间内超过其额定转矩，但是不能超过最大转矩，否则电动机将带不动，转速越来越降低，发生所谓“闷车”现象，电动机电流马上升高6～7倍，使电动机过热，甚至烧毁。因此，最大转矩也表示电动机允许短时过载的能力，用过载系数λm表示为λm=Tm/TN(2-29)一般三相异步电动机的过载系数为1.8～2.2。【例2-...
