14電機與電氣控制技術教案班級周次

時間節次

情境名稱情境四異步電動機及其繼電接觸掌握

教學任務

（課題名

稱）

任務四三相異步電動機的機械特性課時安排2（100分鐘）

教學目的1.了解三相異步電動機的固有機械特性；

2.了解三相異步電動機的人為機械特性。

教學目標

力量（技能）目標學問目標情感目標1.了解三相異步電動機的固有機械特

性；

2.了解三相異步電動機的人為機械特

性。

1.三相異步電動機的固有機

械特性；

2.三相異步電動機的人為機

械特性。

1.養成仔細認真的

工作習慣

2.培育嚴謹認真的

工作作風

重點難點教學重點：1.三相異步電動機的固有機械特性；2.三相異步電動機的人為機械特性。教學難點：1.三相異步電動機的固有機械特性；2.三相異步電動機的人為機械特性。難點化解：老師分析公式，深化淺出的講解，同學互學。

教學環境知行樓（）實訓室（）教學用具黑板、多媒體教學資源北京郵電高校《電機與電氣掌握技術》資源包

參考資料1.教材：《電機與電氣掌握技術》曲昀卿主編北京郵電高校出版社

2.參考網站：中國低壓電器網電工論壇電機與電氣掌握技術精品課網站（廊坊職院）

教學方法講授法教學手段老師引導同學思索、

把握

教學內容（描述）教學設計

1.了解三相異步電動機的固有機械特性；

2.了解三相異步電動機的人為機械特性。

1.內容和目標分析：

本節內容是后續內容學習的基礎，較為重要，應盡量結合電機公式進行講解，以便同學對電機的固

有特性和人為特性有更深化的理解。

2.學情分析：

同學普遍存在的問題是理解困難，但同學普遍對實踐較感愛好；

3.教學策略：

老師對比電機公式，深化淺出的講解，同學爭論互學。

教學過程

教學環節

（時間分

老師活動（任務）同學活動（任務）備注

配）

組織教學

（2分鐘）

維持紀律、清點人數等快速進入上課狀態

復習回顧（4分鐘）回顧相關學問點

1.三相異步電動機的空載、負載。

樂觀回答為題并將把握不

透的地方進行補充記錄

新課導入（4分鐘）

通過回顧特種變壓器——引入本節課目標、內容—

三相異步電動機的固有機械特性、人為機械特性。

仔細聽講、樂觀思索并跟隨

老師思路。

任務實施（80分鐘）

任務一三相異步電動機的固有機械特性40分鐘

活動設計:

結合預習效果，引導同學理解、學習三相異步電動

機的固有機械特性特性。

1.三相異步電動機的機械特性（固有機械特性）

是指電動機電磁轉矩Tem與轉速n之間的關系，即n

=f(Tem)。由于異步電動機的轉速n與轉差率s之間存在

著肯定的關系，所以異步電動機的機械特性通常也用

s=f(Tem)的形式表示。

感應電動機的固有機械特性

2.固有特性分析

三相感應電動機的固有機械特性是指感應電動機工

作在額定電壓和額定頻率下，按規定的接線方式接線，

仔細聽講，做好筆記

并樂觀回應老師的引導和

所提出的問題。

結合圖示推導理解（特別重

要），明確各物理量的含義

和單位

理解各示意圖的特點和含

義

仔細聽講，做好筆記

并樂觀回應老師的引導和

所提出的問題。

定、轉子外界電阻為零時，n與Tem的關系。依據電磁轉矩的參數表達式可繪出感應電動機的固有機械特性。

當同步轉速n1為正時，機械特性曲線跨越第一、二、四象限。第一象限，旋轉磁場的轉向與轉子轉向全都，而0n1，故s0，電動機處于發電動機運行狀態；第四象限，旋轉磁場的轉向與轉子轉向相反，n1>0，n1，此時Tem>0，電動機處于電磁制動運行狀態

三相異步電動機的第一像限的機械特性曲線有3個運行點值得關注，即圖中的A、B、C3點。1)同步轉速點A

是電動機的抱負空載點，即轉子轉速達到了同步轉速。此時：Tem=0，n=n1=60f1／p，s=0。轉子電流I2=0，明顯，假如沒用外界轉矩的作用，異步電動機是不行能運行于這一點的。2)最大轉矩點B

是機械特性曲線中線性段(A—B)與非線性段(B—C)的分界點，此時，電磁轉矩為最大值Tmax，相應的轉差率為sm。通常狀況下，電動機在線性段上工作是穩定的，而在非線性段上工作是不穩定的，因此，稱sm為臨界轉差率。

Tmax點由于是Tem-s曲線的最大點，所以可用對上式求導，并令其導數為0的方法求得臨界轉差率為

()2

2121

r

mXXRRsσ

σ'++'±

=

把上式代入轉矩方程中，得最大轉矩

())XXRRf(4UpmT2

2121

12

1

11meσ

σπ'+++

±±

=

式中“+”號適用于電動運行狀態(第一象限)；“-”號

適用于發電動機運行狀態或回饋制動運行狀態(其次象限)。

從以上兩式可得出以下結論：

①最大轉矩Tmax與定子電壓UI的平方成正比，而sm與UI無關；

②Tmax與轉子電阻無關，sm與R2’成正比；③Tmax和sm都近似與(X1+X2’)成反比；

④若忽視R1，最大轉矩Tmax隨頻率增加而減小，且正比于221)f/(U。

為了保證電動機的穩定運行，不至于因短時過載而

仔細聽講，做好筆記并樂觀回應老師的引導和所提出的問題。

停止運轉，要求電動機有肯定的過載力量。異步電動機的過載力量用最大轉矩Tmax與額定轉矩TN之比來表示，稱為過載力量或過載倍數，用λm表示，即NmmTT=λ

過載倍數λm是異步電動機的主要性能技術指標。通常異步電動機的過載倍數λm=1.8～2.2，起重冶金用電動機λm=2.2～2.8。3)起動點C在C點s=l，n=0，電磁轉矩為起動轉矩Tst。把s=1代入參數表達式中可得()()

2112r11r

2

11stXXRRf2RpUmTσ

σπ'++'+'=由上式可得以下結論：①Tst與電壓U1的二次方成正比。②在肯定范圍內，增加轉子回路電阻R2’，可以增大起動轉矩Tst。③電抗參數(X1+X2’)越大，Tst就越小。異步電動機的起動轉矩Tst與額定轉矩TN之比用起動轉矩倍數Km來表示，即NstmTTK=

起動轉矩倍數Km也是籠型異步電動機的重要性能指標之一。起動時，當Tst大于負載轉矩T2，電動機才能起動。一般將異步電動機的特性曲線分為兩部分：①轉差率0～sm部分：在這一部分，Tem與s的關系近似成正比，即s增大時，Tem也隨之增大，依據電力拖動系統穩定運行的條件，可知該部分是異步電動機穩定運行區。只要負載轉矩小于電動機的最大轉矩Tmax，電動機就能在該區域中穩定運行。②轉差率sm～1部分：在這一部分，Tem與s的關系近似成反比，即s增大時，Tem反而減小，與0～sm部分的結論相反，該部分為異步電動機的不穩定運行區(風機、泵類負載除外)。任務二三相異步電動機的人為機械特性40分鐘人為轉變電動機的某個參數后所得到的機械特性，稱為人為機械特性，如轉變U1、f1、p，轉變定子回路電阻或電抗，轉變轉子回路電阻或電抗，等等。

仔細聽講，做好筆記并樂觀回應老師的引導和所提出的問題。

感應電動機降低電壓時的人為特性

1.降低定子端電壓的人為特性

電動機的其他參數都與固有特性相同，僅降低定子

端電壓，這樣所得到的人為特性，稱為降低定子端電壓

的人為特性，其特點如下：

1)降壓后同步轉速n1不變，即不同U1的人為特性

都通過固有特性上的同步轉速點。

2)降壓后，最大轉矩Tmax隨21U成比例下降，但是

臨界轉差率sm不變，為此，不同U1時的人為特性的臨界

點的變化規律如圖4-15所示。

3)降壓后的起動轉矩

st

T'也隨21U成比例下降。

轉子串接對稱電阻時的人為特性

2．轉子回路串對稱三相電阻的人為特性

對于繞線轉子異步電動機，假如其他參數都與固有

特性時一樣，僅在轉子回路中串入對稱三相電阻

Ω

R，所

得的人為特性，稱轉子回路串對稱三相電阻的人為特性。

仔細聽講，做好筆記

并樂觀回應老師的引導

和所提出的問題。

仔細聽講，做好筆記

并樂觀回應老師的引導

和所提出的問題。

轉子串電阻的人為特性曲線有特點如下：1)n1不變，所以不同ΩR的人為特性都通過固有特性

的同步轉速點。2)臨接轉差率sm會隨轉子電阻的增加而增加，但是Tmax不變。為此，不同ΩR時的人為特性如圖5.3所示。3)當ms'＜1時，起動轉矩Tst隨著ΩR的增加而增加；但是，當ms'＞1時，起動轉矩Tst隨ΩR的增加反而減小。3．機械特性的使用表達式機械特性的參數表達式清晰地表達了轉矩與轉差率與電動機參數之間的關系，用它分析各種參數對機械特性的影響是很便利的，但由于異步電動機的參數必需通過試驗求得，因此在應用現場難以做到。而且在電力拖動系統運行時，往往只需要了解穩定運行范圍內的機械特性。此時，可利用產品樣本中給出的技術數據：過載力量λm，額定轉速nN和額定功率PN等來得到電磁轉矩Tem和轉差率s的關系式。

由于在機械特性的參數表達式中()211XXRσσ'+?，所以

()()???

?

??+='+≈

'+'≈

????

????'++?????''≈

ssss/2TTXXf4pUmTXXRsXXsRf2s

/RpUmTmmmem2112

1

1m21r

m2212rr211emσ

σσ

σσ

σππ只要知道Tm和sm，就可以求出Tem和sm的關系。

Nm

mTT=λN

N

NnP9550

T=當s=sN時，Tem=TN，得

???

???+=ssss/2TTmmmem

=m

1

λ

仔細聽講，做好筆記并樂觀回應老師的引導和所提出的問題。

考核評價

（5分鐘）

以小組為單位組織