2.2 三相交流异步电动机的运行特性

2.2.1 三相交流异步电动机的机械特性

电磁转矩对电动机的特性有重要影响。由理论推导可得转矩表达式为：

式中，Cm为电磁转矩常数。

式（2-3）称为电磁转矩的物理表达式。它定性说明：在主磁通Φm不变时，电磁转矩T的大小主要取决于转子电流的有功分量。在分析电动机状态特征的变化规律时，需要找到更直接的表达形式，即：在电源电压U1和频率f1不变时，电磁转矩T与转速n（或转差率s）之间的关系，这就是三相交流异步电动机的机械特性。

1.机械特性

电动机在规定的电源电压U1、频率f1和自身参数条件下所体现出的特性又称为固有机械特性，特性曲线如图2-9所示。图中，电机在正向旋转磁场（同步转速n1为正）作用下的曲线称为正向机械特性（曲线1），反之，则称为反向机械特性（曲线2）。如果出于电动机启动、制动或调速的特殊要求而人为地改变其参数或条件，则机械特性也随之改变，此时的机械特性称为人为机械特性。

图2-9 异步电动机的固有机械特性

当电动机在第一、三象限特性上工作时，电磁转矩T与转速n同方向，由电磁转矩拖动负载旋转，电动机分别处于正向和反向电动状态。在第二、四象限时，T与n反向，电磁转矩变为阻力矩并阻碍电动机旋转，电动机处于制动状态。

2.机械特性上的特殊点及其状态

在图2.9的曲线1上，A点称为异步电动机的理想同步状态（n=n1，s=0，T=0）；B点是额定运行点（n=nN，s=sN，T=TN）；D点为电动机的启动状态（n=0，s=1，T=Tst）；C点对应的电磁转矩最大。非特殊负载情况下，电动机一般可在CA段稳定运行，而在CD段则因无抗负载波动能力不能稳定工作。所以，C点状态为异步电动机的临界状态，C点也称为临界点。其转差率称为临界转差率sm，对应临界转差率sm时的转矩称为临界转矩Tm。

电动机启动时，s=1的转矩称为启动转矩Tst。

考察机械特性曲线并进行理论分析，可以得出以下结论：（1）在频率f1不变时，，电机对电源电压的波动很敏感，电网电压的下降可导致电磁转矩的大幅度下降。

（2）人为改变电源频率f1或磁极对数p时，电磁转矩T及电机转速n都会变化，从而可实现对异步电机进行变频或变极调速。

（3）临界转差率 ，绕线式异步电动机转子绕组外接电阻时，sm增大，启动转矩Tst上升但最大转矩Tm不变，临界状态向低转速区迁移，相当于特性的临界点下移。这一特征也可用于电机调速、制动或改善电机的启动性能。

（4）人为机械特性上稳定段的倾斜程度反映了电机抗负载扰动的能力。倾斜程度加大时，相同的负载转矩变化可引起较大的转速变化，电机抗扰动能力变差，即所谓的“特性变软”；反之，特性较硬。

为衡量电机带负载启动和极限过载的能力，通常把启动转矩Tst、最大转矩Tm与额定转矩TN的比值分别称为启动能力（Kst）、过载能力（λ）：

普通异步电动机的启动能力约为1.1～2.0，过载能力约为1.6～2.2。起重冶金用YZ或YZR系列异步电动机的启动能力与过载能力分别可达2.8和3.7，甚至更高。