2.2 三相交流異步電動機的運行特性

2.2.1 三相交流異步電動機的機械特性

電磁轉矩對電動機的特性有重要影響。由理論推導可得轉矩表達式為：

式中，Cm為電磁轉矩常數。

式（2-3）稱為電磁轉矩的物理表達式。它定性說明：在主磁通Φm不變時，電磁轉矩T的大小主要取決于轉子電流的有功分量。在分析電動機狀態特征的變化規律時，需要找到更直接的表達形式，即：在電源電壓U1和頻率f1不變時，電磁轉矩T與轉速n（或轉差率s）之間的關系，這就是三相交流異步電動機的機械特性。

1.機械特性

電動機在規定的電源電壓U1、頻率f1和自身參數條件下所體現出的特性又稱為固有機械特性，特性曲線如圖2-9所示。圖中，電機在正向旋轉磁場（同步轉速n1為正）作用下的曲線稱為正向機械特性（曲線1），反之，則稱為反向機械特性（曲線2）。如果出于電動機啟動、制動或調速的特殊要求而人為地改變其參數或條件，則機械特性也隨之改變，此時的機械特性稱為人為機械特性。

當電動機在第一、三象限特性上工作時，電磁轉矩T與轉速n同方向，由電磁轉矩拖動負載旋轉，電動機分別處于正向和反向電動狀態。在第二、四象限時，T與n反向，電磁轉矩變為阻力矩并阻礙電動機旋轉，電動機處于制動狀態。

2.機械特性上的特殊點及其狀態

在圖2.9的曲線1上，A點稱為異步電動機的理想同步狀態（n=n1，s=0，T=0）；B點是額定運行點（n=nN，s=sN，T=TN）；D點為電動機的啟動狀態（n=0，s=1，T=Tst）；C點對應的電磁轉矩最大。非特殊負載情況下，電動機一般可在CA段穩定運行，而在CD段則因無抗負載波動能力不能穩定工作。所以，C點狀態為異步電動機的臨界狀態，C點也稱為臨界點。其轉差率稱為臨界轉差率sm，對應臨界轉差率sm時的轉矩稱為臨界轉矩Tm。

電動機啟動時，s=1的轉矩稱為啟動轉矩Tst。

考察機械特性曲線并進行理論分析，可以得出以下結論：（1）在頻率f1不變時，，電機對電源電壓的波動很敏感，電網電壓的下降可導致電磁轉矩的大幅度下降。

（2）人為改變電源頻率f1或磁極對數p時，電磁轉矩T及電機轉速n都會變化，從而可實現對異步電機進行變頻或變極調速。

（3）臨界轉差率 ，繞線式異步電動機轉子繞組外接電阻時，sm增大，啟動轉矩Tst上升但最大轉矩Tm不變，臨界狀態向低轉速區遷移，相當于特性的臨界點下移。這一特征也可用于電機調速、制動或改善電機的啟動性能。

（4）人為機械特性上穩定段的傾斜程度反映了電機抗負載擾動的能力。傾斜程度加大時，相同的負載轉矩變化可引起較大的轉速變化，電機抗擾動能力變差，即所謂的“特性變軟”；反之，特性較硬。

為衡量電機帶負載啟動和極限過載的能力，通常把啟動轉矩Tst、最大轉矩Tm與額定轉矩TN的比值分別稱為啟動能力（Kst）、過載能力（λ）：

普通異步電動機的啟動能力約為1.1～2.0，過載能力約為1.6～2.2。起重冶金用YZ或YZR系列異步電動機的啟動能力與過載能力分別可達2.8和3.7，甚至更高。