3.2 三相异步电动机的机械特性

3.2.1 三相异步电动机的机械特性表达式

三相异步电动机的机械特性指在电源电压U₁、电源频率f₁及电动机参数固定的条件下，其电磁转矩T与转子转速n之间的关系，可用函数关系式表示为T=f（ n）或T=f（ s）；用曲线可以表示为T-n曲线或T-s曲线。

1.参数表达式

根据式（3-18）、式（3-23），得

根据图3-5所示三相异步电动机T型等效电路，近似求取转子电流有效值为

将式（3-26）代入式（3-25）得三相异步电动机的机械特性表达式：

由式（3-27）可见，三相异步电动机在电源电压U₁、电源频率f₁及电动机参数r₁、、x₁、都确定的情况下，改变s，就可以计算电磁转矩T。

2.三相异步电动机的运行状态及机械特性上的特殊点

（1）三相异步电动机的运行状态

由式（3-27）得到图3-7所示三相异步电动机的 T-s 曲线，具有非线性特征，反映了电动机不同的工作状态。

1）当0 ＜s≤1或0≤n ＜n₁时，在第Ⅰ象限，处于电动运行状态，T、n 都为正，正常运行时，转速在同步转速n₁与额定转速n_N之间。

2）当s＜0或n＞n₁时，在第Ⅱ象限，处于回馈制动运行状态（亦称异步发电状态），如图3-8a所示，T为负、n为正。

3）当s＞1或n＜0时，在第Ⅳ象限，处于制动状态，如倒拉反转状态，如图3-8b所示，T为正、n为负。

其中，在运行点A处，n=n₁、T=0，为理想空载运行点；B点为额定运行点，电磁转矩、转速均为额定值；点C处为电磁转矩最大点；点D处，n=0，电磁转矩称为堵转转矩T_s。

（2）三相异步电动机机械特性上的特殊点

1）最大转矩T_m。式（3-27）对s求导，并令=0，可得到

式中 s_m——最大转差率（或称为临界转差率），越大，s_m越大；

“+”——适用于电动机状态；

“-”——适用于发电状态；

T _m——最大转矩，与定子电压成正比、与无关。

一般情况下，值不超过（ x₁ +）2的5%，因此，可以忽略其影响，s_m、T_m可近似为

可见，三相异步电动机机械特性具有对称性，其中，异步发电机状态与电动机状态的最大电磁转矩绝对值近似相等，临界转差率绝对值也近似相等。

最大电磁转矩T_m与额定输出转矩T_N之比称为最大转矩倍数（也称为过载倍数或过载能力） k_m ，表示为

不同应用场合的异步电动机，其k_m的值不一样。一般三相异步电动机k_m =1.6～2.3，三相异步电动机选择足够大的k_m ，是为了保证在电压突然降低或负载转矩突然增大时，不会引起电动机转速的大幅度变化，且在干扰消失后能够再恢复正常运行。但是，绝对不允许电动机长期工作在最大转矩处，因电动机会因过载、电流太大、温升超出允许值而烧毁。同时，在最大转矩处电动机运行不稳定。

2）堵转转矩T_s （也称为起动转矩）。当s=1或n=0时，T=T_s。代入式（3-27），得

将堵转转矩T_s与额定输出转矩T_N之比称为堵转转矩倍数k_s ，表示为

k _s的大小反映了电动机起动负载的能力，该值越大，电动机起动越快，同时，也会相应增加电动机的成本。因此，往往根据实际需要选取k_s，如，一般异步电动机的k_s =0.8～1.2。

对于绕线转子三相异步电动机，可以通过在转子回路中串接电阻r_s来改变堵转转矩T_s大小。一般而言，r_s增大，s_m也增大，T_m不变，但是，T_s变化，即s_m ＜1时，r_s增大、T_s增大；s_m =1时，T_s =T_m；s_m ＞1时，r_s增大、T_s减小。