三相异步电动机的机械特性，看这一篇就够了

本篇文章主要要让读者理解掌握以下内容：

知道三相异步电动机的机械特性，并能够用其指导电力拖动系统的设计；

三相异步电动机具有结构简单、运行可靠、价格低、维护方便等一系列优点，尤其是随着电力电子技术的发展和交流调速技术的日益成熟，使其在调速性能方面完全可与直流电动机相媲美，因此被广泛应用在电力拖动系统中。

三相异步电动机

机械特性的表达式

机械特性是指电动机的转速n与电磁转矩Tem 之间的关系，即以n＝f（Tem ）或s=f（Tem ）的形式表示。电磁转矩有三种表达式，即物理表达式、参数表达式和实用表达式。

（1）物理表达式

物理表达式虽然反映了异步电动机电磁转矩产生的物理本质，但并没有直接反映出电磁转矩与电动机参数之间的关系，更没有明显地表示电磁转矩与转速之间的关系。因此，分析或计算异步电动机的机械特性时，一般不采用物理表达式，而是采用下面介绍的参数表达式。

（2）参数表达式

异步电动机电磁转矩的参数表达式为

式中，m1 为定子相数；p为磁极对数；U1 为定子相电压；f1 为电源频率；r1 和x1 为定子每相绕组的电阻和漏抗； r'2和 x'2为折算到定子侧的转子电阻和漏抗。上述参数都是不随转差率s变化的常量。当电动机的转差率s（或转速n）变化时，可由式（5.2）算出相应的电磁转矩Tem ，因而可以作出机械特性曲线如图5.1所示。

图5.1 三相异步电动机的机械特性

机械特性分析

在第一象限：0＜n＜n1 ，0＜s＜1，n、Tem 均为正，电机处于电动运行状态；

在第二象限：n＞n1 ，s＜0，n为正，Tem 为负，电机处于发电机运行状态；

在第四象限：n＜0，s＞1，n为负，Tem 为正，电机处于电磁制动状态。

临界转差率和最大转矩

在机械特性曲线上，转矩有两个最大值，一个出现在电动状态，另一个出现在发电状态。最大转矩Tm 和对应的转差率sm （称为临界转差率）分别为

式中，“＋”号对应电动状态；“-”号对应发电状态。

通常r1 ＜＜（x1 x'2 ），故式（5.3）、式（5.4）可近似为

分析sm 、Tm 表达式可得出结论

Tm 正比于U21 ，说明Tm 对电压波动非常敏感；

sm 与 r'2成正比，Tm 与 r'2无关；

sm 、Tm 均与（x1 x'2）成反比。

最大电磁转矩Tm 对电动机来说具有重要意义。电动机运行时，若负载转矩突然增大，且大于最大电磁转矩，则电动机将因为承载不了而停转。为了保证电动机不会因短时过载而停转，一般电动机都应具有一定的过载能力。显然，最大电磁转矩愈大，电动机短时过载能力愈强，因此把最大电磁转矩与额定转矩之比称为电动机的过载能力，用过载系数λT 表示，即

注：一般电机取λT ＝1.6～2.2，起重机、冶金电机取λT ＝2.2～2.8。

启动转矩

在图5.1所示的机械特性曲线中还反映了电动机另外一个非常重要的技术参数，就是电动机的启动转矩Tst 。启动转矩是电动机接通电源瞬间（n=0）时的电磁转矩，它标志着电动机的启动能力，只有在启动转矩大于负载转矩的情况下电动机才能启动。n=0时s=1，将s=1代入式（5.2）可得启动转矩表达式

分析Tst 表达式可得结论

Tst 正比于 ；