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机械特性是异步电动机的主要特性，它是指电动机的转速n2与电磁转矩Tem之间的关系，即n2=f(Tem)。用s坐标替换成转速n2的坐标就成如图3—22所示的三相异步电动机的机械特性曲线。 本文来自www.eadianqi.com 电动机转矩的最大值，称为最大转矩Tm (或称为临界转矩，对应于特性曲线上的B点)。此时转差率sm称为临界转差率。 (dT)/(ds)=0 可求得临界转差率 sm=(R2)/X20 （3—34） 与之对应的为 Tm=C  /(2X20) （3—35）由式（3—34）和式（3—35）可看出： 1．当电源电压为定值时，转差率sm与转子电阻R2成正比，R2愈大sm就愈小。但Tm不变，在转子电路中串入不同的附加电阻，便可使sm向s=1的方向移动，在相同的负载转矩TN下，电动机的工作点就沿a，b，c移动，转差率s就逐渐变大，转速n2变小，故异步电动机可以通过在转子电路中串接不同的电阻来实现调速，如图3—23所示。 2．最大转矩Tm 与电源电压 成正比，与转子电阻R2的大小无关。显然，当电源电压有波动时，电动机最大转矩也随之变化。图3—24所示是Tm与U1之间的变化关系曲线。 本文来自www.eadianqi.com  图3—23 不同R2时的s=f(Tem)曲线 图3—24 不同电源电压U1的n=f(Tem) 曲线（R2=常数） 当负载转矩超过最大转矩时，电动机将因带不动负载而发生停车，俗称“闷车”。此时电动机的电流立即增大到额定值的6～7倍，将引起电动机严重过热，甚至烧毁。如果负载转矩只是短时间接近最大转矩而使电动机过载，这是允许的，因为时间很短，电动机不会立即过热。 为了保证电动机在电源电压的波动时能正常工作，规定电动机的最大转矩Tm要比额定转矩TN大得多，通常用过载系数λ=Tm/TN来衡量电动机的过载能力。一般λ=1.8～2.5。λ的数值可在电动机产品目录中查到。 3．起动转矩TQ  由上式可见，TQ与电源电压的平方成正比，与转子电阻R2亦成正比，这种关系仍可从图3—23和图3—24中看到。当增加转子电阻（对绕线转子异步电动机而言），起动转矩会增大，当降低电源电压时，起动转矩将减小。 本文来自www.eadianqi.com 起动转矩和额定转矩的比值λQ=TQ/TN反映了异步电动机的起动能力。一般λQ=0.9～1.8。笼型异步电动机取值较小，绕线转子异步电动机取值较大。 4．实用表达式 虽然参数表达式在分析电磁转矩与电机参数间的关系，进行某些理论分析时是非常有用的。但定、转子的参数，在产品目录中找不到，因此用参数表达式来绘制机械或进行分析计算有时仍不方便。为此，可导出如下实用表达式：  根据产品目录求出Tm及sm后，在实用表达式中只剩下Tem与s两个未知数了。给定一系列的s值，算出一系列对应的Tem值，就可绘出机械特性n=f（Tem）曲线，同时还可利用它进行机械特性的其他计算。  参数表达式可用以分析参数变化时对电动机机械特性的影响；实用表达式适用于进行机械特性的工程计算。 本文来自www.eadianqi.com 二、固有机械特性和人为机械特性 （一）固有机械特性 异步电动机工作在额定电压及额定频率下，电动机按规定的接线方法接线，定子及转子电路中不外接电阻(电抗或电容)时的机械特性称为固有机械特性，如图3—25所示。下面对固有机械特性上的几个特殊点进行说明。 1．起动点A 电动机接通电源开始起动瞬间，其工作点位于A点，此时：n=0，s=1，Tem=Tst，定子电流I1=Ist=（4~7）IN（IN为额定电流）。 2．最大转矩点P B点是机械特性曲线中线性段（H—P）与非线性段（P—A）的分界点，此时：s=sm，Tem=Tm。通常情况下，电动机在线性段上工作是稳定的，而在非线性段上工作是不稳定的，所以P点也是电动机稳定运行的临界点。 3．额定运行点B 电动机额定运行时，工作点位于B点，此时：n=nN，s=sN，Tem=TN，I1= IN。电动机额定运行时转差率很小，一般sN=0.01~0.06，nN略小于n1，故固有特性的线性段为硬特性。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 4．同步转速点H H点是电动机的理想空载点，即转子转速达到了同步转速。此时：n=n1，s=0，Tem=0，转子电流I2=0，显然如果没有外界转矩的作用，异步电动机本身不可能达到同步转速点。  图3—25 固有机械特性 （二）人为机械特性 若改变U1和f1或定子和转子回路串附加电阻和电抗某一参数(或物理量)时，所得Tem=f（n）或Tem=f（s）的关系曲线，称为人为机械特性。 1．降低U1时的人为机械特性 由于设计电机时，在额定电压下磁路已经饱和，如升高电压会使励磁电流猛增，使电机严重发热，甚至烧坏。故一般只能得到降压时的人为机械特性。最大转矩Tm及起动转矩Tst均与 成正比，sm和n1与U1无关(即保持不变)。降低U1的人为机械特性的绘制，先绘出固有机械特性，在不同的转速(或转差率)处，固有机械特性上的转矩值乘以电压变化后与变化前比值的平方，即得人为机械特性上对应的转矩值，如图3—26所示。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有  图3—26 减压时的人为机械特性 应当指出，如果负载转矩接近额定，降低电源电压对电动机的运行是极为不利的。因为当负载为额定值不变时如果电源电压因故降低，气隙主磁通减小，但转速变化不多，其功率因数cos  变化不大，则从公式Tem=C/Tφ0I/2cos可知，转子电流I/2要增大，使定子电流I1相应增大。从电机的损耗看，虽然φ0的减小能降低点铁耗，但铜耗与电流的平方成正比，若电动机长期低压运行，会使电机过热甚至烧坏。2．定子回路串接三相对称阻抗时的人为机械特性 当其他量不变，仅在异步电动机定子回路串入三相对称电阻Rf时的人为机械特性如图3—27所示。sm、Tm及Tst都随Rf的增大而减小。定子串入对称阻抗，一般用于鼠笼式异步电动机的降压起动，以限制起动电流。 本文来自www.eadianqi.com  图3—27 异步电机定子回路串电阻的人为机械特性 3．转子回路串入三相对称电阻的人为机械特性 在绕线式异步电动机的转子回路串入同样大小的电阻RΩ，使转子回路电阻由r2上升为r2+RΩ，n1及Tm都不变；sm随着RΩ的增大而增大，Tst值将改变，开始随RΩ的增大而增大，一直增大到 时，Tst=Tm，如RΩ继续增大，Tst将开始减小，人为机械特性如图3—28所示。转子回路串接对称电阻适用于绕线式异步电动机的起动和调速。  图3—28 转子串接对称电阻时的人为机械特性 本文来自www.eadianqi.com |
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