機(jī)械特性是異步電動(dòng)機(jī)的主要特性，它是指電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n₂與電磁轉(zhuǎn)矩T_em之間的關(guān)系，即n₂=f(T_em)。用s坐標(biāo)替換成轉(zhuǎn)速n₂的坐標(biāo)就成如圖3—22所示的三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線。

一、機(jī)械特性分析

機(jī)械特性的曲線被T_m分成兩個(gè)性質(zhì)不同的區(qū)域，即AB段和BC段。

當(dāng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，只要起動(dòng)轉(zhuǎn)矩T_Q大于反抗力矩T_L，電動(dòng)機(jī)便轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。電磁轉(zhuǎn)矩T_em的變化

沿曲線BC段運(yùn)行。隨著轉(zhuǎn)速的上升，BC段中的T_em一直增大，所以轉(zhuǎn)子一直被加速使電動(dòng)機(jī)很快越

過(guò)CB段而進(jìn)入AB 段，在AB段隨著轉(zhuǎn)速上升，電磁轉(zhuǎn)速下降。當(dāng)轉(zhuǎn)速上升某一定值時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩

T_em與反抗轉(zhuǎn)矩T_L相等，此時(shí)，轉(zhuǎn)速不再上升，電動(dòng)機(jī)就穩(wěn)定運(yùn)行在AB段，所以BC段稱(chēng)為不穩(wěn)定區(qū)，AB段稱(chēng)為穩(wěn)定區(qū)。

圖3—22   三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線

電動(dòng)機(jī)一般都工作在穩(wěn)定區(qū)域AB段上，在這區(qū)域里，負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化不大，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩的增加而略有下降，這種機(jī)械特性稱(chēng)為硬特性。三相異步電動(dòng)機(jī)的這種硬特性很適用于一般金屬切削機(jī)床。

下面分析反映異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械的三個(gè)特殊轉(zhuǎn)矩。

（一）額定轉(zhuǎn)矩T_N

電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載下穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩稱(chēng)為額定轉(zhuǎn)矩T_N，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速稱(chēng)為額定轉(zhuǎn)速n_N，轉(zhuǎn)差率為額定轉(zhuǎn)差率s_N。由于在等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，T_em=T_L =T₂+T₀，空載轉(zhuǎn)矩T₀一般很小，?？珊雎圆挥?jì)，所以電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速可以根據(jù)銘牌上的額定轉(zhuǎn)速和額定功率（輸出機(jī)械功率）按下式求出

             T_L =T₂=P_N/ω=（P_N×10³）/((2πn_N）/60)=9550(P_N/n_N)                      (3—33)

式中，P_N的單位為kW；n_N的單位為r/min。

（二）最大轉(zhuǎn)矩T_m

電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的最大值，稱(chēng)為最大轉(zhuǎn)矩T_m (或稱(chēng)為臨界轉(zhuǎn)矩，對(duì)應(yīng)于特性曲線上的B點(diǎn))。此時(shí)轉(zhuǎn)差率s_m稱(chēng)為臨界轉(zhuǎn)差率。

                                (dT)/(ds)=0       

可求得臨界轉(zhuǎn)差率           s_m=(R₂)/X₂₀                                     （3—34）

與之對(duì)應(yīng)的為              T_m=C/(2X₂₀)                                  （3—35）

由式（3—34）和式（3—35）可看出：

1．當(dāng)電源電壓為定值時(shí)，轉(zhuǎn)差率s_m與轉(zhuǎn)子電阻R₂成正比，R₂愈大s_m就愈小。但T_m不變，在轉(zhuǎn)子電路中串入不同的附加電阻，便可使s_m向s=1的方向移動(dòng)，在相同的負(fù)載轉(zhuǎn)矩T_N下，電動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)就沿a，b，c移動(dòng)，轉(zhuǎn)差率s就逐漸變大，轉(zhuǎn)速n₂變小，故異步電動(dòng)機(jī)可以通過(guò)在轉(zhuǎn)子電路中串接不同的電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速，如圖3—23所示。

2．最大轉(zhuǎn)矩T_m 與電源電壓成正比，與轉(zhuǎn)子電阻R₂的大小無(wú)關(guān)。顯然，當(dāng)電源電壓有波動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩也隨之變化。圖3—24所示是T_m與U₁之間的變化關(guān)系曲線。

圖3—23  不同R₂時(shí)的s=f(T_em)曲線       圖3—24  不同電源電壓U₁的n=f(T_em) 曲線（R₂=常數(shù)）

當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩超過(guò)最大轉(zhuǎn)矩時(shí)，電動(dòng)機(jī)將因帶不動(dòng)負(fù)載而發(fā)生停車(chē)，俗稱(chēng)“悶車(chē)”。此時(shí)電動(dòng)機(jī)的電流立即增大到額定值的6～7倍，將引起電動(dòng)機(jī)嚴(yán)重過(guò)熱，甚至燒毀。如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩只是短時(shí)間接近最大轉(zhuǎn)矩而使電動(dòng)機(jī)過(guò)載，這是允許的，因?yàn)闀r(shí)間很短，電動(dòng)機(jī)不會(huì)立即過(guò)熱。

為了保證電動(dòng)機(jī)在電源電壓的波動(dòng)時(shí)能正常工作，規(guī)定電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩T_m要比額定轉(zhuǎn)矩T_N大得多，通常用過(guò)載系數(shù)λ=T_m/T_N來(lái)衡量電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力。一般λ=1.8～2.5。λ的數(shù)值可在電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品目錄中查到。

3．起動(dòng)轉(zhuǎn)矩T_Q

由上式可見(jiàn)，T_Q與電源電壓的平方成正比，與轉(zhuǎn)子電阻R₂亦成正比，這種關(guān)系仍可從圖3—23和圖3—24中看到。當(dāng)增加轉(zhuǎn)子電阻（對(duì)繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)而言），起動(dòng)轉(zhuǎn)矩會(huì)增大，當(dāng)降低電源電壓時(shí)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩將減小。

起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和額定轉(zhuǎn)矩的比值λ_Q=T_Q/T_N反映了異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)能力。一般λ_Q=0.9～1.8。籠型異步電動(dòng)機(jī)取值較小，繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)取值較大。

4．實(shí)用表達(dá)式

雖然參數(shù)表達(dá)式在分析電磁轉(zhuǎn)矩與電機(jī)參數(shù)間的關(guān)系，進(jìn)行某些理論分析時(shí)是非常有用的。但定、轉(zhuǎn)子的參數(shù)，在產(chǎn)品目錄中找不到，因此用參數(shù)表達(dá)式來(lái)繪制機(jī)械或進(jìn)行分析計(jì)算有時(shí)仍不方便。為此，可導(dǎo)出如下實(shí)用表達(dá)式：

根據(jù)產(chǎn)品目錄求出T_m及s_m后，在實(shí)用表達(dá)式中只剩下T_em與s兩個(gè)未知數(shù)了。給定一系列的s值，算出一系列對(duì)應(yīng)的T_em值，就可繪出機(jī)械特性n=f（T_em）曲線，同時(shí)還可利用它進(jìn)行機(jī)械特性的其他計(jì)算。

                     參數(shù)表達(dá)式可用以分析參數(shù)變化時(shí)對(duì)電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的影響；實(shí)用表達(dá)式適用于進(jìn)行機(jī)械特性的工程計(jì)算。

二、固有機(jī)械特性和人為機(jī)械特性

（一） 固有機(jī)械特性

異步電動(dòng)機(jī)工作在額定電壓及額定頻率下，電動(dòng)機(jī)按規(guī)定的接線方法接線，定子及轉(zhuǎn)子電路中不外接電阻(電抗或電容)時(shí)的機(jī)械特性稱(chēng)為固有機(jī)械特性，如圖3—25所示。下面對(duì)固有機(jī)械特性上的幾個(gè)特殊點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明。

1．起動(dòng)點(diǎn)A

電動(dòng)機(jī)接通電源開(kāi)始起動(dòng)瞬間，其工作點(diǎn)位于A點(diǎn)，此時(shí)：n=0，s=1，T_em=T_st，定子電流I₁=I_st=（4~7）I_N（I_N為額定電流）。

2．最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)P

B點(diǎn)是機(jī)械特性曲線中線性段（H—P）與非線性段（P—A）的分界點(diǎn)，此時(shí)：s=s_m，T_em=T_m。通常情況下，電動(dòng)機(jī)在線性段上工作是穩(wěn)定的，而在非線性段上工作是不穩(wěn)定的，所以P點(diǎn)也是電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的臨界點(diǎn)。

3．額定運(yùn)行點(diǎn)B

電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，工作點(diǎn)位于B點(diǎn)，此時(shí)：n=n_N，s=s_N，T_em=T_N，I₁= I_N。電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)差率很小，一般s_N=0.01~0.06，n_N略小于n₁，故固有特性的線性段為硬特性。

4．同步轉(zhuǎn)速點(diǎn)H

H點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)的理想空載點(diǎn)，即轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到了同步轉(zhuǎn)速。此時(shí)：n=n₁，s=0，T_em=0，轉(zhuǎn)子電流I₂=0，顯然如果沒(méi)有外界轉(zhuǎn)矩的作用，異步電動(dòng)機(jī)本身不可能達(dá)到同步轉(zhuǎn)速點(diǎn)。

圖3—25   固有機(jī)械特性

（二）人為機(jī)械特性

若改變U₁和f₁或定子和轉(zhuǎn)子回路串附加電阻和電抗某一參數(shù)(或物理量)時(shí)，所得T_em=f（n）或T_em=f（s）的關(guān)系曲線，稱(chēng)為人為機(jī)械特性。

1．降低U₁時(shí)的人為機(jī)械特性

由于設(shè)計(jì)電機(jī)時(shí)，在額定電壓下磁路已經(jīng)飽和，如升高電壓會(huì)使勵(lì)磁電流猛增，使電機(jī)嚴(yán)重發(fā)熱，甚至燒壞。故一般只能得到降壓時(shí)的人為機(jī)械特性。最大轉(zhuǎn)矩T_m及起動(dòng)轉(zhuǎn)矩T_st均與成正比，s_m和n₁與U₁無(wú)關(guān)(即保持不變)。降低U₁的人為機(jī)械特性的繪制，先繪出固有機(jī)械特性，在不同的轉(zhuǎn)速(或轉(zhuǎn)差率)處，固有機(jī)械特性上的轉(zhuǎn)矩值乘以電壓變化后與變化前比值的平方，即得人為機(jī)械特性上對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩值，如圖3—26所示。

圖3—26   減壓時(shí)的人為機(jī)械特性

應(yīng)當(dāng)指出，如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩接近額定，降低電源電壓對(duì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行是極為不利的。因?yàn)楫?dāng)負(fù)載為額定值不變時(shí)如果電源電壓因故降低，氣隙主磁通減小，但轉(zhuǎn)速變化不多，其功率因數(shù)cos變化不大，則從公式T_em=C^/_T0I^/₂cos可知，轉(zhuǎn)子電流I^/₂要增大，使定子電流I₁相應(yīng)增大。從電機(jī)的損耗看，雖然的減小能降低點(diǎn)鐵耗，但銅耗與電流的平方成正比，若電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期低壓運(yùn)行，會(huì)使電機(jī)過(guò)熱甚至燒壞。

2．定子回路串接三相對(duì)稱(chēng)阻抗時(shí)的人為機(jī)械特性

當(dāng)其他量不變，僅在異步電動(dòng)機(jī)定子回路串入三相對(duì)稱(chēng)電阻R_f時(shí)的人為機(jī)械特性如圖3—27所示。s_m、T_m及T_st都隨R_f的增大而減小。定子串入對(duì)稱(chēng)阻抗，一般用于鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的降壓起動(dòng)，以限制起動(dòng)電流。

圖3—27   異步電機(jī)定子回路串電阻的人為機(jī)械特性

3．轉(zhuǎn)子回路串入三相對(duì)稱(chēng)電阻的人為機(jī)械特性

在繞線式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子回路串入同樣大小的電阻R_Ω，使轉(zhuǎn)子回路電阻由r₂上升為r₂+R_Ω，n₁及T_m都不變；s_m隨著R_Ω的增大而增大，T_st值將改變，開(kāi)始隨R_Ω的增大而增大，一直增大到時(shí)，T_st=T_m，如R_Ω繼續(xù)增大，T_st將開(kāi)始減小，人為機(jī)械特性如圖3—28所示。轉(zhuǎn)子回路串接對(duì)稱(chēng)電阻適用于繞線式異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和調(diào)速。

圖3—28   轉(zhuǎn)子串接對(duì)稱(chēng)電阻時(shí)的人為機(jī)械特性

4．改變電源頻率的人為機(jī)械特性

關(guān)于改變電源頻率的具體情況在第六節(jié)中詳細(xì)介紹。