三相异步电动机的机械特性优化分析

由于转速n=（1-s）n1，可将T=f（s）曲线转化为n=f（T）曲线。异步电动机的转速n和电磁转矩T之间的关系n=f（T），称为机械特性。

1.固有机械特性

三相异步电动机的固有机械特性是指电动机工作在额定电压、额定频率下，定子、转子电路均不外接电阻，且按规定方式接线情况下的机械特性。当电机处于电动机运行状态时，其固有机械特性曲线如图4.16所示。

2.人为机械特性

人为机械特性是指人为改变电源参数或电动机参数而得到的机械特性。

（1）降低定子电压的人为机械特性。电磁转矩和电压的平方成正比，因此增大或减小电源电压都可以改变电磁转矩。由于异步电动机在额定电压下运行时，磁路已经饱和，所以不能利用升高电压的方法来改变机械特性，故这里只讨论降低电压的人为机械特性，如图4.17所示。

当电动机在某一负载下运行时，若降低电源电压，电磁转矩减小将导致电动机转速下降，转子电流、定子电流增大。若电动机电流超过额定值，则电动机的最终温升超过允许值，导致电动机寿命缩短，甚至使电动机烧毁。如果电压降低过多，也会使最大转矩小于负载转矩，而使电动机发生停转。降低电压后的人为机械特性曲线中，线性段的斜率变大，特性变软，起动转矩倍数和过载能力显著下降。

图4.16　异步电动机固有机械特性曲线

图4.17　异步电动机降压时的人为机械特性曲线

（2）转子回路串三相对称电阻时的人为机械特性。由前面分析可知，增大转子回路电阻时，同步转速n1与最大电磁转矩Tm都不变，但临界转差sm随所串电阻增加而增大，人为机械特性曲线是一组通过同步点的曲线族，如图4.18所示。

图4.18　绕线式异步电动机转子回路串电阻

（a）电路图；（b）机械特性曲线

显然，转子回路串接电阻后的人为机械特性曲线中，线性段的斜率变大，特性变软。在一定范围内增加转子回路电阻可以增加电动机的起动转矩，如果串接某一电阻使Tst=Tm，若再继续增加转子回路电阻，则起动转矩开始减小。如图4.18所示，当所串电阻为Rs3时，sm=1，起动转矩已达到了最大值，若再增加转子回路电阻，起动转矩反而会减小。

图4.19　定子回路串接电抗的人为机械特性曲线(www.xing528.com)

通过转子回路串对称电阻，可以改善异步电动机的起动、调速和制动性能，只适用于绕线式异步电动机，不适用于鼠笼式异步电动机。

（3）定子回路串接对称电抗或电阻的人为特性。在鼠笼式异步电动机的定子三相回路内串接三相对称电抗或电阻时，由分析可知，同步转速n1不变，但最大电磁转矩Tm、临界转差率sm和起动转矩Tst都随所串电抗（电阻）的增加而减小。其人为机械特性曲线如图4.19所示。定子回路串电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。

定子回路串接三相对称电阻时的人为特性与串电抗类似。串接电阻的目的也是为了限制起动电流，但由于电阻要产生能量损耗，所以一般不宜采用。

小　结

异步电动机对机械负载的输出主要表现为转速和电磁转矩。电磁转矩和转速之间的关系n=f（T）称为机械特性。绕线式异步电动机就是利用转子回路串适当电阻的方法来改善起动、调速和制动性能。

最大电磁转矩和起动转矩均与电源电压的平方成正比；最大电磁转矩与转子回路电阻无关；临界转差率和转子回路电阻成正比；在一定范围内，增加转子回路电阻可以增加起动转矩，当临界转差率为1时，起动转矩将达到最大电磁转矩。

习　题

（1）什么是三相异步电动机的固有机械特性？

（2）什么是三相异步电动机的人为机械特性？

（3）三相异步电动机带额定负载运行时，且负载转矩不变，若电源电压下降过多，对电动机的TM、Tst、Φm、I1、I2及n有何影响？

（4）试分析下列情况下异步电动机的最大转矩、临界转差率和起动转矩将如何变化。①转子回路中串电阻；③定子回路中串电阻；③降低电源电压；④降低电源频率。

（5）有一台过载系数为2的三相异步电动机，其额定电压为380V，带额定负载运行时，由于电网突然故障，电网电压下降到230V，此时电动机能否继续运行，为什么？

综合实训

1.实训目标

测取三相鼠笼异步电动机的机械特性。

2.实训要求

根据测得的数据作出三相鼠笼异步电动机的机械特性。