3.2 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

3.2.1 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性表達(dá)式

三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性指在電源電壓U₁、電源頻率f₁及電動(dòng)機(jī)參數(shù)固定的條件下，其電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n之間的關(guān)系，可用函數(shù)關(guān)系式表示為T=f（ n）或T=f（ s）；用曲線可以表示為T-n曲線或T-s曲線。

1.參數(shù)表達(dá)式

根據(jù)式（3-18）、式（3-23），得

根據(jù)圖3-5所示三相異步電動(dòng)機(jī)T型等效電路，近似求取轉(zhuǎn)子電流有效值為

將式（3-26）代入式（3-25）得三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性表達(dá)式：

由式（3-27）可見，三相異步電動(dòng)機(jī)在電源電壓U₁、電源頻率f₁及電動(dòng)機(jī)參數(shù)r₁、、x₁、都確定的情況下，改變s，就可以計(jì)算電磁轉(zhuǎn)矩T。

2.三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)及機(jī)械特性上的特殊點(diǎn)

（1）三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)

由式（3-27）得到圖3-7所示三相異步電動(dòng)機(jī)的 T-s 曲線，具有非線性特征，反映了電動(dòng)機(jī)不同的工作狀態(tài)。

1）當(dāng)0 ＜s≤1或0≤n ＜n₁時(shí)，在第Ⅰ象限，處于電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，T、n 都為正，正常運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速在同步轉(zhuǎn)速n₁與額定轉(zhuǎn)速n_N之間。

2）當(dāng)s＜0或n＞n₁時(shí)，在第Ⅱ象限，處于回饋制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)（亦稱異步發(fā)電狀態(tài)），如圖3-8a所示，T為負(fù)、n為正。

3）當(dāng)s＞1或n＜0時(shí)，在第Ⅳ象限，處于制動(dòng)狀態(tài)，如倒拉反轉(zhuǎn)狀態(tài)，如圖3-8b所示，T為正、n為負(fù)。

其中，在運(yùn)行點(diǎn)A處，n=n₁、T=0，為理想空載運(yùn)行點(diǎn)；B點(diǎn)為額定運(yùn)行點(diǎn)，電磁轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速均為額定值；點(diǎn)C處為電磁轉(zhuǎn)矩最大點(diǎn)；點(diǎn)D處，n=0，電磁轉(zhuǎn)矩稱為堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩T_s。

（2）三相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性上的特殊點(diǎn)

1）最大轉(zhuǎn)矩T_m。式（3-27）對s求導(dǎo)，并令=0，可得到

式中 s_m——最大轉(zhuǎn)差率（或稱為臨界轉(zhuǎn)差率），越大，s_m越大；

“+”——適用于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)；

“-”——適用于發(fā)電狀態(tài)；

T _m——最大轉(zhuǎn)矩，與定子電壓成正比、與無關(guān)。

一般情況下，值不超過（ x₁ +）2的5%，因此，可以忽略其影響，s_m、T_m可近似為

可見，三相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性具有對稱性，其中，異步發(fā)電機(jī)狀態(tài)與電動(dòng)機(jī)狀態(tài)的最大電磁轉(zhuǎn)矩絕對值近似相等，臨界轉(zhuǎn)差率絕對值也近似相等。

最大電磁轉(zhuǎn)矩T_m與額定輸出轉(zhuǎn)矩T_N之比稱為最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)（也稱為過載倍數(shù)或過載能力） k_m ，表示為

不同應(yīng)用場合的異步電動(dòng)機(jī)，其k_m的值不一樣。一般三相異步電動(dòng)機(jī)k_m =1.6～2.3，三相異步電動(dòng)機(jī)選擇足夠大的k_m ，是為了保證在電壓突然降低或負(fù)載轉(zhuǎn)矩突然增大時(shí)，不會(huì)引起電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的大幅度變化，且在干擾消失后能夠再恢復(fù)正常運(yùn)行。但是，絕對不允許電動(dòng)機(jī)長期工作在最大轉(zhuǎn)矩處，因電動(dòng)機(jī)會(huì)因過載、電流太大、溫升超出允許值而燒毀。同時(shí)，在最大轉(zhuǎn)矩處電動(dòng)機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定。

2）堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩T_s （也稱為起動(dòng)轉(zhuǎn)矩）。當(dāng)s=1或n=0時(shí)，T=T_s。代入式（3-27），得

將堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩T_s與額定輸出轉(zhuǎn)矩T_N之比稱為堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)k_s ，表示為

k _s的大小反映了電動(dòng)機(jī)起動(dòng)負(fù)載的能力，該值越大，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)越快，同時(shí)，也會(huì)相應(yīng)增加電動(dòng)機(jī)的成本。因此，往往根據(jù)實(shí)際需要選取k_s，如，一般異步電動(dòng)機(jī)的k_s =0.8～1.2。

對于繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動(dòng)機(jī)，可以通過在轉(zhuǎn)子回路中串接電阻r_s來改變堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩T_s大小。一般而言，r_s增大，s_m也增大，T_m不變，但是，T_s變化，即s_m ＜1時(shí)，r_s增大、T_s增大；s_m =1時(shí)，T_s =T_m；s_m ＞1時(shí)，r_s增大、T_s減小。