三、异步电动机的机械特性

电动机的机械特性是说明电动机产生的电磁转矩T_M和转速之间的关系；负载的机械特性则是说明负载的阻转矩T_L和转速之间的关系，两者的交点便是拖动的工作点。

（一）异步电动机的自然机械特性

1.自然机械特性

异步电动机的自然机械特性如图1-9所示。

图1-9 异步电动机的自然机械特性

a）自然机械特性 b）机械特性的含义

（1）理想空载点 电动机输出轴上的转矩为0，称为理想空载点。这时，电动机的转速可以达到同步转速n₀，如图1-9a所示。

（2）起动点 电动机刚接通电源，但转速仍为0时称为起动点，这时的转矩称为起动转矩T_S，也叫堵转转矩，如图1-9中S点。

（3）临界点 异步电动机的机械特性有一个拐点K。在这一点，电动机所能产生的电磁转矩最大，称为临界转矩，用T_K表示，K点称为临界点。与此对应的转速称为临界转速n_K。

2.机械特性的含义

机械特性的含义如图1-10所示。

图1-10 机械特性的含义

a）拖动系统的工作点 b）机械特性的含义

从电动机的角度看，如图1-10a所示，当转速较高，转差Δn₁较小，转子绕组切割旋转磁场所产生的感应电动势和电流也较小，所以转矩也较小。

当转速下降时，转差Δn₂增大，转子的感应电动势和电流也增大，所产生的电磁转矩也较大。

所以从电动机的角度看，转速下降，则转矩增加。

从负载的角度看，如图1-10b所示，当负载较轻、阻转矩为T_L1时，用于克服T_L1所需的电磁转矩较小，拖动系统的工作点为Q₁点，转速较高，为n_L1。当负载的阻转矩增大为T_L2时，用于克服T_L2所需要的电磁转矩也增大，拖动系统的工作点移至Q₂点，转速下降为n₂。所以从负载的角度看，当负载的阻转矩增大时，拖动系统的转速下降。

3.机械特性的“硬”与“软”

机械特性的“硬”与“软”如图1-11所示。

图1-11 机械特性的“硬”与“软”

a）硬特性 b）软特性

（二）异步电动机的人工机械特性

电动机在人为地改变了某个参数后所得到的机械特性，称为人工机械特性。

1.转子串联电阻的机械特性

绕线转子异步电动机可以通过集电环和电刷把外部的调速电阻与转子绕组相串联，如图1-12a所示。

转子电路串联电阻后，其机械特性如图1-12b所示，主要特点是：

1）同步转速n₀不变；

2）临界转矩T_K不变；

3）临界转速n_K随外接电阻而变，外接电阻越大，临界转速越低；

4）外接电阻越大，机械特性越“软”；

5）外接电阻越大，起动转矩越大，所以迄今为止，仍广泛地应用于起重机械中。

图1-12 转子串联电阻的机械特性

a）转子串联电阻的电路 b）机械特性图

2.改变电压的机械特性

软起动器就是通过改变电动机的输入电压来改善其起动性能，电路图如图1-13a所示。改变输入电压后的机械特性如图1-13b所示，主要特点是：

1）同步转速n₀不变；

2）临界转速n_K不变；

3）临界转矩T_K随电压的减小而减小；

4）电压越低，机械特性也越“软”；

5）电压越低，起动转矩越小，所以软起动器不能用于重载起动的场合。

图1-13 改变电压的机械特性

a）电路图 b）机械特性

3.改变频率的机械特性（k_U=k_f）

电源电压经变频器UF变频后供电动机，电压和频率成正比的情况下变频后电动机的机械特性如图1-14b所示，主要特点是：

1）同步转速n₀随频率的下降而下降；

2）临界转速n_K也下降，但临界转差基本不变；

3）临界转矩T_K随频率的下降而略有减小；

4）机械特性基本平行；

5）通过适当的功能预置，可以增大电动机的起动转矩，所在以变频调速的情况下，可以进行重载起动。

图1-14 f_X≤f_N时的机械特性

a）变频调速 b）变频机械特性