舉例說明異步電機的機械特征有哪些？
同步電機的工作是靠“磁場總是沿著磁路最短的方向上走”，以轉(zhuǎn)場失電機為例。在轉(zhuǎn)子上有了勵磁后，出現(xiàn)了N和S極；然后定子磁場旋轉(zhuǎn)，其N，S極的相互變化，總是與轉(zhuǎn)子上的磁極一一對應(yīng)。所以形成了同步。更重要的是，定、轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)必須相同，否則電機是不能運轉(zhuǎn)的。
而異步電動機是靠感應(yīng)來實現(xiàn)運動的。原理是，在定子繞組加三相電壓后，會形成旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子上的導條因切割磁力線，所以產(chǎn)生了電勢；又由于導條是連通的，所以就產(chǎn)生了電流。此時，我們就想到了初中時學的---“帶電導體在磁場中會產(chǎn)生運動”。所以，這樣的電動機才叫“感應(yīng)電機”。對于異步或感應(yīng)電機來講，其轉(zhuǎn)子的極數(shù)是自動感應(yīng)定子極數(shù)的。也可以講，轉(zhuǎn)子是沒有極數(shù)的。（以上是以電樞繞組在定子上做例的）。異步電機沒有轉(zhuǎn)樞/轉(zhuǎn)場之說。
另外，對于轉(zhuǎn)子上無繞組，無永磁體，也無槽，而定子上有分布繞組的電機，應(yīng)該屬于感應(yīng)電機的一種。這種電機在小型或微型或特殊的大型電機上也常使用。
例 有一臺三相異步電動機，其額定轉(zhuǎn)速 n=975r/min，電源頻率f=50Hz，求電動機的極數(shù)和額定負載時的轉(zhuǎn)差率S。
解：由于電動機的額定轉(zhuǎn)速接近而略小于同步轉(zhuǎn)速，而同步轉(zhuǎn)速對應(yīng)于不同的極對數(shù)有一系列固定的數(shù)值。顯然，與975r/min最相近的同步轉(zhuǎn)速n0=1000r/min，與此相應(yīng)的磁極對數(shù)p=3。因此，額定負載時的轉(zhuǎn)差率為：
三相異步電動機中的電磁關(guān)系同變壓器類似，定子繞組相當于變壓器的原繞組，轉(zhuǎn)子繞組（一般是短接的）相當于副繞組。給定子繞組接上三相電源電壓，則定子中就有三相電流通過，此三相電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，其磁力線通過定子和轉(zhuǎn)子鐵心而閉合，這個磁場在轉(zhuǎn)子和定子的每相繞組中都要感應(yīng)出電動勢。
一、機械特性分析
機械特性的曲線被Tm分成兩個性質(zhì)不同的區(qū)域，即AB段和BC段。
當電動機起動時，只要起動轉(zhuǎn)矩TQ大于反抗力矩TL，電動機便轉(zhuǎn)動起來。電磁轉(zhuǎn)矩Tem的變化
沿曲線BC段運行。隨著轉(zhuǎn)速的上升，BC段中的Tem一直增大，所以轉(zhuǎn)子一直被加速使電動機很快越
過CB段而進入AB 段，在AB段隨著轉(zhuǎn)速上升，電磁轉(zhuǎn)速下降。當轉(zhuǎn)速上升某一定值時，電磁轉(zhuǎn)矩
Tem與反抗轉(zhuǎn)矩TL相等，此時，轉(zhuǎn)速不再上升，電動機就穩(wěn)定運行在AB段，所以BC段稱為不穩(wěn)定區(qū)，AB段稱為穩(wěn)定區(qū)。
電動機一般都工作在穩(wěn)定區(qū)域AB段上，在這區(qū)域里，負載轉(zhuǎn)矩變化時，異步電動機的轉(zhuǎn)速變化不大，電動機轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩的增加而略有下降，這種機械特性稱為硬特性。三相異步電動機的這種硬特性很適用于一般金屬切削機床。
下面分析反映異步電動機機械的三個特殊轉(zhuǎn)矩。
（一）額定轉(zhuǎn)矩TN
電動機在額定負載下穩(wěn)定運行時的輸出轉(zhuǎn)矩稱為額定轉(zhuǎn)矩TN，對應(yīng)的轉(zhuǎn)速稱為額定轉(zhuǎn)速nN，轉(zhuǎn)差率為額定轉(zhuǎn)差率sN。由于在等速轉(zhuǎn)動時，Tem=TL =T2+T0，空載轉(zhuǎn)矩T0一般很小，常可忽略不計，所以電動機的額定轉(zhuǎn)速可以根據(jù)銘牌上的額定轉(zhuǎn)速和額定功率（輸出機械功率）按下式求出
TL =T2=PN/ω=（PN×103）/((2πnN）/60)=9550(PN/nN) (3—33)
式中，PN的單位為kW；nN的單位為r/min。
（二）最大轉(zhuǎn)矩Tm
電動機轉(zhuǎn)矩的最大值，稱為最大轉(zhuǎn)矩Tm (或稱為臨界轉(zhuǎn)矩，對應(yīng)于特性曲線上的B點)。此時轉(zhuǎn)差率sm稱為臨界轉(zhuǎn)差率。
(dT)/(ds)=0
可求得臨界轉(zhuǎn)差率 sm=(R2)/X20 （3—34）
與之對應(yīng)的為 Tm=C/(2X20) （3—35）
1．當電源電壓為定值時，轉(zhuǎn)差率sm與轉(zhuǎn)子電阻R2成正比，R2愈大sm就愈小。但Tm不變，在轉(zhuǎn)子電路中串入不同的附加電阻，便可使sm向s=1的方向移動，在相同的負載轉(zhuǎn)矩TN下，電動機的工作點就沿a，b，c移動，轉(zhuǎn)差率s就逐漸變大，轉(zhuǎn)速n2變小，故異步電動機可以通過在轉(zhuǎn)子電路中串接不同的電阻來實現(xiàn)調(diào)速
2．最大轉(zhuǎn)矩Tm 與電源電壓成正比，與轉(zhuǎn)子電阻R2的大小無關(guān)。顯然，當電源電壓有波動時，電動機最大轉(zhuǎn)矩也隨之變化。
當負載轉(zhuǎn)矩超過最大轉(zhuǎn)矩時，電動機將因帶不動負載而發(fā)生停車，俗稱“悶車”。此時電動機的電流立即增大到額定值的6～7倍，將引起電動機嚴重過熱，甚至燒毀。如果負載轉(zhuǎn)矩只是短時間接近最大轉(zhuǎn)矩而使電動機過載，這是允許的，因為時間很短，電動機不會立即過熱。
為了保證電動機在電源電壓的波動時能正常工作，規(guī)定電動機的最大轉(zhuǎn)矩Tm要比額定轉(zhuǎn)矩TN大得多，通常用過載系數(shù)λ=Tm/TN來衡量電動機的過載能力。一般λ=1.8～2.5。λ的數(shù)值可在電動機產(chǎn)品目錄中查到。
3．起動轉(zhuǎn)矩TQ
由上式可見，TQ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。當增加轉(zhuǎn)子電阻（對繞線轉(zhuǎn)子異步電動機而言），起動轉(zhuǎn)矩會增大，當降低電源電壓時，起動轉(zhuǎn)矩將減小。
起動轉(zhuǎn)矩和額定轉(zhuǎn)矩的比值λQ=TQ/TN反映了異步電動機的起動能力。一般λQ=0.9～1.8。籠型異步電動機取值較小，繞線轉(zhuǎn)子異步電動機取值較大
異步電機的固有機械特性和人為機械特性
（一） 固有機械特性
異步電動機工作在額定電壓及額定頻率下，電動機按規(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)時的機械特性稱為固有機械特性，如圖3—25所示。下面對固有機械特性上的幾個特殊點進行說明。
1．起動點A
電動機接通電源開始起動瞬間，其工作點位于A點，此時：n=0，s=1，Tem=Tst，定子電流I1=Ist=（4~7）IN（IN為額定電流）。
2．最大轉(zhuǎn)矩點P
B點是機械特性曲線中線性段（H—P）與非線性段（P—A）的分界點，此時：s=sm，Tem=Tm。通常情況下，電動機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點也是電動機穩(wěn)定運行的臨界點。
3．額定運行點B
電動機額定運行時，工作點位于B點，此時：n=nN，s=sN，Tem=TN，I1= IN。電動機額定運行時轉(zhuǎn)差率很小，一般sN=0.01~0.06，nN略小于n1，故固有特性的線性段為硬特性。
4．同步轉(zhuǎn)速點H
H點是電動機的理想空載點，即轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達到了同步轉(zhuǎn)速。此時：n=n1，s=0，Tem=0，轉(zhuǎn)子電流I2=0，顯然如果沒有外界轉(zhuǎn)矩的作用，異步電動機本身不可能達到同步轉(zhuǎn)速點。
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，所得Tem=f（n）或Tem=f（s）的關(guān)系曲線，稱為人為機械特性。
1．降低U1時的人為機械特性
由于設(shè)計電機時，在額定電壓下磁路已經(jīng)飽和，如升高電壓會使勵磁電流猛增，使電機嚴重發(fā)熱，甚至燒壞。故一般只能得到降壓時的人為機械特性。最大轉(zhuǎn)矩Tm及起動轉(zhuǎn)矩Tst均與成正比，sm和n1與U1無關(guān)(即保持不變)。降低U1的人為機械特性的繪制，先繪出固有機械特性，在不同的轉(zhuǎn)速(或轉(zhuǎn)差率)處，固有機械特性上的轉(zhuǎn)矩值乘以電壓變化后與變化前比值的平方，即得人為機械特性上對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩值，如圖3—26所示。
應(yīng)當指出，如果負載轉(zhuǎn)矩接近額定，降低電源電壓對電動機的運行是極為不利的。因為當負載為額定值不變時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Tem=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。從電機的損耗看，雖然的減小能降低點鐵耗，但銅耗與電流的平方成正比，若電動機長期低壓運行，會使電機過熱甚至燒壞。
2．定子回路串接三相對稱阻抗時的人為機械特性
當其他量不變，僅在異步電動機定子回路串入三相對稱電阻Rf時的人為機械特性如圖3—27所示。sm、Tm及Tst都隨Rf的增大而減小。定子串入對稱阻抗，一般用于鼠籠式異步電動機的降壓起動，以限制起動電流。
異步電機定子回路串電阻的人為機械特性
3．轉(zhuǎn)子回路串入三相對稱電阻的人為機械特性
在繞線式異步電動機的轉(zhuǎn)子回路串入同樣大小的電阻RΩ，使轉(zhuǎn)子回路電阻由r2上升為r2+RΩ，n1及Tm都不變；sm隨著RΩ的增大而增大，Tst值將改變，開始隨RΩ的增大而增大，一直增大到時，Tst=Tm，如RΩ繼續(xù)增大，Tst將開始減小，人為機械特性如圖3—28所示。轉(zhuǎn)子回路串接對稱電阻適用于繞線式異步電動機的起動和調(diào)速。
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