机械特性是异步电动机的主要特性，它是指电动机的转速n₂与电磁转矩T_em之间的关系，即n₂=f(T_em)。用s坐标替换成转速n₂的坐标就成如图3—22所示的三相异步电动机的机械特性曲线。

一、机械特性分析

机械特性的曲线被T_m分成两个性质不同的区域，即AB段和BC段。

当电动机起动时，只要起动转矩T_Q大于反抗力矩T_L，电动机便转动起来。电磁转矩T_em的变化

沿曲线BC段运行。随着转速的上升，BC段中的T_em一直增大，所以转子一直被加速使电动机很快越

过CB段而进入AB 段，在AB段随着转速上升，电磁转速下降。当转速上升某一定值时，电磁转矩

T_em与反抗转矩T_L相等，此时，转速不再上升，电动机就稳定运行在AB段，所以BC段称为不稳定区，AB段称为稳定区。

图3—22   三相异步电动机的机械特性曲线

电动机一般都工作在稳定区域AB段上，在这区域里，负载转矩变化时，异步电动机的转速变化不大，电动机转速随转矩的增加而略有下降，这种机械特性称为硬特性。三相异步电动机的这种硬特性很适用于一般金属切削机床。

下面分析反映异步电动机机械的三个特殊转矩。

（一）额定转矩T_N

电动机在额定负载下稳定运行时的输出转矩称为额定转矩T_N，对应的转速称为额定转速n_N，转差率为额定转差率s_N。由于在等速转动时，T_em=T_L =T₂+T₀，空载转矩T₀一般很小，常可忽略不计，所以电动机的额定转速可以根据铭牌上的额定转速和额定功率（输出机械功率）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的单位为kW；n_N的单位为r/min。

（二）最大转矩T_m

电动机转矩的最大值，称为最大转矩T_m (或称为临界转矩，对应于特性曲线上的B点)。此时转差率s_m称为临界转差率。

                                (dT)/(ds)=0       

可求得临界转差率           s_m=(R₂)/X₂₀                                     （3—34）

与之对应的为              T_m=C/(2X₂₀)                                  （3—35）

由式（3—34）和式（3—35）可看出：

1．当电源电压为定值时，转差率s_m与转子电阻R₂成正比，R₂愈大s_m就愈小。但T_m不变，在转子电路中串入不同的附加电阻，便可使s_m向s=1的方向移动，在相同的负载转矩T_N下，电动机的工作点就沿a，b，c移动，转差率s就逐渐变大，转速n₂变小，故异步电动机可以通过在转子电路中串接不同的电阻来实现调速，如图3—23所示。

2．最大转矩T_m 与电源电压成正比，与转子电阻R₂的大小无关。显然，当电源电压有波动时，电动机最大转矩也随之变化。图3—24所示是T_m与U₁之间的变化关系曲线。

图3—23  不同R₂时的s=f(T_em)曲线       图3—24  不同电源电压U₁的n=f(T_em) 曲线（R₂=常数）

当负载转矩超过最大转矩时，电动机将因带不动负载而发生停车，俗称“闷车”。此时电动机的电流立即增大到额定值的6～7倍，将引起电动机严重过热，甚至烧毁。如果负载转矩只是短时间接近最大转矩而使电动机过载，这是允许的，因为时间很短，电动机不会立即过热。

为了保证电动机在电源电压的波动时能正常工作，规定电动机的最大转矩T_m要比额定转矩T_N大得多，通常用过载系数λ=T_m/T_N来衡量电动机的过载能力。一般λ=1.8～2.5。λ的数值可在电动机产品目录中查到。

3．起动转矩T_Q

由上式可见，T_Q与电源电压的平方成正比，与转子电阻R₂亦成正比，这种关系仍可从图3—23和图3—24中看到。当增加转子电阻（对绕线转子异步电动机而言），起动转矩会增大，当降低电源电压时，起动转矩将减小。

起动转矩和额定转矩的比值λ_Q=T_Q/T_N反映了异步电动机的起动能力。一般λ_Q=0.9～1.8。笼型异步电动机取值较小，绕线转子异步电动机取值较大。

4．实用表达式

虽然参数表达式在分析电磁转矩与电机参数间的关系，进行某些理论分析时是非常有用的。但定、转子的参数，在产品目录中找不到，因此用参数表达式来绘制机械或进行分析计算有时仍不方便。为此，可导出如下实用表达式：

根据产品目录求出T_m及s_m后，在实用表达式中只剩下T_em与s两个未知数了。给定一系列的s值，算出一系列对应的T_em值，就可绘出机械特性n=f（T_em）曲线，同时还可利用它进行机械特性的其他计算。

                     参数表达式可用以分析参数变化时对电动机机械特性的影响；实用表达式适用于进行机械特性的工程计算。

二、固有机械特性和人为机械特性

（一） 固有机械特性

异步电动机工作在额定电压及额定频率下，电动机按规定的接线方法接线，定子及转子电路中不外接电阻(电抗或电容)时的机械特性称为固有机械特性，如图3—25所示。下面对固有机械特性上的几个特殊点进行说明。

1．起动点A

电动机接通电源开始起动瞬间，其工作点位于A点，此时：n=0，s=1，T_em=T_st，定子电流I₁=I_st=（4~7）I_N（I_N为额定电流）。

2．最大转矩点P

B点是机械特性曲线中线性段（H—P）与非线性段（P—A）的分界点，此时：s=s_m，T_em=T_m。通常情况下，电动机在线性段上工作是稳定的，而在非线性段上工作是不稳定的，所以P点也是电动机稳定运行的临界点。

3．额定运行点B

电动机额定运行时，工作点位于B点，此时：n=n_N，s=s_N，T_em=T_N，I₁= I_N。电动机额定运行时转差率很小，一般s_N=0.01~0.06，n_N略小于n₁，故固有特性的线性段为硬特性。

4．同步转速点H

H点是电动机的理想空载点，即转子转速达到了同步转速。此时：n=n₁，s=0，T_em=0，转子电流I₂=0，显然如果没有外界转矩的作用，异步电动机本身不可能达到同步转速点。

图3—25   固有机械特性

（二）人为机械特性

若改变U₁和f₁或定子和转子回路串附加电阻和电抗某一参数(或物理量)时，所得T_em=f（n）或T_em=f（s）的关系曲线，称为人为机械特性。

1．降低U₁时的人为机械特性

由于设计电机时，在额定电压下磁路已经饱和，如升高电压会使励磁电流猛增，使电机严重发热，甚至烧坏。故一般只能得到降压时的人为机械特性。最大转矩T_m及起动转矩T_st均与成正比，s_m和n₁与U₁无关(即保持不变)。降低U₁的人为机械特性的绘制，先绘出固有机械特性，在不同的转速(或转差率)处，固有机械特性上的转矩值乘以电压变化后与变化前比值的平方，即得人为机械特性上对应的转矩值，如图3—26所示。

图3—26   减压时的人为机械特性

应当指出，如果负载转矩接近额定，降低电源电压对电动机的运行是极为不利的。因为当负载为额定值不变时如果电源电压因故降低，气隙主磁通减小，但转速变化不多，其功率因数cos变化不大，则从公式T_em=C^/_T0I^/₂cos可知，转子电流I^/₂要增大，使定子电流I₁相应增大。从电机的损耗看，虽然的减小能降低点铁耗，但铜耗与电流的平方成正比，若电动机长期低压运行，会使电机过热甚至烧坏。

2．定子回路串接三相对称阻抗时的人为机械特性

当其他量不变，仅在异步电动机定子回路串入三相对称电阻R_f时的人为机械特性如图3—27所示。s_m、T_m及T_st都随R_f的增大而减小。定子串入对称阻抗，一般用于鼠笼式异步电动机的降压起动，以限制起动电流。

图3—27   异步电机定子回路串电阻的人为机械特性

3．转子回路串入三相对称电阻的人为机械特性

在绕线式异步电动机的转子回路串入同样大小的电阻R_Ω，使转子回路电阻由r₂上升为r₂+R_Ω，n₁及T_m都不变；s_m随着R_Ω的增大而增大，T_st值将改变，开始随R_Ω的增大而增大，一直增大到时，T_st=T_m，如R_Ω继续增大，T_st将开始减小，人为机械特性如图3—28所示。转子回路串接对称电阻适用于绕线式异步电动机的起动和调速。

图3—28   转子串接对称电阻时的人为机械特性

4．改变电源频率的人为机械特性