1.电路分析

异步电动机的定子绕组和转子绕组之间只有磁的耦合，而无电的联系，能量的传递依靠电磁感应作用，这与变压器一次、二次绕组之间的电磁关系相似。从电磁关系看，定子绕组相当于变压器的一次绕组，而转子绕组通常短接，相当于二次绕组。图4-25为异步电动机每相电路图。

图4-25　三相异步电动机的每相电路图

当定子绕组接上三相电源电压时，则有三相电流通过。定子三相电流产生旋转磁场，其磁通通过定子和转子铁心而闭合。这磁场不仅在转子每相绕组中要感应出电动势，并由此产生电流，而且在定子每相绕组中也要感应出电动势。此外，还有漏磁通在定子绕组和转子绕组中产生漏磁电动势。定子和转子每相绕组的匝数分别为N1 和N2。

变压器与三相异步电动机等效电路的区别体现在：

在变压器中，一次、二次绕组是相对静止的，所以它们的电流频率相同，就是电源频率。异步电动机中转子与定子是有相对运动的，所以转子电流的频率f2随转子转速的不同而改变，即

2.电磁转矩

电动机的电磁转矩是由转子的载流导体与旋转磁场相互作用而产生的。转子载流导体所受的电磁力与旋转磁场主磁通Φm 及转子电流I2 成正比。可见，电磁转矩T 与主磁通Φm、电流I2 成正比。

转子电路既有电阻还有漏电抗，所以转子电流I2 可以分解为有功分量I2cosφ2 和无功分量I2sinφ2 两部分。因为电磁转矩T 决定着电动机输出机械功率（有功功率）的大小，所以只有电流的有功分量I2cosφ2 才能产生电磁转矩。故异步电动机的电磁转矩为

式中，KT 是与电机结构有关的常数。

三相异步电动机电磁转矩还可以表示为

式中，K 是与电机结构有关的常数；R2 是转子等效电阻；X20＝2πf1Lσ2是转子静止时转子绕组的感抗。

由式（4-35）可见，转矩T 与定子每相电压U1 的平方成正比，所以电源电压的波动对电动机转矩的影响很大。此外，转矩T 还与转差率s 及转子电阻R2相关。

3.机械特性

电动机的机械特性，就是指电动机的转速n 与转矩T 之间的关系，即n＝f（T）。在一定的电源电压U1 和转子电阻R2 之下，转矩与转差率的关系曲线T＝f（s）（见图4-26），或转速与转矩的关系曲线n＝f（T）（见图4-27），称为电动机的机械特性曲线。

图4-26　三相异步电动机的T＝f（s）曲线

图4-27　三相异步电动机的n＝f（T）曲线

研究机械特性的目的是分析电动机的运行性能。下面讨论几个重要的参数。(www.daowen.com)

（1）额定转矩TN

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TN。电动机的额定转矩可以根据铭牌上的额定转速nN 和额定功率（输出机械功率）P2N，应用下式求得

式中，P2N是电动机轴上输出的机械功率，单位为千瓦（kW），额定转速nN 的单位为转/分（r/min），则转矩的单位为牛·米（N·m）。

（2）起动转矩Tst

电动机转速n＝0（s＝1），即电动机刚起动时，电动机的转矩称为起动转矩Tst。只要将s＝1代入式（4-35），即可得起动转矩

由上式可见，Tst与U1 及R2 有关。当电源电压U1 降低时，起动转矩会减小（见图4-28）。当转子电阻R2 适当增大时，起动转矩会增大（见图4-29）。

图4-28　改变电源电压时的机械特性

图4-29　改变转子电阻时的机械特性

只有当电动机起动转矩Tst大于负载转矩TL 时，电动机才能起动，而且起动转矩越大，起动越快。反之，电动机不能起动。

（3）最大转矩Tmax

电动机转矩的最大值，称为最大转矩或临界转矩。这时，电动机的转速称为临界转速nc，对应最大转矩的转差率为临界转差率sm

再将sm 代入式（4-35），则得最大转矩

由式（4-38）、式（4-39）可见，Tmax与U21 成正比，而与转子电阻R2 无关；sm 与R2 有关，R2 愈 大，sm 也 愈大。

上述关系表示在图4-28和图4-29中。

当负载转矩大于最大转矩时，电动机就要停车，发生所谓闷车现象。闷车后，电动机的电流立即增至额定值的6～7倍，将引起电动机严重过热，以致烧毁。如果过载时间较短，电动机不至于立即过热，是容许的。电动机最大转矩与额定转矩的比值λ 称为过载系数。一般三相异步电动机的过载系数为1.8～2.2。

在选用电动机时，必须考虑可能出现的最大负载转矩，而后根据所选电动机的过载系数算出电动机的最大转矩，它必须大于最大负载转矩。否则，就要重选电动机。

通常三相异步电动机都工作在如图4-27所示特性曲线的ab 段。当负载转矩增大（譬如车床切削时的吃刀量加大，起重机的起重量加大）时，在最初瞬间电动机的转矩T＜Tc，所以它的转速n 开始下降。随着转速的下降，由图4-27可见，电动机的转矩增加。当转矩增加到T＝Tc 时，电动机在新的稳定状态下运行，这时转速较前为低。但是ab 段比较平坦，当负载在空载与额定值之间变化时，电动机的转速变化不大。这种特性称为硬的机械特性。三相异步电动机的这种硬特性非常适用于一般金属切削机床。