王浩

平頂山技師學(xué)院 河南省平頂山市 467000

三相異步電動機(jī)的三相對稱定子繞組中，通入三相對稱的交流電，在定子、氣隙和轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場；旋轉(zhuǎn)磁場不但對定子繞組產(chǎn)生影響，在轉(zhuǎn)子繞組中要產(chǎn)生轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢，如果轉(zhuǎn)子繞組構(gòu)成閉合回路，在轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢的作用下形成轉(zhuǎn)子電流；載流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動電機(jī)運轉(zhuǎn)。實驗表明：在電源電壓、頻率和電機(jī)轉(zhuǎn)子參數(shù)不變的情況下，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速（或轉(zhuǎn)差率）與電磁轉(zhuǎn)矩一一對應(yīng)。轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率一一對應(yīng)關(guān)系稱作轉(zhuǎn)矩特把轉(zhuǎn)矩特性中的轉(zhuǎn)差率s換做轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩特性就變成了機(jī)械特性即轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的一一對應(yīng)關(guān)系。

1 三相異步電動機(jī)機(jī)械特性定性分析

1.1 機(jī)械特性曲線上的特殊點

從機(jī)械特性曲線（圖1）看：電動機(jī)轉(zhuǎn)速由零升高的過程（1>S> Sm），轉(zhuǎn)矩由啟動轉(zhuǎn)矩TSt（轉(zhuǎn)速為零時的轉(zhuǎn)矩，這是機(jī)械特性上的第一個特殊點）升高到最大轉(zhuǎn)矩Tm，隨著轉(zhuǎn)速的進(jìn)一步升高，轉(zhuǎn)矩由最大轉(zhuǎn)矩Tm逐漸減小到零（Sm>S>0）。

通過數(shù)學(xué)分析：

圖1

2 機(jī)械特性曲線上的特殊區(qū)域：

2.1 穩(wěn)定運行區(qū)

在Sm＞S＞0范圍內(nèi)，由于S值較小，SX02比r2小得多，SX02可忽略不計。得到T≈CSU12/{f1r2}，可見隨S的增加（轉(zhuǎn)速下降），驅(qū)動轉(zhuǎn)矩T相應(yīng)增加；隨S的減?。ㄞD(zhuǎn)速上升），驅(qū)動轉(zhuǎn)矩T相應(yīng)減小。這個區(qū)域稱為穩(wěn)定運行區(qū)。如圖2所示。

圖2

2.2 非穩(wěn)定運行區(qū)

在1＞S＞Sm范圍內(nèi)，由于S值較大，r2比SX02小得多，r2可忽略不計。得到T≈Cr2U12/{f1SX022}，可見隨S的增加（轉(zhuǎn)速下降），驅(qū)動轉(zhuǎn)矩T相應(yīng)減小，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速進(jìn)一步下降，驅(qū)動轉(zhuǎn)矩T進(jìn)一步減小，直至電機(jī)停轉(zhuǎn)；而S的減?。ㄞD(zhuǎn)速上升），驅(qū)動轉(zhuǎn)矩T相應(yīng)增大，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速進(jìn)一步上升，驅(qū)動轉(zhuǎn)矩T進(jìn)一步增大，直至電機(jī)在穩(wěn)定運行區(qū)域工作。這個區(qū)域稱為非穩(wěn)定運行區(qū)。

2.3 上述的穩(wěn)定工作區(qū)和非穩(wěn)定工作區(qū)是對恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載而言的，電動機(jī)能否在該區(qū)域穩(wěn)定運行。風(fēng)機(jī)型負(fù)載在非穩(wěn)定工作區(qū)能穩(wěn)定運行：如圖3所示。

三相異步電動機(jī)工作在b點，轉(zhuǎn)速nb。當(dāng)轉(zhuǎn)速增大為na時，動力矩增大T3-Tb較小，而負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大T4-Tb較大，電動機(jī)加速轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)向相反，導(dǎo)致減速，回到工作點b點，此點加速轉(zhuǎn)矩為零，電機(jī)保持轉(zhuǎn)速nb運行；當(dāng)轉(zhuǎn)速減小為nc時，動力矩減小Tb-T2較小，而負(fù)載轉(zhuǎn)矩減小Tb-T1較大，電動機(jī)加速轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)向相同，導(dǎo)致加速，回到工作點b點，此點加速轉(zhuǎn)矩為零，電機(jī)保持轉(zhuǎn)速nb運行。所以，三相異步電動機(jī)非穩(wěn)定運行區(qū)域，風(fēng)機(jī)型負(fù)載能穩(wěn)定運行。

圖3

3 三相異步電動機(jī)機(jī)械特性應(yīng)用

改變?nèi)喈惒诫妱訖C(jī)的工作參數(shù)，電動機(jī)的機(jī)械特性隨之發(fā)生變化，對我們正確使用電機(jī)提供了依據(jù)。

3.1 電源電壓對電機(jī)的影響及應(yīng)用

只改變電源電壓，機(jī)械特性的變化：由于理想空載轉(zhuǎn)速（同步轉(zhuǎn)速）與電源電壓無關(guān)，改變電源電壓得到的系列機(jī)械特性共同點是n1，由于電源電壓的平方與電機(jī)轉(zhuǎn)矩的正比關(guān)系，降低電源電壓導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩成平方倍的減小但臨界轉(zhuǎn)差率顯然與電源電壓的改變無關(guān)，所以電動機(jī)取得最大轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的轉(zhuǎn)差率不變。通過上述定性分析，電動機(jī)機(jī)械特性曲線發(fā)生的變化一目了然。

電動機(jī)拖動恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時，電源電壓的減小導(dǎo)致運行轉(zhuǎn)速改變，如圖4所示：

隨電源電壓減小，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速由na減小到nb進(jìn)而減小到nc，電壓變化量很大，而轉(zhuǎn)速變化量na-nb，nb-nc，na- nc都很小，說明電源電壓的改變在電機(jī)拖動恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時，對轉(zhuǎn)速的影響不大，或者說三相異步電動機(jī)拖動恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時，通過改變電源電壓調(diào)速，由于調(diào)速范圍太小，沒有實用價值，而不采用這種調(diào)速方式。

圖4

電動機(jī)在拖動風(fēng)機(jī)型負(fù)載運行時，電源電壓的改變，使電動機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生改變，如圖5所示。改變電源電壓電動機(jī)穩(wěn)定運行的轉(zhuǎn)速有三個：na、nb、nc，轉(zhuǎn)速的變化量na-nb，nbnc，na- nc都很大，即調(diào)速范圍寬廣，因此電動機(jī)拖動風(fēng)機(jī)型負(fù)載時，通常用改變電源電壓實現(xiàn)調(diào)速。

圖5

3.2 轉(zhuǎn)子電阻對電機(jī)的影響及應(yīng)用

三相籠型異步電動機(jī)由于轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)特點，我們不能改變轉(zhuǎn)子的參數(shù)，而三相繞線異步電動機(jī)我們可以通過改變轉(zhuǎn)子電阻的大小，改變他的機(jī)械特性。如圖6所示，我們只改變轉(zhuǎn)子的電阻，電機(jī)機(jī)械特性發(fā)生了變化：由于理想空載轉(zhuǎn)速（同步轉(zhuǎn)速）與轉(zhuǎn)子電阻無關(guān)，改變電源電壓得到的系列機(jī)械特性共同點是n1，由于臨界轉(zhuǎn)差率與r2成正比，增大轉(zhuǎn)子電阻時sm必然增大，而與r2的改變無關(guān)，所以增大轉(zhuǎn)子電阻，最大轉(zhuǎn)矩保持不變；電動機(jī)的啟動轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)子電阻的增大而增大，在sm>1時，隨轉(zhuǎn)子電阻的增大而減小。通過上述定性分析，電動機(jī)機(jī)械特性曲線發(fā)生的變化一目了然。

電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻啟動，在sm<1時，隨轉(zhuǎn)子電阻的增大，啟動轉(zhuǎn)矩Tst增大，我們可以以此選擇串接合適的電阻，增大電機(jī)的啟動轉(zhuǎn)矩，縮短啟動時間，提高生產(chǎn)效率。而在sm>1時，隨轉(zhuǎn)子電阻的增大啟動轉(zhuǎn)矩Tst反而減小，所以我們不能錯誤地認(rèn)為轉(zhuǎn)子串的電阻越大啟動轉(zhuǎn)矩也越大。

4 結(jié)語

三相異步電動機(jī)機(jī)械特性的定性分析，有助于我們掌握電動機(jī)的特性，為我們正確選用和使用電動機(jī)提供依據(jù)，筆者對電機(jī)機(jī)械特性的應(yīng)用列舉了幾個常見的例子，以期拋磚引玉，對機(jī)械特性的定性分析與應(yīng)用必有不盡之處，愿與同行交流探討。