機械特性曲線在電工教學(xué)中的應(yīng)用

李新會

(河南化工技師學(xué)院，河南 開封 475000)

1 機械特性曲線

三相異步電動機的機械特性曲線是指電動機的轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系曲線。圖1表明了電動機的主要性能指標，也是選擇電動機的依據(jù)。三相異步電動的機械特性分為兩部分，A-B-C這一區(qū)域為穩(wěn)定運行區(qū)域，機械特性硬，C-D段比較陡，為不穩(wěn)定運行區(qū)域，機械特性軟，轉(zhuǎn)速受負載變化影響大。

圖1 三相羿步電動機的機械特性曲線

關(guān)于曲線上的幾個關(guān)鍵點的認識：

A點，電動機的轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速相同，電動機沒有輸出轉(zhuǎn)矩。這時候轉(zhuǎn)子繞組相對于旋轉(zhuǎn)磁場時靜止的，轉(zhuǎn)差率為零，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中不會出現(xiàn)感應(yīng)電流，轉(zhuǎn)子和軸承之間不存在任何摩擦，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速等于旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速，是一種理想中的狀態(tài)，稱為理想空載點。

B點，電動機的額定運行點，電動機運行平穩(wěn)，要求負載波動時電動機的轉(zhuǎn)速不能有太大變化，所以這一點應(yīng)位于曲線的平穩(wěn)區(qū)域。

C點，最大轉(zhuǎn)矩點，這一點是穩(wěn)定區(qū)域和不穩(wěn)定區(qū)域的分水嶺，對應(yīng)的轉(zhuǎn)差率為Sm。這是電動機的最大承受能力，一旦實際負荷大于這一值，電動機會出現(xiàn)卡阻，斷電不及時，電機的壽命就到頭了，實際應(yīng)用中要采取技術(shù)手段杜絕這一現(xiàn)象發(fā)生。

D點，啟動轉(zhuǎn)矩點，在這一點啟動時轉(zhuǎn)速為零，電動機需要克服慣性啟動，所以電動機的啟動轉(zhuǎn)矩要大于電動機的額定運行轉(zhuǎn)矩，否則就會出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)，一旦堵轉(zhuǎn)，電能無法轉(zhuǎn)換為動能，根據(jù)能量守恒定律，進來的能量全部用于發(fā)熱，繞組絕緣受損，電機就會燒壞。所以發(fā)現(xiàn)電動機不轉(zhuǎn)應(yīng)該第一時間斷電，之后用專業(yè)工具查找原因，沒查明原因之前一定不能再次送電，防止出現(xiàn)不可逆轉(zhuǎn)的損失。

2 機械特性曲線的調(diào)整

2.1 改變電動機電源電壓的人為機械特性曲線

從圖2可以得到這樣的信息，降壓之后電動機的機械特性曲線會變陡，容易受到負載的影響，啟動轉(zhuǎn)矩會變小，如果電動機拖動的設(shè)備不變，額定轉(zhuǎn)矩和啟動轉(zhuǎn)矩的距離大大縮小，電動機容易堵轉(zhuǎn)，所以僅適用于輕載或空載啟動的情況下。

2.2 改變轉(zhuǎn)子電阻的人為機械特性曲線

從圖2能看出，轉(zhuǎn)子繞組串電阻之后電動機的機械特性曲線變陡，容易受負載波動的影響，但是它的啟動轉(zhuǎn)矩增大了，也就是說電動機啟動的時候更有力量了，適合于重在啟動的場合。由于轉(zhuǎn)子需要串電阻，所以它是繞線轉(zhuǎn)子電動機的專利，這也是繞線轉(zhuǎn)子電機還有市場的重要因素。

圖2 改變電源電壓調(diào)整機械特性曲線

圖3 改變轉(zhuǎn)子電阻調(diào)整機械特曲線

3 從機械特性曲線看電動機的啟動

電動機直接啟動的時候電流很大，我們需要降低啟動電流，到底采用什么樣的啟動方式需要看實際情況，籠型輕載或空載的電動機我們可以降壓啟動，但是如果負載不允許，需要用專用變壓器來保證其正常工作。

起重機等重載啟動的電動機需要選用繞線轉(zhuǎn)子電動機，啟動的時候可以采用串電阻的方法，但由于機械特性軟，容易受負載影響，啟動之后要把串電阻切除。

4 從機械特性曲線看電動機的調(diào)速

對于調(diào)壓調(diào)速而言，如果要獲取變化比較大的轉(zhuǎn)速，電壓的變化范圍就要很大，但是由于電動機的轉(zhuǎn)矩和電壓的平方成正比，電壓變化大，轉(zhuǎn)矩變化就大，電動機容易過載，尤其對于負載不是很穩(wěn)定的場合，不易采用這樣的方式，否則一旦卡阻就無法挽回。

轉(zhuǎn)子繞組串電阻調(diào)速中，如果要獲取變化較大的轉(zhuǎn)速，串電阻的值就要增加，增加之后機械特性明顯變軟，所以調(diào)速范圍同樣不能太大，再加上臨界啟動轉(zhuǎn)矩的存在，串電阻值受限，調(diào)速范圍也受限。電阻本身是要消耗能量的，所以電動機的效率不高。圖是一種無聲的語言，用好了能起到此處無聲勝有聲的效果，只要我們認知觀察、用心感知，專業(yè)課一樣能煥發(fā)神奇的力量。