異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性及其應(yīng)用研究

饒啟明 李志平

摘 要： 電動(dòng)機(jī)是轉(zhuǎn)換電能并輸出機(jī)械能的重要裝置，該裝置在社會(huì)各個(gè)不同企業(yè)中均有著十分重要的應(yīng)用價(jià)值，處于運(yùn)行狀態(tài)下的電動(dòng)機(jī)即有機(jī)械運(yùn)動(dòng)也有電磁運(yùn)動(dòng)。本文對(duì)轉(zhuǎn)矩特性方程、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩與功率之間的關(guān)系進(jìn)行了分析，對(duì)電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性進(jìn)行了探討，對(duì)電動(dòng)機(jī)機(jī)械中應(yīng)用三相異步技術(shù)的有關(guān)要求進(jìn)行了介紹。

關(guān)鍵詞： 應(yīng)用研究；機(jī)械特性；異步電動(dòng)機(jī)

隨著我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)的不斷發(fā)展，電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用性能得到了進(jìn)一步的提升，如何將電動(dòng)機(jī)技術(shù)更加廣泛地應(yīng)用于交通運(yùn)輸、工業(yè)、國(guó)防軍事等領(lǐng)域已經(jīng)成為相關(guān)研單位十分重要的研究課題之一。異步電動(dòng)機(jī)具有工作特性好、維修方便、價(jià)格低廉以及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等方面的特點(diǎn)，普遍應(yīng)用于電力拖動(dòng)平臺(tái)。為了能夠?qū)㈦妱?dòng)機(jī)的性能更加充分地發(fā)揮出來(lái)，研究人員需要對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)以及機(jī)械原理進(jìn)行深入的研究與分析，為電動(dòng)機(jī)性能的提升奠定良好的基礎(chǔ)。

1.轉(zhuǎn)矩與功率之間的關(guān)系

在對(duì)轉(zhuǎn)矩與功率之間的關(guān)系進(jìn)行研究之前，首先需要了解電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行狀態(tài)下的機(jī)械特性，在些基礎(chǔ)上對(duì)轉(zhuǎn)矩與功率之間的內(nèi)在關(guān)系進(jìn)行深入的分析。物體的轉(zhuǎn)運(yùn)離不開(kāi)力矩的支持，由于在轉(zhuǎn)運(yùn)的狀態(tài)下會(huì)產(chǎn)生一定的轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)能，物體受到力矩的驅(qū)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)運(yùn)，在些過(guò)程中所產(chǎn)生的做功量可以通過(guò)轉(zhuǎn)運(yùn)半徑進(jìn)行計(jì)算，所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力即垂直于轉(zhuǎn)軸也垂直于轉(zhuǎn)運(yùn)半徑，計(jì)算公式如下。

P=W/t=F·S/t=F·v=F·ωr=Fr·ω=Tω

以式中，旋轉(zhuǎn)物體的平均角速度記為ω，單位為rad/s。

根據(jù)公式內(nèi)容可知，對(duì)于旋轉(zhuǎn)物體來(lái)說(shuō)，其在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下所產(chǎn)生的機(jī)械功率為機(jī)械角速度與轉(zhuǎn)矩之間的乘積。

2.轉(zhuǎn)矩特征曲線與轉(zhuǎn)矩特性方程

上式中，異步電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩記為T(mén)，單位為N·m；定子繞組相電壓記為U1，單位為V；定子電源頻率記為f1，單位為Hz；電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率記為s；轉(zhuǎn)子繞組一相電阻記為R2，單位為Ω；轉(zhuǎn)子靜止?fàn)顟B(tài)下的一相感抗記為X20，單位為Ω；涉及到電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)方面的比例常數(shù)記為KT′。

根據(jù)以上公式內(nèi)容可知，在頻率不變、外加電壓不變的情況下，式中的變量就只有一個(gè)s，其他數(shù)值均以常數(shù)的形式存在。

在s很小的狀態(tài)下，可以忽略，（sX20）2，在些基礎(chǔ)上可以得到二者之間的以下關(guān)系。

依照極值理論能夠得出以下結(jié)果，在R22=（sX20）2的狀態(tài)下，能夠得出最大的轉(zhuǎn)矩，該狀態(tài)下的轉(zhuǎn)矩以Tmax進(jìn)行表示，此時(shí)s=R2/X20為轉(zhuǎn)差率，也就是臨界轉(zhuǎn)差率，結(jié)合sm=R2/X20，能夠計(jì)算出KT′U12/f1/（2X20）=Tmax。根據(jù)以上分析內(nèi)容，能夠進(jìn)一步繪制出轉(zhuǎn)矩特性曲線，曲線內(nèi)容如下。

通過(guò)機(jī)械特性曲線可以發(fā)現(xiàn)三個(gè)轉(zhuǎn)矩，即最大轉(zhuǎn)矩、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩。其中處于額定負(fù)載狀態(tài)下所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩即為額定轉(zhuǎn)矩，該數(shù)值可以通過(guò)額定轉(zhuǎn)速與額定功率所求得。處于剛啟動(dòng)狀態(tài)下的電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。在瞬間啟動(dòng)的狀態(tài)下，對(duì)負(fù)載轉(zhuǎn)矩與啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行對(duì)比，在負(fù)載轉(zhuǎn)矩小于啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的情況下，則代表可以啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，反之則不可以啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)。根據(jù)機(jī)械特性曲線分析結(jié)果可知，曲線上有一個(gè)最大值轉(zhuǎn)矩，即最大轉(zhuǎn)矩。在最大轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩的情況下，電動(dòng)機(jī)所需要驅(qū)動(dòng)的負(fù)載超出了其負(fù)載能力，進(jìn)而出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)問(wèn)題。在這種情況下，電動(dòng)機(jī)電流會(huì)在一瞬間上升數(shù)倍，出現(xiàn)嚴(yán)重的電動(dòng)機(jī)發(fā)熱問(wèn)題。即代表電動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩與最大過(guò)載轉(zhuǎn)矩之間是可以接近的。在較短的過(guò)載時(shí)間狀態(tài)下，不至于出現(xiàn)嚴(yán)重的電動(dòng)機(jī)熱量超標(biāo)問(wèn)題，此時(shí)電動(dòng)機(jī)能夠承受的過(guò)載能力可以用來(lái)表示電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩。在對(duì)電動(dòng)機(jī)類型進(jìn)行選擇的過(guò)程中，需要重點(diǎn)考慮到電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生的最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩，即遵循電動(dòng)機(jī)最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩小于最大轉(zhuǎn)矩的基本原則。

3.三相導(dǎo)步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特征的應(yīng)用

依照機(jī)械特性可以了解到電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩一方面會(huì)受到電源電壓的影響，同時(shí)也會(huì)受到轉(zhuǎn)子電阻的影響。在電源電壓不斷增加的過(guò)程中，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩也會(huì)隨之增加，反之則減小。因此，只有在電動(dòng)機(jī)輕載或空載的狀態(tài)下才能夠進(jìn)行降壓?jiǎn)?dòng)，對(duì)于處于重載或負(fù)載狀態(tài)下的電動(dòng)機(jī)，若對(duì)其進(jìn)行降壓?jiǎn)?dòng)，很有可能會(huì)出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)問(wèn)題，燒毀電動(dòng)機(jī)。若電動(dòng)機(jī)帶有額定負(fù)載，則需要通過(guò)轉(zhuǎn)子器電阻對(duì)其進(jìn)行啟動(dòng)。另外，根據(jù)機(jī)械特性曲線可知，在一定的電阻范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻，在電阻逐漸增加的過(guò)程中，也會(huì)出現(xiàn)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩增加的現(xiàn)象。

由于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電阻、電動(dòng)機(jī)磁極對(duì)數(shù)、電源電壓以及同步轉(zhuǎn)速等方面的因素有關(guān)。在調(diào)整三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行速度的過(guò)程中，需要重點(diǎn)考慮到由電源電壓與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。

結(jié)束語(yǔ)：

在異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)整與啟動(dòng)過(guò)程中，需要事先依照電動(dòng)機(jī)自身的機(jī)械特性對(duì)具體的操作方法進(jìn)行合理化的選擇，對(duì)電動(dòng)機(jī)負(fù)載承受能力范圍進(jìn)行科學(xué)有效的判斷，只有這樣才能夠充分發(fā)揮出電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用性能。