異步電動機的機械特性及其應用研究

饒啟明 李志平

摘 要： 電動機是轉換電能并輸出機械能的重要裝置，該裝置在社會各個不同企業中均有著十分重要的應用價值，處于運行狀態下的電動機即有機械運動也有電磁運動。本文對轉矩特性方程、電動機轉矩與功率之間的關系進行了分析，對電動機機械特性進行了探討，對電動機機械中應用三相異步技術的有關要求進行了介紹。

關鍵詞： 應用研究；機械特性；異步電動機

隨著我國現代化建設的不斷發展，電動機的應用性能得到了進一步的提升，如何將電動機技術更加廣泛地應用于交通運輸、工業、國防軍事等領域已經成為相關研單位十分重要的研究課題之一。異步電動機具有工作特性好、維修方便、價格低廉以及結構簡單等方面的特點，普遍應用于電力拖動平臺。為了能夠將電動機的性能更加充分地發揮出來，研究人員需要對異步電動機的運行特點以及機械原理進行深入的研究與分析，為電動機性能的提升奠定良好的基礎。

1.轉矩與功率之間的關系

在對轉矩與功率之間的關系進行研究之前，首先需要了解電動機在運行狀態下的機械特性，在些基礎上對轉矩與功率之間的內在關系進行深入的分析。物體的轉運離不開力矩的支持，由于在轉運的狀態下會產生一定的轉運動能，物體受到力矩的驅動會產生轉運，在些過程中所產生的做功量可以通過轉運半徑進行計算，所產生的驅動力即垂直于轉軸也垂直于轉運半徑，計算公式如下。

P=W/t=F·S/t=F·v=F·ωr=Fr·ω=Tω

以式中，旋轉物體的平均角速度記為ω，單位為rad/s。

根據公式內容可知，對于旋轉物體來說，其在運動狀態下所產生的機械功率為機械角速度與轉矩之間的乘積。

2.轉矩特征曲線與轉矩特性方程

上式中，異步電動機電磁轉矩記為T，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；電動機的轉差率記為s；轉子繞組一相電阻記為R2，單位為Ω；轉子靜止狀態下的一相感抗記為X20，單位為Ω；涉及到電動機結構方面的比例常數記為KT′。

根據以上公式內容可知，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s，其他數值均以常數的形式存在。

在s很小的狀態下，可以忽略，（sX20）2，在些基礎上可以得到二者之間的以下關系。

依照極值理論能夠得出以下結果，在R22=（sX20）2的狀態下，能夠得出最大的轉矩，該狀態下的轉矩以Tmax進行表示，此時s=R2/X20為轉差率，也就是臨界轉差率，結合sm=R2/X20，能夠計算出KT′U12/f1/（2X20）=Tmax。根據以上分析內容，能夠進一步繪制出轉矩特性曲線，曲線內容如下。

通過機械特性曲線可以發現三個轉矩，即最大轉矩、啟動轉矩與額定轉矩。其中處于額定負載狀態下所產生的轉矩即為額定轉矩，該數值可以通過額定轉速與額定功率所求得。處于剛啟動狀態下的電動機所產生的轉矩為啟動轉矩。在瞬間啟動的狀態下，對負載轉矩與啟動轉矩進行對比，在負載轉矩小于啟動轉矩的情況下，則代表可以啟動電動機，反之則不可以啟動電動機。根據機械特性曲線分析結果可知，曲線上有一個最大值轉矩，即最大轉矩。在最大轉矩小于負載轉矩的情況下，電動機所需要驅動的負載超出了其負載能力，進而出現堵轉問題。在這種情況下，電動機電流會在一瞬間上升數倍，出現嚴重的電動機發熱問題。即代表電動機最大轉矩與最大過載轉矩之間是可以接近的。在較短的過載時間狀態下，不至于出現嚴重的電動機熱量超標問題，此時電動機能夠承受的過載能力可以用來表示電動機的最大轉矩。在對電動機類型進行選擇的過程中，需要重點考慮到電動機在運行過程中可能會產生的最大負載轉矩，即遵循電動機最大負載轉矩小于最大轉矩的基本原則。

3.三相導步電動機機械特征的應用

依照機械特性可以了解到電動機啟動轉矩一方面會受到電源電壓的影響，同時也會受到轉子電阻的影響。在電源電壓不斷增加的過程中，啟動轉矩也會隨之增加，反之則減小。因此，只有在電動機輕載或空載的狀態下才能夠進行降壓啟動，對于處于重載或負載狀態下的電動機，若對其進行降壓啟動，很有可能會出現堵轉問題，燒毀電動機。若電動機帶有額定負載，則需要通過轉子器電阻對其進行啟動。另外，根據機械特性曲線可知，在一定的電阻范圍內，轉子串聯電阻，在電阻逐漸增加的過程中，也會出現啟動轉矩增加的現象。

由于電動機轉速與電動機轉子電阻、電動機磁極對數、電源電壓以及同步轉速等方面的因素有關。在調整三相異步電動機運行速度的過程中，需要重點考慮到由電源電壓與電動機轉速之間的關系。

結束語：

在異步電動機的調整與啟動過程中，需要事先依照電動機自身的機械特性對具體的操作方法進行合理化的選擇，對電動機負載承受能力范圍進行科學有效的判斷，只有這樣才能夠充分發揮出電動機的應用性能。