機械特性曲線在電工教學中的應用

李新會

(河南化工技師學院，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速與電磁轉矩之間的關系曲線。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。三相異步電動的機械特性分為兩部分，A-B-C這一區域為穩定運行區域，機械特性硬，C-D段比較陡，為不穩定運行區域，機械特性軟，轉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

關于曲線上的幾個關鍵點的認識：

A點，電動機的轉速和旋轉磁場轉速相同，電動機沒有輸出轉矩。這時候轉子繞組相對于旋轉磁場時靜止的，轉差率為零，轉子導體中不會出現感應電流，轉子和軸承之間不存在任何摩擦，轉子轉速等于旋轉磁場轉速，是一種理想中的狀態，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，要求負載波動時電動機的轉速不能有太大變化，所以這一點應位于曲線的平穩區域。

C點，最大轉矩點，這一點是穩定區域和不穩定區域的分水嶺，對應的轉差率為Sm。這是電動機的最大承受能力，一旦實際負荷大于這一值，電動機會出現卡阻，斷電不及時，電機的壽命就到頭了，實際應用中要采取技術手段杜絕這一現象發生。

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

2 機械特性曲線的調整

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，啟動轉矩會變小，如果電動機拖動的設備不變，額定轉矩和啟動轉矩的距離大大縮小，電動機容易堵轉，所以僅適用于輕載或空載啟動的情況下。

2.2 改變轉子電阻的人為機械特性曲線

從圖2能看出，轉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。由于轉子需要串電阻，所以它是繞線轉子電動機的專利，這也是繞線轉子電機還有市場的重要因素。

圖2 改變電源電壓調整機械特性曲線

圖3 改變轉子電阻調整機械特曲線

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速

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

轉子繞組串電阻調速中，如果要獲取變化較大的轉速，串電阻的值就要增加，增加之后機械特性明顯變軟，所以調速范圍同樣不能太大，再加上臨界啟動轉矩的存在，串電阻值受限，調速范圍也受限。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，專業課一樣能煥發神奇的力量。