三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與啟動(dòng)

王思琦 張可菊* 沈陽工學(xué)院信息與控制學(xué)院

1 引言

電能的應(yīng)用已經(jīng)在當(dāng)今世上普遍了各行各業(yè)，也對(duì)人民的日常生活有著非常重要影響。對(duì)電能的生產(chǎn)、控制和使用都是通過電機(jī)把非電能量轉(zhuǎn)化為電能量，以供社會(huì)使用，所以電機(jī)是實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化的一個(gè)裝置。在生產(chǎn)工業(yè)中，機(jī)床的作業(yè)、挖掘機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)、起重機(jī)的引擎系統(tǒng)等等都需要電動(dòng)機(jī)來進(jìn)行工作。

2 三相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性

三相異步電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性如圖1所示，圖a為轉(zhuǎn)矩特性、圖b為機(jī)械特性。其中固有機(jī)械特性上的P、W、M為三個(gè)特殊的工作運(yùn)行點(diǎn)，這個(gè)三個(gè)點(diǎn)代表著三相異步電動(dòng)機(jī)的三個(gè)非常重要且特殊的工作運(yùn)行狀態(tài)。

圖1 電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性曲線

由圖上圖可知，P點(diǎn)為額定狀態(tài)其電壓、電流和轉(zhuǎn)速都為額定值，一般所在位置為OW段的中間部分，那么額定狀態(tài)下的轉(zhuǎn)差率、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩都加上了額定二字，電動(dòng)機(jī)在額定狀態(tài)下自然能夠長期運(yùn)行。當(dāng)T大于Tn時(shí)，運(yùn)行狀態(tài)為過載若長期處于這是萬萬不能的，會(huì)使電動(dòng)機(jī)溫度升高、降低電動(dòng)機(jī)的使用壽命，甚至很快燒毀電動(dòng)機(jī)。

3 三相異步電動(dòng)機(jī)負(fù)載機(jī)械特性

負(fù)載機(jī)械特性指的是生產(chǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)速與負(fù)載轉(zhuǎn)矩這二者的關(guān)系也俗稱負(fù)載特性，可以分為以下三類：

（1）負(fù)載轉(zhuǎn)矩是一個(gè)比較穩(wěn)定的值或者是一個(gè)定值它與系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速無關(guān)稱之為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性。有一個(gè)負(fù)載轉(zhuǎn)矩是由摩擦力作用產(chǎn)生的做功的方向總是與旋轉(zhuǎn)方向相反并且阻礙產(chǎn)生制動(dòng)的轉(zhuǎn)矩被稱為發(fā)抗性恒轉(zhuǎn)矩，通常這一類負(fù)載的產(chǎn)生機(jī)械有起重機(jī)的平行機(jī)構(gòu)、電梯平移機(jī)構(gòu)和物品傳輸帶的機(jī)構(gòu)。還有一種是由重力作用產(chǎn)生的負(fù)載的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性，且負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小和方向都保持不變并與轉(zhuǎn)速的快慢沒有關(guān)系，通常這一類負(fù)載的產(chǎn)生機(jī)械用于掉線塔的物資升降，起重機(jī)的豎直做功的機(jī)構(gòu)和電梯垂直的動(dòng)力機(jī)構(gòu)等等。

（2）還有一種屬于恒定功率下產(chǎn)生的恒功率負(fù)載特性其負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小與轉(zhuǎn)速的大小成反比狀態(tài)，并且兩者的乘積關(guān)系不變TL的方向始終與n的方向相反，通常這一類負(fù)載的產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)用于各種機(jī)床的主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。3)還有一類電動(dòng)機(jī)是應(yīng)于通風(fēng)機(jī)、水泵等機(jī)械結(jié)構(gòu)中，這種特性的負(fù)載其負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小與轉(zhuǎn)速的平方成正比并且負(fù)載轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)速方向相反這類特性稱之為通風(fēng)機(jī)負(fù)載特性。

4 三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)

對(duì)于三相異步電動(dòng)機(jī)有一種非常簡單的啟動(dòng)也就是把電壓之間加到三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組側(cè)進(jìn)行啟動(dòng)，稱之為直接啟動(dòng)。對(duì)于經(jīng)常這樣操作的電動(dòng)機(jī)會(huì)因?yàn)槊看螁?dòng)電流過大并且這個(gè)過程是一個(gè)累加的，直接影響到電動(dòng)機(jī)的壽命并有可能造成定子繞組側(cè)發(fā)生短路燒毀電動(dòng)機(jī)。為了保護(hù)電動(dòng)機(jī)并且使其長期的工作加入了降壓啟動(dòng)，可以通過定子繞組串聯(lián)電阻或加入電抗進(jìn)行降壓處理，此類操作啟動(dòng)的時(shí)候比較平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)簡單。也可以采用星三角降壓啟動(dòng)，，這類啟動(dòng)的額定值只有直接啟動(dòng)的三分之一，因此該方法使用于空載、輕載啟動(dòng)。當(dāng)以上方法都不適用時(shí)可以采用自耦變壓器減壓啟動(dòng)。

隨著時(shí)代的推進(jìn)使電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)不斷的進(jìn)步和完善，可以利用軟啟動(dòng)器對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)電壓得到我們所想要的期望啟動(dòng)性能，當(dāng)然軟啟動(dòng)器還兼有其他啟動(dòng)方式?jīng)]有的保護(hù)功能，從而被廣泛的應(yīng)用。

[1]巴金祥，原琳，淺談“電機(jī)及拖動(dòng)”課程教學(xué)改革中主講教師的作用[J]2018