機(jī)械特性曲線在電工教學(xué)中的應(yīng)用

李新會(huì)

(河南化工技師學(xué)院，河南 開(kāi)封 475000)

1 機(jī)械特性曲線

三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線是指電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的主要性能指標(biāo)，也是選擇電動(dòng)機(jī)的依據(jù)。三相異步電動(dòng)的機(jī)械特性分為兩部分，A-B-C這一區(qū)域?yàn)榉€(wěn)定運(yùn)行區(qū)域，機(jī)械特性硬，C-D段比較陡，為不穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域，機(jī)械特性軟，轉(zhuǎn)速受負(fù)載變化影響大。

圖1 三相羿步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線

關(guān)于曲線上的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的認(rèn)識(shí)：

A點(diǎn)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速相同，電動(dòng)機(jī)沒(méi)有輸出轉(zhuǎn)矩。這時(shí)候轉(zhuǎn)子繞組相對(duì)于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)時(shí)靜止的，轉(zhuǎn)差率為零，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中不會(huì)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(chǎng)轉(zhuǎn)速，是一種理想中的狀態(tài)，稱為理想空載點(diǎn)。

B點(diǎn)，電動(dòng)機(jī)的額定運(yùn)行點(diǎn)，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，要求負(fù)載波動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不能有太大變化，所以這一點(diǎn)應(yīng)位于曲線的平穩(wěn)區(qū)域。

C點(diǎn)，最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)，這一點(diǎn)是穩(wěn)定區(qū)域和不穩(wěn)定區(qū)域的分水嶺，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)差率為Sm。這是電動(dòng)機(jī)的最大承受能力，一旦實(shí)際負(fù)荷大于這一值，電動(dòng)機(jī)會(huì)出現(xiàn)卡阻，斷電不及時(shí)，電機(jī)的壽命就到頭了，實(shí)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(diǎn)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩點(diǎn)，在這一點(diǎn)啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)速為零，電動(dòng)機(jī)需要克服慣性啟動(dòng)，所以電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩要大于電動(dòng)機(jī)的額定運(yùn)行轉(zhuǎn)矩，否則就會(huì)出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)，一旦堵轉(zhuǎn)，電能無(wú)法轉(zhuǎn)換為動(dòng)能，根據(jù)能量守恒定律，進(jìn)來(lái)的能量全部用于發(fā)熱，繞組絕緣受損，電機(jī)就會(huì)燒壞。所以發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)應(yīng)該第一時(shí)間斷電，之后用專業(yè)工具查找原因，沒(méi)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(jī)械特性曲線的調(diào)整

2.1 改變電動(dòng)機(jī)電源電壓的人為機(jī)械特性曲線

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

2.2 改變轉(zhuǎn)子電阻的人為機(jī)械特性曲線

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

圖2 改變電源電壓調(diào)整機(jī)械特性曲線

圖3 改變轉(zhuǎn)子電阻調(diào)整機(jī)械特曲線

3 從機(jī)械特性曲線看電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)

電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)的時(shí)候電流很大，我們需要降低啟動(dòng)電流，到底采用什么樣的啟動(dòng)方式需要看實(shí)際情況，籠型輕載或空載的電動(dòng)機(jī)我們可以降壓?jiǎn)?dòng)，但是如果負(fù)載不允許，需要用專用變壓器來(lái)保證其正常工作。

起重機(jī)等重載啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)需要選用繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)，啟動(dòng)的時(shí)候可以采用串電阻的方法，但由于機(jī)械特性軟，容易受負(fù)載影響，啟動(dòng)之后要把串電阻切除。

4 從機(jī)械特性曲線看電動(dòng)機(jī)的調(diào)速

對(duì)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)容易過(guò)載，尤其對(duì)于負(fù)載不是很穩(wěn)定的場(chǎng)合，不易采用這樣的方式，否則一旦卡阻就無(wú)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(jī)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(dòng)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(dòng)機(jī)的效率不高。圖是一種無(wú)聲的語(yǔ)言，用好了能起到此處無(wú)聲勝有聲的效果，只要我們認(rèn)知觀察、用心感知，專業(yè)課一樣能煥發(fā)神奇的力量。