异步电动机的机械特性及其应用研究

饶启明 李志平

摘 要： 电动机是转换电能并输出机械能的重要装置，该装置在社会各个不同企业中均有着十分重要的应用价值，处于运行状态下的电动机即有机械运动也有电磁运动。本文对转矩特性方程、电动机转矩与功率之间的关系进行了分析，对电动机机械特性进行了探讨，对电动机机械中应用三相异步技术的有关要求进行了介绍。

关键词： 应用研究；机械特性；异步电动机

随着我国现代化建设的不断发展，电动机的应用性能得到了进一步的提升，如何将电动机技术更加广泛地应用于交通运输、工业、国防军事等领域已经成为相关研单位十分重要的研究课题之一。异步电动机具有工作特性好、维修方便、价格低廉以及结构简单等方面的特点，普遍应用于电力拖动平台。为了能够将电动机的性能更加充分地发挥出来，研究人员需要对异步电动机的运行特点以及机械原理进行深入的研究与分析，为电动机性能的提升奠定良好的基础。

1.转矩与功率之间的关系

在对转矩与功率之间的关系进行研究之前，首先需要了解电动机在运行状态下的机械特性，在些基础上对转矩与功率之间的内在关系进行深入的分析。物体的转运离不开力矩的支持，由于在转运的状态下会产生一定的转运动能，物体受到力矩的驱动会产生转运，在些过程中所产生的做功量可以通过转运半径进行计算，所产生的驱动力即垂直于转轴也垂直于转运半径，计算公式如下。

P=W/t=F·S/t=F·v=F·ωr=Fr·ω=Tω

以式中，旋轉物体的平均角速度记为ω，单位为rad/s。

根据公式内容可知，对于旋转物体来说，其在运动状态下所产生的机械功率为机械角速度与转矩之间的乘积。

2.转矩特征曲线与转矩特性方程

上式中，异步电动机电磁转矩记为T，单位为N·m；定子绕组相电压记为U1，单位为V；定子电源频率记为f1，单位为Hz；电动机的转差率记为s；转子绕组一相电阻记为R2，单位为Ω；转子静止状态下的一相感抗记为X20，单位为Ω；涉及到电动机结构方面的比例常数记为KT′。

根据以上公式内容可知，在频率不变、外加电压不变的情况下，式中的变量就只有一个s，其他数值均以常数的形式存在。

在s很小的状态下，可以忽略，（sX20）2，在些基础上可以得到二者之间的以下关系。

依照极值理论能够得出以下结果，在R22=（sX20）2的状态下，能够得出最大的转矩，该状态下的转矩以Tmax进行表示，此时s=R2/X20为转差率，也就是临界转差率，结合sm=R2/X20，能够计算出KT′U12/f1/（2X20）=Tmax。根据以上分析内容，能够进一步绘制出转矩特性曲线，曲线内容如下。

通过机械特性曲线可以发现三个转矩，即最大转矩、启动转矩与额定转矩。其中处于额定负载状态下所产生的转矩即为额定转矩，该数值可以通过额定转速与额定功率所求得。处于刚启动状态下的电动机所产生的转矩为启动转矩。在瞬间启动的状态下，对负载转矩与启动转矩进行对比，在负载转矩小于启动转矩的情况下，则代表可以启动电动机，反之则不可以启动电动机。根据机械特性曲线分析结果可知，曲线上有一个最大值转矩，即最大转矩。在最大转矩小于负载转矩的情况下，电动机所需要驱动的负载超出了其负载能力，进而出现堵转问题。在这种情况下，电动机电流会在一瞬间上升数倍，出现严重的电动机发热问题。即代表电动机最大转矩与最大过载转矩之间是可以接近的。在较短的过载时间状态下，不至于出现严重的电动机热量超标问题，此时电动机能够承受的过载能力可以用来表示电动机的最大转矩。在对电动机类型进行选择的过程中，需要重点考虑到电动机在运行过程中可能会产生的最大负载转矩，即遵循电动机最大负载转矩小于最大转矩的基本原则。

3.三相导步电动机机械特征的应用

依照机械特性可以了解到电动机启动转矩一方面会受到电源电压的影响，同时也会受到转子电阻的影响。在电源电压不断增加的过程中，启动转矩也会随之增加，反之则减小。因此，只有在电动机轻载或空载的状态下才能够进行降压启动，对于处于重载或负载状态下的电动机，若对其进行降压启动，很有可能会出现堵转问题，烧毁电动机。若电动机带有额定负载，则需要通过转子器电阻对其进行启动。另外，根据机械特性曲线可知，在一定的电阻范围内，转子串联电阻，在电阻逐渐增加的过程中，也会出现启动转矩增加的现象。

由于电动机转速与电动机转子电阻、电动机磁极对数、电源电压以及同步转速等方面的因素有关。在调整三相异步电动机运行速度的过程中，需要重点考虑到由电源电压与电动机转速之间的关系。

结束语：

在异步电动机的调整与启动过程中，需要事先依照电动机自身的机械特性对具体的操作方法进行合理化的选择，对电动机负载承受能力范围进行科学有效的判断，只有这样才能够充分发挥出电动机的应用性能。