电动机的起动是指其转子从静止状态到额定转速运行状态的过程。异步电动机的起动性能主要从起动电流、起动转矩、起动时间、起动损耗、起动时发热等参数进行分析判断。其中,起动电流和起动转矩是电机产品两个非常重要的性能参数。
上一篇文章中我们也讲了很多电机的起动特性。理想状态是电机可以有较大的启动转矩,但同时应该有较小的启动电流和较短的启动时间,电机在启动时产生的热量较少。因为电流过大,对电网和电机本身都会产生很大的影响,可能会导致电网出现较大的压降,使所连接的电机或设备无法正常工作,电机本身也会因为电流过大而产生绕组过热的不利影响。尤其是对于频繁启动的电机,其启动性能更为重要。之前已经讲过如何达到较小的启动电流和较大的启动转矩的效果,这里就不赘述了。
针对这个问题,我们对鼠笼式电动机的起动进行了分析。在电机启动的瞬间,电机转速为0,转差率为1。旋转磁场以同步速度切割转子绕组或棒,这会感应出大的电动势,并在转子电路中产生大电流。与之平衡的定子电流的负载分量迅速增加,相应的定子电流会特别大。
根据等效电路分析,电机正常运行时,异步电机的滑差s很小,电磁转矩对应的转子电阻很大,限制了转子电流不能太大,与转子电流平衡的定子电流的负载分量不大,定子电流(负载分量和励磁分量的矢量和)也很小。在电机启动的瞬间,转差率为1,电磁转矩对应的转子电阻很小。由于趋肤效应电机的等效阻抗也小于额定转速时的等效阻抗,所以启动电流非常大。
现在问题又来了。既然起动电流很大,为什么起动转矩不大?这涉及到一个很关键的知识,就是与起动转矩有关的其他参数:
起动转矩=电机常数主磁通起动电流功率因数
从上式可以看出,起动转矩与主磁通、起动电流、功率因数正相关。电机启动时,电机的功率因数很小。虽然电流大,但其有功电流分量,即电流和功率因数的乘积并不大。同时,由于启动电流大,定子绕组上的泄漏阻抗压降大,感应电势和主磁通值降低。
在电机中使用绕线转子时,由于启动电阻可以串联在转子电路中,电机会发生以下变化:一方面,启动电流减小,电机的功率因数显著提高;另一方面,当起动电流减小时,定子绕组的泄漏阻抗压降也会减小,因此感应电势和主磁通不会减小太多。主磁通、起动电流和功率因数的乘积由两个因素的综合作用来保证,达到降低起动电流和提高起动转矩的目的。
对于笼型电动机,起动电流和起动转矩是通过调整转子槽形来控制的,这一点我们以前已经讲过了。
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