電動機的起動是指其轉子從靜止狀態到額定轉速運行狀態的過程。異步電動機的起動性能主要從起動電流、起動轉矩、起動時間、起動損耗、起動時發熱等參數進行分析判斷。其中,起動電流和起動轉矩是電機產品兩個非常重要的性能參數。
上一篇文章中我們也講了很多電機的起動特性。理想狀態是電機可以有較大的啟動轉矩,但同時應該有較小的啟動電流和較短的啟動時間,電機在啟動時產生的熱量較少。因為電流過大,對電網和電機本身都會產生很大的影響,可能會導致電網出現較大的壓降,使所連接的電機或設備無法正常工作,電機本身也會因為電流過大而產生繞組過熱的不利影響。尤其是對于頻繁啟動的電機,其啟動性能更為重要。之前已經講過如何達到較小的啟動電流和較大的啟動轉矩的效果,這里就不贅述了。
針對這個問題,我們對鼠籠式電動機的起動進行了分析。在電機啟動的瞬間,電機轉速為0,轉差率為1。旋轉磁場以同步速度切割轉子繞組或棒,這會感應出大的電動勢,并在轉子電路中產生大電流。與之平衡的定子電流的負載分量迅速增加,相應的定子電流會特別大。
根據等效電路分析,電機正常運行時,異步電機的滑差s很小,電磁轉矩對應的轉子電阻很大,限制了轉子電流不能太大,與轉子電流平衡的定子電流的負載分量不大,定子電流(負載分量和勵磁分量的矢量和)也很小。在電機啟動的瞬間,轉差率為1,電磁轉矩對應的轉子電阻很小。由于趨膚效應電機的等效阻抗也小于額定轉速時的等效阻抗,所以啟動電流非常大。
現在問題又來了。既然起動電流很大,為什么起動轉矩不大?這涉及到一個很關鍵的知識,就是與起動轉矩有關的其他參數:
起動轉矩=電機常數主磁通起動電流功率因數
從上式可以看出,起動轉矩與主磁通、起動電流、功率因數正相關。電機啟動時,電機的功率因數很小。雖然電流大,但其有功電流分量,即電流和功率因數的乘積并不大。同時,由于啟動電流大,定子繞組上的泄漏阻抗壓降大,感應電勢和主磁通值降低。
在電機中使用繞線轉子時,由于啟動電阻可以串聯在轉子電路中,電機會發生以下變化:一方面,啟動電流減小,電機的功率因數顯著提高;另一方面,當起動電流減小時,定子繞組的泄漏阻抗壓降也會減小,因此感應電勢和主磁通不會減小太多。主磁通、起動電流和功率因數的乘積由兩個因素的綜合作用來保證,達到降低起動電流和提高起動轉矩的目的。
對于籠型電動機,起動電流和起動轉矩是通過調整轉子槽形來控制的,這一點我們以前已經講過了。
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