籠型三相異步電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)性能參數(shù)解析

(德州恒力電機(jī)有限責(zé)任公司，山東德州 253005)

0 引言

籠型三相異步電機(jī)的運(yùn)行考核指標(biāo)主要有轉(zhuǎn)速、功率、電流和轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)速由電機(jī)的極數(shù)決定。功率反應(yīng)電機(jī)允許帶負(fù)載能力，電機(jī)銘牌上標(biāo)注的額定功率是一個(gè)定值，電機(jī)運(yùn)行時(shí)的實(shí)際輸出功率一般不大于這個(gè)值，如果超出這個(gè)值，運(yùn)行電流會超出額定電流，即為電機(jī)過載。籠型三相異步電機(jī)的電流是指電機(jī)運(yùn)行時(shí)定子繞組的三相電流，其考核指標(biāo)有空載電流、啟動電流、運(yùn)行電流和額定電流。空載電流是電機(jī)在空載狀態(tài)下的運(yùn)行電流，主要包括無功勵磁電流和空載時(shí)的有功損耗電流。啟動電流是電機(jī)起動時(shí)的最大電流，電機(jī)起動時(shí)，瞬間電流最大，然后隨著轉(zhuǎn)速的增加，電流和轉(zhuǎn)矩逐漸減小，達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，運(yùn)行電流逐漸穩(wěn)定在額定電流附近，輸出轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定在額定轉(zhuǎn)矩附近運(yùn)轉(zhuǎn)。運(yùn)行電流是電機(jī)運(yùn)行時(shí)的實(shí)際電流，由于電機(jī)選型時(shí)，額定功率一般按實(shí)際負(fù)載功率的1.1～1.3倍之間選用，考慮到效率和功率因數(shù)的最佳結(jié)合，所選電機(jī)的運(yùn)行電流通常在額定電流的70%～90%之間運(yùn)轉(zhuǎn)。額定電流是電機(jī)帶額定負(fù)載運(yùn)行時(shí)的負(fù)載電流，電機(jī)長期運(yùn)行時(shí)的電流不允許超出額定電流，短時(shí)超出額定電流的電機(jī)，在繞組溫升危害到繞組絕緣以前，運(yùn)行電流必須降到額定電流以下運(yùn)轉(zhuǎn)或停止運(yùn)行。三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩是電動機(jī)的輸出扭矩，和電機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率有關(guān)，額定轉(zhuǎn)矩為一定值，實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩隨負(fù)載的變化而變化。

1 籠型單速三相異步電動機(jī)空載運(yùn)行電流特性的基本規(guī)律

電機(jī)空載電流無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，其大小與電機(jī)的容量、結(jié)構(gòu)形式、鐵心質(zhì)量、極數(shù)以及電機(jī)的生產(chǎn)加工工藝和裝配質(zhì)量有關(guān)，其中約90%為勵磁電流，用于產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，看作無功電流，影響電機(jī)的功率因數(shù)cosφ，其大小與電動機(jī)端電壓和鐵心設(shè)計(jì)磁密有關(guān)；設(shè)計(jì)時(shí)，磁密選擇過高或電機(jī)運(yùn)行時(shí)電壓高于額定電壓，會造成鐵心飽和，勵磁電流明顯增大，對應(yīng)的空載電流較大，功率因數(shù)低，所以空載損耗就大；其余10%為有功電流，用于空載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的各種功率損耗，影響電機(jī)的效率η。對于繞組截面為定值的電機(jī)來說，電機(jī)空載電流大，允許流過的有功電流就會減小，電機(jī)帶負(fù)載能力會降低。電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)可計(jì)算出空載電流和功率損耗，空載試驗(yàn)時(shí)與之比較，看電機(jī)是否正常。在一般正常同型號，同功率情況下，電機(jī)的額定電壓越高，額定電流越小，相應(yīng)額定電壓下的空載電流也越小；額定電壓越低，額定電流越大，相應(yīng)額定電壓下的空載電流也越大。機(jī)座號80～280，極數(shù)2、4、6極，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的中小型籠型單速三相異步電動機(jī)空載電流一般為額定電流的30%～70%，損耗為額定功率的3%～8%，其中小功率電機(jī)銅耗占比重較大，大功率電機(jī)鐵耗占比重較高。根據(jù)籠型三相異步電動機(jī)的空載試驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，歸納出連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的中小型籠型單速三相異步電動機(jī)空載電流的近似表達(dá)式(1)

I0=IN-(1.3～1.34)PN

(1)

式中,I0—電機(jī)的空載電流；IN—電機(jī)的額定電流，單位A；PN—電機(jī)的額定功率，單位kW；1.3～1.34為取值系數(shù)。當(dāng)電動機(jī)極數(shù)越多，容量越小時(shí)，系數(shù)取值越接近1.3，極數(shù)越少，容量越大時(shí)，系數(shù)取值越接近1.34。考慮到各種因素影響，測試數(shù)值范圍可在此數(shù)值基礎(chǔ)上，上下浮動一定范圍，通常情況下可上浮15%，下浮5%。

2 籠型單速三相異步電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)性能參數(shù)之間的基本規(guī)律

籠型三相異步電動機(jī)的空載轉(zhuǎn)速基本與同步轉(zhuǎn)速相同，額定轉(zhuǎn)速是電機(jī)額定負(fù)載時(shí)的電機(jī)轉(zhuǎn)速。表1是同功率，不同極數(shù)和機(jī)座號電機(jī)的額定電流，空載電流，啟動電流和額定轉(zhuǎn)矩，啟動轉(zhuǎn)矩對比表。從表1中可以看出，同一功率下的電機(jī)，極數(shù)越大，額定電流越大，空載電流越大，啟動電流越小，額定轉(zhuǎn)矩和啟動轉(zhuǎn)矩越大，額定功率下運(yùn)行時(shí)，相對應(yīng)的效率和功率因數(shù)越低。極數(shù)越小，額定電流越小，空載電流越小，啟動電流越大，額定轉(zhuǎn)矩和啟動轉(zhuǎn)矩越小，額定功率下運(yùn)行時(shí)，相對應(yīng)的效率和功率因數(shù)越高。

表1 同功率不同極數(shù)電機(jī)的額定電流、空載電流、啟動電流和額定轉(zhuǎn)矩、啟動轉(zhuǎn)矩對比表

3 籠型三相異步電動機(jī)額定電流與啟動電流，運(yùn)行電流之間的關(guān)系

籠型三相異步電動機(jī)的啟動電流是電機(jī)起動瞬間的最大電流，直接全壓啟動的電機(jī)啟動電流可達(dá)到額定電流的4～8倍，極數(shù)越大，啟動電流與額定電流的比值倍數(shù)越小，極數(shù)越小，啟動電流與額定電流的比值倍數(shù)越大，為了簡化電氣控制線路，在電網(wǎng)容量允許的情況下，優(yōu)先選用直接起動方式。對于大容量的電動機(jī)來說，當(dāng)電源線路和變壓器容量不能滿足電動機(jī)直接起動的條件，或起動電流沖擊電網(wǎng)和電動機(jī)，影響電動機(jī)或其他用電設(shè)備的正常使用，對電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行不利時(shí)，為使電機(jī)的啟動電流控制在額定電流的3倍以內(nèi)，應(yīng)采用降壓起動。籠型三相異步電動機(jī)能否直接全壓起動，需根據(jù)電網(wǎng)的容量，起動頻次，線路允許干擾程度以及電機(jī)的安裝型式?jīng)Q定。通常從以下三方面進(jìn)行考核：(1)被拖動機(jī)械能否承受電機(jī)直接起動時(shí)的沖擊轉(zhuǎn)矩；(2)電機(jī)端子上的計(jì)算電壓在電機(jī)頻繁起動時(shí)不應(yīng)低于額定電壓的90%，不頻繁起動時(shí)不應(yīng)低于額定電壓的85%；(3)電機(jī)起動時(shí)是否影響其他負(fù)荷的正常運(yùn)行。在不能滿足上述三方面中的任一要求時(shí)，電機(jī)需采用降壓起動，以限制起動電流，減小起動轉(zhuǎn)矩，從而減輕電機(jī)啟動時(shí)對機(jī)械設(shè)備的沖擊，平穩(wěn)加速，保證電網(wǎng)和設(shè)備的安全運(yùn)行。一般11kW以下容量電動機(jī)可以直接起動。

運(yùn)行電流是電機(jī)實(shí)際帶載運(yùn)行時(shí)的電流，電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)其運(yùn)行電流通常小于其額定電流，對長期運(yùn)行的電機(jī)允許短時(shí)超出額定電流運(yùn)行，但此時(shí)產(chǎn)生的溫升不應(yīng)超過繞組絕緣允許的溫升限度，并在溫升接近限度以前電機(jī)停轉(zhuǎn)或運(yùn)行電流降回到額定電流以下運(yùn)行，保證繞組不會因溫升超過限值而燒壞線圈和絕緣。

4 籠型三相異步電動機(jī)電流與電壓和功率的關(guān)系

籠型三相異步電動機(jī)的啟動電流大小與是否帶負(fù)載無關(guān)，負(fù)載的大小影響電機(jī)的啟動時(shí)間，額定負(fù)載以內(nèi)，啟動時(shí)間沒太大變化，超出額定負(fù)載，負(fù)載轉(zhuǎn)矩在額定轉(zhuǎn)矩之內(nèi)，隨著超載的嚴(yán)重程度，啟動時(shí)間隨之延長，如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩超出啟動轉(zhuǎn)矩，電機(jī)將無法啟動，此時(shí)如果控制系統(tǒng)的保護(hù)功能不能立即斷開電源線路，電機(jī)的啟動電流將在極短的時(shí)間內(nèi)(20～90s)將繞組過流燒壞。籠型三相異步電動機(jī)的空載運(yùn)行電流隨著電壓上升而增大，隨著電壓下降而減小。電機(jī)的運(yùn)行電壓偏低時(shí)，負(fù)載狀態(tài)下，電磁力矩降低，轉(zhuǎn)差率增大，轉(zhuǎn)子和定子電流都增大；空載狀態(tài)下，轉(zhuǎn)差率基本不變，空載電流減小。運(yùn)行電壓偏高時(shí)，負(fù)載狀態(tài)下，電磁力矩增大，轉(zhuǎn)差減小，負(fù)載電流減小。

5 籠型多速三相異步電動機(jī)低速空載運(yùn)行電流超額定電流原因分析

對長期正常運(yùn)轉(zhuǎn)的籠型單速三相異步電動機(jī)，空載電流不應(yīng)超過額定電流，并且留有一定的余量。對一些短時(shí)工作制，多速大極數(shù)電機(jī)的低速極，由于設(shè)計(jì)時(shí)統(tǒng)籌兼顧電機(jī)各極數(shù)下磁場的均衡性，低速極的磁場飽和度較大，電機(jī)的空載電流接近額定電流，如果電源電壓高于額定電壓，在空載電壓偏高的情況下，其空載電流會超出額定電流，但不應(yīng)超出額定電流的10%，此種屬正常現(xiàn)象。實(shí)際帶載運(yùn)行時(shí)由于功率因數(shù)和效率的提高，電壓降低等因素的影響，電機(jī)在額定電壓下運(yùn)行電流一般不會超出額定電流，即使在運(yùn)行電壓偏高的情況下，運(yùn)行電流也不會超出額定電流的10%，對于短時(shí)工作制電機(jī)，這種情況下不會造成電機(jī)過載燒壞繞組的情況發(fā)生，允許存在。

6 結(jié)語

籠型三相異步電動機(jī)的運(yùn)行電流大小，直接影響電機(jī)的溫升、效率、功率因數(shù)等主要性能指標(biāo)，啟動電流和啟動轉(zhuǎn)矩決定電機(jī)的起動能力，同時(shí)也決定電機(jī)控制線路主要元器件的選擇和保護(hù)控制線路的參數(shù)整定。所以熟悉不同功率，不同極數(shù)下電機(jī)的轉(zhuǎn)速，電流和轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系和規(guī)律，有利于設(shè)備電機(jī)的選型和運(yùn)行控制線路元器件的選取和參數(shù)整定，為拖動電機(jī)的合理選用和電氣控制線路的正常運(yùn)行提供技術(shù)支持。