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4个交流电力拖动问题的探讨与验证

 长寿石 2018-01-05

为什么三相鼠笼式异步电机直接启动电流只有额定电流?三相绕线式异步电机能否短接转子绕组直接启动?电动机运行时,用钳形电流表怎么测不到转子电流?三相绕线式异步电机定子绕组与转子绕组接反,电机是否能转起来?三相鼠笼型交流异步电动机定子缺一相能否启动?启动后,定子缺一相能否运行?会不会烧掉电机?

很多人对这些问题都是一头雾水,本文结合实例对这些问题进行了讨论。

1问题一:为什么三相鼠笼式异步电机直接启动电流只有额定电流?

1台三相鼠笼式异步电动机型号为JW6314;功率180W;电压380V;接法:△;电流0.4A;频率50Hz;工作方式:连续;绝缘等级:E;转速:1400r/min.

我们知道,三相鼠笼式异步电动机直接启动无论是空载启动还是重载启动,其启动电流都是一样的,直接启动电流是额定电流的4到7倍。

因此,从理论上讲,该台三相鼠笼式异步电动机的△接法直接启动的启动电流应大于4×0.4A=1.6 A.而我们先用交流5A的电流表测量其直接启动电流,发现电流很小,还不到0.5 A;于是我们换了1块交流1A的电流表,观察到的直接启动的启动电流只有额定电流0.4A左右,反复启动3次都是如此。

是电流表坏了吗?我们先后换了2块交流1A的电流表,结果仍旧如此。是理论错了吗?如果理论正确地话,这又该如何解释呢?我们分析后认为理论并没有错误,根据三相异步电机启动电流公式:

4个交流电力拖动问题的探讨与验证

由此可见,S=1时电流最大,也就是说电动机启动瞬间电流最大。启动瞬间电流大小与负载情况无关,即重载与轻载启动瞬间的电流相等,但与转差率s有关;启动后,电流将随着启动时间的增加、转速的上升而逐渐下降到运行值。

考虑到指针表指针摆动的时间和我们眼睛视觉暂留时间,实际上我们肉眼所观察到的指针式交流电流表指示的尖峰电流,并不是电动机启动瞬间S=1时的电流,它要比电动机启动瞬间S=1时的电流要小。

电机轻载启动时,由于是轻载,转速上升快,很快达到额定转速,启动时间短,电流下降速度快,我们肉眼所观察到的指针式交流电流表指示的尖峰电流,要比电动机启动瞬间S=1时的电流小得多;重载启动时,由于是重载,转速上升慢,达到额定转速时间慢,启动时间长,电流下降速度慢,大电流持续时间较长,我们肉眼所观察到的指针式交流电流表指示的尖峰电流,更接近于电动机启动瞬间S=1时的电流。

启动后电机未达到额定转速期间, 重载时的启动时间比轻载时的启动时间要长,重载时的S比轻载时的S大。因此,我们肉眼所观察到的指针式交流电流表指示的尖峰电流,重载时要比轻载时电流大得多。

我们实验用的电动机由于是空载,启动时间很短,电流还没来得及上升到其应有的最大值,就开始以很快的速度下降,于是我们肉眼所观察到的指针式交流电流表指示的启动尖峰电流就只有电机的额定电流了。

在工程实际中,我们也遇到过一台1400kW/10kV同步电机空载起动时,指针式电流表最大摆到0.7倍额定电流,就摆回来了;重载起动时最大摆到5-6倍额定电流后才往回摆。

2问题二:三相绕线式异步电机能否短接转子绕组直接启动?电动机运行时,用钳形电流表怎么测不到转子电流?

三相绕线式异步电动机转子绕组非得串电阻才能启动吗?是不是不串电阻就无法获得启动转矩?是否变压器的容量足够大,直接短接转子绕组后,定子直接加额定电压,绕线电动机就一定能转起来?很多人对此都是一头的问号。

绕线电动机可以把转子绕组短路,直接启动的。但是不串联电阻,如果直接短路转子启动,那么电动机输出的启动转矩较串接了电阻以后要小很多。

我们把1台三相绕线式异步电动机(额定功率为2.2kW,额定转速1420r/min,额定频率50Hz,额定定子电压380V,额定定子电流5A,额定转子电压260V,额定转子电流5A,绝缘等级:E;接法:Y。)转子短接后,空载还能启动,带一点负载就启动困难重载根本启动不起来。而三相绕线式异步电动机一般用于重载启动场合,所以常常采用转子串电阻启动,增加启动转矩,减小启动电流。

电动机运行时,用一般的钳形电流表测转子电流会发现,电流指针大幅度摆动,无法读数。是因为一般的钳形电流表都是按测量工频50 Hz 的电流设计,而电动机在运行的时候,转速n很高,转差率s很小,转子电流频率很低,只有1-3 Hz。所以,一般的钳形电流表无法测量电动机运行时转子电流。

3问题三:三相绕线式异步电机定子绕组与转子绕组接反,电机是否能转起来?

1台三相绕线式异步电动机(额定功率为2.2kW,额定转速1420r/min,额定频率50Hz,额定定子电压380V,额定定子电流5A,额定转子电压260V,额定转子电流5A,绝缘等级:E;接法:Y。)转子串电阻启动,电机转动几分钟后转子冒烟烧坏。

经查,将相绕线式异步电机定子绕组与转子绕组接反,误将三相绕线式交流异步电动机的定子三相绕组串接电阻短接,给转子绕组通以三相对称交流电源。这样,转子三相绕组通以三相交流电源,产生旋转磁场,定子绕组切割该磁场而产生感应电动势,因定子三相绕组已短接,故而会在其中形成感应电流,此电流与旋转磁场共同作用产生电磁转矩作用在转子绕组上,使电动机转动。

但由于转子额定电压只有260V,而现在转子加上380V电压,转子电流大大超过其额定电流,很快将转子绕组和转子导线烧坏。事实上,转子绕组所能承受的功率是很小的,转子通三相交流电虽可使定子旋转,但这个电压通常要比通到定子的电压低很多。

4问题四:三相鼠笼型交流异步电动机定子缺一相能否启动?启动后,定子缺一相能否运行?会不会烧掉电机?

1台3相380V 300W鼠笼型交流异步电动机,Y接法,空载运行,发现转动很慢,振动较大,声音有点异常。测量其电压AB相380V,BC相220V,AC相220V,AN相220V,BN相220V,CN相110V。

笔者判断,C相有问题,C相断了,C相的电压是电动机线圈窜回的。当时有1位电工反对,认为不可能。理由是他发现这台电动机不均匀的慢转后,曾经重新启动1次,结果这台电动机能转起来。三相鼠笼型交流异步电动机,定子即使缺一相,因为不能形成旋转磁场,电机也不可能转起来。

既然这台电动机能转起来,定子不可能缺相。而事实上,对于小型电机,定子缺一相Y接法电机是可以启动起来的,而且还可以带一点负载,而对于△接法电机,定子缺一相就基本不能启动。经检查,这台电动机故障原因是其交流接触器C相触头接线脱落造成电机C相缺相。

关于启动后,定子缺一相能否运行问题,在运行中定子缺一相,只要不超过电机绕组允许的电流,能够满足工艺要求,是允许长期运行的。

(摘编自《电气技术》,原文标题为“4个交流电力拖动问题探讨与验证”,作者为李焦明。)

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