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三相异步电动机是否适用'欧姆定律'?

 痕迹资料库 2019-12-27

通常,我们会说,电机不是纯电阻电路,所以它在电路中不适用'欧姆定律'。
以一台'0.75kW'的三相异步电动机为例,其额定电压为380V,额定工作电流为2.1A,而电机绕组的阻值大概在10Ω(更准确的应该为12Ω)左右。可知:电机绕组两端若接入380V的电压,在'欧姆定律'的理论下,流过绕组的电流应该有38A,该值远大于电机铭牌标定的'额定电流2.1A'。
那么,为什么会出现这么大的差别呢,'欧姆定律'果然不适用吗?为了说明这一问题,首先介绍一下电机在电路中的'简易等效模型',如下图所示。
 
三相异步电机在电路中大概由3个部分构成:

  • 纯电阻。此为电机定子线圈的'阻值'。通电后,电流通过绕组,以'发热'的形式损耗一部分功率,即所谓的'铜耗'。我们通过万用表或者电桥测量所得的绕组阻值就是这部分的值。而且,实际上我们测量绕组阻值的这一过程应用的就是'欧姆定律'。

  • 纯电感。电机绕组在电路中可等效为一个纯电阻和纯电感的串联电路。纯电感在电路中不消耗能量,只会使流过其的电流的相位滞后于电压相位。对于任意一个特定时刻,纯电感电路也满足'欧姆定律',即:u=L(di/dt)。纯电感在电路中的另外一个作用是产生'反向电动势',简单来说,就是抑制电流的变化。反电动势的存在,抑制了流过绕组的电流的无限增大。

  • 旋转机构。在三相异步电动机的绕组上接通三相交流电后,转子就会转动起来。电机之所以有能力拖动机械设备动作,就是因为反电动势'消耗'的电能,转化成了电动机的机械能。可见,反电动势的大小,意味着电机将电能转化为机械能的能力的大小。

通过上述分析,我们需要当修改一下电机在电路中的模型,如下图所示:
 
引入'反向电动势'后,电机就满足'欧姆定律'了,具体为:

u-e=Ri+L(di/dt)

总之,'欧姆定律'对电动机是适用的。电动机总的输入有功功率一部分以发热形式损耗在绕组电阻上,即铜耗;还有一部分损耗在绕组铁心里,也即铁耗(铁耗也可以等效为可变电阻);再除去其他杂散损耗,就是输出的机械功率。总的机械功率再扣除杂散损耗就是输出的轴端机械功率。
可见电动机输出的轴端机械功率是包括在电磁功率中的,可以由电动机等效电路利用欧姆定律求得电磁功率,再扣除杂散损耗得到输出机械功率。

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