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都知道三相异步电机堵转时电流会变大,但很多人未必知道原因

发布时间:2021年10月15日   阅读:206  

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我们知道三相异步电动机在发生堵转时,电流会变得很大,如果不及时停机,就会导致电动机烧坏,但是为什么堵转时电流会增大?现象我们都是知道的,那么造成这种现象的原因是什么呢?


还有,为什么叫异步电机?为什么极数多大,额定转速越慢?缺相时为什么会烧坏电机呢?带着这些疑问,本文试着来分析一下。


首先,了解一下三相异步电动机的工作原理。


三相异步电动机主要有定子和转子两大部分组成。定子由定子铁心和定子绕组组成,定子绕组由三相对称分布、匝数相等、互差120°电角度的绕组组成。当定子绕组接入三相对称电源时,绕组中就有三相对称的电流通过,并产生旋转磁场。


电流的磁效应:如果一条直的金属导线通过电流,那么在导线周围的空间将产生圆形磁场。导线中流过的电流越大,产生的磁场越强。磁场成圆形,围绕导线周围。磁场的方向可以由安培定则(右手螺旋定则)确定。右手螺旋定则:右手螺旋定则是确定导体周围磁感线方向的定则。对通电直导线用右手握住直导线,拇指指向电流方向,四指就是磁感线方向,磁感线是圆形的环形电流用右手握住环形线圈,四指指向电流方向,拇指就是磁感线方向(N极)。对于电机的这个旋转磁场,可以想象一下圆圈跑马灯,有的绕组电流超前,有的绕组电流滞后,就类似跑马灯不断变换亮灯的位置,从而旋转起来。


电机的转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成。转子绕组一般由埋在转子铁心槽内的导体和两端的端环组成,形成闭合线圈。因为定子产生的是旋转磁场,转子绕组会切割磁场产生感应电动势,感应电动势的方向由右手定则确定,因为转子是闭合的,所以闭合回路的转子绕组中就会产生感应电流。此时,转子绕组中的感应电流又与旋转磁场相互作用,在转子上产生电磁力,电磁力的方向可以由左手定则确定。电磁力的方向与转子截面的切线方向一致,从而形成电磁转矩,带动转子沿旋转磁场的方向自动,电机就转动起来。




以上就是三相异步电动机可以转动起来的工作原理,知道了这个原理,我们就可以来分析之前提出的问题。


一、为什么叫异步电动机呢?


因为转子转动方向虽然与旋转磁场的方向一致,但转子转速总是达不到旋转磁场的转速,因为根据电磁感应定律,一旦转子转速与旋转磁场的转速一致,也就没有了相对运动,从而不会切割磁感线,就不会产生感应电动势和感应电流,也就没有了转子转动的转矩,所以转子转速与旋转磁场速度之间存在着一定的差异,“异步”二字变由此而来。


二、为什么极数越多,转速越慢呢?


我们平时说的二极电机,它的磁极对数是1,二极就是指N极和S极,当只有一对N、S极的时候,一圈就被分成了两份,旋转磁场一个周期会转动1/2圈,同时转子也转动1/2圈,当有两对N、S极的时候,一圈就被分成了四份,旋转磁场一个周期转动1/4圈,转子也转动1/4圈,所以当磁极越多的时候,电动机的额定转速会越慢。


三、为什么三相异步电机堵转时电流会变大烧坏?


这里要了解一下反电动势的问题,转子切割旋转磁场会产生感应电动势和感应电流,同时转子自身也会产生一个磁场,转子转动时,定子绕组相对切割这个磁场的磁感线,会在定子绕组产生一个与电源电动势方向相反的反电动势,可以抵消部分电源电动势。当转子堵转时,定子和转子没有相对运动,定子绕组不切割磁感线,没有反电动势,电源只作用于定子绕组自身的阻抗和感抗,定子绕组电流自然增加。


这就好比,你推着一个物体前进,在你给物体施加力的时候,物体也会给你一个反作用力,当你铆足劲推的时候,反作用力突然消失,你会猝不及防前冲,容易闪着腰。


另外,因为三相异步电动机和变压器都是利用电磁感应工作的,从本质上,三相电机也可以看做是一个变压器,定子绕组看做初级线圈,转子绕组看做次级线圈。当发生堵转时,转子停转,它和定子的相对速度变大,切割磁感线速度变快,转子绕组内的感应电流就会变大,次级绕组电流变大,初级绕组也会跟着变大,也就是定子绕组电流变大。


电流变大,线圈就会发热,如不及时断电,就会烧坏电机。


如果从能量守恒来看,正常工作时,电能转换成了热能和机械能,当发生堵转时,机械能消失,热能增大,时间过长,电机就会烧坏。


四、三相异步电动机缺相为什么会烧坏电机?


这个问题可以简单的这么理解,本来三个人才能干动的活,现在只有两个人出力,自然干活的速度就会慢下来,慢的极致就是不动。结合电机堵转时的原因,缺相就会导致定子绕组电流变大烧坏电机。


还有一个缺相时三相定子绕组烧坏哪相的问题。


三相电机有星形接法和三角形接法,在星形接法时,缺相的那组线圈是断开的,也就不会产生电流,既然缺相的没有电流,烧坏的自然就是不缺相的两组。


而在三角形连接时,因为是首尾相接,假设图中 V1点缺相,则相当于在U1和W1之间存在两条长度不同的通路,长的这边的阻抗和感抗都比短的那边要大,当电流增大时,自然是短的先烧坏,这时会先烧坏一相绕组。如果万一这时仍然不跳闸,另外两组也会烧坏。


原来只是使用和维修,并没有深入地去考虑过原因,前几天看到一个朋友讲电机缺相为什么烧电机的原因,感觉好像不是很正确,于是查了一些资料,得到了以上这些观点,希望和大家共同学习讨论,不当之处,欢迎指正。


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