电机浪涌电流为何这么高?
尽管人们普遍理解这一事实,但这一事实似乎与常识相悖:运动速度越慢(随着时间的推移完成的工作越少),消耗的能量就越少,因此功耗就越低。固定电压源的功率越低,电流消耗就越低。甚至与扭矩、功率和 RPM 相关的常用公式也指出:
功率 = 扭矩 ( au) imes RPM
这个等式似乎也将低 RPM 与低功耗关联起来。
使用这些基础物理方程,似乎很难证明浪涌电流为何如此之高这一明显可测量的现实原因。
电机线圈阻抗
在任何电机中,一个部件都会移动,而另一个部件则保持静止。在大多数电机中,这意味着中心轴是转子(旋转),而外壳保持静止(定子)。在许多无刷电机中情况并非如此,因为外部会旋转;不过,本文将主要讨论感应电机。
构成定子绕组的线圈缠绕在铁磁极上。这会产生一个 RL 电路,其中有一些是导线本身的电阻,还有线圈形成的自然感应。当电压施加到导线上时,磁场作用于铁磁金属并产生电抗(阻碍电流流动)。
图 2.定子绕组围绕铁极的三相电动机。
这里,我有一个电机,接线为三相 480 V 输入,T 型引线之间测量到 16.5 Ω 的电阻。此 ? HP 电机的 FLA(安培)额定值为 480 V 时 1.5 A。这相当于总阻抗为 320 Ω,远高于线圈本身的 16.5 Ω 电阻。
这种额外的阻力是由于电动机的感抗(包括定子和转子)造成的。
我们怎么知道的?如果阻抗仅由定子的绕组和极点引起,那么停止和运行的电机之间就没有区别了。随着电机加速,电阻(和电抗)增加,因此电流相反地减少。
测量 480 伏 T 型引线之间电机绕组的电阻
图 3.测量 T 型引线之间的电机绕组电阻,配置为 480 V。
反向电压或反电动势
当电机全速运转时,电感器上会施加负载,导致电感器消耗能量来反转转子铁芯层压层的极性。换句话说,它必须消耗更多的能量来同时旋转轴和极化金属。
负载效应也可以用小型直流电机来演示:在保持导线断开(无负载)的情况下旋转轴,它就会轻松旋转。在导线上连接一个灯泡或电阻器,轴的旋转就会变得更加困难。当磁场产生能量并将其转化为光、热或运动时,它会产生巨大的阻力。
在感应电动机中,该反电动势 (EMF) 提供了足够的阻力,可将电流从极高的启动值降至全速时的标称“满载”安培。
另一个常见的类比是观察变压器在空载和满载条件下的效果。当没有连接负载时,几乎不需要用力就能使铁芯极化,电源电流会很高。当连接可变负载并缓慢增加时,负载电流会下降,电源电流也会下降。
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