我們知道三相異步電動機在發生堵轉時,電流會變得很大,如果不及時停機,就會導致電動機燒壞,但是為什么堵轉時電流會增大?現象我們都是知道的,那么造成這種現象的原因是什么呢?
還有,為什么叫異步電機?為什么極數多大,額定轉速越慢?缺相時為什么會燒壞電機呢?帶著這些疑問,本文試著來分析一下。
首先,了解一下三相異步電動機的工作原理。
三相異步電動機主要有定子和轉子兩大部分組成。定子由定子鐵心和定子繞組組成,定子繞組由三相對稱分布、匝數相等、互差120°電角度的繞組組成。當定子繞組接入三相對稱電源時,繞組中就有三相對稱的電流通過,并產生旋轉磁場。
電流的磁效應:如果一條直的金屬導線通過電流,那么在導線周圍的空間將產生圓形磁場。導線中流過的電流越大,產生的磁場越強。磁場成圓形,圍繞導線周圍。磁場的方向可以由安培定則(右手螺旋定則)確定。右手螺旋定則:右手螺旋定則是確定導體周圍磁感線方向的定則。對通電直導線用右手握住直導線,拇指指向電流方向,四指就是磁感線方向,磁感線是圓形的環形電流用右手握住環形線圈,四指指向電流方向,拇指就是磁感線方向(N極)。對于電機的這個旋轉磁場,可以想象一下圓圈跑馬燈,有的繞組電流超前,有的繞組電流滯后,就類似跑馬燈不斷變換亮燈的位置,從而旋轉起來。
電機的轉子由轉子鐵心、轉子繞組和轉軸組成。轉子繞組一般由埋在轉子鐵心槽內的導體和兩端的端環組成,形成閉合線圈。因為定子產生的是旋轉磁場,轉子繞組會切割磁場產生感應電動勢,感應電動勢的方向由右手定則確定,因為轉子是閉合的,所以閉合回路的轉子繞組中就會產生感應電流。此時,轉子繞組中的感應電流又與旋轉磁場相互作用,在轉子上產生電磁力,電磁力的方向可以由左手定則確定。電磁力的方向與轉子截面的切線方向一致,從而形成電磁轉矩,帶動轉子沿旋轉磁場的方向自動,電機就轉動起來。
以上就是三相異步電動機可以轉動起來的工作原理,知道了這個原理,我們就可以來分析之前提出的問題。
一、為什么叫異步電動機呢?
因為轉子轉動方向雖然與旋轉磁場的方向一致,但轉子轉速總是達不到旋轉磁場的轉速,因為根據電磁感應定律,一旦轉子轉速與旋轉磁場的轉速一致,也就沒有了相對運動,從而不會切割磁感線,就不會產生感應電動勢和感應電流,也就沒有了轉子轉動的轉矩,所以轉子轉速與旋轉磁場速度之間存在著一定的差異,“異步”二字變由此而來。
二、為什么極數越多,轉速越慢呢?
我們平時說的二極電機,它的磁極對數是1,二極就是指N極和S極,當只有一對N、S極的時候,一圈就被分成了兩份,旋轉磁場一個周期會轉動1/2圈,同時轉子也轉動1/2圈,當有兩對N、S極的時候,一圈就被分成了四份,旋轉磁場一個周期轉動1/4圈,轉子也轉動1/4圈,所以當磁極越多的時候,電動機的額定轉速會越慢。
三、為什么三相異步電機堵轉時電流會變大燒壞?
這里要了解一下反電動勢的問題,轉子切割旋轉磁場會產生感應電動勢和感應電流,同時轉子自身也會產生一個磁場,轉子轉動時,定子繞組相對切割這個磁場的磁感線,會在定子繞組產生一個與電源電動勢方向相反的反電動勢,可以抵消部分電源電動勢。當轉子堵轉時,定子和轉子沒有相對運動,定子繞組不切割磁感線,沒有反電動勢,電源只作用于定子繞組自身的阻抗和感抗,定子繞組電流自然增加。
這就好比,你推著一個物體前進,在你給物體施加力的時候,物體也會給你一個反作用力,當你鉚足勁推的時候,反作用力突然消失,你會猝不及防前沖,容易閃著腰。
另外,因為三相異步電動機和變壓器都是利用電磁感應工作的,從本質上,三相電機也可以看做是一個變壓器,定子繞組看做初級線圈,轉子繞組看做次級線圈。當發生堵轉時,轉子停轉,它和定子的相對速度變大,切割磁感線速度變快,轉子繞組內的感應電流就會變大,次級繞組電流變大,初級繞組也會跟著變大,也就是定子繞組電流變大。
電流變大,線圈就會發熱,如不及時斷電,就會燒壞電機。
如果從能量守恒來看,正常工作時,電能轉換成了熱能和機械能,當發生堵轉時,機械能消失,熱能增大,時間過長,電機就會燒壞。
四、三相異步電動機缺相為什么會燒壞電機?
這個問題可以簡單的這么理解,本來三個人才能干動的活,現在只有兩個人出力,自然干活的速度就會慢下來,慢的極致就是不動。結合電機堵轉時的原因,缺相就會導致定子繞組電流變大燒壞電機。
還有一個缺相時三相定子繞組燒壞哪相的問題。
三相電機有星形接法和三角形接法,在星形接法時,缺相的那組線圈是斷開的,也就不會產生電流,既然缺相的沒有電流,燒壞的自然就是不缺相的兩組。
而在三角形連接時,因為是首尾相接,假設圖中 V1點缺相,則相當于在U1和W1之間存在兩條長度不同的通路,長的這邊的阻抗和感抗都比短的那邊要大,當電流增大時,自然是短的先燒壞,這時會先燒壞一相繞組。如果萬一這時仍然不跳閘,另外兩組也會燒壞。
原來只是使用和維修,并沒有深入地去考慮過原因,前幾天看到一個朋友講電機缺相為什么燒電機的原因,感覺好像不是很正確,于是查了一些資料,得到了以上這些觀點,希望和大家共同學習討論,不當之處,歡迎指正。