籠型三相異步電動機運轉性能參數解析

(德州恒力電機有限責任公司，山東德州 253005)

0 引言

籠型三相異步電機的運行考核指標主要有轉速、功率、電流和轉矩。轉速由電機的極數決定。功率反應電機允許帶負載能力，電機銘牌上標注的額定功率是一個定值，電機運行時的實際輸出功率一般不大于這個值，如果超出這個值，運行電流會超出額定電流，即為電機過載。籠型三相異步電機的電流是指電機運行時定子繞組的三相電流，其考核指標有空載電流、啟動電流、運行電流和額定電流。空載電流是電機在空載狀態下的運行電流，主要包括無功勵磁電流和空載時的有功損耗電流。啟動電流是電機起動時的最大電流，電機起動時，瞬間電流最大，然后隨著轉速的增加，電流和轉矩逐漸減小，達到額定轉速時，運行電流逐漸穩定在額定電流附近，輸出轉矩穩定在額定轉矩附近運轉。運行電流是電機運行時的實際電流，由于電機選型時，額定功率一般按實際負載功率的1.1～1.3倍之間選用，考慮到效率和功率因數的最佳結合，所選電機的運行電流通常在額定電流的70%～90%之間運轉。額定電流是電機帶額定負載運行時的負載電流，電機長期運行時的電流不允許超出額定電流，短時超出額定電流的電機，在繞組溫升危害到繞組絕緣以前，運行電流必須降到額定電流以下運轉或停止運行。三相異步電動機的轉矩是電動機的輸出扭矩，和電機的轉速和功率有關，額定轉矩為一定值，實際輸出轉矩隨負載的變化而變化。

1 籠型單速三相異步電動機空載運行電流特性的基本規律

電機空載電流無統一標準，其大小與電機的容量、結構形式、鐵心質量、極數以及電機的生產加工工藝和裝配質量有關，其中約90%為勵磁電流，用于產生旋轉磁場，看作無功電流，影響電機的功率因數cosφ，其大小與電動機端電壓和鐵心設計磁密有關；設計時，磁密選擇過高或電機運行時電壓高于額定電壓，會造成鐵心飽和，勵磁電流明顯增大，對應的空載電流較大，功率因數低，所以空載損耗就大；其余10%為有功電流，用于空載運轉時的各種功率損耗，影響電機的效率η。對于繞組截面為定值的電機來說，電機空載電流大，允許流過的有功電流就會減小，電機帶負載能力會降低。電機設計時可計算出空載電流和功率損耗，空載試驗時與之比較，看電機是否正常。在一般正常同型號，同功率情況下，電機的額定電壓越高，額定電流越小，相應額定電壓下的空載電流也越小；額定電壓越低，額定電流越大，相應額定電壓下的空載電流也越大。機座號80～280，極數2、4、6極，連續運轉的中小型籠型單速三相異步電動機空載電流一般為額定電流的30%～70%，損耗為額定功率的3%～8%，其中小功率電機銅耗占比重較大，大功率電機鐵耗占比重較高。根據籠型三相異步電動機的空載試驗數據，進行統計分析，歸納出連續運轉的中小型籠型單速三相異步電動機空載電流的近似表達式(1)

I0=IN-(1.3～1.34)PN

(1)

式中,I0—電機的空載電流；IN—電機的額定電流，單位A；PN—電機的額定功率，單位kW；1.3～1.34為取值系數。當電動機極數越多，容量越小時，系數取值越接近1.3，極數越少，容量越大時，系數取值越接近1.34。考慮到各種因素影響，測試數值范圍可在此數值基礎上，上下浮動一定范圍，通常情況下可上浮15%，下浮5%。

2 籠型單速三相異步電動機運轉性能參數之間的基本規律

籠型三相異步電動機的空載轉速基本與同步轉速相同，額定轉速是電機額定負載時的電機轉速。表1是同功率，不同極數和機座號電機的額定電流，空載電流，啟動電流和額定轉矩，啟動轉矩對比表。從表1中可以看出，同一功率下的電機，極數越大，額定電流越大，空載電流越大，啟動電流越小，額定轉矩和啟動轉矩越大，額定功率下運行時，相對應的效率和功率因數越低。極數越小，額定電流越小，空載電流越小，啟動電流越大，額定轉矩和啟動轉矩越小，額定功率下運行時，相對應的效率和功率因數越高。

表1 同功率不同極數電機的額定電流、空載電流、啟動電流和額定轉矩、啟動轉矩對比表

3 籠型三相異步電動機額定電流與啟動電流，運行電流之間的關系

籠型三相異步電動機的啟動電流是電機起動瞬間的最大電流，直接全壓啟動的電機啟動電流可達到額定電流的4～8倍，極數越大，啟動電流與額定電流的比值倍數越小，極數越小，啟動電流與額定電流的比值倍數越大，為了簡化電氣控制線路，在電網容量允許的情況下，優先選用直接起動方式。對于大容量的電動機來說，當電源線路和變壓器容量不能滿足電動機直接起動的條件，或起動電流沖擊電網和電動機，影響電動機或其他用電設備的正常使用，對電網穩定運行不利時，為使電機的啟動電流控制在額定電流的3倍以內，應采用降壓起動。籠型三相異步電動機能否直接全壓起動，需根據電網的容量，起動頻次，線路允許干擾程度以及電機的安裝型式決定。通常從以下三方面進行考核：(1)被拖動機械能否承受電機直接起動時的沖擊轉矩；(2)電機端子上的計算電壓在電機頻繁起動時不應低于額定電壓的90%，不頻繁起動時不應低于額定電壓的85%；(3)電機起動時是否影響其他負荷的正常運行。在不能滿足上述三方面中的任一要求時，電機需采用降壓起動，以限制起動電流，減小起動轉矩，從而減輕電機啟動時對機械設備的沖擊，平穩加速，保證電網和設備的安全運行。一般11kW以下容量電動機可以直接起動。

運行電流是電機實際帶載運行時的電流，電機正常運行時其運行電流通常小于其額定電流，對長期運行的電機允許短時超出額定電流運行，但此時產生的溫升不應超過繞組絕緣允許的溫升限度，并在溫升接近限度以前電機停轉或運行電流降回到額定電流以下運行，保證繞組不會因溫升超過限值而燒壞線圈和絕緣。

4 籠型三相異步電動機電流與電壓和功率的關系

籠型三相異步電動機的啟動電流大小與是否帶負載無關，負載的大小影響電機的啟動時間，額定負載以內，啟動時間沒太大變化，超出額定負載，負載轉矩在額定轉矩之內，隨著超載的嚴重程度，啟動時間隨之延長，如果負載轉矩超出啟動轉矩，電機將無法啟動，此時如果控制系統的保護功能不能立即斷開電源線路，電機的啟動電流將在極短的時間內(20～90s)將繞組過流燒壞。籠型三相異步電動機的空載運行電流隨著電壓上升而增大，隨著電壓下降而減小。電機的運行電壓偏低時，負載狀態下，電磁力矩降低，轉差率增大，轉子和定子電流都增大；空載狀態下，轉差率基本不變，空載電流減小。運行電壓偏高時，負載狀態下，電磁力矩增大，轉差減小，負載電流減小。

5 籠型多速三相異步電動機低速空載運行電流超額定電流原因分析

對長期正常運轉的籠型單速三相異步電動機，空載電流不應超過額定電流，并且留有一定的余量。對一些短時工作制，多速大極數電機的低速極，由于設計時統籌兼顧電機各極數下磁場的均衡性，低速極的磁場飽和度較大，電機的空載電流接近額定電流，如果電源電壓高于額定電壓，在空載電壓偏高的情況下，其空載電流會超出額定電流，但不應超出額定電流的10%，此種屬正常現象。實際帶載運行時由于功率因數和效率的提高，電壓降低等因素的影響，電機在額定電壓下運行電流一般不會超出額定電流，即使在運行電壓偏高的情況下，運行電流也不會超出額定電流的10%，對于短時工作制電機，這種情況下不會造成電機過載燒壞繞組的情況發生，允許存在。

6 結語

籠型三相異步電動機的運行電流大小，直接影響電機的溫升、效率、功率因數等主要性能指標，啟動電流和啟動轉矩決定電機的起動能力，同時也決定電機控制線路主要元器件的選擇和保護控制線路的參數整定。所以熟悉不同功率，不同極數下電機的轉速，電流和轉矩之間的關系和規律，有利于設備電機的選型和運行控制線路元器件的選取和參數整定，為拖動電機的合理選用和電氣控制線路的正常運行提供技術支持。