電機(jī)浪涌電流為何這么高？
盡管人們普遍理解這一事實(shí)，但這一事實(shí)似乎與常識(shí)相悖：運(yùn)動(dòng)速度越慢（隨著時(shí)間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。固定電壓源的功率越低，電流消耗就越低。甚至與扭矩、功率和 RPM 相關(guān)的常用公式也指出：
功率 = 扭矩 ( au) imes RPM
這個(gè)等式似乎也將低 RPM 與低功耗關(guān)聯(lián)起來。
使用這些基礎(chǔ)物理方程，似乎很難證明浪涌電流為何如此之高這一明顯可測(cè)量的現(xiàn)實(shí)原因。
電機(jī)線圈阻抗
在任何電機(jī)中，一個(gè)部件都會(huì)移動(dòng)，而另一個(gè)部件則保持靜止。在大多數(shù)電機(jī)中，這意味著中心軸是轉(zhuǎn)子（旋轉(zhuǎn)），而外殼保持靜止（定子）。在許多無刷電機(jī)中情況并非如此，因?yàn)橥獠繒?huì)旋轉(zhuǎn)；不過，本文將主要討論感應(yīng)電機(jī)。
構(gòu)成定子繞組的線圈纏繞在鐵磁極上。這會(huì)產(chǎn)生一個(gè) RL 電路，其中有一些是導(dǎo)線本身的電阻，還有線圈形成的自然感應(yīng)。當(dāng)電壓施加到導(dǎo)線上時(shí)，磁場(chǎng)作用于鐵磁金屬并產(chǎn)生電抗（阻礙電流流動(dòng)）。
圖 2.定子繞組圍繞鐵極的三相電動(dòng)機(jī)。
這里，我有一個(gè)電機(jī)，接線為三相 480 V 輸入，T 型引線之間測(cè)量到 16.5 Ω 的電阻。此 ? HP 電機(jī)的 FLA（安培）額定值為 480 V 時(shí) 1.5 A。這相當(dāng)于總阻抗為 320 Ω，遠(yuǎn)高于線圈本身的 16.5 Ω 電阻。
這種額外的阻力是由于電動(dòng)機(jī)的感抗（包括定子和轉(zhuǎn)子）造成的。
我們?cè)趺粗赖模咳绻杩箖H由定子的繞組和極點(diǎn)引起，那么停止和運(yùn)行的電機(jī)之間就沒有區(qū)別了。隨著電機(jī)加速，電阻（和電抗）增加，因此電流相反地減少。
測(cè)量 480 伏 T 型引線之間電機(jī)繞組的電阻
圖 3.測(cè)量 T 型引線之間的電機(jī)繞組電阻，配置為 480 V。
反向電壓或反電動(dòng)勢(shì)
當(dāng)電機(jī)全速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電感器上會(huì)施加負(fù)載，導(dǎo)致電感器消耗能量來反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子鐵芯層壓層的極性。換句話說，它必須消耗更多的能量來同時(shí)旋轉(zhuǎn)軸和極化金屬。
負(fù)載效應(yīng)也可以用小型直流電機(jī)來演示：在保持導(dǎo)線斷開（無負(fù)載）的情況下旋轉(zhuǎn)軸，它就會(huì)輕松旋轉(zhuǎn)。在導(dǎo)線上連接一個(gè)燈泡或電阻器，軸的旋轉(zhuǎn)就會(huì)變得更加困難。當(dāng)磁場(chǎng)產(chǎn)生能量并將其轉(zhuǎn)化為光、熱或運(yùn)動(dòng)時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生巨大的阻力。
在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)中，該反電動(dòng)勢(shì) (EMF) 提供了足夠的阻力，可將電流從極高的啟動(dòng)值降至全速時(shí)的標(biāo)稱“滿載”安培。
另一個(gè)常見的類比是觀察變壓器在空載和滿載條件下的效果。當(dāng)沒有連接負(fù)載時(shí)，幾乎不需要用力就能使鐵芯極化，電源電流會(huì)很高。當(dāng)連接可變負(fù)載并緩慢增加時(shí)，負(fù)載電流會(huì)下降，電源電流也會(huì)下降。
圖 4.變壓器類比電機(jī)負(fù)載效應(yīng)。
個(gè)問題：空載電機(jī)是否應(yīng)該具有更高的電流？
如果增加負(fù)載確實(shí)會(huì)增加反電動(dòng)勢(shì)，那么斷開負(fù)載的自由旋轉(zhuǎn)電機(jī)是否應(yīng)該具有更高的電流，并且可能燒斷電源保險(xiǎn)絲和斷路器？
當(dāng)消耗能量來移動(dòng)負(fù)載時(shí)，這被稱為功率。如果電機(jī)空載，產(chǎn)生的功率就很小。轉(zhuǎn)子肯定有反電動(dòng)勢(shì)，但電機(jī)的功率要求要低得多。由于功率等于：
[電壓 乘以電流 ]
...并且主電源的電壓保持相對(duì)不變，電流就會(huì)較低。
因此，空載電機(jī)的電流會(huì)降低，因?yàn)殡姍C(jī)所需和產(chǎn)生的功率較低。負(fù)載電機(jī)的電流會(huì)降低，因?yàn)檩^重的負(fù)載會(huì)產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)。
然而，在這兩種情況下，通�？蛰d電機(jī)消耗的電流比負(fù)載下的同一電機(jī)要少。
第二個(gè)問題：高電流是由于加速度還是僅僅是 RPM 引起的？
在物理運(yùn)動(dòng)學(xué)課程中，常用方程式如下：
[力 = 質(zhì)量 乘以加速度 ]
...或者...
[F = M 乘以 A]
如果沒有加速（或恒定運(yùn)動(dòng)），則不需要額外的力，因此應(yīng)盡量減少功率。因此，如果電機(jī)停止，電流應(yīng)該很小。只有電機(jī)加速時(shí)的短暫時(shí)刻才會(huì)是高浪涌電流期。
然而，任何處理過堵轉(zhuǎn)電機(jī)（或轉(zhuǎn)子鎖定）電流的電工都知道，停止的電機(jī)仍然會(huì)消耗大量電流并導(dǎo)致故障。這證明，雖然加速需要更多功率并會(huì)增加電流，但轉(zhuǎn)子的速度（而不是加速度）對(duì)電流消耗的影響必須很大。
電機(jī)電流故障
大多數(shù)情況下，這種高啟動(dòng)電流是預(yù)料之中的，也是正常的。許多電機(jī)啟動(dòng)裝置都有斷路器曲線，允許短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生高電流，同時(shí)消耗在電機(jī)和負(fù)載上。
修復(fù)故障電機(jī)是一個(gè)耗時(shí)且昂貴的過程。了解這些高電流情況發(fā)生的方式、時(shí)間和原因有助于降低這些常見問題的成本和危害。 |
