交流異步電動機是目前應用範圍最廣泛的能量轉換設備,在工業和民用的應用比例都很
高,並且隨著變頻控制技術的普及,交流異步電動機已經逐漸取代直流電機成為傳動主
流設備。
目前已知的最大容量的異步電動機是國產的2.5萬KW、4極異步電動機,代表了國產異步
電動機在製造和控制領域的巔峰。
交流異步電動機具有結構牢固、構造簡單、運行可靠、性價比高的優點,但是也有功率
因數低、調速不方便等缺陷。並且直接啟動的交流異步電動機還有啟動電流大,啟動轉
矩小的問題,成為使用中的一大缺陷。
交流異步電動機的運行原理是在三相對稱繞組中通入三相對稱交流電,就會在定子產生
旋轉磁場,這個旋轉磁場切割轉子繞組,產生感應電動勢,形成感應電流,轉子感應電
流與定子旋轉磁場相互作用產生轉矩,讓電機旋轉起來。
但是在交流異步電動機直接啟動時,在定子通電瞬間,旋轉磁場變形成並高速運行起來
,這是轉子因為慣性的原因還沒有旋轉起來,於是旋轉磁場以最高速切割轉子繞組,產
生最大的感應電流,轉子感應電流產生的磁場對定子主磁通具有去磁作用,於是為了彌
補這一損失,定子只有增大電流來增強主磁通。
一般電機在設計時,為了最大限度的利用主磁通,常常設計成磁飽和特性,在定子電源
電壓無法增加的情況下,想要增加磁通,就必須成倍增加電流,因此為了彌補轉子磁場
的去磁損失,定子電流往往需要增加4-7倍來增強主磁通。
隨著轉子的逐漸轉動起來,轉子和定子旋轉磁場之間的轉差降低,轉子感應電流也相應
降低,對於定子主磁場的去磁作用降低,定子電流也逐漸降低,直到電機完全啟動起來
,達到額定運行狀態,電機電流也降低到正常電流。
雖然異步電動機啟動瞬間電流是額定電流的4-7倍,但是轉矩卻只有額定轉矩的2倍左右
,並不是很大。
這是因為在啟動時,轉差率約等於1,轉子感應電流的頻率和定子電源頻率基本相同,這
是轉子電抗相對於轉子電阻大很多,轉子迴路的功率因數很小,根據:Tst=CtφI2'cos
Φ2,cosΦ2很小,I2'較大,所以起動轉矩Tst不太大。
儘管一般情況下啟動時間很短,短時間流過大電流,發熱不太厲害,電動機是能承受的
。但是啟動電流還是會給電機絕緣形成衝擊,造成電機絕緣提前老化,反覆在額定負載
下直接啟動更會造成電機發熱嚴重而損毀。
啟動電流大也會給繼電保護電路帶來衝擊,儘管繼電保護裝置都有時序性,能夠躲開啟
動電流,但是卻會造成繼電保護裝置提前失能,特別是一些帶有弱電器件的元器件會加
速損壞。
另外啟動電流大會造成嚴重的電網干擾,給電子設備造成干擾。並且拉低電網電壓,造
成同一網絡下的其它電氣設備運行異常,照明變暗,重載設備會停止,電磁鐵自動釋放
等。
就感應電動機本身來說,如果電動機的容量和其所接的電源容量大小不相配合,感應電
動機有可能在啟動時因線端電壓降得太低、啟動力矩不夠而啟動不起來。
因此啟動電流大容易造成嚴重的設備事故,進而引起嚴重的安全隱患。
為了解決這個問題和減少對其它同母線用電設備的影響,有的容量較大的電動機必須采
用啟動設備,以限制啟動電流及其影響。