笼型三相异步电动机运转性能参数解析

(德州恒力电机有限责任公司，山东德州 253005)

0 引言

笼型三相异步电机的运行考核指标主要有转速、功率、电流和转矩。转速由电机的极数决定。功率反应电机允许带负载能力，电机铭牌上标注的额定功率是一个定值，电机运行时的实际输出功率一般不大于这个值，如果超出这个值，运行电流会超出额定电流，即为电机过载。笼型三相异步电机的电流是指电机运行时定子绕组的三相电流，其考核指标有空载电流、启动电流、运行电流和额定电流。空载电流是电机在空载状态下的运行电流，主要包括无功励磁电流和空载时的有功损耗电流。启动电流是电机起动时的最大电流，电机起动时，瞬间电流最大，然后随着转速的增加，电流和转矩逐渐减小，达到额定转速时，运行电流逐渐稳定在额定电流附近，输出转矩稳定在额定转矩附近运转。运行电流是电机运行时的实际电流，由于电机选型时，额定功率一般按实际负载功率的1.1～1.3倍之间选用，考虑到效率和功率因数的最佳结合，所选电机的运行电流通常在额定电流的70%～90%之间运转。额定电流是电机带额定负载运行时的负载电流，电机长期运行时的电流不允许超出额定电流，短时超出额定电流的电机，在绕组温升危害到绕组绝缘以前，运行电流必须降到额定电流以下运转或停止运行。三相异步电动机的转矩是电动机的输出扭矩，和电机的转速和功率有关，额定转矩为一定值，实际输出转矩随负载的变化而变化。

1 笼型单速三相异步电动机空载运行电流特性的基本规律

电机空载电流无统一标准，其大小与电机的容量、结构形式、铁心质量、极数以及电机的生产加工工艺和装配质量有关，其中约90%为励磁电流，用于产生旋转磁场，看作无功电流，影响电机的功率因数cosφ，其大小与电动机端电压和铁心设计磁密有关；设计时，磁密选择过高或电机运行时电压高于额定电压，会造成铁心饱和，励磁电流明显增大，对应的空载电流较大，功率因数低，所以空载损耗就大；其余10%为有功电流，用于空载运转时的各种功率损耗，影响电机的效率η。对于绕组截面为定值的电机来说，电机空载电流大，允许流过的有功电流就会减小，电机带负载能力会降低。电机设计时可计算出空载电流和功率损耗，空载试验时与之比较，看电机是否正常。在一般正常同型号，同功率情况下，电机的额定电压越高，额定电流越小，相应额定电压下的空载电流也越小；额定电压越低，额定电流越大，相应额定电压下的空载电流也越大。机座号80～280，极数2、4、6极，连续运转的中小型笼型单速三相异步电动机空载电流一般为额定电流的30%～70%，损耗为额定功率的3%～8%，其中小功率电机铜耗占比重较大，大功率电机铁耗占比重较高。根据笼型三相异步电动机的空载试验数据，进行统计分析，归纳出连续运转的中小型笼型单速三相异步电动机空载电流的近似表达式(1)

I0=IN-(1.3～1.34)PN

(1)

式中,I0—电机的空载电流；IN—电机的额定电流，单位A；PN—电机的额定功率，单位kW；1.3～1.34为取值系数。当电动机极数越多，容量越小时，系数取值越接近1.3，极数越少，容量越大时，系数取值越接近1.34。考虑到各种因素影响，测试数值范围可在此数值基础上，上下浮动一定范围，通常情况下可上浮15%，下浮5%。

2 笼型单速三相异步电动机运转性能参数之间的基本规律

笼型三相异步电动机的空载转速基本与同步转速相同，额定转速是电机额定负载时的电机转速。表1是同功率，不同极数和机座号电机的额定电流，空载电流，启动电流和额定转矩，启动转矩对比表。从表1中可以看出，同一功率下的电机，极数越大，额定电流越大，空载电流越大，启动电流越小，额定转矩和启动转矩越大，额定功率下运行时，相对应的效率和功率因数越低。极数越小，额定电流越小，空载电流越小，启动电流越大，额定转矩和启动转矩越小，额定功率下运行时，相对应的效率和功率因数越高。

表1 同功率不同极数电机的额定电流、空载电流、启动电流和额定转矩、启动转矩对比表

3 笼型三相异步电动机额定电流与启动电流，运行电流之间的关系

笼型三相异步电动机的启动电流是电机起动瞬间的最大电流，直接全压启动的电机启动电流可达到额定电流的4～8倍，极数越大，启动电流与额定电流的比值倍数越小，极数越小，启动电流与额定电流的比值倍数越大，为了简化电气控制线路，在电网容量允许的情况下，优先选用直接起动方式。对于大容量的电动机来说，当电源线路和变压器容量不能满足电动机直接起动的条件，或起动电流冲击电网和电动机，影响电动机或其他用电设备的正常使用，对电网稳定运行不利时，为使电机的启动电流控制在额定电流的3倍以内，应采用降压起动。笼型三相异步电动机能否直接全压起动，需根据电网的容量，起动频次，线路允许干扰程度以及电机的安装型式决定。通常从以下三方面进行考核：(1)被拖动机械能否承受电机直接起动时的冲击转矩；(2)电机端子上的计算电压在电机频繁起动时不应低于额定电压的90%，不频繁起动时不应低于额定电压的85%；(3)电机起动时是否影响其他负荷的正常运行。在不能满足上述三方面中的任一要求时，电机需采用降压起动，以限制起动电流，减小起动转矩，从而减轻电机启动时对机械设备的冲击，平稳加速，保证电网和设备的安全运行。一般11kW以下容量电动机可以直接起动。

运行电流是电机实际带载运行时的电流，电机正常运行时其运行电流通常小于其额定电流，对长期运行的电机允许短时超出额定电流运行，但此时产生的温升不应超过绕组绝缘允许的温升限度，并在温升接近限度以前电机停转或运行电流降回到额定电流以下运行，保证绕组不会因温升超过限值而烧坏线圈和绝缘。

4 笼型三相异步电动机电流与电压和功率的关系

笼型三相异步电动机的启动电流大小与是否带负载无关，负载的大小影响电机的启动时间，额定负载以内，启动时间没太大变化，超出额定负载，负载转矩在额定转矩之内，随着超载的严重程度，启动时间随之延长，如果负载转矩超出启动转矩，电机将无法启动，此时如果控制系统的保护功能不能立即断开电源线路，电机的启动电流将在极短的时间内(20～90s)将绕组过流烧坏。笼型三相异步电动机的空载运行电流随着电压上升而增大，随着电压下降而减小。电机的运行电压偏低时，负载状态下，电磁力矩降低，转差率增大，转子和定子电流都增大；空载状态下，转差率基本不变，空载电流减小。运行电压偏高时，负载状态下，电磁力矩增大，转差减小，负载电流减小。

5 笼型多速三相异步电动机低速空载运行电流超额定电流原因分析

对长期正常运转的笼型单速三相异步电动机，空载电流不应超过额定电流，并且留有一定的余量。对一些短时工作制，多速大极数电机的低速极，由于设计时统筹兼顾电机各极数下磁场的均衡性，低速极的磁场饱和度较大，电机的空载电流接近额定电流，如果电源电压高于额定电压，在空载电压偏高的情况下，其空载电流会超出额定电流，但不应超出额定电流的10%，此种属正常现象。实际带载运行时由于功率因数和效率的提高，电压降低等因素的影响，电机在额定电压下运行电流一般不会超出额定电流，即使在运行电压偏高的情况下，运行电流也不会超出额定电流的10%，对于短时工作制电机，这种情况下不会造成电机过载烧坏绕组的情况发生，允许存在。

6 结语

笼型三相异步电动机的运行电流大小，直接影响电机的温升、效率、功率因数等主要性能指标，启动电流和启动转矩决定电机的起动能力，同时也决定电机控制线路主要元器件的选择和保护控制线路的参数整定。所以熟悉不同功率，不同极数下电机的转速，电流和转矩之间的关系和规律，有利于设备电机的选型和运行控制线路元器件的选取和参数整定，为拖动电机的合理选用和电气控制线路的正常运行提供技术支持。