電壓和電流是電機產品非常重要的關鍵性能參數,對於輸出同一功率條件下的電機,高電壓電機對應的電流要小,而低電壓電機對應的電流會非常大。但是,不同的界定條件會對應不同的結果。
01 同功率條件下電壓與電流的關係
最為直接的比較方法,可以按同功率條件下低壓電機和高壓電機的電流值進行比較:直觀上比較,電機繞組和引接線的導電面積有很大的差異;另外一個比較方式是雙電壓電機不同供電電壓時電流的比較,同樣是高電壓對應較小的線電流。
三相電機功率、效率、電流、電壓的關係為:額定功率 =×額定相電壓×額定相電流×功率因數×效率 。從此關係式可以得出一個結論:同功率條件下,電機的電壓與電流呈負相關關係,即一增一減的關係,當然還與電機的功率因數和效率有一定關係,但是,同功率、同極數條件下,功率因數和效率的差異性較小,不會影響到電機電壓與電流的整體走向。
02同一臺電機電壓與電流的關係
對於同一臺電機,不同的接法對應不同的電壓,以380/660V雙電壓電機為例,380V對應三角形接法,電機的線電流是660V星形接法線電流的1.732(根號3)倍,但兩種接法的相電壓和相電流完全相同,但供電電源輸入到電機的電流大小或線電流不同。之所以如此配置或設計電機,首先電機內部流通的額定電流是不允許改變的,大了過載、小了達不到要求的驅動負載設備的能力;其次,三相交流電機輸出同樣功率的情況下,星接時線電壓是相電壓的1.732(根號3)倍、線電流等於相電流,角接時線電壓等於相電壓、線電流是相電流的1.732(根號3)倍。
在空載狀態下,當給同一臺電機施以不同的電壓時,電機的電流與電壓呈現非線性的正相關,即電壓升高時電流也在增大;而在同一負載狀態下,電壓與電流的關係則呈現負相關。
以380V異步電機的堵轉試驗為例,一般給電機施加100V電壓,確保電機的電流基本在額定電流的水平,因為此時電機轉子處於靜止狀態,是一種典型的無限大負載狀態,若施加額定電壓,電流大小通常會達到額定電流的6~8倍之多;而電機額定電壓下空載電流的大小通常遠遠小於電機的額定電流,一般不到額定電流的1/2:高轉速電機佔比額定電流較小,多極低轉速電機相對於額定電流佔比較大,有的單繞組變極多速電機低速運行時的空載電流甚至接近或超過電機的額定電流。
03電機低電壓運行的嚴重後果
按照同功率條件下電壓與電流的關係,以及同一臺電機在不同負載狀態下電壓和電流的關係,我們就很容易理解,為何一些戶外臨時線路條件下電機容易燒毀的原因:電機輸出為了達到額定功率或帶動特定設備正常運行,在電壓不足的情況下,只能通過電流的增加完成拖動負載的任務,其最終的結果是電機繞組因為電流過大而發生過熱燒毀電機事故。額定功率越大的電機,因電源電壓波動導致的過流現象越嚴重;小電機因繞組匝數多、電抗值大,相對而言不太敏感。
04電機運行中電壓正超差是否會導致電機電流增加?
額定電壓是電機額定運行的基礎,在電機負載匹配合理的情況下,電機在額定電壓下運行最為安全可靠,要儘可能避免欠壓或超壓運行。電機電壓過高時,或許會因為電壓的適度提高而輸出更大的扭矩,但多數情況並不會如此幸運。
電機欠壓運行的不良後果比較容易理解,畢竟某一具體工況下運行的電機必須輸出設備需求的扭矩,電壓不足、電流增加,確保輸出功率恆定。供電電壓偏高的情況則不一定,有可能導致電機電流增加而大大縮短電機繞組絕緣的壽命,也有可能出現電機電流變小、改善電機負荷能力的情況。當電機額定運行時磁路不飽和,適當過電壓會提高導磁材料利用率,此時過載能力增大了,而勵磁電流增加不明顯、電流中負載成分卻按電壓增加比例減小,綜合效果是電機電流減小了。當電機額定運行時磁路飽和,過電壓會加劇磁路飽和的程度,勵磁電流迅速增加甚至指數水平增長,導致電流急劇增大而燒毀電機。
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