電機的反電動勢對電機性能的影響

2021-01-14 電機技術日參

反電動勢,由反抗繞組中電流大小發生改變的趨勢而產生。產生反電動勢情況有:(1)、線圈中通入交變電流;(2)、導體置於交變磁場中;(3)導體切割磁場。繼電器線圈、電磁閥門、接觸器線圈、電動機繞組等電器工作時,都存在產生感應電動勢現象。

穩態電流生成需要兩大必要條件:第一,閉合導電迴路。第二,反電動勢。我們可以從感應電機,理解產生感應電動勢現象:三相對稱電壓,施加在互差120度電機定子繞組上,產生圓形旋轉磁場,使置於這一旋轉磁場中的轉子導條,受到電磁力作用,由靜止轉變為旋轉運動,導條內產生感應電勢,通過導電端環聯通的、導條閉合迴路內流過感應電流。這樣轉子導條內產生出電勢或電動勢,這個電動勢就是所謂的反電動勢。在繞線式轉子電機中,轉子開路電壓就是典型的反電動勢。

不同類型的電機,反電動勢的大小變化情況截然不同。異步電動機反電動勢的大小,隨負載大小隨時都在變,導致不同負載情況下,效率指標差異非常大;永磁電機中,只要轉速不變,反電動勢的大小就不變,因而不同負載情況下的效率指標基本不變。

反抗電流通過或反抗電流變化的電動勢叫反電動勢。在電能轉化關係式UIt=ε反It+I2Rt中,UIt即為輸入電能,比如向電池、電動機或變壓器中的輸入電能;I2Rt是各電路中的熱損失能量,這部分能量是一種熱損耗能量,越小越好;輸入電能與熱損耗電能的差值,就是與反電動勢相對應的那部分有用能量ε反It,換言之,反電動勢是用來產生有用能量,與熱損耗呈反相關,熱損耗能量越大,可實現的有用能量就越小。

客觀地講,反電動勢消耗了電路中的電能,但它並不是一種「損耗」,與反電動勢相應的那部分電能,將轉化為用電設備的有用能量,例如,電動機的機械能、蓄電池的化學能等。

由此可見,反電動勢的大小,意味著用電設備把輸入的總能量向有用能量轉化的本領的強弱,反映用電器轉化本領的高低。

對於電機產品,定子繞組匝數、轉子角速度、轉子磁體產生的磁場以及定轉子的氣隙是決定電機反電動勢的因素。當電機設計完畢,轉子磁場與定子繞組的匝數都是確定的,因此唯一決定反電動勢的因素是轉子角速度,也可以說就是轉子轉速,隨著轉子速度的增加,反電動勢也隨之增加。定子內徑和轉子外徑之差會影響繞組的磁通大小,從而也會影響反電動勢。

● 如果電動機工作中由於機械阻力過大而停止轉動,這時沒有了反電動勢,電阻很小的線圈直接接在電源兩端,電流會很大,很容易燒毀電動機。這種狀態在電機的試驗中會遇到,比如說堵轉試驗,就是要求電機轉子處於靜止狀態,這時候的電機非常大,很容易將電機燒毀,目前大多數電機廠家對於堵轉試驗採用瞬時值的採集,這樣基本上避免了由於堵轉時間過長導致的電機燒毀問題,但由於每臺電機受裝配等多種因素的影響,所採集的值存在較大的差異性,不能非常準確性反映電機的起動狀態。

● 當電動機所接電源電壓比正常電壓低很多時,此時電動機線圈也不轉動,無反電動勢產生,電動機也很容易燒壞。這種問題經常發生在臨時線路使用的電機中,比如,臨時線路採用有供電線,因為是一次性使用,以及預防被盜等因素,大多出於成本的控制會使用鋁芯線,這樣線路上的電壓降就會很大,導致電機的輸入電壓不足,自然反電動勢應相對要小,嚴重時電機起動困難,甚至無法起動,即使電機起動也是在非正常狀態下的大電流運行,因而電機就很容易被燒毀。

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