電機作為電力系統(tǒng)中重要的能量轉(zhuǎn)換設備,其內(nèi)部電磁特性對運行性能有著至關重要的影響。其中,漏磁和阻抗特性是電機設計中的關鍵要素,它們不僅影響著電機的效率,還直接關系到電機的穩(wěn)定運行。
在電機中,定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙導致了漏磁的存在。氣隙的寬度通常在0.5~3mm之間,這使得定子鐵芯與氣隙之間以及轉(zhuǎn)子鐵芯與氣隙之間形成了閉合回路的磁通,即漏磁通。定子的漏磁通在定子繞組中引起漏電感L1σ,而轉(zhuǎn)子的漏磁通則在轉(zhuǎn)子繞組中引起漏電感L2σ。這些漏電感與電機的阻抗特性密切相關。
阻抗是電機繞組中電阻與感抗的合稱。在轉(zhuǎn)子繞組中,由于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)和磁場的變化,感抗是一個瞬時變化的量。而電阻在常溫下基本保持不變。這兩者之間滿足阻抗三角形關系,即阻抗等于電阻平方與感抗平方的和的開根號。
轉(zhuǎn)子的阻抗與轉(zhuǎn)子電流密切相關。當負載增大,電機的阻轉(zhuǎn)矩增大,轉(zhuǎn)速降低,轉(zhuǎn)差率s增大,進而導致轉(zhuǎn)子電流增大。這一變化反映到定子側(cè),定子電流也隨之增大。因此,電機在負載增大時,電流會相應增大,這是電機運行中的一個基本規(guī)律。
特別需要注意的是電機起動時的情況。在電機起動時,轉(zhuǎn)差率s達到最大,即s=1,此時轉(zhuǎn)子感應電勢最大,轉(zhuǎn)子電流也達到最大值。這導致定子電流通常為額定電流的4~7倍,起動沖擊電流甚至可以達到額定電流的10~14倍。因此,在選擇電機開關設備時,需要考慮起動電流的影響,通常按照12倍額定電流來選擇。
此外,電機的功率因數(shù)也是一個重要的性能指標。功率因數(shù)cosθ是電阻r與阻抗Z的比值。由于阻抗Z是動態(tài)的,隨著轉(zhuǎn)差率s的增大而增大,因此功率因數(shù)cosθ也是一個動態(tài)量。在電機起動時,由于轉(zhuǎn)差率最大,功率因數(shù)達到最低值。
電機的運行性能還受到電源電壓的影響。電源電壓的變化會直接影響旋轉(zhuǎn)磁場磁通的大小,進而影響到電機的輸出轉(zhuǎn)矩。當電源電壓降低時,旋轉(zhuǎn)磁場磁通減弱,導致輸出轉(zhuǎn)矩按平方關系降低。這也是電機在電源電壓降低時容易報過流的原因。
綜上所述,電機中的漏磁與阻抗特性對電機的運行性能有著顯著的影響。了解這些特性有助于我們更好地判斷電機的運行狀態(tài),為電機的保護和維護提供基礎積累。同時,在實際應用中,我們需要根據(jù)電機的運行特點和負載情況,合理選擇電機參數(shù)和保護措施,以確保電機的穩(wěn)定運行和高效能量轉(zhuǎn)換。