Motor Starting Performance

在选择电机和为电机设定规格的过程中，起动特性和满载特性都非常重要。满载特性能为大多数人所正确理解，包括电机速度、扭矩和效率等在内的各种因素是典型的选择标准。

电机的起动功能也非常重要，但是未被人们充分理解，且经常被忽略。在安装电机需要最小起动电流和/或最大起动扭矩的应用场合下，电机起动特性特别关键。

电机设计

为了评估电机的起动特性，首先理解电机设计中的哪些因素影响起动性能是非常重要的。

电机由两部分构成：定子和转子。

1.  定子由电机框架内的磁极和定子绕组构成。绕组配置和定子叠片的轮廓决定电机的满载特性。电极数量决定电机速度。

2.  转子由环绕在铁叠片周围的圆柱形短路绕组构成。转子绕组通常被叫做鼠笼。鼠笼由一定数量与电机轴平行的条状物构成，距离转子表面很近。转子条在转子的各端被短路环所短路。转子条的形状、材质和在转子中的位置决定了电机的起动特性。

在运转过程中，感应电机发挥着变压器的作用，在转子内电流由来自于定子的磁力线所感应。当转子为固定类型时（锁定转子条件），转子和定子的有效串联阻抗限制 了电机电流的大小。在极低转速下，主要阻抗来自于转子。在极高转速下，定子阻抗作用明显。因此，转子决定了电机的起动特性，而定子对电机的全速特性有影响。

电机产生的扭矩是转子电流、有效转子电阻和转子滑差率（转子速度和同步转子速度两者的差）的函数。在起动过程中，电流受到转子电阻和转子漏抗的限制。具有较高锁定转子电流的电机往往具有较低的锁定转子扭矩，而具有较低锁定转子电流的 电机通常具有较高的锁定转子扭矩。可以通过使用高电阻转子来产生高起动扭矩，不过这会导致满载时滑差率增加。通常采用的妥协办法是采用一个由两个鼠笼构成的转子（一个用于提供高起动扭矩的高电阻外鼠笼和一个用于提供低滑差率运转的高电抗内鼠 笼）。有时这种双鼠笼电机的起动能力比单鼠笼电机更为有限，因此并不总是适合于很多起动应用场合。典型起动扭矩（锁定转子扭矩）在满载扭矩的120%到220% 之间。在许多情况下可以通过使用一个不同的转子设计来增加起动扭矩（在全电压条件下）达50%以上。

交流感应电机的设计可分成四个主要类别，每个类别都具有不同的起动和运行特性。应该由机器制造商选择适合的电机设计来满足机器对电机的机械负载。

 

• A型设计电机

A型设计电机采用浅转子条设计，这使得电机具有低转子电感和通常具有低转子电阻。A型设计电机具有高锁定转子电流和低锁定转子扭矩。它们具有良好的运行效率和较高的牵出扭矩。这些电机的满载滑差率较低。

典型锁定转子电流（LRC）= 满载电流的650%到1000%。

典型锁定转子扭矩(LRT) = 满载扭矩的100%到140%。

         B型设计电机

与A型设计电机相比，B型设计电机具有较高转子电感和转子电阻，这使该类型电机具有较低锁定转子电流和较高锁定转子扭矩。B型设计电机的效率与A型设计电机的相似，但是相比之下，牵出扭矩更低，而滑差更高。

典型锁定转子电流（LRC）= 满载电流的550%到650%。

典型锁定转子扭矩(LRT) = 满载扭矩的140%到240%。

         C型设计电机

因为C型设计电机在转子上有两个绕组，所以经常被称为双鼠笼电机。该类型电机的内部绕组为B型设计电机的低电阻绕组，其外部绕组具有高电阻。低电阻内部绕组被设计为高电抗。双数量电机具有低锁定转子电流和较锁定转子扭矩（通常大约200%）。

         D型设计电机

D型设计电机具有高电抗鼠笼绕组，并具有高起动扭矩（高达300%）和低锁定转子电流。高电阻转子使电机具有高满载滑差和低效率。

最大限度减小起动电流而加大起动扭矩

当考虑电机起动性能时，两个关键参数为锁定转子电流（LRC）和锁定转子扭矩（LRT）。

下表为选择的一系列110千瓦四极电机。

 

可以看出，电机的全速特性非常相似，但是在锁定转子电流和锁定转子扭矩方面存在很大的差异。

为正确评估这些锁定转子电流和锁定转子扭矩之间的差别，需要考虑它们在起动性能方面的组合效应。下表通过显示两个计算数字的方法考虑它们的组合效应：

1.由3倍满载电流的起动电流产生的扭矩水平；

2.在起动过程中产生50%满载扭矩所需要的电流水平。  

 

这些数字突出显示全速时非常相似的电机之间在起动性能方面的重要差别。例如，电机A产生2.7倍的电机I在3倍满载电流下产生的扭矩。

总结

为了在降低电压起动条件下最大限度地减小起动电流和加大扭矩输出，可选择一个具有低锁定转子电流和高锁定转子扭矩特性的电机。

以下公式可用于评估在降低电压起动条件下电机的锁定转子电流和锁定转子扭矩数字的净效应。

初始起动扭矩以下列公式计算:

TST = 起动扭矩 LST = 起动电流 LRC = 电机锁定转子电流 LRT = 电机锁定转子扭矩