电动机堵转的原因及解决方案
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我们来认识一下电动机的运行曲线和保护曲线，如下： 图1：电动机曲线 图1中，横坐标是电流，纵坐标是电机时间;图中位置较低的黄色曲线是电动机曲线，位置较高的曲线是保护装置的曲线，也即保护电动机断路器的脱扣曲线。 1.电动机的起动过程 第一阶段，起动静止阶段 设想，我们的电动机回路开关闭合，于是电动机被瞬间加上电压。 由于电机带有负载，在负载的阻转矩和电机转子旋转惯性的作用下，电机并不会立即旋转，其转子还停留在静止状态。 这时出现在电机定子绕组中的电流叫做起动冲击电流Ip，见横坐标的标识。 起动冲击电流Ip的大小约等于电动机额定电流的10~14倍。一般按12倍来计算。 第二阶段，起动和堵转阶段 电机转子开始旋转，电机电流开始回落。在电机曲线的中段横坐标中我们能看到起动电流的标识。 同时，电动机的堵转电流也出现在这里。 起动和堵转电流Ir约等于额定电流的4~8.4倍。一般按6倍来计算。 第三阶段，运行阶段 运行阶段电动机转子转速已经到达额定值，电机电流也回落到额定值。 在电机曲线的最左侧，也即曲线的最高处，我们看到了横坐标上标记了额定运行电流。 电动机额定运行电流In在数值上大约等于2倍的电动机额定功率Pm。例如某电机的功率是1kW，则它的额定电流大约等于2X1=2A。 2.电动机需要何种保护? 从图1中我们能看到，电动机需要有三种类型的保护： 第一种是过载保护。 它的特点是：电流范围从0.7倍额定值到1.2倍额定值，保护动作的时间长度与电流大小相反。 电机电流越大，保护动作时间也就越短。这种电流-时间关系被称为反时限L动作关系。 值得注意的是，电流-时间动作曲线不一定成反比，也可能与电流的平方成反比。从图1中我们能看到L保护曲线是反时限的。 我们看到L参数的垂直线部分有可调电流的标记，曲线部分则有可同时调电流和时间的标记。 第二种就是堵转保护。 我们已经知道，当电动机起动时它的起动电流较大，而且需要经历一定的时间。因此，堵转保护的动作值和时间长度必须将电动机的起动排除掉。 在实际设定保护时，我们只需要让保护动作的电流值大于电动机的起动电流，让保护动作的时间长度大于电动机起动时间。 由于此处的整定值是固定的，因此电流-时间的特性曲线是水平线和垂直线，又叫做定时限R动作关系。 我们从图1中能看到R保护曲线是定时限的。我们看到R的垂直线有可调电流的标记，水平线有可调时间的标记。 第三种是短路保护。 我们已经知道，电动机的起动冲击电流很大，可达10~14倍额定值。因此，短路保护的整定值必须大于电动机的起动冲击电流。 短路保护I参数的曲线是定时限的，而且时间不可调。它的动作时间其实就是保护装置测量和执行短路保护的最短时间。 图1中的I保护就是短路保护。我们看到它的垂直线有可调电流值的标记。 3.执行电动机保护的元器件和它们之间的协调关系
图2：电动机保护的元器件及保护协调关系 图2的左边就是主回路中的保护元件。其中执行过载保护的是热继电器，执行短路保护的是断路器，执行合分操作的是接触器。 当发生短路时，在断路器还未动作前，热继电器和接触器必须要承受短路电流的热冲击。因此，断路器的短路保护动作关系与热继电器和接触器之间一定存在保护的协调配合关系，见图2右图中的各个曲线。 由于内容很多，限于篇幅此处略去配合关系的讨论和说明。 4.当玩具电机由电池供电时，我们用手捏住它的转子，强制性地让电机出现堵转。 由图1可知，此时一定会出现堵转电流。我们来看下图： 图3是正常运行状态的电机，我们看到，加载在电机两端的电压会略低于电池电动势，其差值就是电池内阻r上的压降。 当电机出现堵转时，电流相对额定值要大得多。 我们从图4中看到，电机两端的电压从U急剧下降到，下降的原因是因为堵转电流在电池内阻r上的电压也急剧增加，致使加载到电机两端的电压也降低。 但是，由于这时的电流是堵转电流，它将对电机定子绕组中产生剧烈的加热作用，严重时将使得电机烧毁。 在实际工作中，例如起重机电机，当起重物体太重超过电机的载荷能力，这时电机是否会烧掉呢? 答案是否定的。起重机的电机是一种专门设计的电机，当载荷过大超过起重能力时，即使此时电机的转速近于零，但电机定子电流却增加不多。 起重电机在转子回路中串接了许多电阻，使得电机电流不会因为堵转而大增，由此保护电机。 这种特性叫做电动机机械特性的硬度。 电动机负载特性越硬，带载能力就越强，堵转后的电流也就越大，电机也越容易烧毁; 反之，电动机机械特性越软，带载能力就越差，但堵转后的电流就越小，电机越不容易烧毁。 下图是起重电机的机械特性曲线： 我们看到，转子中电阻串的越多，它的机械特性就越软，由此保护电机。 有点象硬汉子脾气大，力气也大，干活时就要仰仗硬汉子。但谈判时硬汉子非出问题不可，这时就需要依靠肯动脑筋的软汉子，或者娘子军了。 堵转对电机的危害 电机堵转的原因很多：转子与定子接触被卡死、被驱动设备卡死、设备负荷太大电机无法驱动等等，都会造成堵转。 电机堵转后定子绕组将流过5-10倍的额定电流，使得定子快速发热，烧毁绕组; 电机应当装设过流保护，当电机合闸启动后较长时间不能转动、电流不能降下来，过流保护将动作，跳开电机的电源开关。 这个过流保护可以是热继电器，也可以是空气开关自带的过流保护，也可以是外装的过流保护; 过流保护动作后，立即对电机进行检查，确定问题后进行检修。 解决堵转的常规手段：首先要确定正常工作时的电流究竟是多少，这个要实际值，不是理论的。 其次你的电机是否确定不容许出现堵转的情况。那么如果一次都不能堵转，最简单的办法是在电路中加入保险丝，保险值为1.5-2倍正常电流值。 最有效的方式是在负载中串入一个采样电阻，用MCU来采集回路电流，当达到需要保护的电流值后关断电机。 总之 1、由于负载电流是随时变化的，“加电阻”时电阻的电压降也是变化的，那么负载电压就会不稳定，影响电机的功率输出。得不偿失的一招。 2、由于负载电流是比较大的，电阻上的功率消耗也比较大，会造成电能的损失，还会增加发热量，很不实用，非常不实用。 3、防止电机堵转烧毁，最好的办法是采用过流继电器、熔断保险管等。 |
