三相異步電動機是否適用"歐姆定律"?

通常,我們會說,電機不是純電阻電路,所以它在電路中不適用"歐姆定律"。

三相異步電動機是否適用


以一臺"0.75kW"的三相異步電動機為例,其額定電壓為380V,額定工作電流為2.1A,而電機繞組的阻值大概在10Ω(更準確的應該為12Ω)左右。可知:電機繞組兩端若接入380V的電壓,在"歐姆定律"的理論下,流過繞組的電流應該有38A,該值遠大於電機銘牌標定的"額定電流2.1A"。

那麼,為什麼會出現這麼大的差別呢,"歐姆定律"果然不適用嗎?為了說明這一問題,首先介紹一下電機在電路中的"簡易等效模型",如下圖所示。

三相異步電動機是否適用

三相異步電機在電路中大概由3個部分構成:

  1. 純電阻。此為電機定子線圈的"阻值"。通電後,電流通過繞組,以"發熱"的形式損耗一部分功率,即所謂的"銅耗"。我們通過萬用表或者電橋測量所得的繞組阻值就是這部分的值。而且,實際上我們測量繞組阻值的這一過程應用的就是"歐姆定律"。
  2. 純電感。電機繞組在電路中可等效為一個純電阻和純電感的串聯電路。純電感在電路中不消耗能量,只會使流過其的電流的相位滯後於電壓相位。對於任意一個特定時刻,純電感電路也滿足"歐姆定律",即:u=L(di/dt)。純電感在電路中的另外一個作用是產生"反向電動勢",簡單來說,就是抑制電流的變化。反電動勢的存在,抑制了流過繞組的電流的無限增大。
  3. 旋轉機構
    。在三相異步電動機的繞組上接通三相交流電後,轉子就會轉動起來。電機之所以有能力拖動機械設備動作,就是因為反電動勢"消耗"的電能,轉化成了電動機的機械能。可見,反電動勢的大小,意味著電機將電能轉化為機械能的能力的大小。

通過上述分析,我們需要當修改一下電機在電路中的模型,如下圖所示:

三相異步電動機是否適用

引入"反向電動勢"後,電機就滿足"歐姆定律"了,具體為:

u-e=Ri+L(di/dt)

總之,"歐姆定律"對電動機是適用的。電動機總的輸入有功功率一部分以發熱形式損耗在繞組電阻上,即銅耗;還有一部分損耗在繞組鐵心裡,也即鐵耗(鐵耗也可以等效為可變電阻);再除去其他雜散損耗,就是輸出的機械功率。總的機械功率再扣除雜散損耗就是輸出的軸端機械功率。

可見電動機輸出的軸端機械功率是包括在電磁功率中的,可以由電動機等效電路利用歐姆定律求得電磁功率,再扣除雜散損耗得到輸出機械功率。



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