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    电机运行特性之——电机起动过程的热应力问题

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        电机起动过程中,特别是对于笼型电机,转子转速由零逐步增加到额定转速,转子转差率由1降低至稳定的比较小的一个数值,在这个过程中电机转子累积的转子铜损耗,也就是电机运行时在额定转速下的动能。


    对于需要正反转的电机,如果使满速运转的电机反向制动并进行逆向旋转,此时转子消耗的能量要比正常起动时消耗的能量大很多,大约是3倍的能量。


    电机起动过程为何会有热应力?

           电机起动过程中,缘于时间相对较短的因素,定转子铁芯的温度相对较低,而通电导体在此期间的温度升高很快,原本一体的结构件,因为受热情况的不一致性,以及材料热膨胀系数的差别,转子中的导电笼条会因为自由伸胀在物理空间的受限而产生热应力。

    热应力又称变温应力,是指温度改变时,物体由于外在约束以及内部各部分之间的相互约束,使其不能完全自由胀缩而产生的应力。


          当热应力超过屈服强度或疲劳极限时,导条会产生裂丝纹;深槽转子电机起动时,由于电机的挤流效应,会使转子导条的上下部分温度差异较大,并产生不同的膨胀,进而产生弯曲,这种现象对于非铸造工艺的导条转子问题更为严重,严重时可能出现转子导条断裂问题。

    同时,起动过程中定子绕组的电流很大,会产生瞬时的温度高,电机长时间低速爬行、频繁重载起动,都会导致定子绕组绝缘的过早老化,或是因为温度过高而导致电机绝缘以及电磁线漆膜软化击穿,导致绕组的匝间故障。

    从以上分析我们可以得出一个结论,一台好的电机必须有好的起动性能,否则电机会因为起动而导致过早的寿命终结。

    关联术语解释

    ●屈服强度

         屈服强度是金属材料发生屈服现象时的屈服极限,也就是抵抗微量塑性变形的应力。对于无明显屈服现象出现的金属材料,规定以产生0.2%残余变形的应力值作为其屈服极限,称为条件屈服极限或屈服强度。

    大于屈服强度的外力作用,将会使零件永久失效,无法恢复。比如,低碳钢的屈服极限为207MPa,在大于此极限的外力作用之下,零件将会产生永久变形,否则,零件还会恢复原样。

    ●疲劳极限

         疲劳极限是指经过无穷多次应力循环而不发生破坏时的最大应力值,又称为持久极限。材料的疲劳极限是材料本身所固有的性质,因循环特征、试件变形的形式以及材料所处的环境等不同而不同,需疲劳试验定。


     

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