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如果强制使电动机停止转动会有什么影响?

【PatrickZhang的回答(374票)】:

题主讨论的问题这叫做电动机的堵转。

为了给知友们建立起最基本的概念,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:电动机曲线

如果不作解释的话,估计看懂图1的人不多。我现在就来解释:

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LRI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,也就是题主特别关心的保护。

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: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.题主的问题讨论

题主的问题是针对玩具电机来展开的。

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。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。

题主讨论的问题只是玩具而已。但在实际工作中,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。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。

================

看到评论区谈及电动机回路的配置方案,简单描述如下:

第一,要知道系统的短路容量,还有电动机的功率和起动方式;

第二,根据变压器容量和电动机功率参数,校核该电机是否允许直接起动。同时确定电动机主回路的配置方案;

第三,按电动机额定电流乘以1.2倍后选择断路器。接着把电动机的额定电流乘以12倍,再除以10,得到断路器的额定电流。若此前选择的断路器额定电流大于这里的计算值,则确定,否则要按后面的校核值来选择断路器额定电流。

选择断路器的极限短路分断能力大于系统短路容量;

第四,按规定比例选择接触器和热继电器。接触器的工作制要与电动机的工作制配合,接触器的过载倍数也要与工作制配合,AC3为8倍,AC4为10倍。接着校核断路器、接触器和热继电器的短路保护配合关系,最好选择类型2。

【欲三更的回答(11票)】:

简单地说就是@解庆放的答案——烧。

具体一点,怎么烧的?

答:被电流烧的。

题主说的是玩具车马达,这种马达是直流电动机,就用直流电动机举例子好了,我在网上找了个原理图:

具体的你不用管,就关心两点:

  • 电流是在电枢绕阻(就是图中绿色的那根线)里流的。

  • 由于感应电动势 E 的存在(就是图中蓝色的那个 E),对于电源 U(就是图中红色的那个 U)来说,马达是一个有阻抗的用电器——这部分特性叫做电动机的外特性。
当马达在转的时候,因为感应电动势 E 的存在,使得电源 U 不敢过于嚣张,电流 I 不会很大。当你不让马达转的时候,那个蓝色的感应电动势 E 就没有了,而绿色的绕阻部分电阻很小(你可以拆开马达看看,绕阻一般是铜丝漆包线),于是从电源 U 的角度,马达就从一个有阻抗的用电器,变成了一根阻抗很小的导线。于是,通过绿色绕阻部分的电流会陡然变大。

高中物理课本里面电路发热的公式还记得吧:

(@余天升建议,使用

更能说明问题)

制动之后,电机外特性的等效阻抗,变为绕阻本身很小的阻抗(你也可以理解成电机带了一个无限大的负载……),电流变得很大,马达的发热量 Q 就会很大,温度就会上升。当温度高于某个界限的时候,马达里面的某些器件受不了了,于是就烧了。

【王新兵的回答(25票)】:

电热炉就是不会转的马达丫

【刘天一的回答(0票)】:

对于直流电机,我介绍一些简易的公式:

1. 电源电压-反电动势=电流×电阻+电流对时间的导数×电感。对于稳态的情况,可以去掉最后一项,变为:电源电压-反电动势=电流×电阻

2. 反电动势正比于转速。

3. 转矩正比于电流。

4. 速度对时间的导数正比于(转矩-阻力矩)

最简易的情况,就是给电机一个恒压电源。正常情况下,电机转速比较高,反电动势比较高,电流比较小。堵转后,反电动势变为0,电流变大。如果电源电压比较小、电阻比较大、或者电机散热比较好,并不会损坏电机。反正,如果电源电压比较大、电阻比较小、电机散热比较坏,就可能损坏电机。电机是否坏与电机和电路的设计有关。

对于高级一些的应用,不用电压源驱动电机,而是用电流源驱动电机。这可以在堵转时起到一定的保护作用。

【大飞哥乱翻书的回答(2票)】:

本来还以为能遇到本专业的问题,能来秀一把。然后差不多已经回答完毕了。还是再来点补充。对@欲三更 补充一点点

偷懒一下,直接拍照了。《电力拖动系统控制》-科学出版社,P11.偷懒一下,直接拍照了。《电力拖动系统控制》-科学出版社,P11.

这是直流电动机的方程,各个标号不要太在意。大致这样。

对于玩具马达,我们把它看成直流电动机。题主说的突然停止转动,排除电气制动,应该是“机械抱闸”

从电路角度,

第二式,由于k和磁通量(永磁体)不变,n突然为零,则E为零。代入第四式,因为输入电压不变,E为零,则I(Ra+Rj)要增加,Ra+Rj(绕组电阻和串入的电阻)为常数,故电流增加。

另外,第三式,即T无穷大,由于k和磁通量(永磁体)不变,所以,电流会突然变大。

原本的发热功率P1=Ia1^2(Ra+Rj),突然制动之后,P2=Ia2^2(Ra+Rj),发热功率大增,引起元件烧坏。

另外,问的是突然制动有什么影响。除了电路会有问题,多次机械抱闸之后,对闸阀有损坏,要换哦。所以不要随便乱制动,制动也用电气制动,温柔点。

【孟梦的回答(1票)】:

民间的说法很形象,会说电机被憋坏了。

线圈内流着几十上百安的电流呢,

这么大的能量不能转换成动能,

只好都转换成热能。

会导致线圈温度过高而熔断。

【惜墨的回答(0票)】:

就是个电感,接直流等于短路,接交流等于电感

【奇异的回答(1票)】:

会烧掉,我试过,小马达

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