(重慶川儀自動(dòng)化股份有限公司執(zhí)行器分公司 重慶 401121)

引言

在涉及電流大而且頻繁變化的場(chǎng)合,如電機(jī)的啟動(dòng)停止或負(fù)載變化、短路等，都會(huì)出現(xiàn)電流的瞬變過(guò)程。此過(guò)程中出現(xiàn)的物理現(xiàn)象與穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的性質(zhì)有所不同，傳統(tǒng)的測(cè)試方法與儀器難以滿(mǎn)足要求，主要原因是測(cè)試儀器的采樣速度或存儲(chǔ)量的有限，對(duì)瞬態(tài)電流的測(cè)試要求儀器的響應(yīng)頻率大于20KHz，傳統(tǒng)的測(cè)試儀主要用于工頻穩(wěn)態(tài)參數(shù)的測(cè)量，采樣速度有限。采用電流互感器把電流值轉(zhuǎn)換成電壓值，用有串口的示波器進(jìn)行采樣，示波器與計(jì)算機(jī)連接采用程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行分析、存儲(chǔ)可解決此問(wèn)題。

一、啟動(dòng)電流

(一)電機(jī)啟動(dòng)電流的產(chǎn)生

電機(jī)是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置。它使用一個(gè)通電線(xiàn)圈產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，并作用在轉(zhuǎn)子上形成一個(gè)磁-電-動(dòng)旋轉(zhuǎn)力矩。根據(jù)使用電源的不同，將電機(jī)分為直流電機(jī)和交流電機(jī)。電機(jī)主要由定子和轉(zhuǎn)子組成。電機(jī)的工作原理是磁場(chǎng)對(duì)電流的影響，使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。

電機(jī)啟動(dòng)電流產(chǎn)生的過(guò)程：合閘的一瞬間,轉(zhuǎn)子因慣性還未轉(zhuǎn)起來(lái),旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以最大的切割速度同步轉(zhuǎn)速切割轉(zhuǎn)子繞組,使轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)可能達(dá)到的最高的電勢(shì),因此,在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中流過(guò)很大的電流，這個(gè)電流產(chǎn)生抵消定子磁場(chǎng)的磁能，定子方面為了維持與該時(shí)電源電壓相適應(yīng)的原有磁通遂自動(dòng)增加電流，因?yàn)榇藭r(shí)轉(zhuǎn)子的電流很大,故定子電流也增得很大,甚至高達(dá)額定電流的4～7倍,這就是電機(jī)的啟動(dòng)電流。因?yàn)殡姍C(jī)是電感電路,在通電的瞬間,迅速建立感應(yīng)磁場(chǎng),故啟動(dòng)電流較大,例如額定電流為12A的普通異步電機(jī),正常情況下起動(dòng)電流應(yīng)該為額定電流4～7倍,最多不應(yīng)該超過(guò)10倍。如果啟動(dòng)電流過(guò)大,不僅會(huì)損壞電機(jī)本身,而且會(huì)影響與之相連的整個(gè)設(shè)備的正常工作,甚至危及人身安全,造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，降低電機(jī)的啟動(dòng)電流，生產(chǎn)低啟動(dòng)電流的電機(jī)，開(kāi)發(fā)測(cè)量啟動(dòng)電流的設(shè)備，保障設(shè)備的可靠性是每個(gè)設(shè)計(jì)者與生產(chǎn)者的職責(zé)。

(二)電機(jī)啟動(dòng)電流偏大的原因

產(chǎn)生電機(jī)啟動(dòng)電流偏大的原因主要有：(1)測(cè)量起動(dòng)電流時(shí)出現(xiàn)誤差,若采用指針式樣的表測(cè)量,可能因?yàn)橹羔樀膽T性而出現(xiàn)指示數(shù)值偏大,造成測(cè)量誤差。(2)起動(dòng)電流的瞬時(shí)值與負(fù)載無(wú)關(guān),若電機(jī)繞組對(duì)地絕緣正常,起動(dòng)電流最大值偏大的原因很可能是由于繞組相間或匝間絕緣電阻值下降造成的。(3)起動(dòng)電流最大值偏大的原因還可能是三相繞組的某一相部分?jǐn)嗑€(xiàn)(若繞組采用雙線(xiàn)并繞的話(huà))?？梢圆捎秒p臂電橋測(cè)量三相繞組的直流電阻值,若發(fā)現(xiàn)偏差較大,應(yīng)該懷疑某一相部分?jǐn)嗑€(xiàn)(電阻值較大的相斷線(xiàn))。

那么啟動(dòng)后電機(jī)電流為什么小呢？這是因?yàn)殡S著電機(jī)轉(zhuǎn)速的逐漸增高，定子磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的速度變小，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中感應(yīng)電勢(shì)和電流也在減小，因此用于抵消轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的磁鏈影響的定子電流部分也減小了，所以定子電流就從大到小，一直到正常。

二、啟動(dòng)電流測(cè)試設(shè)備

圖1 測(cè)試設(shè)備組成圖

如圖1所示，測(cè)試啟動(dòng)電流的設(shè)備由電流互感器、變壓器、示波器、計(jì)算機(jī)、電阻器交流鉗形表組成。電流互感器主要是把電路中的大電流信號(hào)變小，電阻器用來(lái)把小的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)供給示波器。為了消除這之間的累計(jì)誤差要特別注意互感器及電阻的選型。文件以文本方式存儲(chǔ)，最大記錄長(zhǎng)度可達(dá)計(jì)算機(jī)硬盤(pán)的容量。大部分計(jì)算、分析工作都由軟件完成。圖2是在上述設(shè)備測(cè)得的電機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中A相電流實(shí)時(shí)波形。

圖2 電流實(shí)時(shí)波形

三、分析與計(jì)算

(一)結(jié)果分析

由圖2可見(jiàn)，啟動(dòng)過(guò)程中電機(jī)電流由三部分組成，其中之一是基頻交流分量，另外兩部分則是以不同時(shí)間常數(shù)衰減的直流分量，直流分量之一的初始幅值較大，但衰減也比較快，而另外一直流分量初始值則很小，衰減較慢。為了分析這樣復(fù)雜波形的信號(hào)，我們采用有效值的形式來(lái)描述。因?yàn)橛行е凳窃疾ㄐ蔚闹绷鞯刃е担挥兴拍芴峁┎煌ㄐ蜗啾容^的基礎(chǔ)。

(二)計(jì)算方法

首先，先對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)按周期化塊，方法是打開(kāi)存儲(chǔ)文本，找出交流成分中所有的波峰和波谷所對(duì)應(yīng)的采樣點(diǎn)。所有的數(shù)據(jù)是按測(cè)試時(shí)間順序排列的對(duì)任意一個(gè)Ii及其相鄰的數(shù)據(jù)Ii+1和Ii-1計(jì)算積(i+1)*(Ii-1)，如果出現(xiàn)(i+1)*(Ii-1)<0(1)

則滿(mǎn)足上式的Ii為波峰波谷點(diǎn)，若(Ii+1—Ii-1)<0則為波峰，反之為波谷。顯然每?jī)蓚€(gè)波谷之間為一個(gè)完整的周期，假如在這個(gè)周期內(nèi)共有I1、I2，……IN等N個(gè)測(cè)試數(shù)據(jù)，則有效值IRMS為

穩(wěn)態(tài)時(shí)直流漂移等因素而引起的直流分量，處理此問(wèn)題的方法是在一定的時(shí)刻使得輸入為零，測(cè)得此時(shí)的輸出量為ID，則修正后有效值為

四、結(jié)論

啟動(dòng)電流在電機(jī)測(cè)試過(guò)程中是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，它的準(zhǔn)確測(cè)量極大的決定了電機(jī)基本性能，直接影響著電機(jī)和其所連接的設(shè)備的使用壽命。為了更好的測(cè)量啟動(dòng)電流，我們需要選擇更高刷新率的儀器。本文從啟動(dòng)電流的產(chǎn)生過(guò)程和啟動(dòng)電流的測(cè)試，以及測(cè)試數(shù)據(jù)的長(zhǎng)時(shí)間保存等方面對(duì)啟動(dòng)電流做了簡(jiǎn)單的闡述，可基本解決大功率電機(jī)的啟動(dòng)電流測(cè)試問(wèn)題，解決了復(fù)雜的周期波形的有效值計(jì)算的問(wèn)題。但文中所述畢竟是簡(jiǎn)易的設(shè)備，對(duì)電機(jī)的綜合參數(shù)還不能完全解決，還有待下一步開(kāi)發(fā)。