为什么电机启动电流这么高？

电机浪涌电流为何这么高？

尽管人们普遍理解这一事实，但这一事实似乎与常识相悖：运动速度越慢（随着时间的推移完成的工作越少），消耗的能量就越少，因此功耗就越低。固定电压源的功率越低，电流消耗就越低。甚至与扭矩、功率和 RPM 相关的常用公式也指出：

功率 = 扭矩 ( au) imes RPM 

这个等式似乎也将低 RPM 与低功耗关联起来。

使用这些基础物理方程，似乎很难证明浪涌电流为何如此之高这一明显可测量的现实原因。

电机线圈阻抗

在任何电机中，一个部件都会移动，而另一个部件则保持静止。在大多数电机中，这意味着中心轴是转子（旋转），而外壳保持静止（定子）。在许多无刷电机中情况并非如此，因为外部会旋转；不过，本文将主要讨论感应电机。

构成定子绕组的线圈缠绕在铁磁极上。这会产生一个 RL 电路，其中有一些是导线本身的电阻，还有线圈形成的自然感应。当电压施加到导线上时，磁场作用于铁磁金属并产生电抗（阻碍电流流动）。

图 2.定子绕组围绕铁极的三相电动机。

这里，我有一个电机，接线为三相 480 V 输入，T 型引线之间测量到 16.5 Ω 的电阻。此 ? HP 电机的 FLA（安培）额定值为 480 V 时 1.5 A。这相当于总阻抗为 320 Ω，远高于线圈本身的 16.5 Ω 电阻。

这种额外的阻力是由于电动机的感抗（包括定子和转子）造成的。

我们怎么知道的？如果阻抗仅由定子的绕组和极点引起，那么停止和运行的电机之间就没有区别了。随着电机加速，电阻（和电抗）增加，因此电流相反地减少。

测量 480 伏 T 型引线之间电机绕组的电阻

图 3.测量 T 型引线之间的电机绕组电阻，配置为 480 V。

反向电压或反电动势

当电机全速运转时，电感器上会施加负载，导致电感器消耗能量来反转转子铁芯层压层的极性。换句话说，它必须消耗更多的能量来同时旋转轴和极化金属。

负载效应也可以用小型直流电机来演示：在保持导线断开（无负载）的情况下旋转轴，它就会轻松旋转。在导线上连接一个灯泡或电阻器，轴的旋转就会变得更加困难。当磁场产生能量并将其转化为光、热或运动时，它会产生巨大的阻力。

在感应电动机中，该反电动势 (EMF) 提供了足够的阻力，可将电流从极高的启动值降至全速时的标称“满载”安培。

另一个常见的类比是观察变压器在空载和满载条件下的效果。当没有连接负载时，几乎不需要用力就能使铁芯极化，电源电流会很高。当连接可变负载并缓慢增加时，负载电流会下降，电源电流也会下降。

图 4.变压器类比电机负载效应。

个问题：空载电机是否应该具有更高的电流？

如果增加负载确实会增加反电动势，那么断开负载的自由旋转电机是否应该具有更高的电流，并且可能烧断电源保险丝和断路器？

当消耗能量来移动负载时，这被称为功率。如果电机空载，产生的功率就很小。转子肯定有反电动势，但电机的功率要求要低得多。由于功率等于：

[电压 乘以电流 ]

...并且主电源的电压保持相对不变，电流就会较低。

因此，空载电机的电流会降低，因为电机所需和产生的功率较低。负载电机的电流会降低，因为较重的负载会产生反电动势。

然而，在这两种情况下，通常空载电机消耗的电流比负载下的同一电机要少。

第二个问题：高电流是由于加速度还是仅仅是 RPM 引起的？

在物理运动学课程中，常用方程式如下：

[力 = 质量 乘以加速度 ]

...或者...

[F = M 乘以 A]

如果没有加速（或恒定运动），则不需要额外的力，因此应尽量减少功率。因此，如果电机停止，电流应该很小。只有电机加速时的短暂时刻才会是高浪涌电流期。

然而，任何处理过堵转电机（或转子锁定）电流的电工都知道，停止的电机仍然会消耗大量电流并导致故障。这证明，虽然加速需要更多功率并会增加电流，但转子的速度（而不是加速度）对电流消耗的影响必须很大。

电机电流故障

大多数情况下，这种高启动电流是预料之中的，也是正常的。许多电机启动装置都有断路器曲线，允许短时间内产生高电流，同时消耗在电机和负载上。

修复故障电机是一个耗时且昂贵的过程。了解这些高电流情况发生的方式、时间和原因有助于降低这些常见问题的成本和危害。