浪涌电流和工作电流有什么区别?

inrush vs operating current transition

INRUSH SPIKE – THEN OPERATING CURRENT:浪涌尖峰—工作电流

INRUSH:浪涌   

OPERATING CURRENT:工作电流

100 MSEC PER MAJOR DIVISION:每次主要分流100毫秒

 

我们来考虑一下浪涌电流和工作电流——两个与电机的输入容量和输出曲线有关的值。浪涌电流(有时称为锁定转子电流或启动浪涌电流,视具体情形而定)是电机在全电压下启动时消耗的电流。

涌流本质上促使电机(以及电源和任何连接的驱动元件)重新通电,以发挥一个大型电容器的作用,该电容器需要充电直到电路达到正常的运行功率。

在全压交流启动模式下,电机系统会引入全电压,以及通常比其额定工作电流高出300%600%,或在某些高性能配置情况下比运行电流多出800%的性能。电机功率和驱动器连接(如果适用)和设计决定了此浪涌电流的确切值。

相比之下,工作电流是风机电机启动和运行时消耗的电流。一旦整个系统电路通电,所有的电路子组件饱和,并且(在风机配备驱动器的情况下)所有电容器充电,就会产生工作电流,并且电机开始转动。此时,风机-电机系统只需要稳态电流,以保持负载电机在目标转速下工作。

 

有哪些设计特性能适应这些不同的电流值,从而最大限度地提高风机的输出、效率和使用寿命?

inrush vs operating current spike detail

TIMING MATTERS WHEN STARTING ON AC POWER:在交流电源下启动时,时机很重要

10 MSEC PER MAJOR DIVISION:每次主要分流10毫秒

50 A PER MAJOR DIVISION:每次主要分流50

150A150

3 MSEC3毫秒

我们先来考虑一种特定情形——用碳刷电机。在这种情形下,反电势会对绕组电阻和电感带来限流功能,但前提是电机正在运行。启动时反电势为零,因为转子以零转速开始转动,并且绕组电阻相对较低,因此在开始通电时,通过绕组的电流很大。这种电流消耗会导致系统中发生有害的电压下降——甚至会降低电路中其他器件的性能,并触发过载安全装置。正因为如此,这些电机经常使用限流器,直到转速能够维持足够的反电势。

相比之下,我们考虑另一种特定情形——用无刷电机,这是此特定FAQ中示例计算的重点。在这种类型的电机中,绕组不受浪涌流的严重影响。这是因为必要地采用了电源或控制驱动器,它们恰好承受了浪涌流的冲击。电源模块或控制驱动器(用于将交流电压转换为直流电压)的电容功能发挥了作用。例证:在控制驱动器中,桥式整流器和线路电容器首先充电——这些子组件是浪涌流最先冲击的目标。

正如我们在其他AMETEK风机常见问题中所探讨的那样,无刷电机的电源模块和控制驱动器带来了其他优点。因为各种驱动功能的应用可以将涌流问题减少到最低程度,甚至可以完全避免这些问题。事实上,如果一个系统需要设置一台风机进行启动和停止,这些部件是特别有用的。在这种情形下,一些制造商建议使用供给或驱动速度指令,作为更好的实际停止和启动电机的方法。

相比之下,其他类型的电机(包括已经提到的碳刷电机)依赖于结构特性以及具有足够AWG大小的导线的电力电缆,以抵御这些浪涌流并防止过大的电压下降。许多人用涌流限制器(以热敏电阻的形式)、变压器开关继电器或预充电电路来解决涌流问题。电机起动器(包括交流电机的软起动器)是其他帮助解决涌流问题的组件。

 

记住时机很重要!在交流线路-功率正弦波上,电源开关的关闭位置会影响浪涌流。因此,如果在正弦波的峰值处开关,则涌流尖峰是最高的且持续时间较短。

inrush vs operating current smaller elsewhere

TIMING MATTERS:时机

SMALLER SPIKES NEAR ZERO CROSSING:靠近零交叉点的尖峰较小

10 MSEC PER MAJOR DIVISION:每次主要分流10毫秒

50 A PER MAJOR DIVISION:每次主要分流50

7 MSEC7毫秒

50A50

 

举个例子来说明:当在峰值领域附近开关时,一台无刷电机的绕组可能会出现150 A的峰值,但仅持续3m秒。相比之下,如果在零交点附近开关,则峰值更小,但持续时间更长。本例中,在零交叉点附近开关可能只产生50A的浪涌流,但持续时间为7毫秒,接下来是第二次脉冲。

请注意,这些值是电机特有的,因为浪涌流取决于电路的电阻值、控制-驱动电容器规格和信号-滤波设置。