电机运行特性之——电机起动过程的热应力问题探讨

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。