電動機轉(zhuǎn)子串電阻電感的起動與調(diào)速

胡 浩

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電動機轉(zhuǎn)子串電阻電感的起動與調(diào)速

胡 浩*

(湖南文理學院 機械工程學院, 湖南 常德, 415000)

繞線電機采用轉(zhuǎn)子串電阻、電感的方法, 既能進行起動與調(diào)速, 又能較大幅度地節(jié)能. 論述了該方法的工作原理和設計參數(shù), 并舉例說明運用情況及節(jié)電效果.

繞線轉(zhuǎn)子異步電動機; 起動; 調(diào)速

在現(xiàn)行教材與實際應用中, 繞線轉(zhuǎn)子異步電動機能夠通過轉(zhuǎn)子串電阻進行起動與調(diào)速, 但電阻上能耗大; 如果轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器, 雖能減少損耗, 但只能起動不能調(diào)速. 本文根據(jù)《電機與拖動》課程中的相關(guān)知識, 提出一種轉(zhuǎn)子串電阻、電感的方法, 既能用于起動與調(diào)速, 又能較大程度地節(jié)能.

圖1 轉(zhuǎn)子串電阻電感接線圖

1 工作原理

如圖1, 在繞線電機轉(zhuǎn)子繞組每相串入相同的電阻與電感. 首先考慮只串電感的情況, 電機運行時的臨界轉(zhuǎn)差率:

式中:1為定子繞組的電阻;1為定子繞組的電抗;20為轉(zhuǎn)子繞組電阻的折算值;2為轉(zhuǎn)子回路電抗的折算值;2=20+x'; 其中:20為轉(zhuǎn)子繞組電抗的折算值;x'為轉(zhuǎn)子串電感的電抗折算值; 由于12,12, 略去1、1, 則:

即max與2成反比, 與固有特性相比, 臨界轉(zhuǎn)差率的值減少. 電機運行時的最大轉(zhuǎn)矩為:

同理略去1、1, 則:

式中:1為電機定子相數(shù);1為電機定子相電壓;0為電機同步角速度. 由式(2)可知,max與2也成反比, 與固有特性相比, 最大轉(zhuǎn)矩減少.

由以上分析可知, 轉(zhuǎn)子串電感時的機械特性如圖2中的曲線1(曲線0為電機的固有特性). 在此基礎上轉(zhuǎn)子繞組再串入電阻Ω1與Ω2, 由式(1)、式(2)可知: 臨界轉(zhuǎn)差率隨轉(zhuǎn)子回路電阻的增加而增大, 而最大轉(zhuǎn)矩不變, 其機械特性如圖2中的曲線2、3. 由特性曲線1、2、3可知, 它們與電機不串電感而只串電阻的特性相似, 顯然能進行起動與調(diào)速; 且由于在起動與調(diào)速過程中所串電阻因串有電感而明顯減少, 故可減少電阻上的損耗、實現(xiàn)節(jié)能.

圖2 電機的機械特性

2 電阻電感的計算

x≈ (0.18～0.25)20. (3)

其中:

式中f1為電機定子電源頻率. 關(guān)于起動電阻的計算, 應考慮充分利用電機轉(zhuǎn)子串電抗后的最大起動能力, 對于特性1以下的各起動特性, 可取起動過程中的初始轉(zhuǎn)矩M1 = Mmax, 所有起動特性的切換轉(zhuǎn)矩M2 = (1.05～1.1)Mz(Mz為電機負載轉(zhuǎn)矩). 如圖3所示, 以三級起動為例, 整個起動過程為a→b→c→d→ e→f→g→H. 設轉(zhuǎn)子回路所串總電阻為R3, 其折算值為R3', 由于

對于起動特性3, 令m= 1, 可得:

3=2-20=20+x-20. (9)

切換電阻:

應該說明, 對于礦山提升電機等在起動過程中有加速度限制的生產(chǎn)機械, 需用1和2來驗算平均加速度.

式中:為滾筒直徑, m;2為拖動系統(tǒng)的總飛輪矩, kg·m2;為傳動比; 如果不滿足式(12), 則1適當減少為:

3 起動時間的整定

起動過程中要準確地切除各段電阻Ω1、Ω2及, 必須整定出接觸器3—1的閉合時間(圖1). 對于特性3,3的整定時間為:

4 應用舉例

一煤礦提升機用繞線轉(zhuǎn)子異步電動機,e= 55 kW,e= 380 V,e= 110 A,2e= 425 V,2e= 84 A,e= 9 75 r/min,λ= 2.2; 采用轉(zhuǎn)子串電阻、電感的方法進行起動與調(diào)速, 其特性如圖3所示. 有關(guān)轉(zhuǎn)子回路的參數(shù)及其運行數(shù)據(jù)的對照情況如下: 轉(zhuǎn)子繞組:20= 0.702 Ω,20= 0.073 Ω; 電抗器: 鐵心柱截面14 cm2, 每相匝數(shù)23,x= 0.25 Ω,20= 0.176 Ω,= 0.560 mH,r= 0.008 5 Ω(實測). 所串電阻及運行情況如表1所示.

表1 提升機所串電阻及運行情況表

注: 拖動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩2= 75 kg·m2; 電機負載轉(zhuǎn)矩z= 0.8e

該電機自2011年8月投入使用以來, 起動平穩(wěn), 調(diào)速可靠, 維護方便, 一直保持良好的運行狀態(tài). 在此期間, 我們對采用電阻、電感法起動調(diào)速與未改造的單純采用電阻法起動調(diào)速的提升機進行測試比較, 在同樣周期負載情況下各提升與運行100次, 統(tǒng)計結(jié)果表明節(jié)電約25%. 尤其是在起動過程中節(jié)電達68%.

[1] 顧繩谷. 電機及拖動基礎[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2011: 121—124.

[2] 李良洪. 電工手冊[M]. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2005: 176—178.

Starting and varying speed of rotor winding connecting resistor and inductor in the induction motor

HU Hao

(Machinery Engineering College, Hunan University of Arts and Science, Changde 415000, China)

It can not only start and vary speed, but also economize energy greatly to join resistor and inductor to rotor winding in a wound-rotor induction motor. The paper discusses the principle, parameter calculation and illustrates the application and effect by an example.

wound-rotor induction motor; start; vary speed

10.3969/j.issn.1672-6146.2013.03.011

G 642.0

1672-6146(2013)03-0049-04

email: hh0822@126.com.

2013-06-20

湖南省普通高校教改項目(湘教通[2013]223號)

(責任編校:劉剛毅)