異步電動(dòng)機(jī)Δ/Y降壓運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性

李榮華，梁凱，鄒順

(湖南理工學(xué)院，湖南 岳陽(yáng) 414006)

異步電動(dòng)機(jī)Δ/Y降壓運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性

李榮華，梁凱，鄒順

(湖南理工學(xué)院，湖南 岳陽(yáng) 414006)

基于電磁轉(zhuǎn)矩的實(shí)用表達(dá)式，分析了異步電動(dòng)機(jī)分別帶恒轉(zhuǎn)矩、恒功率和離心式通風(fēng)機(jī)性質(zhì)三類(lèi)典型負(fù)載的Δ/Y降壓運(yùn)行，得出其轉(zhuǎn)差率和轉(zhuǎn)速降落的計(jì)算方法,為校核降壓引起的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低是否滿(mǎn)足運(yùn)行要求提供了理論依據(jù)。

異步電動(dòng)機(jī)；降壓運(yùn)行；轉(zhuǎn)速；轉(zhuǎn)差率

1 引言

在實(shí)際應(yīng)用中，相當(dāng)一部分三相異步電動(dòng)機(jī)往往處于變負(fù)荷運(yùn)行,甚至長(zhǎng)期處于輕載或空載狀態(tài),出現(xiàn)“大馬拉小車(chē)”現(xiàn)象,造成電動(dòng)機(jī)運(yùn)行效率低下、電能浪費(fèi)嚴(yán)重。此時(shí)常常采取降低電動(dòng)機(jī)端電壓進(jìn)行降壓節(jié)電運(yùn)行，以提高運(yùn)行效率，達(dá)到節(jié)能目的。電動(dòng)機(jī)降壓節(jié)電運(yùn)行的實(shí)現(xiàn)方法有多種，其中將電機(jī)繞組進(jìn)行Δ/Y改接降壓的方法簡(jiǎn)單易行且應(yīng)用廣泛，電動(dòng)機(jī)降壓運(yùn)行后轉(zhuǎn)速有所降低，帶不同類(lèi)型負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)速的降落又不一樣，在工程應(yīng)用中，須校核Δ/Y改接降壓運(yùn)行引起的轉(zhuǎn)速降低是否在裝置系統(tǒng)所允許的范圍之內(nèi)。

為簡(jiǎn)化分析，在工程應(yīng)用中往往忽略電動(dòng)機(jī)的空載損耗轉(zhuǎn)矩，于是在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，可以認(rèn)為電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T與負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL相平衡。在此前提下，研究電動(dòng)機(jī)分別接帶恒轉(zhuǎn)矩型、恒功率型和離心式通風(fēng)機(jī)型三類(lèi)典型負(fù)載，進(jìn)行Δ/Y改接降壓運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速變化。

2 異步電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式的簡(jiǎn)化

根據(jù)電機(jī)學(xué)原理，三相異步電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩T的實(shí)用表達(dá)式為[1-2]

式中:Tm——電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩；

sm——電動(dòng)機(jī)的臨界轉(zhuǎn)差率；

s——與電磁轉(zhuǎn)矩T對(duì)應(yīng)的運(yùn)行轉(zhuǎn)差率。

電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的s很小，且s遠(yuǎn)小于sm，則上式可簡(jiǎn)化為

(1)

3 帶恒轉(zhuǎn)矩型負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)差率變化

(2)

可見(jiàn)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)，轉(zhuǎn)差率與定子相電壓的平方成反比，Δ/Y改接降壓后，其轉(zhuǎn)差率增加為原來(lái)的3倍，轉(zhuǎn)速有所降低。

4 帶恒功率型負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)差率變化

(3)

可得

(4)

解得符合穩(wěn)定要求的降壓后的運(yùn)行轉(zhuǎn)差率為

(5)

另外，式(4)所列方程有實(shí)數(shù)解的要求是Δ≥0，即

Δ=1-12s(1-s)≥0

得符合要求的降壓運(yùn)行前電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率為

(6)

式(6)表明，三相異步電動(dòng)機(jī)帶恒功率型負(fù)載降壓節(jié)電運(yùn)行時(shí)，降壓前轉(zhuǎn)差率不得高于0.0918，否則降壓后無(wú)法帶動(dòng)負(fù)載繼續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

5 帶通風(fēng)機(jī)型負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)差率變化

具有這種特性的負(fù)載，負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL的大小與轉(zhuǎn)速的平方成正比，即TL∝n2。屬于這一類(lèi)負(fù)載的生產(chǎn)機(jī)械有通風(fēng)機(jī)、水泵、油泵等流體機(jī)械，忽略電動(dòng)機(jī)的空載損耗轉(zhuǎn)矩，降壓運(yùn)行時(shí)有

(7)

可得

(8)

解得符合穩(wěn)定要求的降壓后的運(yùn)行轉(zhuǎn)差率為

(9)

6 降壓運(yùn)行后的轉(zhuǎn)速降落及實(shí)例分析

輕負(fù)載時(shí)對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行降壓節(jié)電運(yùn)行，可以提高運(yùn)行效率、節(jié)約能源。但電動(dòng)機(jī)降壓運(yùn)行后轉(zhuǎn)速有所降低，具體應(yīng)用中，須校核其轉(zhuǎn)速降落是否在裝置系統(tǒng)所允許的變化范圍之內(nèi)。已知降壓前的轉(zhuǎn)差率s和求出了降壓后的轉(zhuǎn)差率sx，則可得其轉(zhuǎn)速降落百分比Δn%為

(10)

根據(jù)表1的計(jì)算結(jié)果，作出異步電動(dòng)機(jī)Δ/Y改接降壓運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)差率變化曲線圖如圖1，轉(zhuǎn)速降落曲線圖如圖2所示。根據(jù)上述分析和計(jì)算表明，降壓運(yùn)行前電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率越低，降壓后轉(zhuǎn)速降落越??；三類(lèi)典型負(fù)載中，電動(dòng)機(jī)帶恒功率型負(fù)載降壓運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速降最大，帶恒轉(zhuǎn)矩型負(fù)載時(shí)次之，帶通風(fēng)機(jī)型負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)速降最小。

7 結(jié)語(yǔ)

異步電動(dòng)機(jī)降壓節(jié)電運(yùn)行會(huì)引起轉(zhuǎn)速降低，且?guī)Р煌?lèi)型負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)速降落又不一樣，在工程應(yīng)用中，須校核降壓引起的轉(zhuǎn)速降低是否在裝置系統(tǒng)所允許的范圍之內(nèi)。

表1 電動(dòng)機(jī)Δ/Y改接降壓運(yùn)行的轉(zhuǎn)差率變化和轉(zhuǎn)速降落

圖1 轉(zhuǎn)差率變化曲線圖

圖2 轉(zhuǎn)速降落曲線圖

降壓運(yùn)行前電動(dòng)機(jī)負(fù)載越輕，其轉(zhuǎn)差率就越低，則降壓后轉(zhuǎn)速降落越小、運(yùn)行越穩(wěn)定。三類(lèi)典型負(fù)載中，電動(dòng)機(jī)帶恒功率型負(fù)載降壓運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速降較大，帶恒轉(zhuǎn)矩型負(fù)載時(shí)次之，帶通風(fēng)機(jī)型負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)速降最小。可見(jiàn)，異步電動(dòng)機(jī)Δ/Y改接降壓節(jié)電方法更適合于通風(fēng)機(jī)型負(fù)載，此時(shí)降壓運(yùn)行的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性較好。

[1] 唐介.電機(jī)與拖動(dòng)[M].北京:高等教育出版社,2007.

[2] 段成，李榮華，尋真福.低壓電機(jī)Δ/Y改接降壓節(jié)電的應(yīng)用條件[J].電工技術(shù),2012(2):33-34.

[3] 李榮華，張敬.電動(dòng)機(jī)Δ/Y改接降壓運(yùn)行的功率因數(shù)及效率[J].節(jié)能,2008,27(8):40-42.

[4] 劉利軍.節(jié)電技術(shù)及其工程應(yīng)用[M].北京:中國(guó)電力出版社,2011.

Speed Stability of Asynchronous Motor Δ/Y Reducing Voltage Operation

LIRong-hua，LIANGKai,ZOUShun

(Hunan Institute of Science &Technology,Yueyang 414006,China)

Based on the practical expression of the electromagnetic torque，we have analyzed the Δ/Y reducing voltage operation when asynchronous motor run with three typical load such as constant torque,constant power and centrifugal fan nature respectively.It can draw a conclusion about the calculation method of slip and speed landing.Which provide the theory basis for motor speed decreased whether it meet operation requirements caused by verifying reducing voltage.

asynchronous motor;operation in reducing voltage;speed;slip

1004-289X(2015)02-0073-03

湖南省教育廳科研項(xiàng)目(12C0700)

TM343

B

2014-10-14

李榮華(1970-)，男，副教授，主要研究方向：電氣傳動(dòng)及節(jié)能。