胡 浩

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電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻電感的起動(dòng)與調(diào)速

胡 浩*

(湖南文理學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院, 湖南 常德, 415000)

繞線電機(jī)采用轉(zhuǎn)子串電阻、電感的方法, 既能進(jìn)行起動(dòng)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(shè)計(jì)參數(shù), 并舉例說明運(yùn)用情況及節(jié)電效果.

繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī); 起動(dòng); 調(diào)速

在現(xiàn)行教材與實(shí)際應(yīng)用中, 繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)能夠通過轉(zhuǎn)子串電阻進(jìn)行起動(dòng)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(dòng)不能調(diào)速. 本文根據(jù)《電機(jī)與拖動(dòng)》課程中的相關(guān)知識(shí), 提出一種轉(zhuǎn)子串電阻、電感的方法, 既能用于起動(dòng)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(jī)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(jī)運(yùn)行時(shí)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(jī)運(yùn)行時(shí)的最大轉(zhuǎn)矩為:

同理略去1、1, 則:

式中:1為電機(jī)定子相數(shù);1為電機(jī)定子相電壓;0為電機(jī)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(shí)的機(jī)械特性如圖2中的曲線1(曲線0為電機(jī)的固有特性). 在此基礎(chǔ)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(jī)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(jī)不串電感而只串電阻的特性相似, 顯然能進(jìn)行起動(dòng)與調(diào)速; 且由于在起動(dòng)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(shí)現(xiàn)節(jié)能.

圖2 電機(jī)的機(jī)械特性

2 電阻電感的計(jì)算

x≈ (0.18～0.25)20. (3)

其中:

式中f1為電機(jī)定子電源頻率. 關(guān)于起動(dòng)電阻的計(jì)算, 應(yīng)考慮充分利用電機(jī)轉(zhuǎn)子串電抗后的最大起動(dòng)能力, 對(duì)于特性1以下的各起動(dòng)特性, 可取起動(dòng)過程中的初始轉(zhuǎn)矩M1 = Mmax, 所有起動(dòng)特性的切換轉(zhuǎn)矩M2 = (1.05～1.1)Mz(Mz為電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩). 如圖3所示, 以三級(jí)起動(dòng)為例, 整個(gè)起動(dòng)過程為a→b→c→d→ e→f→g→H. 設(shè)轉(zhuǎn)子回路所串總電阻為R3, 其折算值為R3', 由于

對(duì)于起動(dòng)特性3, 令m= 1, 可得:

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

切換電阻:

應(yīng)該說明, 對(duì)于礦山提升電機(jī)等在起動(dòng)過程中有加速度限制的生產(chǎn)機(jī)械, 需用1和2來驗(yàn)算平均加速度.

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

3 起動(dòng)時(shí)間的整定

起動(dòng)過程中要準(zhǔn)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(shí)間(圖1). 對(duì)于特性3,3的整定時(shí)間為:

4 應(yīng)用舉例

一煤礦提升機(jī)用繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī),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(jìn)行起動(dòng)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(yùn)行數(shù)據(jù)的對(duì)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(shí)測(cè)). 所串電阻及運(yùn)行情況如表1所示.

表1 提升機(jī)所串電阻及運(yùn)行情況表

注: 拖動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩2= 75 kg·m2; 電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩z= 0.8e

該電機(jī)自2011年8月投入使用以來, 起動(dòng)平穩(wěn), 調(diào)速可靠, 維護(hù)方便, 一直保持良好的運(yùn)行狀態(tài). 在此期間, 我們對(duì)采用電阻、電感法起動(dòng)調(diào)速與未改造的單純采用電阻法起動(dòng)調(diào)速的提升機(jī)進(jìn)行測(cè)試比較, 在同樣周期負(fù)載情況下各提升與運(yùn)行100次, 統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明節(jié)電約25%. 尤其是在起動(dòng)過程中節(jié)電達(dá)68%.

[1] 顧繩谷. 電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2011: 121—124.

[2] 李良洪. 電工手冊(cè)[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(xiàng)目(湘教通[2013]223號(hào))

(責(zé)任編校:劉剛毅)