繞線式轉(zhuǎn)子電機定轉(zhuǎn)子參數(shù)的分離

曹翰清1,吳冰2,王建良1,3

(1. 中國南車株洲電機有限公司,湖南 株洲412001；

2. 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學院,湖南 株洲412001；

3. 北京交通大學 電氣工程學院,北京100044)

摘要：對于通過在繞線式轉(zhuǎn)子上接變頻器進行調(diào)速的電機控制系統(tǒng)而言，其整機性能的好壞，關(guān)鍵取決于變頻器能否與電機的等效電路參數(shù)進行很好的匹配，而電機等效電路參數(shù)又將影響到電機電磁方案的選取。從繞線式轉(zhuǎn)子電機的等效電路出發(fā)，以試驗數(shù)據(jù)為依據(jù)，推導出了繞線式轉(zhuǎn)子電機定轉(zhuǎn)子參數(shù)分離的原理與計算方法。最后通過一臺樣機試驗驗證表明: 通過本方法理論計算的定轉(zhuǎn)子參數(shù)與試驗實測參數(shù)的誤差為5%以內(nèi)，從而驗證了理論分析的正確性。

關(guān)鍵詞：繞線式轉(zhuǎn)子; 定轉(zhuǎn)子參數(shù); 分離

通訊作者:曹翰清

中圖分類號：TM 302文獻標志碼： A

收稿日期:2014-11-10

Separation Method for Stator Parameter and Rotor

Parameter of Rotor Winding Motor

CAOHanqing1,WUBing2,WANGJianliang1,3

(1. CSR Zhuzhou Electric Motor Co., Ltd., Zhuzhou 412001， China;

2. Hunan Railway Professional Technology College, Zhuzhou 412001， China;

3. School of Electrical Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China)

Abstract：To the variable frequency speed regulation system which control motor by connecting convertor to rotor, the system performance is depended whether the convertor and the motor is good match or not. And the motor equivalent circuit parameter will influence the generator electromagnetic data. Based on the equivalent circuit of the rotor winding motor and the test data, the calculation principle and method for separation the sataor parameter and rotor parameter was derived. The sample motor test data showed that the difference value between theory calculation and test data was smaller than 5%, The correctness of separation calculation method was proved.

Key words： rotor winding motor; stator parameter and rotor parameter; separation

0引言

繞線電機是異步電機的一類，可以通過滑環(huán)在轉(zhuǎn)子繞組中串接電阻來改善電動機的機械特性，從而達到減小起動電流、增大起動轉(zhuǎn)矩及平滑調(diào)速的目的。同時也可以通過在轉(zhuǎn)子繞組上外加變頻電源，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子外加電源的頻率、相位及電壓或電流的幅值大小實現(xiàn)電機調(diào)速。

隨著低碳經(jīng)濟概念的提出，世界各國越來越重視綠色能源的需求。這種繞線式轉(zhuǎn)子的電機正在被引入到風力發(fā)電領(lǐng)域，即現(xiàn)在大規(guī)模使用的雙饋風力發(fā)電機。這種風力發(fā)電機由于其造價低、技術(shù)成熟，正在成為大功率并網(wǎng)型風力發(fā)電機的主流機型。

對于轉(zhuǎn)子外接變頻器電源供電調(diào)速電機，電機等效電路參數(shù)的精確與否，將在很大程度上影響電機與變頻器匹配性的好壞，進而影響整個機組的工作性能。但長期以來，在進行電機等效電路參數(shù)特別是電路中的電感參數(shù)分離時都進行了一些假設(shè)與簡化[1-3]，可能造成等效電路中的部分參數(shù)計算不準，并且傳統(tǒng)的試驗方法由于考慮轉(zhuǎn)子集膚效應等其他因素的影響，試驗時提出了需要變頻電源等更高的要求[4-5]，或是其計算方法過于復雜[6-8]，不適合工程計算。本文從繞線式轉(zhuǎn)子電機的特殊性出發(fā)，以相關(guān)試驗原理為基礎(chǔ)，推導出了一種分離繞線式轉(zhuǎn)子電機定轉(zhuǎn)子的等效電路參數(shù)的方法，并通過試驗驗證了其正確性。

1等效參數(shù)分離方法

通過文獻對雙饋風力發(fā)電機電磁關(guān)系的分析可知，對于與雙饋風力發(fā)電機相同結(jié)構(gòu)的繞線轉(zhuǎn)子電機等效電路轉(zhuǎn)換為單相電路時，可用圖1所示的等效電路表示。

圖1　繞線式轉(zhuǎn)子電機等效電路圖

要對圖1所示等效電路參數(shù)進行分離，分別以如下3個試驗為基礎(chǔ)進行分析。

(1) 空載試驗。在進行此試驗時，將轉(zhuǎn)子繞組短接，定子側(cè)施加工頻額定網(wǎng)壓進行空載試驗，此時電機轉(zhuǎn)速接近于同步轉(zhuǎn)速。由文獻及文獻可知，此時繞線式轉(zhuǎn)子電機的等效電路圖如圖2所示。

圖2　繞線式轉(zhuǎn)子電機空載時等效電路圖

此時的激磁電阻即為圖1中等效電路中的激磁電阻值。

(2) 堵轉(zhuǎn)試驗。在進行此試驗時，將轉(zhuǎn)子繞組短接，定子側(cè)施加一工頻電壓使定子的相電流保持為額定相電流。由文獻可得出此時的等效電路圖如圖3所示。

圖3　繞線式轉(zhuǎn)子電機堵轉(zhuǎn)時等效電路圖

(3) 定子開路試驗。在進行此試驗時，將定子繞組斷開，在轉(zhuǎn)子側(cè)施加工頻電壓，使定子繞組的感應電壓為額定的工頻電壓。在該試驗時由于定、轉(zhuǎn)子都施加有工頻電壓，因此發(fā)電機的鐵耗值與空載試驗時不盡相同，應包含有定子鐵耗和轉(zhuǎn)子鐵耗兩部分。此時由于轉(zhuǎn)子施加的電壓是工頻電壓，因此此時的轉(zhuǎn)子阻值將不再是圖1所示的等效電路的電阻值，而是考慮集膚效應之后的電阻值；對于等效激磁電感值，由于此時定子感應的電壓為額定電壓，因此應與空載試驗時相同[10]。由此可以得出該試驗的等效電路圖如圖4所示。

圖4　繞線式轉(zhuǎn)子電機定子開路試驗等效電路圖

應注意，由于此時轉(zhuǎn)子上所施加的電壓為工頻電壓，因此等效激磁電阻Rm2應是考慮定子與轉(zhuǎn)子鐵耗之后的等效激磁電阻。

2等效電路參數(shù)分離原理

通過以上三個試驗可得到以下的電路方程:

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

式中:R1——定子繞組相電阻，可通過電阻測量直接得到;

X1——定子繞組漏感值;

Rm1——空載時的激磁電阻值;

Xm——激磁電感值;

P0——空載試驗時的輸入功率值;

Pfw——空載試驗時機械損耗值;

Pcb——炭刷接觸損耗值;

I1——空載試驗時定子相電流值;

U1——空載試驗時定子相電壓值;

U2——堵轉(zhuǎn)試驗時定子相電壓值;

I2——堵轉(zhuǎn)試驗時定子相電流值;

Ps——堵轉(zhuǎn)試驗時的輸入功率值;

Rm2——定子開路試驗激磁電阻值;

P3——定子開路試驗的輸入功率;

3試驗驗證

為驗證以上計算方法的正確性，以某公司所生產(chǎn)的額定功率為1650kW的一臺繞線式轉(zhuǎn)子電機為原型機進行試驗，在進行以上三個試驗時其試驗值如表1所示。

根據(jù)試驗結(jié)果其等效電路參數(shù)計算值如表2所示。

通過將電機的計算工作特性與實際運行的工作特性進行對比，就能發(fā)現(xiàn)其等效電路參數(shù)計算結(jié)果是否正確。在進行特性試驗時，為盡量減少外部因素的影響，僅將發(fā)電機轉(zhuǎn)子短接進行異步發(fā)電時的特性測試。其計算結(jié)果與試驗結(jié)果如表3所示。

表1　樣機試驗數(shù)據(jù)表

表2　樣機等效電路參數(shù)計算值　Ω

表3　異步發(fā)電時的特性試驗值及計算值

試驗驗證了以上計算方法是正確的。

4結(jié)語

本文所推導的繞線式轉(zhuǎn)子電機等效電路參數(shù)分離方法與傳統(tǒng)的計算方法相比，其試驗過程將不再需要變頻電源等復雜的設(shè)備，測量方法簡單，實施方便，且沒有采用傳統(tǒng)方法中參數(shù)分離時的假設(shè)條件，而計算精度精確可靠。

【參 考 文 獻】

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