远极比三速感应电动机多极时的性能计算

湖　南　大　学　学　报

JOURNALOFHUNANUNIVERSITY

Vo1.25,No.2

Apr.1998

远极比三速感应电动机多极时的性能计算

黄守道　赖烈恩　谭建新3　夏晓华3(湖南大学电气工程系,中国长沙,410082)

Ξ

　　摘　要　根据远极比三速感应电动机多极时特点,在现有电机电磁计

算程序的基础上,提出了多极时改进的等效电路和性能计算方法.通过算例与样机试验结果的对比,其计算精度优于其他的计算方法.

关键词　多极,感应电动机,性能计算

分类号　TM346

ThePerformanceCalculationforMulti2PoleOperationofWidePole2RatioThree2SpeedInductionMotor

HuangShoudao　LaiLieen　TanJianxin　XiaXiaohua

(DeptofElectricalEngineering,HunanUniv,410082,Changsha,PRChina)

　　Abstract　Accordingtomulti2poleoperatingcharacteristicsofwidepole2ratiothree2

speedinductionmotor,animprovedequivalentcircuitandamethodofperformancecalcula2tion,basedonavailabledesignprogramofinductionmotor,areproposed.Comparingthere2sultsofcalculationwiththoseofsamplingtest,thismethodissuperiortoothermethodinac2curacy.

Keywords　multi2pole,inductionmotor,performancecalculation

为了满足塔式起重机的起升机构大范围变速的要求,常采用极比为4∶8∶24或4∶8∶32的远极比三速感应电动机.因电机极比大,且需兼顾每种极数下的电气性能,设计时比通常感应电动机要复杂得多.特别是多极时的性能计算,用目前国内普遍采用的1971年版电磁计算程序[1]进行计算,其计算值与试验值相差达90%,即使采用基于“T”型等效电路的第2版电磁计算程序[2]进行计算,其计算值与试验值相差也达30%～50%.

本文根据这种电机多极运行时的特点,对等效电路进行改进,并在此基础上提出多极时的性能计算方法,使其计算精度大为提高.

1　等效电路的改进

文献[2]给出国外一电磁计算程序所用的移出rm的等效电路,其中基本铁耗的等效

Ξ收稿日期:1997210215.第一作者黄守道,男,35岁,讲师.3湖南电机厂

湖　南　大　学　学　报　　　　　　　　　　　　　1998年48　　　　　　　　　　　　　　

电阻rm仅与施电压U1大小有关,而第2版电磁计算程序采用的“T”型等效电路,其基本

铁耗的等效电阻rm与气隙每极磁通Φ1所感应的电势󰂻E1=U󰂻I1r1-j󰂻I1x1大小有关.1-󰂻

实际工程计算中,因通常感应电动机的定子漏磁很小,采用上述两种等效电路计算结果均能获得很高精确度.

但是,在远极比三速电动机多极时具有以下特点:1)为了保证每极每相槽数为整数,定子槽数较多.另外,槽中需嵌入两套绕组,槽形设计成很深,导致槽漏磁较大;2)定子每相串联导体数较多,定子电阻r1和漏抗x1很大;3)为兼顾三种极数下的电气性能,齿部磁路设计成高度饱和,激磁电流很大,甚至超过额定电流,电机在多极运行时,压降系数KE较小,一般为0.5～0.65,同时由于饱和系数大,磁场的波幅系数较小.由于上述几个特点,使定子铁心中的实际磁密比按气隙磁通Φ1计算的磁密要大得多.如果仍按气隙磁通Φ1产生的定子齿磁密和轭磁密计算基本铁耗,将会产生较大误差.由此可见基本铁耗

′

所对应的定子齿磁密和轭磁密应为实际定子铁心中的磁通Φ′1所引起,而磁通Φ1包括气隙磁通Φ1、槽漏磁通和谐波漏磁通,因多极时端部较短,端部漏磁通少,所对应端部漏抗亦

小.所以,可以认为基本铁耗的等效电阻rm与

′

端电压减去定子电阻压降的感应电势󰂻E1=U󰂻1-󰂻I1r1大小有关,多极时性能计算改进的等效电路如图1.图中:r1,x1为定子绕组的电阻、漏

抗;x′2为转子绕组折算到定子边漏抗;rm为基

本铁耗的等效电阻;xm为激磁电抗;r′22为计及图1　改进的等效电路附加铁耗和负载杂载杂耗的折算到定子边的转子总电阻.

′′

当参数r1,x1,x′󰂻I1,󰂻I1,󰂻Im,󰂻I2都是转差率s的2,rm,xm和r22已知,U1一定情况下,󰂻

′函数.因此可采用图1等效电路应用复数运算可计算出󰂻I1,󰂻I1,󰂻Im,󰂻I2等,进而计算电机性能.

2　性能计算

2.1　磁路计算

由图1可知,当定子绕组通以额定电压U󰂻I1r1,使对应定子1时,因定子中的电阻压降󰂻

′铁心磁通的电势E′1减小,E1(1)　　　　　　　　KE=E1/U1

　　　　　　　　KE1=E′1/U1

′

(2)

　　由于磁路计算时,E1和E′1值是未知数,因而通常根据经验先假定KE和KE1,多极时

KE1取0.88～0.93,KE取0.5～0.65.根据这两个系数我们可得到E1和E1所对应的每

极定子磁通Φ′1和气隙磁通Φ1.

　第2期　　　　　黄守道等:远极比三速感应电动机多极时的性能计算　　　　　　　　　49

Φ′　　　　　　　　1=Φ1=　　　　　　　　式中:f

KE1・U14.44fKdp1NKE・U14.44fKdp1N

(3)(4)

电源额定频率;Kdp1N定子绕组每相有效串联匝数.并根据Φ1按文献[1]进行磁路计算,计算Im.(5)(6)

为了计算铁耗,按如下两式求出定子齿和定子轭的磁密Φ′　　　　　　　　B′t1=Fs・1/St1,′　　　　　　　　B′c1=Φ1/2Sc1.

式中:Fs波幅系数;St1,Sc1

定子齿、轭部的截面积.

′

然后根据B′t1,Bc1按文献[3]求基本的铁耗Pfeb和附加铁耗Pfea.因为定子上附加铁

耗仅占总铁耗的1%～3%,所以只须计算转子上的附加铁耗.2.2　参数计算

′定子电阻r1,漏抗x1,转子电阻r′2,漏抗x2仍按文献[1]进行计算.

激磁电抗和基本铁耗等效电阻按下式计算:　　　　　　　　xm=KE/Im,　　　　　　　　rm=KE1/Pfeb.式中的所有参数均为标么值.

转子回路等效电阻按下式计算:

′　　　　　　　　r′22=(1+Pfea+Ps)・r2/s,

(7)(8)

(9)

式中:Ps

负载时杂耗标么值;s转差率.

因附加铁耗和负载杂耗对应附加转矩属于阻力矩,故将它们等效于转子电阻增加.2.3　性能计算

负载性能计算按下列步骤计算.1)假设转差率s;

′

2)计算r1x1,r′2,x2,按(7)～(9)式计算xm,rm和r′22;′3)按图1等效电路,求得KE,KE1和I1,I′1和I2等值;

′′4)将KE与假定值K′E,KE1与假定值KE1比较,若同时满足:|(KE-KE)|/KE≤′0.005和|(KE1-K′E1)|/KE1≤0.005时,则做下面步骤,否则重新假设KE,KE1进行磁

路计算和1～4项;

5)计算输出功率标么值󰁫P2

′2′′2′　　　　　　　　󰁫P2=I2r22-Pfea-Ps-I2r2-PfWN

(10)(11)

　　　　　　　　P2=󰁫P2・PN式中:PfWN

机械损耗标么值;PN额定输出功率.

ε(ε为给定的一个小常数),迭代完成,计算额定负载时效率η,功率6)若|󰁫P2-1|≤按以上计算步骤绘制如图2计算框图,并编制计算程序.

因数cos<,输入功率P1和额定转速n.否则令s′=s/󰁫P2重算1～6项.

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另外,空载性能也可按上述方法计算,该计算方法在计算基本铁耗时计及定子漏磁通

的影响,计算精确度有所提高,同样适用于通常的感应电动机性能计算.

图2　计算框图

3　算例结果与试验值比较

　　根据图2的计算框图用QBASIC语言编制计算程序,并结合湖南电机厂开发的4∶8∶32远极比三速电动机进行设计计算及样机试制,表1给出了用本文计算程序、文献[1]的计算程序、文献[2]的计算程序所计算的32极5.4kW电动机的性能计算值与试验值对比情况.

表1　性能计算与试验值对比情况

计算及试验值文献[1]计算程序计算值文献[2]计算程序计算值本文计算程序计算值试　验　值

　　　　注:Pfe=Pfeb+Pfea　　由表1可以看出

P2/kW

P1/kW

性　能　项　目

ηI1/AI0/A/%cos<

39.8746.2056.9263.3

40.351.6262.70.83

42.536.7030.0628.4

0.4830.4820.4760.456

Pfe/kWs/%

5.45.45.45.4

12.7114.7117.8718.96

1.331.422.172.28

12.717.622.924.4

,用文献[1]的计算程序的性能计算值与试验值相差50%～92%,用

(下转第108页)

　　　　　　　　　　　　　湖　南　大　学　学　报　　　　　　　　　　　　　1998年108

　　②求P2划分.显然P2=(ABCDEF)

③求P2!划分

　　P2!=P2・P1!=(ACE)(BDF)=P1终止求M1的划分.

第六步:写出最简时序机M′1的状态表.令Q0=(ACE),Q1=(BDF),则表1的非完全定义时序机M1的最简时序机M′1如表3所示.

表3　最简时序机M′1

0

Q0Q1Q1　0Q1　11

Q0　0Q0　1

中国保险管理干部学院王文章教授曾给作者多次指导,谨此致谢.

参考文献

1　陆应平,林亚平,杨贯中,王文章.完全定义时序机的状态化简算法.湖南大学学报,1997,24(1):97

～102

2　王文章.时序机的矩阵模型.湖南科技大学学报,1985,1(4):77～853　王文章.状态化简的一个并行算法.计算机学报,1990,13(11):104～111

4　WangWenzhang,LuYingping.ANewMethodforStateSimplificationinIncompletelySpecified

SequentialMachine.JofComputSci&Technol,1992(7):112～121

5　BiswasN.StateMinimizationofIncompletelySpecifiedSequentialMachines.IEEETaransonComputers,

1974,C223:380～384

(上接第50页)

文献[2]的计算程序的性能计算值与试验值也相差29%～62%,而用本文计算程序的性能计算值与试验值误差能满足在±10%内,因此利用图1等效电路的计算程序的性能计算精确度大为提高.

4　结　论

本文根据远极比三速电动机多极时的特点,对等效电路进行改进,在结合现有感应电机电磁计算的基础上,提出了多极运行的性能计算程序,该方法使多极数的定子漏磁较大的感应电动机的性能计算精确度大为提高,而且该计算方法也适合于通常的感应电动机的性能计算.

参考文献

1　上海电器科学研究所.中小型电机设计手册.北京:机械工业出版社,1994.30～46

2　陈伟华,黄国治.基于精确等值电路的异步电机第二版电磁计算程序.中小型电机,1992(1):1～133　陈世坤.电机设计.北京:机械工业出版社,1992.76～80;83～85