电动机转子串电阻电感的起动与调速

胡 浩



电动机转子串电阻电感的起动与调速

胡 浩*

(湖南文理学院 机械工程学院, 湖南 常德, 415000)

绕线电机采用转子串电阻、电感的方法, 既能进行起动与调速, 又能较大幅度地节能. 论述了该方法的工作原理和设计参数, 并举例说明运用情况及节电效果.

绕线转子异步电动机; 起动; 调速

在现行教材与实际应用中, 绕线转子异步电动机能够通过转子串电阻进行起动与调速, 但电阻上能耗大; 如果转子串频敏变阻器, 虽能减少损耗, 但只能起动不能调速. 本文根据《电机与拖动》课程中的相关知识, 提出一种转子串电阻、电感的方法, 既能用于起动与调速, 又能较大程度地节能.

图1 转子串电阻电感接线图

1 工作原理

如图1, 在绕线电机转子绕组每相串入相同的电阻与电感. 首先考虑只串电感的情况, 电机运行时的临界转差率:

式中:1为定子绕组的电阻;1为定子绕组的电抗;20为转子绕组电阻的折算值;2为转子回路电抗的折算值;2=20+x'; 其中:20为转子绕组电抗的折算值;x'为转子串电感的电抗折算值; 由于12,12, 略去1、1, 则:

即max与2成反比, 与固有特性相比, 临界转差率的值减少. 电机运行时的最大转矩为:

同理略去1、1, 则:

式中:1为电机定子相数;1为电机定子相电压;0为电机同步角速度. 由式(2)可知,max与2也成反比, 与固有特性相比, 最大转矩减少.

由以上分析可知, 转子串电感时的机械特性如图2中的曲线1(曲线0为电机的固有特性). 在此基础上转子绕组再串入电阻Ω1与Ω2, 由式(1)、式(2)可知: 临界转差率随转子回路电阻的增加而增大, 而最大转矩不变, 其机械特性如图2中的曲线2、3. 由特性曲线1、2、3可知, 它们与电机不串电感而只串电阻的特性相似, 显然能进行起动与调速; 且由于在起动与调速过程中所串电阻因串有电感而明显减少, 故可减少电阻上的损耗、实现节能.

图2 电机的机械特性

2 电阻电感的计算

x≈ (0.18～0.25)20. (3)

其中:

式中f1为电机定子电源频率. 关于起动电阻的计算, 应考虑充分利用电机转子串电抗后的最大起动能力, 对于特性1以下的各起动特性, 可取起动过程中的初始转矩M1 = Mmax, 所有起动特性的切换转矩M2 = (1.05～1.1)Mz(Mz为电机负载转矩). 如图3所示, 以三级起动为例, 整个起动过程为a→b→c→d→ e→f→g→H. 设转子回路所串总电阻为R3, 其折算值为R3', 由于

对于起动特性3, 令m= 1, 可得:

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

切换电阻:

应该说明, 对于矿山提升电机等在起动过程中有加速度限制的生产机械, 需用1和2来验算平均加速度.

式中:为滚筒直径, m;2为拖动系统的总飞轮矩, kg·m2;为传动比; 如果不满足式(12), 则1适当减少为:

3 起动时间的整定

起动过程中要准确地切除各段电阻Ω1、Ω2及, 必须整定出接触器3—1的闭合时间(图1). 对于特性3,3的整定时间为:

4 应用举例

一煤矿提升机用绕线转子异步电动机,e= 55 kW,e= 380 V,e= 110 A,2e= 425 V,2e= 84 A,e= 9 75 r/min,λ= 2.2; 采用转子串电阻、电感的方法进行起动与调速, 其特性如图3所示. 有关转子回路的参数及其运行数据的对照情况如下: 转子绕组:20= 0.702 Ω,20= 0.073 Ω; 电抗器: 铁心柱截面14 cm2, 每相匝数23,x= 0.25 Ω,20= 0.176 Ω,= 0.560 mH,r= 0.008 5 Ω(实测). 所串电阻及运行情况如表1所示.

表1 提升机所串电阻及运行情况表

注: 拖动系统的转矩2= 75 kg·m2; 电机负载转矩z= 0.8e

该电机自2011年8月投入使用以来, 起动平稳, 调速可靠, 维护方便, 一直保持良好的运行状态. 在此期间, 我们对采用电阻、电感法起动调速与未改造的单纯采用电阻法起动调速的提升机进行测试比较, 在同样周期负载情况下各提升与运行100次, 统计结果表明节电约25%. 尤其是在起动过程中节电达68%.

[1] 顾绳谷. 电机及拖动基础[M]. 北京: 机械工业出版社, 2011: 121—124.

[2] 李良洪. 电工手册[M]. 北京: 电子工业出版社, 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项目(湘教通[2013]223号)

(责任编校:刘刚毅)