三相异步电动机两相短路转矩的计算方法

周界华，陈秀梅

(吉林石化公司乙烯厂，吉林吉林 132021)



三相异步电动机两相短路转矩的计算方法

周界华，陈秀梅

(吉林石化公司乙烯厂，吉林吉林 132021)

摘要三相异步电动机定子绕组两相间短路时，电动机由单相电流供电，在这种情况下所产生的转矩等于顺序转矩和逆序制动转矩的合成转矩。而合成转矩等于顺序转矩和逆序转矩之差，现就三相异步电动机定子绕组两相间短路时，正序转矩和逆序转矩的计算方法进行了探讨，验证了此方法的可行性。

关键词两相短路；转差率；顺序电流；逆序电流

0引言

三相异步电动机在非正常情况时的性能对运行具有重大的意义,三相异步电动机两相短路运行就属于不对称运行。在实际运行中，时常会遇到定子绕组两相间的短路，发生短路时,三相异步电动机在两相绕组短路时由单相电流供电,此时会产生短路力矩和短路电流,给系统的运行带来较大的冲击,为了确保系统运行的可靠性,必须求得三相异步电动机在两相短路情况下产生的力矩,以及在定子绕组中流过的电流的数值,并以此为根据设计三相异步电动机的运行系统和电压力保护系统。现就如何求取的三相异步电动机在这种两相短路情况下产生的力矩,以及在定子及转子绕组中流过的电流的数值作如下探讨。

1定子绕组中流过的电流

众所周知，在不对称情况时,对三相异步电动机产生的过流现象进行分析,最简单的方法是用对称分量法。在公式中括号中以数字1和2表示顺序和逆序分量。当两相短路时在短路点的顺序和逆序电流相等，亦即，I1=-I2。从等值电路图如图1所示。

(a)原理线路图

(b)计算线路图

I(1)=-I(2)=

(1)

式中,U—相电压为三相异步电动机的相电流；Z(1)C—正序短路组抗；Z(2)C—逆序短路组抗。

则A相的相电流为

IAN=I(1)N-I(2)N=I(1)×

(2)

式中，IAN—A相电流；I(1)N—正序线电流；I(2)N—负序相电流。

将式(1)带入式(2)得

IAN=

(3)

在由无限大功率的网络供电的情况下

Z(1)C=Z(2)C=0

(4)

把式(3)中的分子和分母除以Z(1)C=Z(2)C得

(4)

式中，IAN—A相电流；IBN—B相电流；ICN—C相电流；A—相角系数。

2两相短路情况下产生的力矩

从式(1)~式(5)方程式中可见，顺序转矩与在正常运行时相比较，将减小至四分之一(因为力矩与电压的平方成正比)。此外出现了逆序的制动力矩。

2.1　顺序力矩M(1)

(5)

式中，MN—三相异步电动机额定转矩;bN—三相异步电动机最大转矩倍数;s—三相异步电动机运行时的转差率。

2.2　临界转差率为

(6)

式中，R(1)2′—三相异步电动机正序转子电阻；R1—三相异步电动机额定运行时的定子电阻；R12+Xk2—三相异步电动机额定运行时的定子电阻电抗。

2.3　逆序力矩M(2)

(7)

2.4　合成力矩

和成力矩将等于顺序力矩与逆序力矩之差；从图2中做出了的情况下，不同的临界转差率的和成力矩曲线。

图2　不同的临界转差率时的和成力矩曲线

从曲线可知，当三相异步电动机临界转差率的时候，转速变化最快。当以短路转子运行的三相异步电动机有最大转差率点的时候，电动机的惰行将较电动机载切断或在电动机端点上三相短路时发生的较慢，特别是在两相短路时计及电压降落的时候。

3试验检测

对于400kW，600V、476A，

750r/min，Δ接，型号YBF2-400的鼠笼型三相异步电动机，求当定子绕组两相短路时且在额定负载下的短路力矩。已知定子绕组电阻R=0.02195Ω，额定转差率s=1.09%,R2=0.045Ω最大转矩倍数bn=2.939,空载相电流128.8A，空载损耗9394W，Uk=170V时的堵转相电流为346.4A，堵转损耗为33483.9W，试验环境温度13℃。

3.1　根据短路试验数据求总阻抗及临界转差率

(8)

(9)

3.2　求顺序力矩

(10)

M(1)=0.384×MN=0.384×

3.3　求逆序力矩

在此处可令则

=0.0332

(11)

M(2)=0.0332×MN=0.0332×

=171Nm

(12)

3.4　求短路力矩

首先合成力矩将等于顺序力矩与逆序力矩之差,而合成力矩即为短路力矩

则短路力矩

M(1)-M(2)=2000.5-171=1831Nm

4结语

研究表明，三相异步电动机两相短路是一种较为严重的故障，当电动机发生两相短路故障时，由于短路电流较大,会产生很大的电动力及较大的冲击力矩并造成强烈的机械振动，可能会使系统的载流部分和机械部分遭受冲击而损坏。因此，三相异步电动机两相短路电流和力矩是电动机运行系统设计的重要参数，而本文提供的计算方法，为精确计算上述参数提供了可靠的依据，也为电机运行系统的设计提供了有效的帮助。

参考文献

[1]纪繁祥. 不对称电压空载试验法测量电动机杂散损耗[M].防爆电机，2015.5.

[2]王永静，赵勇.高压电机铁心损耗和附加损耗的研究[M].防爆电机.2014.5.

[2]张若诚.隔爆型振动源三相异步电动机的设计.防爆电机，2013.3.

Calculation Method of Two-Phase Short-Circuit Torque for

Three-Phase Induction Motor

ZhouJiehuaandChenXiumei

(Ethylene Plant of PetroChina Jilin Petrochemical Company, Jilin 132021, China)

AbstractWhen two-phase short-circuit occurs in stator windings of three-phase induction motor, the motor is supplied by single-phase current. Torque produced in this case is composed by sequence torque and negative sequence braking torque, and which is equal to the difference between sequence torque and negative sequence torque. As for short-circuit occurs between two phases of the stator windings in three-phase induction motor, calculations method of sequence torque and negative sequence torque are discussed in this paper.

Key wordsTwo-phase short-circuit；slip；sequence current；negative sequence current

收稿日期：2015-09-21

作者简介：周界华男1972年生；毕业于东北电力学院电气管理专业，现从事电气管理工作.

中图分类号：TM306

文献标识码：A

文章编号：1008-7281(2015)06-0035-003

DOI:10.3969/J.ISSN.1008-7281.2015.06.11