胡浩

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異步電動機在不對稱電壓下運行時的性能變化

胡浩

(湖南文理學(xué)院機械工程學(xué)院, 湖南常德, 415000)

分析了三相異步電動機在不對稱三相電壓下運行性能(電機定子電流、電磁轉(zhuǎn)矩和效率)的變化情況, 結(jié)果表明, 三相異步電動機在不對稱電壓運行時, 至少有一相電流超過額定電流, 電機轉(zhuǎn)矩減少和效率降低?？偨Y(jié)了不對稱電壓對電動機危害的一些情況, 給出了電機運行時對三相電壓對稱度的要求。

異步電動機; 不對稱電壓; 電機性能

在低壓電網(wǎng)中, 由于大負荷的沖擊、電網(wǎng)線路與設(shè)備的故障等多方面的原因使得電網(wǎng)三相電壓不對稱, 給三相異步電動機帶來危害[1]。本文結(jié)合一個具體實例, 分析不對稱電壓對電機電流、電磁轉(zhuǎn)矩及效率方面的影響, 為提高電能質(zhì)量及供配電設(shè)計與運行提供依據(jù)。

1 基本原理

本文采用對稱分量法研究不對稱三相電路, 即把不對稱的三相電壓分解成相序不同的3組對稱的三相電壓, 也就是零序電壓、正序電壓與負序電壓[2]。零序分量為且滿足,,; 正序分量為, 且滿足,; 負序分量為,,, 且滿足,。其中為120°的復(fù)量算子, 即= ej120°,2= ej240°。

在研究三相異步電動機時, 正序電壓加在定子繞組上產(chǎn)生正序電流, 形成正向的旋轉(zhuǎn)磁場; 負序電壓加在定子繞組上產(chǎn)生負序電流, 形成反向的旋轉(zhuǎn)磁場[3]。設(shè)電機在正向旋轉(zhuǎn)磁場下的轉(zhuǎn)差率為, 則在反向旋轉(zhuǎn)磁場下的轉(zhuǎn)差率

式中0為正向旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速,為電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。

進一步, 由異步電動機的簡化等值電路[4]可以得到正序與負序時的等值電路, 如圖1所示。圖1中下標1、2分別表示定子電路與轉(zhuǎn)子電路的參數(shù); (1)、(2)分別表示正序量與負序量;1、1為定子一相繞組的電阻與感抗;2、2為轉(zhuǎn)子一相繞組的電阻與感抗的折算值。

圖1 異步電動機簡化等值電路

2 實例計算

在上述理論的基礎(chǔ)上, 以某煤礦電機運行為例進行實例計算。電動機型號Y280S-4, 額定功率N= 75 kW, 額定轉(zhuǎn)速N= 1 480 r/min, 額定電壓1N= 380 V, 額定電流1N= 139.7 A, 額定效率N= 92.7%, 定子額定功率因數(shù)cos1N= 0.88, 起動電流倍數(shù)I= 7.0, 起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)st= 1.9, 過載倍數(shù)T= 2.2, 定子繞組Y型接法。電機所接不對稱三相相電壓為:。

2.1 電流

首先計算圖1等值電路中的參數(shù)[5]。定子繞組的電阻, 其中。電機的感抗, 其中相電壓X= 220 V, 磁極對數(shù)= 2; 額定轉(zhuǎn)矩N= 9 550N/N= 484 N·m; 轉(zhuǎn)子繞組等效電阻2=, 臨界轉(zhuǎn)差率。

再計算定子不對稱相電壓的正序分量與負序分量。由零序、正序和負序分量之間的關(guān)系,相電壓正序分量。相電壓負序分量。

計算不對稱電壓下相電流的正序分量與負序分量。由圖1可知,相電流正序分量。相電流負序分量,其中=N= 0.013(以電機帶額定負載考慮)。由于電機定子繞組Y型接法無中線, 故沒有零序電流?！餍徒臃〞r, 線電流中無零序電流。

由以上電流數(shù)據(jù)可知, c相繞組的電流是額定電流的1.56倍, 在較長時間的運行中必然會因過熱而損壞。

2.2 轉(zhuǎn)矩

2.3 效率

穆爾的動物詩歌承載著“文以載道”的文學(xué)倫理觀念。她認為生活是一個創(chuàng)造性過程，詩人有能力給這個世上發(fā)生的每一件事賦予一種意義。艾略特曾說：“穆爾用動物詩來偽裝自己，表達她的現(xiàn)代主義愿望，動物詩歌是她間接表達她的個人思想有效途徑?！保?］11這一觀點值得贊同。

(1) 附加功率損耗的計算。不對稱電壓所引起的附加功率損耗, 主要是由負序分量所產(chǎn)生, 其中包括負序電流在定子繞組中產(chǎn)生的銅耗Cu1(2)和負序磁場在轉(zhuǎn)子上引起的轉(zhuǎn)子銅耗、鐵耗與雜散損耗2部分, 后一部分損耗可以用附加電磁功率損耗Δem(2)來表示[7], 那么總的附加功率損耗

Δ=Cu1(2)+Δem(2)。 (2)

Δem(2)=, (3)

而

Cu1(2)=。 (4)

對于該電機來說, Δ= 1.55 kW。

(2) 效率的計算。在三相對稱電壓情況下, 電動機的效率[8]N=N/1= 1-∑/1, 則總損耗∑= (1-N)1=。對于該電機∑= 5.9 kW。在三相電壓不對稱情況下的電機總損耗功率∑= 7.45 kW。在不對稱電壓下的各相輸入功率a=aacosa= 15.65 kW,b=bIcosb= 5.86 kW,c=cccosc= 39.52 kW?？偟妮斎牍β?=a+bc= 61.03 kW。那么在不對稱電壓情況下, 電動機的效率N= (1-∑/1) × 100% = 87.8%, 而正常情況下電動機的額定效率N= 92.7%。由此可見, 電動機的效率降低了4.9%。

3 討論

對于異步電動機運行在不對稱電壓下的性能分析, 以往有2種方法。一種是利用電機運行的基本原理與相關(guān)公式(其中包括一些經(jīng)驗公式), 分析計算出電機運行時的電流、轉(zhuǎn)矩與效率等情況[9], 從而評估電機的運行性能。這種方法計算相對比較簡單, 但計算結(jié)果的準確度不高; 另一種方法是先把電動機三相的等值電路參數(shù)分別求出, 再按各自參數(shù)的等值電路分別計算各相運行時的電流、轉(zhuǎn)矩和效率, 最后予以綜合[10]。第二種方法計算結(jié)果的準確度較前一種方法要高些, 但計算工作量大。本文采用對稱分量法, 結(jié)合電機一般等值電路, 進行分析計算, 工作量不大, 計算結(jié)果的準確度高, 是一種好的分析計算方法。對于異步電動機在不對稱電壓下運行時的轉(zhuǎn)速和功率因數(shù)的變化情況, 也可進行相應(yīng)的分析計算, 從而全面評價電機的運行性能。

為了克服這些不良情況, 必須保證供電質(zhì)量:

(2) 要保證三相電壓的不對稱度δ= (1(2)/1(1)) ×100%≤ 1.5%。在某些工作環(huán)境下(如短時大負荷沖擊等), 三相電壓的不對稱度要求可適當(dāng)放寬, 但必須滿足δ＜ 3.5%[11]。

(3) 當(dāng)電壓不對稱時, 應(yīng)及時檢測與分析原因。只有保證供電電壓滿足上述要求, 才能確保電動機的正常運行。

4 結(jié)論

由以上的計算可知, 異步電動機在不對稱電壓下運行時有下列不良情況出現(xiàn): (1) 至少有一相電流超過額定電流, 如果電動機運行時間稍長, 將損壞電機繞組。(2) 電動機的電磁轉(zhuǎn)矩減少, 即帶負載的能力降低, 相應(yīng)地起動能力與過載能力都有所降低。(3) 電動機的損耗增大, 效率降低。這不僅浪費電能, 而且加劇電機的發(fā)熱, 縮短電機的使用壽命。

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(責(zé)任編校:劉剛毅)

Operation characteristics change of induction motor at asymmetrical voltage

Hu Hao

(College of Mechanical Engineering, Hunan University of Arts and Science, Changde 415000, China)

The change of three-phase induction motor’ operation characteristics is analyzed and calculated at asymmetrical three-phase voltage, including stator current, electromagnetic torque and efficiency etc. of the motor. The results show that, while at least one phase current is over the rated current, the motor’ torque reduction and its efficiency reduction will decrease. Circs of damaging motor at asymmetrical three-phase voltage are summarized.

induction motor;asymmetrical voltage; motor’ characteristics

10.3969/j.issn.1672–6146.2015.03.006

TM 343

1672–6146(2015)03–0022–04

胡浩,hh0822@126.com。

2015–05–17

湖南省教育廳科研項目(14C0786)。