胡 浩, 陶曾杰, 楊斌文

(1. 湖南文理學(xué)院 機械工程學(xué)院, 湖南 常德, 415000；2. 湖南文理學(xué)院 電氣工程學(xué)院, 湖南 常德, 415000)

《電機拖動》課程內(nèi)容的幾點改進

胡 浩1, 陶曾杰2, 楊斌文2

(1. 湖南文理學(xué)院 機械工程學(xué)院, 湖南 常德, 415000；2. 湖南文理學(xué)院 電氣工程學(xué)院, 湖南 常德, 415000)

在現(xiàn)行的《電機拖動》教材中，有些內(nèi)容值得改進. 敘述了4個方面的改進情況，包括轉(zhuǎn)子對稱起動電阻的計算、定子延邊三角形接法起動、工作特性的求取和過渡過程的計算. 這些改進收到了好的教學(xué)效果和實際應(yīng)用效果.

電機拖動；對稱起動電阻；延邊三角形起動；工作特性；過渡過程

我們長期從事電機拖動方面的教學(xué)和科研工作，并把相關(guān)的研究成果運用到教學(xué)中，對《電機拖動》課程中的相關(guān)內(nèi)容進行改進，收到了好的應(yīng)用效果.

1 繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動機轉(zhuǎn)子對稱起動電阻的計算

在《電機拖動》教材中介紹了圖解法與解析法2種繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動機轉(zhuǎn)子對稱起動電阻的計算方法.

圖解法：在初步確定電機起動最大轉(zhuǎn)矩T1和切換轉(zhuǎn)矩T2的基礎(chǔ)上，由下至上作出起動時的機械特性1、2(以兩級起動為例)，如圖1所示. 最后作水平線cd交T1豎直線于d，此時d點要恰好落在電機固有特性0上. 如果作圖的結(jié)果不能保證這一點，必須對初步確定的T1與T2值作一定的調(diào)整，再重新作圖，直到符合上述要求為止[1-2]. 此后再依據(jù)T1上各線段的長度求各級起動電阻. 一般來說，一次完成作圖的情況甚少，往往需要多次嘗試.

解析法：在初步確定T1后進行相關(guān)的計算，然后要校核切換轉(zhuǎn)矩是否滿足T2≥ (1.1～1.2)TZ(TZ為電機負載轉(zhuǎn)矩). 如果不滿足，則要調(diào)整T1，甚至修改起動級數(shù)m，直到校核通過后才能求取各級起動電阻[1-2]. 顯然，對T1、T2甚至m的取值也有一個嘗試過程，給設(shè)計、計算帶來許多不便.

圖1 異步電動機起動機械特性

經(jīng)過研究，推導(dǎo)出相應(yīng)的公式[3]，依照下述步驟便可一次完成起動電阻的作圖或計算，無需嘗試.

a. 求起動級數(shù)m(去尾法取整).

式中Tλ為電機過載倍數(shù)；NS為電機額定轉(zhuǎn)差率;β為電機負載率.

b. 求起動切換轉(zhuǎn)矩系數(shù)K2.

式中K1為起動最大轉(zhuǎn)矩系數(shù)，K1=0.85Tλ.

c. 計算T1和T2.

式中TN為電機額定轉(zhuǎn)矩.

如用作圖法求起動電阻，先作T1、T2、n1，然后連接點n1、T1得起動時的第一條機械特性，如圖1. 再過特性1與T2的交點a作水平線ab交T1于b，連接n1b得起動時的第二條機械特性……依此共作m+1條機械特性，最上面的一條就是固有特性. 這樣由下至上一次完成作圖.

如用解析法求起動電阻，先求：

然后求各級起動電阻：

式中r2為轉(zhuǎn)子一相繞組電阻.

按照上述步驟，我們通過多個實例的計算，與現(xiàn)行使用的作圖法或解析法對比，其結(jié)果非常接近.實踐證明，這是一種行之有效的好方法.

2 籠型轉(zhuǎn)子三相異步電動機定子延邊三角形接法起動

這一內(nèi)容在《電機拖動》的有關(guān)教材中分析降壓情況時有2種方法. 一種是把延邊三角形接法的一相繞組的電壓U1近似看成是該相繞組外部Y接Z11和內(nèi)部△接Z12上電壓的代數(shù)和(如圖2所示)，分析得出一相繞組的降壓情況. 另一種方法是通過實測抽頭比例Z11∶Z12=1∶1與抽頭比例Z11∶Z12=1∶2時，該相繞組的電壓大小來說明一相繞組的降壓情況[1-2]. 前一種方法分析中有近似，所得降壓情況不夠準確，后一種方法例舉抽頭比例實測、完整與嚴密性不強.

圖2 定子繞組延邊三角形接法

我們通過研究，推導(dǎo)出任意抽頭位置時一相繞組的準確降壓情況[4]為：

3 三相異步電動機工作特性的求取

求取電機的工作特性，在《電機拖動》教材中介紹了2種方法. 一是用直接負載法求取，二是用等效電路計算. 前一方法在額定電壓與額定頻率下進行：首先加負載到額定值的5/4，然后逐步減少負載，直到額定值的1/4. 每次分別讀取輸入功率P1、定子電流I1和轉(zhuǎn)速n，計算不同負載下的功率因數(shù)cosφ1、轉(zhuǎn)矩T和效率η，列表繪出電機的工作特性[1-2]. 顯然，該方法需要較多的儀表和大小不同的負載，試驗過程和試驗時間也很長.

后一種方法首先要求取等效電路中的各個參數(shù)，以及機械損耗PΩ和附加損耗PΔ，然后取不同的轉(zhuǎn)差率S的值，分別對n、I1、cosφ1、T、η及輸出功率P2進行計算，直到P2略超過額定值為止，最后列表作工作特性曲線[1-2]. 顯然，整個計算工作量很大.

通過研究，我們得到了工作特性的簡易測算方法[5]. 先在額定電壓下對電機進行空載試驗，測出空載輸入功率P0和空載定子電流I0，然后取不同的負載率β值，按下述步驟計算，可列表作工作特性曲線.

4 電機拖動系統(tǒng)的過渡過程

《電機拖動》教材中以電機起動為例，分析他勵直流電動機與三相異步電動機的過渡過程，前者采用解析法，后者采用了圖解法和解析法2種方法.無論哪種分析方法，情況都比較復(fù)雜[1-2].

我們運用一階電路過渡過程的“三要素”法，統(tǒng)一求取交直流電機拖動系統(tǒng)的過渡過程，簡便適用[6]. 其轉(zhuǎn)速表達式：

式中qn、zn分別為轉(zhuǎn)速的初值與終值；TM為電拖系統(tǒng)的機電時間常數(shù).

轉(zhuǎn)矩表達式：

我們只要把相應(yīng)的qn、zn代入(8)式，Tq、Tz代入(9)式，便可直接方便地求得過渡過程的表達式n=f(t)和T=f(t).

[1] 顧繩谷. 電機及拖動基礎(chǔ) [M]. 4版. 北京： 機械工業(yè)出版社, 2008.

[2] 李浚源, 秦憶. 電機拖動基礎(chǔ)[M]. 北京： 高等教育出版社, 2003.

[3] 胡浩, 李曉峰. 三相異步電動機起動電阻計算方法的改進[J]. 電工電氣, 2009(12)： 34-35.

[4] 楊斌文, 熊振國. 異步電動機延邊三角形減壓起動的研究與設(shè)計[J]. 電氣應(yīng)用, 2006(8)： 82-85.

[5] 胡浩. 異步電動機工作特性的簡易測算方法[J]. 電世界, 2010(6)： 46-47.

[6] 胡浩. 求取電拖系統(tǒng)過渡過程的簡易方法[J]. 上海大中型電機, 2010(1)： 64-65.

Some improvement of “Electrical Machines and Drives” course content

HU Hao1, TAO Zeng-jie2, YANG Bing-wen2
(1. Machinery Engineering College, Hunan University of Arts and Science, Changde 415000, China; 2. Electrical Engineering College, Hunan University of Arts and Science, Changde 415000, China)

In the current “Electrical Machines and Drives” textbook, some of the content should be improved. The improvements in four areas are described in this paper, including the calculation of the rotor symmetric starting resistance, starter of stator delta-extended-edge connection, acquirement of work characteristics and the calculation of the transition process. These improvements have

good results of teaching and practical applications.

Electrical Machines and Drives; symmetric starting resistance; delta-extended-edge starter; work characteristics; transition process

TM 3

：A

1672-6146(2010)04-0058-03

10.3969/j.issn.1672-6146.2010.04.016

2010-09-20

湖南文理學(xué)院教研項目(JGYB0925)

胡浩(1974-), 男, 副教授, 碩士, 研究方向為機電設(shè)備的檢測控制與節(jié)能.