《电机拖动》课程内容的几点改进

胡 浩, 陶曾杰, 杨斌文

(1. 湖南文理学院 机械工程学院, 湖南 常德, 415000；2. 湖南文理学院 电气工程学院, 湖南 常德, 415000)

《电机拖动》课程内容的几点改进

胡 浩1, 陶曾杰2, 杨斌文2

(1. 湖南文理学院 机械工程学院, 湖南 常德, 415000；2. 湖南文理学院 电气工程学院, 湖南 常德, 415000)

在现行的《电机拖动》教材中，有些内容值得改进. 叙述了4个方面的改进情况，包括转子对称起动电阻的计算、定子延边三角形接法起动、工作特性的求取和过渡过程的计算. 这些改进收到了好的教学效果和实际应用效果.

电机拖动；对称起动电阻；延边三角形起动；工作特性；过渡过程

我们长期从事电机拖动方面的教学和科研工作，并把相关的研究成果运用到教学中，对《电机拖动》课程中的相关内容进行改进，收到了好的应用效果.

1 绕线转子三相异步电动机转子对称起动电阻的计算

在《电机拖动》教材中介绍了图解法与解析法2种绕线转子三相异步电动机转子对称起动电阻的计算方法.

图解法：在初步确定电机起动最大转矩T1和切换转矩T2的基础上，由下至上作出起动时的机械特性1、2(以两级起动为例)，如图1所示. 最后作水平线cd交T1竖直线于d，此时d点要恰好落在电机固有特性0上. 如果作图的结果不能保证这一点，必须对初步确定的T1与T2值作一定的调整，再重新作图，直到符合上述要求为止[1-2]. 此后再依据T1上各线段的长度求各级起动电阻. 一般来说，一次完成作图的情况甚少，往往需要多次尝试.

解析法：在初步确定T1后进行相关的计算，然后要校核切换转矩是否满足T2≥ (1.1～1.2)TZ(TZ为电机负载转矩). 如果不满足，则要调整T1，甚至修改起动级数m，直到校核通过后才能求取各级起动电阻[1-2]. 显然，对T1、T2甚至m的取值也有一个尝试过程，给设计、计算带来许多不便.

图1 异步电动机起动机械特性

经过研究，推导出相应的公式[3]，依照下述步骤便可一次完成起动电阻的作图或计算，无需尝试.

a. 求起动级数m(去尾法取整).

式中Tλ为电机过载倍数；NS为电机额定转差率;β为电机负载率.

b. 求起动切换转矩系数K2.

式中K1为起动最大转矩系数，K1=0.85Tλ.

c. 计算T1和T2.

式中TN为电机额定转矩.

如用作图法求起动电阻，先作T1、T2、n1，然后连接点n1、T1得起动时的第一条机械特性，如图1. 再过特性1与T2的交点a作水平线ab交T1于b，连接n1b得起动时的第二条机械特性……依此共作m+1条机械特性，最上面的一条就是固有特性. 这样由下至上一次完成作图.

如用解析法求起动电阻，先求：

然后求各级起动电阻：

式中r2为转子一相绕组电阻.

按照上述步骤，我们通过多个实例的计算，与现行使用的作图法或解析法对比，其结果非常接近.实践证明，这是一种行之有效的好方法.

2 笼型转子三相异步电动机定子延边三角形接法起动

这一内容在《电机拖动》的有关教材中分析降压情况时有2种方法. 一种是把延边三角形接法的一相绕组的电压U1近似看成是该相绕组外部Y接Z11和内部△接Z12上电压的代数和(如图2所示)，分析得出一相绕组的降压情况. 另一种方法是通过实测抽头比例Z11∶Z12=1∶1与抽头比例Z11∶Z12=1∶2时，该相绕组的电压大小来说明一相绕组的降压情况[1-2]. 前一种方法分析中有近似，所得降压情况不够准确，后一种方法例举抽头比例实测、完整与严密性不强.

图2 定子绕组延边三角形接法

我们通过研究，推导出任意抽头位置时一相绕组的准确降压情况[4]为：

3 三相异步电动机工作特性的求取

求取电机的工作特性，在《电机拖动》教材中介绍了2种方法. 一是用直接负载法求取，二是用等效电路计算. 前一方法在额定电压与额定频率下进行：首先加负载到额定值的5/4，然后逐步减少负载，直到额定值的1/4. 每次分别读取输入功率P1、定子电流I1和转速n，计算不同负载下的功率因数cosφ1、转矩T和效率η，列表绘出电机的工作特性[1-2]. 显然，该方法需要较多的仪表和大小不同的负载，试验过程和试验时间也很长.

后一种方法首先要求取等效电路中的各个参数，以及机械损耗PΩ和附加损耗PΔ，然后取不同的转差率S的值，分别对n、I1、cosφ1、T、η及输出功率P2进行计算，直到P2略超过额定值为止，最后列表作工作特性曲线[1-2]. 显然，整个计算工作量很大.

通过研究，我们得到了工作特性的简易测算方法[5]. 先在额定电压下对电机进行空载试验，测出空载输入功率P0和空载定子电流I0，然后取不同的负载率β值，按下述步骤计算，可列表作工作特性曲线.

4 电机拖动系统的过渡过程

《电机拖动》教材中以电机起动为例，分析他励直流电动机与三相异步电动机的过渡过程，前者采用解析法，后者采用了图解法和解析法2种方法.无论哪种分析方法，情况都比较复杂[1-2].

我们运用一阶电路过渡过程的“三要素”法，统一求取交直流电机拖动系统的过渡过程，简便适用[6]. 其转速表达式：

式中qn、zn分别为转速的初值与终值；TM为电拖系统的机电时间常数.

转矩表达式：

我们只要把相应的qn、zn代入(8)式，Tq、Tz代入(9)式，便可直接方便地求得过渡过程的表达式n=f(t)和T=f(t).

[1] 顾绳谷. 电机及拖动基础 [M]. 4版. 北京： 机械工业出版社, 2008.

[2] 李浚源, 秦忆. 电机拖动基础[M]. 北京： 高等教育出版社, 2003.

[3] 胡浩, 李晓峰. 三相异步电动机起动电阻计算方法的改进[J]. 电工电气, 2009(12)： 34-35.

[4] 杨斌文, 熊振国. 异步电动机延边三角形减压起动的研究与设计[J]. 电气应用, 2006(8)： 82-85.

[5] 胡浩. 异步电动机工作特性的简易测算方法[J]. 电世界, 2010(6)： 46-47.

[6] 胡浩. 求取电拖系统过渡过程的简易方法[J]. 上海大中型电机, 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

湖南文理学院教研项目(JGYB0925)

胡浩(1974-), 男, 副教授, 硕士, 研究方向为机电设备的检测控制与节能.