異步電動機Δ/Y降壓運行時的轉速穩定性

李榮華，梁凱，鄒順

(湖南理工學院，湖南 岳陽 414006)

異步電動機Δ/Y降壓運行時的轉速穩定性

李榮華，梁凱，鄒順

(湖南理工學院，湖南 岳陽 414006)

基于電磁轉矩的實用表達式，分析了異步電動機分別帶恒轉矩、恒功率和離心式通風機性質三類典型負載的Δ/Y降壓運行，得出其轉差率和轉速降落的計算方法,為校核降壓引起的電動機轉速降低是否滿足運行要求提供了理論依據。

異步電動機；降壓運行；轉速；轉差率

1 引言

在實際應用中，相當一部分三相異步電動機往往處于變負荷運行,甚至長期處于輕載或空載狀態,出現“大馬拉小車”現象,造成電動機運行效率低下、電能浪費嚴重。此時常常采取降低電動機端電壓進行降壓節電運行，以提高運行效率，達到節能目的。電動機降壓節電運行的實現方法有多種，其中將電機繞組進行Δ/Y改接降壓的方法簡單易行且應用廣泛，電動機降壓運行后轉速有所降低，帶不同類型負載時轉速的降落又不一樣，在工程應用中，須校核Δ/Y改接降壓運行引起的轉速降低是否在裝置系統所允許的范圍之內。

為簡化分析，在工程應用中往往忽略電動機的空載損耗轉矩，于是在穩態運行時，可以認為電動機的電磁轉矩T與負載轉矩TL相平衡。在此前提下，研究電動機分別接帶恒轉矩型、恒功率型和離心式通風機型三類典型負載，進行Δ/Y改接降壓運行時的轉速變化。

2 異步電動機電磁轉矩表達式的簡化

根據電機學原理，三相異步電動機電磁轉矩T的實用表達式為[1-2]

式中:Tm——電動機的最大轉矩；

sm——電動機的臨界轉差率；

s——與電磁轉矩T對應的運行轉差率。

電動機正常運行時的s很小，且s遠小于sm，則上式可簡化為

(1)

3 帶恒轉矩型負載時的轉差率變化

(2)

可見，當電動機帶恒轉矩負載時，轉差率與定子相電壓的平方成反比，Δ/Y改接降壓后，其轉差率增加為原來的3倍，轉速有所降低。

4 帶恒功率型負載時的轉差率變化

(3)

可得

(4)

解得符合穩定要求的降壓后的運行轉差率為

(5)

另外，式(4)所列方程有實數解的要求是Δ≥0，即

Δ=1-12s(1-s)≥0

得符合要求的降壓運行前電動機的轉差率為

(6)

式(6)表明，三相異步電動機帶恒功率型負載降壓節電運行時，降壓前轉差率不得高于0.0918，否則降壓后無法帶動負載繼續穩定運行。

5 帶通風機型負載時的轉差率變化

具有這種特性的負載，負載轉矩TL的大小與轉速的平方成正比，即TL∝n2。屬于這一類負載的生產機械有通風機、水泵、油泵等流體機械，忽略電動機的空載損耗轉矩，降壓運行時有

(7)

可得

(8)

解得符合穩定要求的降壓后的運行轉差率為

(9)

6 降壓運行后的轉速降落及實例分析

輕負載時對電動機進行降壓節電運行，可以提高運行效率、節約能源。但電動機降壓運行后轉速有所降低，具體應用中，須校核其轉速降落是否在裝置系統所允許的變化范圍之內。已知降壓前的轉差率s和求出了降壓后的轉差率sx，則可得其轉速降落百分比Δn%為

(10)

根據表1的計算結果，作出異步電動機Δ/Y改接降壓運行時的轉差率變化曲線圖如圖1，轉速降落曲線圖如圖2所示。根據上述分析和計算表明，降壓運行前電動機轉差率越低，降壓后轉速降落越小；三類典型負載中，電動機帶恒功率型負載降壓運行時轉速降最大，帶恒轉矩型負載時次之，帶通風機型負載時轉速降最小。

7 結語

異步電動機降壓節電運行會引起轉速降低，且帶不同類型負載時轉速降落又不一樣，在工程應用中，須校核降壓引起的轉速降低是否在裝置系統所允許的范圍之內。

表1 電動機Δ/Y改接降壓運行的轉差率變化和轉速降落

圖1 轉差率變化曲線圖

圖2 轉速降落曲線圖

降壓運行前電動機負載越輕，其轉差率就越低，則降壓后轉速降落越小、運行越穩定。三類典型負載中，電動機帶恒功率型負載降壓運行時轉速降較大，帶恒轉矩型負載時次之，帶通風機型負載時轉速降最小。可見，異步電動機Δ/Y改接降壓節電方法更適合于通風機型負載，此時降壓運行的轉速穩定性較好。

[1] 唐介.電機與拖動[M].北京:高等教育出版社,2007.

[2] 段成，李榮華，尋真福.低壓電機Δ/Y改接降壓節電的應用條件[J].電工技術,2012(2):33-34.

[3] 李榮華，張敬.電動機Δ/Y改接降壓運行的功率因數及效率[J].節能,2008,27(8):40-42.

[4] 劉利軍.節電技術及其工程應用[M].北京:中國電力出版社,2011.

Speed Stability of Asynchronous Motor Δ/Y Reducing Voltage Operation

LIRong-hua，LIANGKai,ZOUShun

(Hunan Institute of Science &Technology,Yueyang 414006,China)

Based on the practical expression of the electromagnetic torque，we have analyzed the Δ/Y reducing voltage operation when asynchronous motor run with three typical load such as constant torque,constant power and centrifugal fan nature respectively.It can draw a conclusion about the calculation method of slip and speed landing.Which provide the theory basis for motor speed decreased whether it meet operation requirements caused by verifying reducing voltage.

asynchronous motor;operation in reducing voltage;speed;slip

1004-289X(2015)02-0073-03

湖南省教育廳科研項目(12C0700)

TM343

B

2014-10-14

李榮華(1970-)，男，副教授，主要研究方向：電氣傳動及節能。