核電專用歐式起重機雙繞組雙速三相異步電動機電磁計算與程序

姜遠遠 韓宇潔 李虎 李鋼強

摘 要：國內中小型電機行業進行三相異步電動機電磁計算大多是基于第一機械工業部上海電器科學研究所的《中小型三相異步電動機電磁計算程序》（以下簡稱程序）通過計算機編程來實現計算的，其特點是計算時間快，精確度較高。但是對于核電專用歐式起重機上用的雙繞組雙速三相異步電動機的電磁計算，特別是低速部分，電磁計算與試驗誤差較大;本文通過對誤差引起的原因進行分析并更改，最后編制出電磁計算程序，通過型式試驗證明，程序更改是正確的，滿足要求。

關鍵詞：歐式起重機;程序編制;異步電動機

1.核電專用歐式起重機用雙繞組雙速三相異步電動機

歐式起重機用雙繞組雙速三相異步電動機主要用于橋式或門式起重機的起升機構，用于驅動吊鉤組吊起重物。這種電機工作制為S4，負荷持續率根據使用工況不同而不同;性能主要要求起動轉矩大，起動電流小。

2.雙繞組雙速三相異步電動機電磁計算程序

對于計算普通S1工作制的三相異步電機，《程序》完全可以滿足精度要求，但用于雙繞組雙速上卻有明顯的差別與不足，其主要表現在繞組跨距、繞組平均半匝長、定子電阻、定子槽漏抗、低速力能指標誤差大等。

2.1 繞組跨距、平均半匝長、定子電阻

雙繞組雙速三相異步電機與普通三相異步電機的主要區別在于定子繞組上嵌放繞組的數量不同，兩種繞組分別各有一套繞組，一般是高速繞組位于槽底，低速繞組位于槽口。

2.2 定子槽漏抗

雙繞組雙速電機定子槽漏抗計算與普通三相異步電動機的計算亦有差別。由于繞組位置不同，槽口繞組的漏磁只有槽口部分;槽底繞組的漏磁為槽口+槽底部分，即與單繞組計算一致。

2.3 低速部分的計算

歐式起重機用雙繞組雙速三相異步電動機低速部分雖然工作時間較短，但是對起動轉矩及起動溫升要求較高，其精確計算對于成本控制也至關重要。

由于《程序》為了簡化手算過程，它采用了簡化的┎型等效電路求取定、轉子電流和電磁轉矩，起動計算時往往忽略勵磁部分，使手算更加方便簡單。這樣的簡化對于激磁電抗Xm遠大于轉子電機R2的電機是允許的，但當轉子電阻較大的情況，也就是勵磁電抗與轉子電阻的比值Xm/R2較小時，電機的性能計算誤差會明顯增大。電機低速部分一般功率較小，其Xm/R2也較小。為了提高計算精度，在求取定、轉子電流和電磁轉矩及起動計算時需要采用較精確的T型等效電路。

2.3.1 ?T形等效電路數學表達式

T形等效電路中參數及電流都是用標幺值表示，但是為了書寫方便，將標幺值上標的“*”去掉，但各物理量均為無量綱的標幺值。

當求得等效電路參數R1、R2、X1、X2和Xm后，電動機的運行狀態就唯一地對應于轉差率s，也就是說，對應于不同的s值，便有對應的一組電機性能值。

3 程序編制

對于計算電機的高速部分，參考文獻3中給出的算法已經可以滿足精度要求，只需對繞組跨距及定子槽漏抗部分進行簡單的更改;低速部分的計算需要使用較精確的T型等效電路。

這里僅給出了計算低速時，求解T形等效電路求解電機性能中有關物理量的Fortran代碼并列出其計算程序框圖。

3.1 求解T形等效電路Fortran子程序

subroutine TC（R1，R2，S，Xm，X1，X2）

common /bl26/PEW，PS，PFE/sb42/R2S，X2M，Z2M，Z，I1，I2，P2，COSPHI，KE

R2S=R2/S

R2M=R2S*XM**2/（R2S**2+（X2+XM）**2）

X2M=XM*（R2S**2+X2*（X2+XM））/（R2S**2+（X2+XM）**2）

Z2M= SQRT（R2M**2+X2M**2）

Z=SQRT（（R1+R2M）**2+（X1+X2M**2）

I1=1/Z

I2=I1*Z2M/SQRT（R2S**2+X2**2）

PEM=I2**2*R2S

P2=PEM*（1-S）-PEW-PS-PFE

COSPHI=（R1+R2M）/Z

KE=Z2M/Z

RETURN

3.2異步電動機電磁計算程序框圖

4 電磁計算結果與型式試驗

使用更改后的程序對兩個不同規格的電機進行了電磁計算，計算的力能指標與型式試驗數據進行了對比，具體如下：

計算結果精度完全可以滿足要求。

參考文獻

[1]第一機械工業部上海科學研究所《中小型三相異步電動機電磁計算程序》1971

[2]許之強，周業南《三相雙繞組雙速雙籠式異步電動機電磁計算程序》 陜西煤炭，2003

[3]黃國治，傅豐禮 主編 《中小旋轉電機設計手冊》第二版 中國電力出版社 2013