三相異步電動機兩相短路轉矩的計算方法

周界華，陳秀梅

(吉林石化公司乙烯廠，吉林吉林 132021)

?

三相異步電動機兩相短路轉矩的計算方法

周界華，陳秀梅

(吉林石化公司乙烯廠，吉林吉林 132021)

摘要三相異步電動機定子繞組兩相間短路時，電動機由單相電流供電，在這種情況下所產生的轉矩等于順序轉矩和逆序制動轉矩的合成轉矩。而合成轉矩等于順序轉矩和逆序轉矩之差，現就三相異步電動機定子繞組兩相間短路時，正序轉矩和逆序轉矩的計算方法進行了探討，驗證了此方法的可行性。

關鍵詞兩相短路；轉差率；順序電流；逆序電流

0引言

三相異步電動機在非正常情況時的性能對運行具有重大的意義,三相異步電動機兩相短路運行就屬于不對稱運行。在實際運行中，時常會遇到定子繞組兩相間的短路，發生短路時,三相異步電動機在兩相繞組短路時由單相電流供電,此時會產生短路力矩和短路電流,給系統的運行帶來較大的沖擊,為了確保系統運行的可靠性,必須求得三相異步電動機在兩相短路情況下產生的力矩,以及在定子繞組中流過的電流的數值,并以此為根據設計三相異步電動機的運行系統和電壓力保護系統。現就如何求取的三相異步電動機在這種兩相短路情況下產生的力矩,以及在定子及轉子繞組中流過的電流的數值作如下探討。

1定子繞組中流過的電流

眾所周知，在不對稱情況時,對三相異步電動機產生的過流現象進行分析,最簡單的方法是用對稱分量法。在公式中括號中以數字1和2表示順序和逆序分量。當兩相短路時在短路點的順序和逆序電流相等，亦即，I1=-I2。從等值電路圖如圖1所示。

(a)原理線路圖

(b)計算線路圖

I(1)=-I(2)=

(1)

式中,U—相電壓為三相異步電動機的相電流；Z(1)C—正序短路組抗；Z(2)C—逆序短路組抗。

則A相的相電流為

IAN=I(1)N-I(2)N=I(1)×

(2)

式中，IAN—A相電流；I(1)N—正序線電流；I(2)N—負序相電流。

將式(1)帶入式(2)得

IAN=

(3)

在由無限大功率的網絡供電的情況下

Z(1)C=Z(2)C=0

(4)

把式(3)中的分子和分母除以Z(1)C=Z(2)C得

(4)

式中，IAN—A相電流；IBN—B相電流；ICN—C相電流；A—相角系數。

2兩相短路情況下產生的力矩

從式(1)~式(5)方程式中可見，順序轉矩與在正常運行時相比較，將減小至四分之一(因為力矩與電壓的平方成正比)。此外出現了逆序的制動力矩。

2.1　順序力矩M(1)

(5)

式中，MN—三相異步電動機額定轉矩;bN—三相異步電動機最大轉矩倍數;s—三相異步電動機運行時的轉差率。

2.2　臨界轉差率為

(6)

式中，R(1)2′—三相異步電動機正序轉子電阻；R1—三相異步電動機額定運行時的定子電阻；R12+Xk2—三相異步電動機額定運行時的定子電阻電抗。

2.3　逆序力矩M(2)

(7)

2.4　合成力矩

和成力矩將等于順序力矩與逆序力矩之差；從圖2中做出了的情況下，不同的臨界轉差率的和成力矩曲線。

圖2　不同的臨界轉差率時的和成力矩曲線

從曲線可知，當三相異步電動機臨界轉差率的時候，轉速變化最快。當以短路轉子運行的三相異步電動機有最大轉差率點的時候，電動機的惰行將較電動機載切斷或在電動機端點上三相短路時發生的較慢，特別是在兩相短路時計及電壓降落的時候。

3試驗檢測

對于400kW，600V、476A，

750r/min，Δ接，型號YBF2-400的鼠籠型三相異步電動機，求當定子繞組兩相短路時且在額定負載下的短路力矩。已知定子繞組電阻R=0.02195Ω，額定轉差率s=1.09%,R2=0.045Ω最大轉矩倍數bn=2.939,空載相電流128.8A，空載損耗9394W，Uk=170V時的堵轉相電流為346.4A，堵轉損耗為33483.9W，試驗環境溫度13℃。

3.1　根據短路試驗數據求總阻抗及臨界轉差率

(8)

(9)

3.2　求順序力矩

(10)

M(1)=0.384×MN=0.384×

3.3　求逆序力矩

在此處可令則

=0.0332

(11)

M(2)=0.0332×MN=0.0332×

=171Nm

(12)

3.4　求短路力矩

首先合成力矩將等于順序力矩與逆序力矩之差,而合成力矩即為短路力矩

則短路力矩

M(1)-M(2)=2000.5-171=1831Nm

4結語

研究表明，三相異步電動機兩相短路是一種較為嚴重的故障，當電動機發生兩相短路故障時，由于短路電流較大,會產生很大的電動力及較大的沖擊力矩并造成強烈的機械振動，可能會使系統的載流部分和機械部分遭受沖擊而損壞。因此，三相異步電動機兩相短路電流和力矩是電動機運行系統設計的重要參數，而本文提供的計算方法，為精確計算上述參數提供了可靠的依據，也為電機運行系統的設計提供了有效的幫助。

參考文獻

[1]紀繁祥. 不對稱電壓空載試驗法測量電動機雜散損耗[M].防爆電機，2015.5.

[2]王永靜，趙勇.高壓電機鐵心損耗和附加損耗的研究[M].防爆電機.2014.5.

[2]張若誠.隔爆型振動源三相異步電動機的設計.防爆電機，2013.3.

Calculation Method of Two-Phase Short-Circuit Torque for

Three-Phase Induction Motor

ZhouJiehuaandChenXiumei

(Ethylene Plant of PetroChina Jilin Petrochemical Company, Jilin 132021, China)

AbstractWhen two-phase short-circuit occurs in stator windings of three-phase induction motor, the motor is supplied by single-phase current. Torque produced in this case is composed by sequence torque and negative sequence braking torque, and which is equal to the difference between sequence torque and negative sequence torque. As for short-circuit occurs between two phases of the stator windings in three-phase induction motor, calculations method of sequence torque and negative sequence torque are discussed in this paper.

Key wordsTwo-phase short-circuit；slip；sequence current；negative sequence current

收稿日期：2015-09-21

作者簡介：周界華男1972年生；畢業于東北電力學院電氣管理專業，現從事電氣管理工作.

中圖分類號：TM306

文獻標識碼：A

文章編號：1008-7281(2015)06-0035-003

DOI:10.3969/J.ISSN.1008-7281.2015.06.11