关于美恒公司THYROMAT定子调压调速装置电机转子电阻计算的探讨

关于THYROMAT定子调压调速装置电机转子电阻计算的探讨

作者姓名：王成杰

作者单位：大连美恒电气有限公司

摘要：电机的调压调速控制，尤其在冶金行业中，已得到广泛应用。由于调压调速原理决定电机转子必须串入转子电阻器，所以在实际设计中，计算电机转子电阻值、选择电阻器是必须的。笔者针对美恒公司THYROMAT调压调速装置的特点，实现电机转子电阻值的计算与电阻器的选取。

关键词：定子调压转子电阻电阻器计算THYROMAT

引言：

美恒公司的THYROMAT定子调压调速装置在冶金行业的起重机上得到广泛应用，在实际应用中常常需要计算电机的转子电阻值。本文旨在探讨如何计算电机转子电阻值及选取相应电阻器。

一. THYROMAT调压调速系统电机转子回路

图1，转子回路图

注：KM41，KM42动作信号由THYROMAT装置输出。

二. 理想模型的建立

建立一个理想模型。近似把电机曲线稳定区域看成直线，以下讨论都建立在这个理想模型上。

电机100%额定电压输入，负载为额定负载。满足THYROMAT 装置起动曲线③50%速度能够达到，当速度达到50%、75%时能够顺利切电阻KM41、KM42，起动力矩满足2倍额定转矩。画出对应曲线如图2中①②③④所示。

起升机构电机工作状态描述如下：

上升状态：

在Q 点起动，起动力矩Tq ，工作曲线为③，此时已切除4R （KM40）。当

THYROMAT 接收到1，2，3档上升指令时，通过调节电压，曲线在③⑧之间变化，由于电压为100%，故能够满足50%以下速度调速范围。当接收到4档上升指令时，THYROMAT 输出全电压先运行于a 点，此时速度50%，需切3R （KM41），电机运行曲线变为曲线②，切换到b 点，运行到c 点时速度达到75%，需切2R （KM42），电机运行曲线变为曲线①，切换到d 点，稳定运行于e 点。由图三角形相似可得出N T Tq 2=，其中，N T 为额定负载力矩，Tq 为起动力矩。

图2，电机正向曲线图

下降状态：

当THYROMAT 接收到1，2，3档下降指令时，电阻4R 串入转子回路中，曲

线变为④，此时的起动力矩变为1T ，（如图2所示）通过降低电压，满足-50%以下速度调速范围。当接收到4档下降指令时，THYROMAT 输出全电压，并投入反向接触器，当50%，75%速度切完电阻后，电机运行曲线为曲线①，（如图3所示）电机超同步转速D 点，稳定运行于A 点。

图3，电机反向曲线图

三. 考虑实际工况

实际运行环境比理想情况要严峻的多，考虑电机85%额定电压输入，负载仍为额定负载。 在这种情况下，仍能满足THYROMAT 装置起动曲线50%速度能够达到，当速度达到50%，75%时能够顺利切电阻，起动力矩满足2倍额定转矩。

如图2所示，当曲线⑦电压降到85%时，曲线变为曲线③；当曲线⑥电压降到85%时，曲线变为曲线②；当曲线⑤电压降到85%时，曲线变为曲线①。

由力矩与电压的平方成正比，可知，

22285.0/285.0/N q T T T ==

由图中三角形相似可得

36.02/85.0/227≈==T T S N N

同样的方法可得

18.04/85.026≈=N S

09.08/85.025≈=N S

N S 7表示曲线⑦额定转差率

N S 6表示曲线⑥额定转差率

N S 5表示曲线⑤额定转差率

同样的方法还可求出：f 点力矩为N T 38.1。这说明如果选用曲线⑦做为起动曲线，当电压85%时，仍有N T 2的起动力矩，速度也能达到50%；当电压100%时，可过载1.38倍，速度仍能达到50%。

同样的方法还可求出：e 点转差率为0.125。

当下降运行，转子回路需串入电阻4R 。

考虑下述情况，

电压100%时，起动力矩保证1.5倍，即N T T 5.11=；

电压85%时，起动力矩保证1.1倍，即N T T 1.11=；

方法同上，计算出

65.04≈N S

故起升机构K 值分别为09.01=K ;18.02=K ;36.03=K ;65.04=K 。

平移机构起动的时候，THYROMAT 输出起动电压为70%额定电压，在此情况下考虑到仍有1.5倍的额定力矩起动。工作曲线为曲线①，如图4所示。

根据力矩与电压的平方成正比，可得到100%电压曲线②，曲线②与横轴交点为 1.37.0/5.121==T

根据三角形相似可得e 点转差率为：

3.01.3/1/1≈==T T S N e

故平移机构3.0=T K 。

图4，平移电机曲线图

平移机构电机工作状态描述如下：

在平移机构中，满载稳定运行时的静功率，比电机额定功率小得多。那么为什么平移机构电机的额定功率选得那么大呢？主要是考虑，在起动时必须克服惯性载荷，所以需要加速力矩很大。电机在选择容量时，除了考虑稳定运行的静功率外，还要考虑克服惯性载荷所需的加速功率。

一般情况，稳定运行时的静功率是电机额定功率的一半左右。这里我们取稳定运行时N J P P 5.0=。

起动时，THYROMAT 输出70%额定电压，此时工作曲线为曲线①，如图4所示。起动力矩为1.5倍额定力矩。

完成起动后，负载力矩变为N T 5.0，当THYROMAT 装置接收到1，2，3档指令时，装置通过降低输出电压，使稳定点分别位于a ，b ，c 点，速度分别为10%，20%，30%电机同步转速。

当装置接收到4档指令时，装置输出全电压，此时曲线为②，稳定运行d 点。 平移机构电机满载全速为电机同步转速90%左右(转差率约为0.167)。如果现场对全速要求极为严格，则应考虑增加一个转子接触器，以提高4档时的速度。

四. 电阻阻值的计算

计算方法简单叙述如下：

第一步：计算100R ，即电机给出100%力矩起动时的转子电阻

公式：N N I U R 221003/α=

其中： J N P P /=α 机构效率 N U 2 转子开路电压

N I 2 转子额定电流 N P 额定功率 J P 实际功率

第二步：计算各段电阻值（如图1）

起升机构：

110011R R K R TOT ==

2110022R R R K R TOT +==

32110033R R R R K R TOT ++==

432110044R R R R R K R TOT +++==

其中09.01=K ;18.02=K ;36.03=K ;65.04=K 。

平移机构：

11001R R K R T TOT ==

其中3.0=T K ,1=α。