鼠笼型异步电动机转子笼条和端环起动温升的分析与计算

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[摘 要]电动机转子绕组的起动温升是在进行电机设计时的一个重要参数。本文介绍鼠笼型异步电动机转子笼条和端环起动温升的计算方法。

[关键词]鼠笼型异步电动机 转子 笼条 端环 起动温升

中图分类号：TH22.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）10-0280-01

1.引言

所谓电动机的起动，就是把电动机和电动机所拖动的机械的整个旋转质量由某一转速加速到另一转速，最普遍的情况是电动机由静止状态加速到额定转速。从动力学原理知道，要使旋转质量得到一个回转加速度，必须有一个加速转矩，加速时间的长短，取决于旋转质量的惯性矩、加速力矩的大小以及电动机额定转速的高低。异步起动的加速转矩是由电动机定、转子电流间的相互作用所产生的，电动机所产生的转矩，需要克服被拖动机械的阻转矩，其剩余部分即为旋转质量提供的加速转矩。因为定、转子电流在绕组中要引起I2R的电流热耗，而使绕组的温度升高。通常电动机的定子绕组具有较大的热容量，而转子起动绕组的热容量较小。由于在起动过程中，电动机处于升速阶段，起动时间又较短，散热条件差，因此，起动绕组的温升常常是限制异步起动条件的一个决定性因素。对于高转速、大惯量或要求多次连续起动等情况尤其如此。因此，研究起动温升的计算方法，测试实际起动温升，考虑提高起动绕组的热容量等问题，已日益为世界各国所重视。

本文介绍一下鼠笼型异步电动机起动时转子笼条和端环温升的计算。异步电机起动时，在起动绕组中产生的损耗是滑差的函数。其基本关系为

（1）

式中，―气隙功率（电磁功率）；―滑差；MM―电动机转矩；―同步角速度。根据动力学原理，加速转矩与旋转质量的关系为

（2）

式中，―负载阻转矩；J―旋转质量的转动惯量。

2.起动时起动绕组的发热能量

起动绕组在起动开始时间与起动末了时间之间所产生的发热能量为

（3）

由对滑差

（4）

的微分给出

（5）

式中，ω―角速度。并考虑式（2），则

（6）

如果在时间时电动机滑差为，在时间时滑差为，则按式（3）和式（6），起动时起动绕组的发热能量可写成

（7）

如果转子从静止状态起动到额定转速，即=1，=0，则起动时起动绕组的发热能量为

（8）

根据式（8），如果已知电动机转矩和负载阻力矩随滑差变化的函数关系，则起动绕组的发热能量就可求出。式中转动惯量J值是电动机和被拖动机械整个旋转质量的惯性力矩，通常在运算中用飞轮矩代替，其基本关系为

（9）

式中，―旋转质量的飞轮矩（）。如果被拖动机械和电动机的转速不同，则被拖动机械的飞轮矩应按转速平方比进行换算。

3.起动笼条和端环的起动温升

当起动绕组为笼条结构时，假定在起动过程中，笼条与转子铁心绝热，即笼条不向铁心扩散热

量，则从静止状态起动到额定转速时，转子笼条温升为

（℃） （10）

端环温升为

（℃） （11）

式（16）、（17）中，―笼条材料的比热（kg・m/kg・℃）；CK―端环材料的比热（kg・m/kg・℃）。对于黄铜C=39；紫铜C=40；铝铁青铜C=40；钢C=47。―笼条总重量（N）；WK―端环总重量（N）；―笼条的电阻计算常数。其值为

（12）

其中，―异步电机的转子总槽数；―笼条长度（mm）；―笼条横截面（）；―笼条的比电阻系数：紫铜为1，黄铜为3 7，铝铁青铜为8 7，钢为12 5；―异步电动机端环的电阻计算常数。

（13）

式中，―端环的平均直径；p―电机的极对数；―端环的比电阻系数。值的选取可参照。对双笼型异步电动机，计算时只考虑上笼导的重量和截面积，为考虑下笼的影响，将计算温升除以1.15。起动笼条的计算温升，对于紫铜不超过200℃，对于黄铜或铝铁青铜不应超过300℃。端环温升不应超过75℃。

4.讨论

4.1对于笼条的起动温升，本文假定在起动过程中笼条内产生的电流热耗不向铁心扩散，这与实际情况不尽符合，实际上笼条总是有不同程度的热扩散，其扩散能力取决于笼条与铁心的接触情况，某些文献考虑热扩散系数为0. 7。鉴于目前测试数据不足，因此本文未考虑扩散影响。今后应在积累测试数据的基础上提出一个合适的热扩散系数。

4.2笼条的允许起动温升是考虑到实际的起动电压往往低于计算电压，阻转矩又有可能大于计算时考虑的阻转矩值。因此，笼条的起动温升更应留有适当的裕度。为了使起动温升的计算更切合实际情况，今后应多进行测试工作。

4.3本文未提及电动机允许的连续起动次数问题。因为一般所谓的连续起动，在两次起动之间都有一个时间的间隔，在间隔期间，热量总是要扩散的，因此，温升计算如仍按绝热考虑，可能与实际情况出入较大。但在偏于安全地估算允许连续起动次数时，可以按温升叠加原理处理。今后在测试的基础上，再进一步解决连续起动时的起动温升问题。

参考文献

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