纪繁祥，吴庆广

(1 哈尔滨工程大学核安全与仿真技术国防重点学科实验室，黑龙江哈尔滨150001;2 中国石油吉林石化公司乙二醇厂，吉林吉林132021)

0 引言

屏蔽电动机由于其结构特点，所驱动的负载主要是风机、水泵等离心式机械负载，属于平方降转矩负载，此种负载在调速过程中要求电机输出的转矩与转子转速的平方成比例增减，因此，屏蔽电动机的起动运行过程与其负载的机械时间常数，转动惯量等参数有直接的关系。为了正确的选择电动机，特别是为了保证屏蔽电动机能够顺利起动并保证起动停止时间符合工程实际要求，需要计算屏蔽电动机机组机械时间常数和阻力矩、惰行时间和起动时电流有效值等参数，现就这些参数的求法作如下解析。

1 屏蔽电动机惰行曲线

屏蔽电动机惰行时的动力矩只包含阻力力矩，也就是当以标幺值表示时得出

式中，m0—动力矩标幺值(动力矩/电动机额定力矩);mc—阻力矩标幺值(阻力矩/电动机额定力矩)。

则屏蔽电动机的惰行时间的标幺值为

式中，ta—屏蔽电动机的惰行时间的标幺值;v—屏蔽电动机的惰行转速，r/min;mc'—初始的阻力矩标幺值(阻力矩/电动机额定力矩)。

取v1=vn(电机额定转数)和v(电机实际转速)解方程式(2)最终得出

具有离心式机械负载的屏蔽电动机机组在不同的标幺值起始力矩mc'时惰行时间的标幺值对转速的标幺值的关系曲线，见图1。

图1 不同阻力下的惰转曲线

2 逸转和惰行时间的求法

如果屏蔽电动机的力矩超过机组阻力力矩，那么电动机加速率为正，而转速将增加，或者逸转，如果屏蔽电动机的力矩小于阻力力矩，那么加速率为负而转速减少电动机惰行。求逸转时间最简单的方法是图解法，为此我们画出如图2 所示的在规定电压的电动机的力矩以及阻力力矩对滑差的关系曲线，力矩都以额定力矩的百分数表示。

然后求等于电动机力矩和阻力矩之差的加速力矩，并把加速力矩曲线分成一系列的矩形mc1、mc2等，则逸转和惰行曲线按下式计算

当逸转时△s 为负，而m2为负;当惰行时△s为正，而mc为负(见图2)。

图2 逸转时间的求法

3 机械时间常数和阻力矩的求法

屏蔽电动机的机械时间常数是极为重要的参数，它可以全面标示出电动机机组的特性，并决定着屏蔽电动机在惰行和启动时的性能。屏蔽电动机的机械时间常数计算公式见公式(3)

式中，Ta—机械时间常数;PN—电动机额定功率(kW);GD2—电动机转动惯量(kgm2);n0—电动机空载转速(r/min)。

从式(3)可见，为了求取屏蔽电动机机组的机械时间常数，必须知道电动机的额定转数和额定功率，以及电动机和机械负载的转动惯量，当求总的转动惯量时，应当注意到，当机械负载的额定转数不同于屏蔽电动机的额定转数时，机械负载的转动惯量应当按式(4)换算为屏蔽电动机额定转数下的转动惯量。

机械时间常数可以按惰行曲线用试验方法获得，在切断瞬间，即t=0 当时，在图1 中，引至惰行曲线的切线截切于横轴(时间轴)的截段，等于当时间t=0 时机械时间常数对标幺值过剩力矩之比。假如电动机在切断前以额定负载运行，那么被切线在时间轴上所切割的线段等于机械时间常数。用这种方法同时也可决定阻力力矩的特性。

4 起动时电流有效值求法

在选择屏蔽电动机时，可以大致求出屏蔽电动机起动过程中的电流有效值，对于鼠笼型屏蔽电动机来说，可以略去转子绕组电阻和电抗随着滑差而变化的关系。屏蔽电动机具有不大的起动转矩，用以驱动起始力矩不大的机械，特别是用于风机、水泵等类机械。在图3 中，画出两个临界转差值为0.1 和0.15 的屏蔽电动机的起动电流对滑差的关系曲线。在图4 中画出对于具有离心泵式阻力力矩的机械开动曲线，在作曲线时，取最大力矩对额定力矩之比等于2。

图3 起动电流对转差率的关系曲线

图4 起动电流对时间的关系曲线和逸转曲线

当已知起动电流对滑差的关系以及起动滑差对时间的关系曲线，可以很容易的求得起动电流对时间的关系。从图4 中可见，对于具有临界转差率sm=0.15 的屏蔽电动机，起动时间内的有效电流值等于0.925IK(IK—电机额定堵转电流，不计入直流分量)，而对于具有sn=0.1 的屏蔽电动机，则为0.935Ik。故对于屏蔽电动机来说，在起动时间内的有效电流的平均值可以取为0.93Ik。

5 结语

屏蔽电动机驱动的负载为离心式机械负载，而所有离心式机械具有与转数的平方成正比例变化的阻力力矩。自惰行曲线求得的起始阻力力矩，将永远小于电动机静止时的机械起始力矩，而由试验方法求得的屏蔽电动机的相关特性与理论特性会有些区别，但对于极大多数的离心式机械，此种差别是不大的，有利于计算屏蔽电动机机组机械时间常数和阻力矩、屏蔽电动机惰行时间和起动时电流有效值，并将计算结果加以应用，为合理的选择屏蔽电动机提供了可靠的帮助。