CN105243249A

CN105243249A - 三相感应电动机瞬态温升计算模型及测量计算方法

Info

Publication number: CN105243249A
Application number: CN201510797003.7A
Authority: CN
Inventors: 夏云彦; 温嘉斌
Original assignee: Harbin University of Science and Technology
Current assignee: Harbin University of Science and Technology
Priority date: 2015-11-18
Filing date: 2015-11-18
Publication date: 2016-01-13
Anticipated expiration: 2035-11-18
Also published as: CN105243249B

Abstract

一种三相感应电动机瞬态温升计算模型及测量计算方法。为提高电机使用效率，常希望一台连续工作制电机能够带动较大负载短时工作，而此时，用户一般很难确定在较大负载下，能否保障电机正常起动，以及能够保持其安全运行的工作时限，亦或是在不同工作时限下，电机所能带动的负载情况。一种三相感应电动机瞬态温升计算模型，其组成包括：壳体和PC机，其特征是：所述的壳体（9）内分别安装有瞬态温升的转子网络等效模块、瞬态温升定子网络等效模块和各测量节点的引出线，所述的各测量节点的引出线汇接在一个端子排（4）上，所述的端子排连接PC机（5）。本发明应用于三相感应电动机瞬态温升计算模型的测量计算方法。

Description

三相感应电动机瞬态温升计算模型及测量计算方法

技术领域：

本发明涉及一种三相感应电动机瞬态温升计算模型及测量计算方法。

背景技术：

传统的笼型三相感应电动机以其结构简单、运行可靠等优点广泛应用于工业生产中；目前此类电机多为单工作制电机，在电机设计过程中，针对每台电机，电机设计及生产部门给出了此台电机在特定工作制下的额定功率，使用户可以合理选择负载情况，以保障其安全可靠运行；在实际应用中，为提高电机使用效率，常希望一台连续工作制电机能够带动较大负载短时工作，而此时，用户一般很难确定在较大负载下，能否保障电机正常起动，以及能够保持其安全运行的工作时限，亦或是在不同工作时限下，电机所能带动的负载情况；即较难确定S1工作制电机在S2工作制下短时运行时所能达到的额定功率。

发明内容：

本发明的目的是为解决现有S1工作制电机，根据实际需求在S2工作制下运行时额定功率不易确定的问题。电机的短时过载能力主要受电机起动及温升的影响；提供了一种在保证电机能够起动并不破坏温升的情况下确定电机在短时工作制下可带负载额定功率的方法；既提供一种三相感应电动机瞬态温升计算模型及测量计算方法。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种三相感应电动机瞬态温升计算模型，其组成包括：壳体和PC机，所述的壳体内分别安装有瞬态温升的转子网络等效模块、瞬态温升定子网络等效模块和各测量节点的引出线，所述的各测量节点的引出线汇接在一个端子排上，所述的端子排连接PC机。

所述的三相感应电动机瞬态温升计算模型，所述的瞬态温升的转子网络等效模块包括转子铁芯热容、转子铁芯损耗、转子铁芯与转子内部气隙间热阻和转子铁芯与通风沟间热阻，所述的各等效模块一端分别对空连接，另一端连接在一起与转子铁芯与绕组间传导热阻连接，所述的转子铁芯与绕组间传导热阻又分别与转子端部与冷却气体间热阻、转子绕组损耗、转子通风沟中绕组的散热热阻、转子绕组的热容和转子绕组与气隙间径向热阻连接，所述的转子铁芯与绕组间传导热阻与转子端部与冷却气体间热阻、转子绕组损耗、转子铁芯与绕组间传导热阻、转子通风沟中绕组的散热热阻、转子绕组的热容的另一端分别与壳体上的导电体连接，所述的转子绕组与气隙间径向热阻又与定子绕组与气隙间径向热阻连接。

所述的三相感应电动机瞬态温升计算模型，所述的瞬态温升定子网络等效模块包括定子铁芯热容、定子铁芯损耗、定子铁芯与定子背部气隙间热阻和定子铁芯与通风沟间热阻，所述的各等效模块一端分别对空连接，另一端连接在一起与定子铁芯与绕组间传导热阻连接，所述的定子铁芯与绕组间传导热阻又分别与定子端部与冷却气体间热阻、定子绕组损耗、定子通风沟中绕组的散热热阻、定子绕组的热容和定子绕组与气隙间径向热阻连接，所述的定子铁芯与绕组间传导热阻与定子端部与冷却气体间热阻、定子绕组损耗、定子铁芯与绕组间传导热阻、定子通风沟中绕组的散热热阻、定子绕组的热容的另一端分别与壳体上的导电体连接，所述的定子绕组与气隙间径向热阻又与转子绕组与气隙间径向热阻连接。

所述的三相感应电动机瞬态温升计算模型，所述的各测量节点的位置分别是测量点1为定子铁心，测量节点2为定子绕组，测量节点3为气隙节点，测量节点4为转子导条，测量节点5为转子铁心。

所述的三相感应电动机瞬态温升计算模型的测量计算方法，所述的测量步骤如下：(a)负载型式的确定：根据三相感应电动机的实际运行需要确定电机所需带动的负载类型及工作制要求，根据负载类型确定负载转矩的大小及整个转动系统的转动惯量；(b)电磁转矩的确定：根据电机实际运行情况对电机的起动特性进行校验，以电机的定、转子参数为基础，建立其电磁动态数学模型和转动系的运动方程，采用起动时间离散化的方法求解电磁动态过程获得电磁转矩；(c)正常启动的确定：在S2工作制下运行的S1工作制电机的电磁转矩大于负载转矩时，电机正常启动；(d)温升的确定：计算电机温升，确定温升限值，根据电机的瞬态热网络模型，通过起动电流、起动负载情况及起动时间确定电机起动过程的瞬态温升，结合电机达到电磁稳态的发热情况，获得S1工作制电机在S2工作制下运行时，达到极限温升时所运行的时间。

本发明的有益效果：

1.本发明的计算模型与以往将电机绕组和铁心视为等温发热体来计算电机暂态温升的方法不同；考虑了电机的瞬态发热过程中，电机内的热传递过程；例如在电机的起动过程中，尤其是对于大型电机，当电机起动时间较长时，较大的起动电流会使绕组温度升高，而此时铁心温度较低，绕组和铁芯之间温度梯度较大，此时绕组和铁心之间的热传递过程不可忽略。

本发明的计算模型考虑了电机内不同部分间的热传递以及电机与外界对流散热的情况，可以提高电机瞬态温升计算的准确性。

本发明的计算模型根据电机具体结构，根据瞬态过程电机内发热特点，合理划分节点，建立电机的瞬态热网络模型；基于物体发热需要一个时间过程，当物体体积较大时，需时间积累到一定程度，温度才会有明显变化，因此与稳态热网络模型不同，建立电机瞬态热网络模型时，相应节点与周围环境之间添加一个热容，用以考虑电机发热的时间过程；将各个节点的温升引出，通过PC机即可对模型进行求解，得到整个瞬态过程电机内各节点的温度变化情况，提高了电机瞬态温升计算的实用性。

本发明的计算模型的测量方法的优点在于通过负载形式和电磁转矩的确定，可以很容易判断S1工作制电机在S2工作制下是否能正常起动，同时，建立了电机的瞬态热网络模型，对于计算电机温升具有良好的精确性和实用性。

本发明的计算模型的测量方法适用于S1工作制电机在S2工作制的工作性能分析。

附图说明：

附图1是本发明的的计算模型的结构示意图。

具体实施方式：

实施例1：

一种三相感应电动机瞬态温升计算模型，其组成包括：壳体和PC机，所述的壳体9内分别安装有瞬态温升的转子网络等效模块、瞬态温升定子网络等效模块和各测量节点的引出线，所述的各测量节点的引出线汇接在一个端子排4上，所述的端子排连接PC机5。

实施例2：

根据实施例1所述的三相感应电动机瞬态温升计算模型，所述的瞬态温升的转子网络等效模块包括转子铁芯热容2、转子铁芯损耗1、转子铁芯与转子内部气隙间热阻10和转子铁芯与通风沟间热阻11，所述的各等效模块一端分别对空连接，另一端连接在一起与转子铁芯与绕组间传导热阻13连接，所述的转子铁芯与绕组间传导热阻又分别与转子端部与冷却气体间热阻3、转子绕组损耗12、转子通风沟中绕组的散热热阻14、转子绕组的热容15和转子绕组与气隙间径向热阻16连接，所述的转子铁芯与绕组间传导热阻与转子端部与冷却气体间热阻、转子绕组损耗、转子铁芯与绕组间传导热阻、转子通风沟中绕组的散热热阻、转子绕组的热容的另一端分别与壳体上的导电体连接，所述的转子绕组与气隙间径向热阻又与定子绕组与气隙间径向热阻18连接。

实施例3：

根据实施例1所述的三相感应电动机瞬态温升计算模型，所述的瞬态温升定子网络等效模块包括定子铁芯热容8、定子铁芯损耗7、定子铁芯与定子背部气隙间热阻22和定子铁芯与通风沟间热阻23，所述的各等效模块一端分别对空连接，另一端连接在一起与定子铁芯与绕组间传导热阻21连接，所述的定子铁芯与绕组间传导热阻又分别与定子端部与冷却气体间热阻6、定子绕组损耗20、定子通风沟中绕组的散热热阻19、定子绕组的热容17和定子绕组与气隙间径向热阻连接，所述的定子铁芯与绕组间传导热阻与定子端部与冷却气体间热阻、定子绕组损耗、定子铁芯与绕组间传导热阻、定子通风沟中绕组的散热热阻、定子绕组的热容的另一端分别与壳体上的导电体连接，所述的定子绕组与气隙间径向热阻又与转子绕组与气隙间径向热阻16连接。

实施例4：

根据实施例1或2或3所述的三相感应电动机瞬态温升计算模型，其特征是：所述的各测量节点的位置分别是测量节点1为定子铁心，测量节点2为定子绕组，测量节点3为气隙节点，测量节点4为转子导条，测量节点5为转子铁心。

实施例5：

一种利用实施例1或2或3或4所述的三相感应电动机瞬态温升计算模型的测量计算方法，所述的测量步骤如下：(a)负载型式的确定：根据三相感应电动机的实际运行需要确定电机所需带动的负载类型及工作制要求，根据负载类型确定负载转矩的大小及整个转动系统的转动惯量；(b)电磁转矩的确定：根据电机实际运行情况对电机的起动特性进行校验，以电机的定、转子参数为基础，建立其电磁动态数学模型和转动系的运动方程，采用起动时间离散化的方法求解电磁动态过程获得电磁转矩；(c)正常启动的确定：在S2工作制下运行的S1工作制电机的电磁转矩大于负载转矩时，电机正常启动；(d)温升的确定：计算电机温升，确定温升限值，根据电机的瞬态热网络模型，通过起动电流、起动负载情况及起动时间确定电机起动过程的瞬态温升，结合电机达到电磁稳态的发热情况，获得S1工作制电机在S2工作制下运行时，达到极限温升时所运行的时间。

Claims

1.一种三相感应电动机瞬态温升计算模型，其组成包括：壳体和PC机，其特征是：所述的壳体内分别安装有瞬态温升的转子网络等效模块、瞬态温升定子网络等效模块和各测量节点的引出线，所述的各测量节点的引出线汇接在一个端子排上，所述的端子排连接PC机。

2.根据权利要求1所述的三相感应电动机瞬态温升计算模型，其特征是：所述的瞬态温升的转子网络等效模块包括转子铁芯热容、转子铁芯损耗、转子铁芯与转子内部气隙间热阻和转子铁芯与通风沟间热阻，所述的各等效模块一端分别对空连接，另一端连接在一起与转子铁芯与绕组间传导热阻连接，所述的转子铁芯与绕组间传导热阻又分别与转子端部与冷却气体间热阻、转子绕组损耗、转子通风沟中绕组的散热热阻、转子绕组的热容和转子绕组与气隙间径向热阻连接，所述的转子铁芯与绕组间传导热阻与转子端部与冷却气体间热阻、转子绕组损耗、转子铁芯与绕组间传导热阻、转子通风沟中绕组的散热热阻、转子绕组的热容的另一端分别与壳体上的导电体连接，所述的转子绕组与气隙间径向热阻又与定子绕组与气隙间径向热阻连接。

3.根据权利要求1所述的三相感应电动机瞬态温升计算模型，其特征是：所述的瞬态温升定子网络等效模块包括定子铁芯热容、定子铁芯损耗、定子铁芯与定子背部气隙间热阻和定子铁芯与通风沟间热阻，所述的各等效模块一端分别对空连接，另一端连接在一起与定子铁芯与绕组间传导热阻连接，所述的定子铁芯与绕组间传导热阻又分别与定子端部与冷却气体间热阻、定子绕组损耗、定子通风沟中绕组的散热热阻、定子绕组的热容和定子绕组与气隙间径向热阻连接，所述的定子铁芯与绕组间传导热阻与定子端部与冷却气体间热阻、定子绕组损耗、定子铁芯与绕组间传导热阻、定子通风沟中绕组的散热热阻、定子绕组的热容的另一端分别与壳体上的导电体连接，所述的定子绕组与气隙间径向热阻又与转子绕组与气隙间径向热阻连接。

4.根据权利要求1或2或3所述的三相感应电动机瞬态温升计算模型，其特征是：所述的各测量节点的位置分别是测量节点1为定子铁心，测量节点2为定子绕组，测量节点3为气隙节点，测量节点4为转子导条，测量节点5为转子铁心。

5.一种利用权利要求1或2或3或4所述的三相感应电动机瞬态温升计算模型的测量计算方法，其特征是：所述的测量步骤如下：(a)负载型式的确定：根据三相感应电动机的实际运行需要确定电机所需带动的负载类型及工作制要求，根据负载类型确定负载转矩的大小及整个转动系统的转动惯量；(b)电磁转矩的确定：根据电机实际运行情况对电机的起动特性进行校验，以电机的定、转子参数为基础，建立其电磁动态数学模型和转动系的运动方程，采用起动时间离散化的方法求解电磁动态过程获得电磁转矩；(c)正常启动的确定：在S2工作制下运行的S1工作制电机的电磁转矩大于负载转矩时，电机正常启动；(d)温升的确定：计算电机温升，确定温升限值，根据电机的瞬态热网络模型，通过起动电流、起动负载情况及起动时间确定电机起动过程的瞬态温升，结合电机达到电磁稳态的发热情况，获得S1工作制电机在S2工作制下运行时，达到极限温升时所运行的时间。