異步電機(jī)的一種效率優(yōu)化方法

     摘要：針對(duì)異步電機(jī)效率優(yōu)化問(wèn)題，研究得出了合理調(diào)節(jié)電機(jī)中的有功功率和無(wú)功功率的比例，可以使得電機(jī)的運(yùn)行效率****。并且探討了在有功無(wú)功功率合理匹配比下的調(diào)速系統(tǒng)的控制特性。同時(shí)，指出了功率合理匹配原理與傳統(tǒng)的“銅耗等于鐵耗，電機(jī)效率****”原理的本質(zhì)區(qū)別。
  關(guān)鍵詞：功率合理匹配；等值電路；效率優(yōu)化
0引言
    電機(jī)是能量轉(zhuǎn)換裝置，按照功率形式來(lái)看，電機(jī)中同時(shí)存在有功功率和無(wú)功功率這兩種功率形式。很明顯無(wú)功功率主要表現(xiàn)為電機(jī)磁場(chǎng)儲(chǔ)能，有功功率主要是輸出機(jī)械功率等。電磁轉(zhuǎn)矩不
僅與磁場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)，而且與電樞的電流大小直接相關(guān)，即與電機(jī)內(nèi)的有功功率和無(wú)功功率密切相關(guān)。同樣的道理，電機(jī)內(nèi)的有功功率、無(wú)功功率這兩種功率形式的大小變化情況影響r電機(jī)的行性能．如效率、功率因數(shù)及動(dòng)態(tài)響應(yīng)等。
    文獻(xiàn)[1]指出，在研究異步發(fā)電機(jī)及電容電機(jī)時(shí)，交流電機(jī)從電磁能量觀點(diǎn)看包含有功、無(wú)功兩個(gè)子系統(tǒng)，其合理匹配在電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)可提高材料利用率，在電機(jī)運(yùn)行時(shí)可得****效益。
    同樣，從電機(jī)的運(yùn)行效率優(yōu)化角度來(lái)講，有功功率和無(wú)功功率的合理配合可以使得電機(jī)內(nèi)的損耗最小，從而電機(jī)的效率****。電機(jī)內(nèi)的有功功率系統(tǒng)所引起的損耗主要表現(xiàn)為電機(jī)對(duì)外做功過(guò)程當(dāng)中必然要引起的銅耗；無(wú)功系統(tǒng)所引起的損耗主要表現(xiàn)為建立電機(jī)主磁場(chǎng)的鐵耗。合理控制有功功率和無(wú)功功率的比例大小，可以使得這兩部分損耗之和最小，電機(jī)的運(yùn)行效率****。
    但是合理地控制電機(jī)內(nèi)的有功無(wú)功功率匹配比值，可以使得在一定輸出條件F，電機(jī)內(nèi)的鐵耗和銅耗之和最小，電機(jī)運(yùn)行效率****，與電機(jī)學(xué)傳統(tǒng)結(jié)論當(dāng)電機(jī)鐵耗等于銅耗時(shí)，效率****有
著本質(zhì)的區(qū)別。
1等值電路
    等值電路的準(zhǔn)確程度對(duì)于研究電機(jī)的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)特性的作用都至關(guān)重要，電機(jī)的鐵耗等效電阻的大小在變頻調(diào)速的情況F不是恒定不變的，而是隨著端電壓的幅值和頻率的大小變化而變
化。因此在變頻調(diào)速的情況下，研究電機(jī)的效率優(yōu)化問(wèn)題不能忽略鐵耗等效電阻或者僅僅把它當(dāng)成常量來(lái)處理。
    根據(jù)現(xiàn)有文獻(xiàn)，鐵耗與定子端電壓的頻率以及氣隙磁通的大小都有密切的關(guān)系。一般認(rèn)為

對(duì)于具體的電機(jī)而言，口，∥可通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量取得。這里為了便于分析，根據(jù)文獻(xiàn)[2]，我們可以假定“=l 3，盧=2。若以50 Hz時(shí)的鐵耗電阻值為基準(zhǔn)值，通過(guò)簡(jiǎn)單推導(dǎo)，可得等值電路中的鐵耗等效電阻表達(dá)式：
 
式中：R。50hf=50Hz、相電壓U=220V時(shí)的鐵耗等效電阻。
    圖1所示的等值電路比較真實(shí)地反映了電機(jī)中存在的鐵耗情況，與用一般用于研究矢量控制的等值電路不同的是，它不僅考慮了鐵耗等效電阻，而且考慮其隨著電機(jī)的運(yùn)行條件變化而變化的情況，所以精度更高。
    B、R，、氣、厶，、k、‰分別為定轉(zhuǎn)子電阻、漏感和互感以及等效鐵耗電阻，可以由電

機(jī)的空載、短路實(shí)驗(yàn)中測(cè)量計(jì)算獲得。t、L、如、矗分別為定子電流及其轉(zhuǎn)矩分量、勵(lì)磁分量和鐵耗分量。圖中的。鐵耗支路電流分量，轉(zhuǎn)矩電流分量L，同相位，它們超前勵(lì)磁電流分量Lp 90。。圖中的白可認(rèn)為代表電機(jī)的無(wú)功，與』。同相兩者之和為電機(jī)的有功。通常如很小，只要電機(jī)有負(fù)載，一般都有jio。因而在電機(jī)帶負(fù)載運(yùn)行且討論能量傳遞時(shí)，可認(rèn)為t，代表了電機(jī)的有功，這樣圖1既可區(qū)別電機(jī)有功功率和無(wú)功功率，又考慮了電機(jī)鐵損耗的存在，適合本文的需要。
2電機(jī)的效率
    由等值電路中的并聯(lián)關(guān)系可以得到：