异步电机的一种效率优化方法

     摘要：针对异步电机效率优化问题，研究得出了合理调节电机中的有功功率和无功功率的比例，可以使得电机的运行效率****。并且探讨了在有功无功功率合理匹配比下的调速系统的控制特性。同时，指出了功率合理匹配原理与传统的“铜耗等于铁耗，电机效率****”原理的本质区别。
  关键词：功率合理匹配；等值电路；效率优化
0引言
    电机是能量转换装置，按照功率形式来看，电机中同时存在有功功率和无功功率这两种功率形式。很明显无功功率主要表现为电机磁场储能，有功功率主要是输出机械功率等。电磁转矩不
仅与磁场强度有关，而且与电枢的电流大小直接相关，即与电机内的有功功率和无功功率密切相关。同样的道理，电机内的有功功率、无功功率这两种功率形式的大小变化情况影响r电机的行性能．如效率、功率因数及动态响应等。
    文献[1]指出，在研究异步发电机及电容电机时，交流电机从电磁能量观点看包含有功、无功两个子系统，其合理匹配在电机设计时可提高材料利用率，在电机运行时可得****效益。
    同样，从电机的运行效率优化角度来讲，有功功率和无功功率的合理配合可以使得电机内的损耗最小，从而电机的效率****。电机内的有功功率系统所引起的损耗主要表现为电机对外做功过程当中必然要引起的铜耗；无功系统所引起的损耗主要表现为建立电机主磁场的铁耗。合理控制有功功率和无功功率的比例大小，可以使得这两部分损耗之和最小，电机的运行效率****。
    但是合理地控制电机内的有功无功功率匹配比值，可以使得在一定输出条件F，电机内的铁耗和铜耗之和最小，电机运行效率****，与电机学传统结论当电机铁耗等于铜耗时，效率****有
着本质的区别。
1等值电路
    等值电路的准确程度对于研究电机的稳态和动态特性的作用都至关重要，电机的铁耗等效电阻的大小在变频调速的情况F不是恒定不变的，而是随着端电压的幅值和频率的大小变化而变
化。因此在变频调速的情况下，研究电机的效率优化问题不能忽略铁耗等效电阻或者仅仅把它当成常量来处理。
    根据现有文献，铁耗与定子端电压的频率以及气隙磁通的大小都有密切的关系。一般认为

对于具体的电机而言，口，∥可通过实验测量取得。这里为了便于分析，根据文献[2]，我们可以假定“=l 3，卢=2。若以50 Hz时的铁耗电阻值为基准值，通过简单推导，可得等值电路中的铁耗等效电阻表达式：
 
式中：R。50hf=50Hz、相电压U=220V时的铁耗等效电阻。
    图1所示的等值电路比较真实地反映了电机中存在的铁耗情况，与用一般用于研究矢量控制的等值电路不同的是，它不仅考虑了铁耗等效电阻，而且考虑其随着电机的运行条件变化而变化的情况，所以精度更高。
    B、R，、气、厶，、k、‰分别为定转子电阻、漏感和互感以及等效铁耗电阻，可以由电

机的空载、短路实验中测量计算获得。t、L、如、矗分别为定子电流及其转矩分量、励磁分量和铁耗分量。图中的。铁耗支路电流分量，转矩电流分量L，同相位，它们超前励磁电流分量Lp 90。。图中的白可认为代表电机的无功，与』。同相两者之和为电机的有功。通常如很小，只要电机有负载，一般都有jio。因而在电机带负载运行且讨论能量传递时，可认为t，代表了电机的有功，这样图1既可区别电机有功功率和无功功率，又考虑了电机铁损耗的存在，适合本文的需要。
2电机的效率
    由等值电路中的并联关系可以得到：