1.10.3 异步电动机的分析程序
分析程序的基本作用是对给定的电机方案进行技术和经济指标分析。设计人员将事先得到的初步设计参数,如异步电机的定转子冲片尺寸、铁心长度、定转子绕组数据等,作为计算机的输人数 据,按照一定的程序计算出电机的各项性能,故通常称校核计算。 计算机仅负责方案的计算,而对设计结果的评价,方案的调整仍由 设计者另行处理。因此,分析程序是最简单的一种机算程序,也就 是最基本的程序,它直接来源于手算程序,但有别于手算程序。手 算程序是由人按设计公式一步步手算出来的,包括繁琐的计算和经 验的介入。而机算是人通过编写计算机程序,将人类对电机设计的 理解和认识与计算机的快速运算和逻辑判断融为一体,借助于计算 机完成的一种计算方法。
1.迭代计算过程的处理
从手算程序到机算分析程序,首先要解决二个问题,一是曲线图表的处理,这在上文(1.10.2)中已作了介绍,二是迭代计算过程的处理,本节将讨论这一问题。
电机设计中由于磁路的饱和影响,使电磁计算十分复杂,处理这些非线性问题,经常用试探法,通过迭代计算来解决,如三相异 步电动机手算程序有四个参量要迭代,即满载电动势系数心、饱和系数A、效率7、起动电流/slu应对四个参量事先给予假定初值,通过程序计算后,分别得到计算值,满足迭代精度,迭代结 束。否则重新假定初值,进行重复计算,直到满足精度为止,手算不仅耗时多,而且迭代精度不可能很高。机算为解决该类问题创造了条件,编程时应注意以下几点:
(1)选择合适的迭代初值一般情况初值偏差太大,增加迭代 次数,甚至个别情况下引起不收敛。常用的经验公式:
1)满载电动势系数心
2 极型电机 ^ = 0.92 + 0.00861gPN
2 极以上小型电机 = 0.931 + 0.01081gPN - 0.013p
中型异步电机 /Ce〇 = 0.892+ 0.01091gPN-0.01p
式中/>N——额定功率,p——极对数。
1. 饱和系数心 ^= 1.34-0.037^
2. 效率 7 7〇= 7n
3. 起动电流/sl /sl^2.7rm/kw
式中^——最大转矩倍数;
/kw——功电流(A)。
(2)假定值的再设值的确定计算值与假定值之间如超过允许 值,则要提出新的假设值。再设值如何取?应该具体分析,若计算值 比原假设值大,如果增大假设值,通过该段迭代计算使计算值减少, 则再设值在计算值与假设值之间;反之增大假设值,而计算值更大, 则再设值应比计算值更大(或相等),这样方能使计算值与假定值尽 快相符,加快迭代的收敛。例如饱和系数心,当K增大时,波幅系数Fs减少,导致齿磁密减少,饱和系数R的计算值减少,因此,再设值在计算值与假定值之间,同理,满载电动势系数心与心一样也是在计算值与假定值之间。与此相反,效率假定值乂增大时,电流有功和无功分量均减小,铜耗减少,使7计算值更大。起动电流/“与此类同,均属于再设值在计算值与假设值之外的一类。
也可用经验公式选取
7〇 = 7 + ^ 5^^* V〇 = V ' 0-41)
C〇 = /st + ’卞炒或 C 4
厂:。=A -或 K=(M2)
1. 式(14)、(1*42)中下标有“0”为假设值,上标有“〃’为再设值,无上述特别标记者为计算值。控制合理由于机算的运算精度和速度比手算的高得设值的允许误差可以取得很小,计算精濟句1|本與^怛是如果迭代精度取得过高,一方面受现有电磁计餐&法的局限,单纯提高迭代精度并无实际意义;另一方面过高的迭代精度,无疑增加了迭代次数,并且很容易造成“死循环”。因此,合理地控制迭代精度很有必要。机算的精度一般比手算的高一个数量级,如Ft、Ke、7可取丨〇-3, 4可取
2. 防止“死循环”的处理异步电动机电磁计算有四个循环,其中三个是套环和交叉循环,因此迭代计算工作量很大。如果原始数据给定不适,包括循环的假定值、再设值和允许误差给得不合理,无论进行多少次循环也达不到要求,这样不收敛的现象称为“死循环”。在迭代计算中,及时发现与阻止“死循环”现象,最简单的措施是在程序中专门设置一些循环计数开关变量,每迭代一次,它自动加1,当超过规定的次数(一般设50次),便自动停止迭代,显示“死循环”中止信息,以便查对。防止“死循环”最有效的方法是尽量减少循环M,消除交叉循环。在异步电动机四个循环中,以效率循环为例进行分析。原效率循环的目的是在定转子电阻、电抗参数基本确定后,通过假设效率,计算出定转子电流有功分量和无功分量,进而进行性能计算。其实从等效电路上看(图14),如
联立解式(143)、(144)、(M5)求得s、A和P,根据等效电路还可求出A。由以上求解过程可知,已知电动机的负载情况(即输出功率P2)就能根据联立方程求出s、A和/,然后直接求出该工作点的效率、功率因数等性能,不要再进行效率循环,且能方便地计算出额定负载和其它特定负载时的性能,改进和完善了现有的电磁计算程序,该方法简称为负载分析法。
2.三相笼型异步电动机分析程序框图
本程序以上海电器科学研究所编制的“中小型三相异步电动机电磁计算程序”为基础,采用近似等效电路(r型等效电路)进行参数计算和性能计算。主程序有输人框、输出框、磁路计算、参数计算、运行性能和起动性能计算组成,有心、/^、7和/6,四个迭代循环。此外,电磁计算中需要的表格和曲线经数学处理,编成子程序。框图如图141所示。输人数据:1)技术条件、主要性能指标;2)电机主要尺寸,
定转子冲片数据,绕组数据。
输出数据:
1)输入原始数据;
2)气隙磁密和定转子齿、轭部磁密;
3)定转子电流、电密度和热负荷;
4)定转子电阻、电抗参数;
5)各项损耗和性能指标计算值;
6)电机有效材料,铁、铜、
铝的重量和成本价格。
分析程序的改进:
(1)数学模型是建立软件算法程序的基础以上的分析程序来源于三相异步电动机r塑近似等效电路,为了提高电磁计算的精度,采用T型准确等效电路,与之相关的电路计算、性能计算公式也将进行调整。
(2) 转子斜槽度选择
在铸铝转子中普遍采用斜槽,其主要目的是削弱定转子的齿谐波磁场,从而降低由这些谐波磁场引起的谐波转矩、电磁噪声和附加损耗。斜槽度的大小是否合适,对斜槽效果影响非常显著。所谓斜槽度UA)是指从转于表面沿圆周方向,转子槽(导条)所斜长度6sk与定子齿距q的比值,即婊=^。表M9列出Y系列电机中,几组不同斜槽度电磁噪声实测数据对比。
表1-19不同斜樓度UA) | 电磁噪声对比 | ||||
规格 | 180L—6 | 280S—6 | |||
54/44 | 72/58 | ||||
斜槽度(4) | 1.0 | 1.23 | 1.0 | 1.24 | 1.33 |
电磁噪声/dB | 69.4 | 66.7 | 96.6 | 90.6 | 87.3 |