关于THYROMAT定子调压调速装置电机转子电阻计算的探讨作者姓名：王成杰作者单位：大连美恒电气有限公司摘要：电机的调压调速控制，尤其在冶金行业中，已得到广泛应用。
由于调压调速原理决定电机转子必须串入转子电阻器，所以在实际设计中，计算电机转子电阻值、选择电阻器是必须的。
笔者针对美恒公司THYROMAT调压调速装置的特点，实现电机转子电阻值的计算与电阻器的选取。
关键词：定子调压转子电阻电阻器计算THYROMAT引言：美恒公司的THYROMAT定子调压调速装置在冶金行业的起重机上得到广泛应用，在实际应用中常常需要计算电机的转子电阻值。
本文旨在探讨如何计算电机转子电阻值及选取相应电阻器。
一. THYROMAT调压调速系统电机转子回路图1，转子回路图注：KM41，KM42动作信号由THYROMAT装置输出。
二. 理想模型的建立建立一个理想模型。
近似把电机曲线稳定区域看成直线，以下讨论都建立在这个理想模型上。
电机100%额定电压输入，负载为额定负载。
满足THYROMAT 装置起动曲线③50%速度能够达到，当速度达到50%、75%时能够顺利切电阻KM41、KM42，起动力矩满足2倍额定转矩。
画出对应曲线如图2中①②③④所示。
起升机构电机工作状态描述如下：上升状态：在Q 点起动，起动力矩Tq ，工作曲线为③，此时已切除4R （KM40）。
当THYROMAT 接收到1，2，3档上升指令时，通过调节电压，曲线在③⑧之间变化，由于电压为100%，故能够满足50%以下速度调速范围。
当接收到4档上升指令时，THYROMAT 输出全电压先运行于a 点，此时速度50%，需切3R （KM41），电机运行曲线变为曲线②，切换到b 点，运行到c 点时速度达到75%，需切2R （KM42），电机运行曲线变为曲线①，切换到d 点，稳定运行于e 点。
由图三角形相似可得出N T Tq 2=，其中，N T 为额定负载力矩，Tq 为起动力矩。
图2，电机正向曲线图下降状态：当THYROMAT 接收到1，2，3档下降指令时，电阻4R 串入转子回路中，曲线变为④，此时的起动力矩变为1T ，（如图2所示）通过降低电压，满足-50%以下速度调速范围。
当接收到4档下降指令时，THYROMAT 输出全电压，并投入反向接触器，当50%，75%速度切完电阻后，电机运行曲线为曲线①，（如图3所示）电机超同步转速D 点，稳定运行于A 点。
图3，电机反向曲线图三. 考虑实际工况实际运行环境比理想情况要严峻的多，考虑电机85%额定电压输入，负载仍为额定负载。
在这种情况下，仍能满足THYROMAT 装置起动曲线50%速度能够达到，当速度达到50%，75%时能够顺利切电阻，起动力矩满足2倍额定转矩。
如图2所示，当曲线⑦电压降到85%时，曲线变为曲线③；当曲线⑥电压降到85%时，曲线变为曲线②；当曲线⑤电压降到85%时，曲线变为曲线①。
由力矩与电压的平方成正比，可知，22285.0/285.0/N q T T T ==由图中三角形相似可得36.02/85.0/227≈==T T S N N同样的方法可得18.04/85.026≈=N S09.08/85.025≈=N SN S 7表示曲线⑦额定转差率N S 6表示曲线⑥额定转差率N S 5表示曲线⑤额定转差率同样的方法还可求出：f 点力矩为N T 38.1。
这说明如果选用曲线⑦做为起动曲线，当电压85%时，仍有N T 2的起动力矩，速度也能达到50%；当电压100%时，可过载1.38倍，速度仍能达到50%。
同样的方法还可求出：e 点转差率为0.125。
当下降运行，转子回路需串入电阻4R 。
考虑下述情况，电压100%时，起动力矩保证1.5倍，即N T T 5.11=；电压85%时，起动力矩保证1.1倍，即N T T 1.11=；方法同上，计算出65.04≈N S故起升机构K 值分别为09.01=K ;18.02=K ;36.03=K ;65.04=K 。
平移机构起动的时候，THYROMAT 输出起动电压为70%额定电压，在此情况下考虑到仍有1.5倍的额定力矩起动。
工作曲线为曲线①，如图4所示。
根据力矩与电压的平方成正比，可得到100%电压曲线②，曲线②与横轴交点为 1.37.0/5.121==T根据三角形相似可得e 点转差率为：3.01.3/1/1≈==T T S N e故平移机构3.0=T K 。
图4，平移电机曲线图平移机构电机工作状态描述如下：在平移机构中，满载稳定运行时的静功率，比电机额定功率小得多。
那么为什么平移机构电机的额定功率选得那么大呢？主要是考虑，在起动时必须克服惯性载荷，所以需要加速力矩很大。
电机在选择容量时，除了考虑稳定运行的静功率外，还要考虑克服惯性载荷所需的加速功率。
一般情况，稳定运行时的静功率是电机额定功率的一半左右。
这里我们取稳定运行时N J P P 5.0=。
起动时，THYROMAT 输出70%额定电压，此时工作曲线为曲线①，如图4所示。
起动力矩为1.5倍额定力矩。
完成起动后，负载力矩变为N T 5.0，当THYROMAT 装置接收到1，2，3档指令时，装置通过降低输出电压，使稳定点分别位于a ，b ，c 点，速度分别为10%，20%，30%电机同步转速。
当装置接收到4档指令时，装置输出全电压，此时曲线为②，稳定运行d 点。
平移机构电机满载全速为电机同步转速90%左右(转差率约为0.167)。
如果现场对全速要求极为严格，则应考虑增加一个转子接触器，以提高4档时的速度。
四. 电阻阻值的计算计算方法简单叙述如下：第一步：计算100R ，即电机给出100%力矩起动时的转子电阻公式：N N I U R 221003/α=其中： J N P P /=α 机构效率 N U 2 转子开路电压N I 2 转子额定电流 N P 额定功率 J P 实际功率第二步：计算各段电阻值（如图1）起升机构：110011R R K R TOT ==2110022R R R K R TOT +==32110033R R R R K R TOT ++==432110044R R R R R K R TOT +++==其中09.01=K ;18.02=K ;36.03=K ;65.04=K 。
平移机构：11001R R K R T TOT ==其中3.0=T K ,1=α。
五. 电阻载流量的计算电机在额定负载下的转子电流的计算可以从输出转矩与转子电流关系中得出。
s r I n m n s r I m P T m /55.960/2/22202022210=′′=Ω=π 其中：T 电磁转矩 m P 机械转矩 0Ω旋转角速度 2r ′电机转子折算电阻1m 定子相数 0n 电机同步转速 s 转差率 2I ′ 电机转子折算电流 2m 转子相数 2I 电机转子电流 2r 电机转子电阻电机在额定负载下运行，负载转矩恒定，有：()()x N xN x x N xN x N N N N s s s R I s s R s R I R I s s R I /100210010021002210022+=+== 推倒可得： ()N xN x N x s s s I I +=/2其中： N s 电机固有额定转差率x I x 档时电机转子电流N I 2 电机转子额定电流 xN s x 档时电机额定转差率 x s x 档时电机稳定运行时转差率 100R 100%力矩起动时的转子电阻求起升机构额定负载下各档转子电流如下：（取05.0=N s ）上升档时，1=x ，()()N N N N N I I s s s I I 22112148.105.036.0/9.0/=+=+=2=x ，()()N N N N N I I s s s I I 22222240.105.036.0/8.0/=+=+=3=x ，()()N N N N N I I s s s I I 22332331.105.036.0/7.0/=+=+=4=x ，()()N N N N N I I s s s I I 22442495.005.009.0/125.0/=+=+=下降档时，1−=x ， ()()N N N N N I I s s s I I 22112125.105.065.0/1.1/=+=+=−−−2−=x ， ()()N N N N N I I s s s I I 22222231.105.065.0/2.1/=+=+=−−−3−=x ， ()()N N N N N I I s s s I I 22332336.105.065.0/3.1/=+=+=−−−4−=x ， ()()N N N N N I I s s s I I 22442495.005.009.0/125.0/=+−=+=−−−求平移机构0.5倍额定负载下各档转子电流如下：(一般情况，稳定运行时的静功率是电机额定功率的一半左右。
这里我们取稳定运行时N J P P 5.0=，取05.0=N s 。
)1=x ，()()N N N N N I I s s s I I 22112113.105.03.0/9.0*5.0/5.0=+=+=2=x ，()()N N N N N I I s s s I I 22222207.105.03.0/8.0*5.0/5.0=+=+=3=x ， ()()N N N N N I I s s s I I 22332300.105.03.0/7.0*5.0/5.0=+=+=4=x ， ()()N N N N N I I s s s I I 22442449.005.03.0/167.0*5.0/5.0=+=+=从上述数据可以看出，在调压低速档运行时，转子电流是大于额定转子电流的，故实际情况中，电机不能长期运行在低速档，否则会使电机发热严重，烧损电机。
升1档 升2档 升3档 升4档 降1档 降2档 降3档 降4档 在工程中，接电持续率100%电阻载流量(A)R1 N I 248.1 N I 240.1 N I 231.1 N I 295.0 N I 225.1 N I 231.1 N I 236.1 N I 295.0 N I 210.1 R2 N I 248.1 N I 240.1 N I 231.1- N I 225.1 N I 231.1 N I 236.1 - N I 200.1 R3 N I 248.1 N I 240.1 N I 231.1- N I 225.1 N I 231.1 N I 236.1 - N I 200.1 R4 - - - - N I 225.1 N I 231.1 N I 236.1 - N I 250.0表1：起升机构各段电阻在各档位时，所承受的电流表。