第七章 單相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能計(jì)算

1、1第七章 單相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能計(jì)算 起動(dòng)性能計(jì)算 不計(jì)磁路的飽和性，在起動(dòng)瞬間， 起動(dòng)時(shí)，主繞組等效電路如下所示1S 21S ()()f stb stRR()()f stb stxx( )( )( )m stm stm stZZZ()()()astasta stZZZ()11()()()()22a stm stm sta stm stZUUIZZZ()11()()()()22m sta stm sta sta stZUUIZZZ22()()11 ()()()22()()()mmm stm stmm stm stm stmmm stjxRjxZRjxRjxRj xx2 式中主繞組視在起動(dòng)電阻

2、 主繞組視在起動(dòng)漏抗為 式中， 不計(jì)磁路飽和時(shí)，主繞組視在起動(dòng)總阻抗為 主繞組起動(dòng)電流為 起動(dòng)電流相位角為( )( )m stx Tm stxC x()12m stmRmRRC R2()22()1()a stRma stKCRx()maa stxKx( )2 ( )a stm stmxxx22()()22()11()mTm sta stxma stRxxCRx22()()()m stm stm stZRx1()()m stm stUIZ()1()()m stm stm stxtgR ( )1 ( )2 ( )Tm stm stm stxxx3 飽和效應(yīng)及其對(duì)漏抗的影響 起動(dòng)電流大，導(dǎo)致漏磁路鐵

3、心部分出現(xiàn)飽和，引起定轉(zhuǎn)子漏抗減小，工程上采用近似的方法。 起動(dòng)電流初始假定值為 定轉(zhuǎn)子平均每槽磁勢(shì)為 式中 為主繞組線圈所占槽數(shù)。 由 產(chǎn)生的氣隙漏磁場(chǎng)虛構(gòu)磁通密度為 式中 為系數(shù)，近似等于1。 越大，漏磁路越飽和，漏抗減小的越多。槽漏抗的減小，通常是等效地看做定轉(zhuǎn)子槽口加寬來(lái)加以計(jì)算的。()()(1.1 1.2)m stm stII21()()20.707(1)mstm stdpmmmZQATIKa QQmQ()stAT()1.6stLcATBg120.642.5cgttcLB4 齒頂飽和引起齒頂寬度減小示意圖如下所示 定子齒頂寬的減小為 轉(zhuǎn)子齒頂寬的減小為 根據(jù)定轉(zhuǎn)子齒頂寬的減小，重新計(jì)

4、算 諧波漏抗 斜槽漏抗 端部漏抗不受飽和影響。10111101101()1ssZtbCCKtbtb1101()(1)sZCtbK2202()(1)sZCtbK1()sstx2()sstx1()1dstzdxK x2()2dstzdxK x( )sk stz skxK x5 起動(dòng)時(shí)主繞組定子漏抗為 轉(zhuǎn)子漏抗為 主繞組起動(dòng)漏抗為 主繞組視在起動(dòng)總漏抗為 主繞組視在起動(dòng)總阻抗為 主繞組起動(dòng)電流為 主繞組起動(dòng)電流的相位角為 副繞組視在起動(dòng)總電阻為 副繞組視在起動(dòng)總漏抗為 副繞組視在起動(dòng)總阻抗為 1 ( )1( )1( )1m sts std stexxxx2 ()2()2()2m stsstdstex

5、xxx()1 ()2()Tm stm stm stxxx( )( )m stx Tm stxC x22()()()m stm stm stZRx1()()m stm stUIZ( )1( )( )m stm stm stxtgR2( )12a staRmCRRa C RR22()()()a sta sta stZRx2( )( )a stm stCxa xx6 副繞組起動(dòng)電流為 副繞組起動(dòng)電流的相位角為 電流的相量圖如下所示 總起動(dòng)電流為 合成電磁功率為 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和額定轉(zhuǎn)矩分別為1()()a sta stUIZ2()()a stm stCxa xx()1()()a sta sta stxtgR

6、 ()()stm sta stIII()()()M stM stM stPPP()10.975MststPTn210.975(1)NPTs n7 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)為 電容器上電壓為 起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子電流頻率很高，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條會(huì)因擠流效應(yīng)而使轉(zhuǎn)子電阻增加，轉(zhuǎn)子槽漏抗減小。當(dāng)單相小功率異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子槽形小而淺時(shí)，擠流效應(yīng)不明顯。*ststNTTT()()()c sta stca stcUIZIx8擠流效應(yīng)及其對(duì)轉(zhuǎn)子參數(shù)的影響擠流效應(yīng)及其對(duì)轉(zhuǎn)子參數(shù)的影響 籠型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條為單根導(dǎo)體，在起動(dòng)時(shí)氣隙磁場(chǎng)相對(duì)轉(zhuǎn)子速度為同步速，轉(zhuǎn)子頻率與定子電源頻率相同，此時(shí)由于擠流效應(yīng)，使轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中的電流分布不均勻?？?/p>

7、近轉(zhuǎn)子槽口電流密度大，而槽底處電流密度小，如下圖所示。9 起動(dòng)時(shí)擠流效應(yīng)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子導(dǎo)條電流分布不均勻，將對(duì)轉(zhuǎn)子參數(shù)帶來(lái)如下影響：（1）改變轉(zhuǎn)子槽漏磁的分布，影響其槽漏抗的大??；（2）轉(zhuǎn)子導(dǎo)條通過(guò)電流的有效面積減小，使轉(zhuǎn)子電阻增加。 擠流效應(yīng)引起的轉(zhuǎn)子槽漏抗和電阻的變化系數(shù)（又稱擠流效應(yīng)系數(shù)）分別用Kx、Kr表示式中 正常運(yùn)行時(shí)不計(jì)擠流效應(yīng)的轉(zhuǎn)子槽漏抗和電阻； 起動(dòng)時(shí)考慮擠流效應(yīng)的轉(zhuǎn)子槽漏抗和電阻。 0 xxKx0RRKr00,Rx,Rx10 Kx、Kr與轉(zhuǎn)子槽形尺寸、轉(zhuǎn)子電流頻率及導(dǎo)條材料的電阻率有關(guān)。通常將擠流效應(yīng)引起槽漏抗和電阻的變化等效認(rèn)為導(dǎo)條高度的減小。 根據(jù)電磁波透入深度的理論，起動(dòng)時(shí)

8、考慮擠流效應(yīng)的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條相對(duì)高度為式中 轉(zhuǎn)子導(dǎo)條高度； 轉(zhuǎn)子導(dǎo)條寬度與槽寬之比，對(duì)于鑄鋁轉(zhuǎn)子， ； 導(dǎo)條電阻率；f 轉(zhuǎn)子電流頻率，起動(dòng)時(shí)即為定子頻率。 BRBBfbbh1987.0BhRBbb1RBbbB11 根據(jù) 并考慮不同槽形，由曲線所示擠流效應(yīng)系數(shù)Kx、Kr與的 關(guān)系曲線查得相應(yīng)的Kx、Kr。再由不考慮擠流效應(yīng)的正常運(yùn)行時(shí)導(dǎo)條電阻和槽漏抗可直接得到起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)子電阻和槽抗。所以起動(dòng)時(shí)，定轉(zhuǎn)子總電阻定轉(zhuǎn)子總漏抗起動(dòng)時(shí)總的漏阻抗 *22*)(2RBBBBrstRRlllllKR*)(2*1*ststRRR*)(2*)(1*stststxxX2*2*stststXRZ12單相電容起動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)

9、電容的決定13諧波磁場(chǎng)產(chǎn)生的附加轉(zhuǎn)矩及其對(duì)起動(dòng)性能的影響 單相異步電動(dòng)機(jī)中，磁勢(shì)和磁場(chǎng)在空間并不完全是正弦分布，除基波外還包含一系列諧波，它們各以不同的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向旋轉(zhuǎn)，并產(chǎn)生附加轉(zhuǎn)矩。 在正常工作時(shí)，附加轉(zhuǎn)矩很小，分析運(yùn)行性能時(shí)可忽略。但在起動(dòng)時(shí)，在某些轉(zhuǎn)速下，附加轉(zhuǎn)矩可能很大，從而影響電機(jī)起動(dòng)或產(chǎn)生很大的振動(dòng)，甚至使電機(jī)起動(dòng)不起來(lái)。異步附加轉(zhuǎn)矩 定子產(chǎn)生的各次諧波磁場(chǎng)與籠型轉(zhuǎn)子相互作用，在轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中感應(yīng)電勢(shì)而產(chǎn)生電流，此電流與該次諧波磁場(chǎng)作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，稱為異步附加轉(zhuǎn)矩。合成轉(zhuǎn)矩的最小值若低于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，則電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)就加速不上去，停滯在低速上運(yùn)行，電流大，有可能把電機(jī)燒壞。 削弱諧波磁勢(shì)的

10、方法：采用短距、分布繞組或正弦繞組。14 削弱齒諧波磁場(chǎng)的方法：采用轉(zhuǎn)子斜槽；適當(dāng)?shù)亩ㄞD(zhuǎn)子槽配合；采用半閉口槽，有時(shí)還采用閉口槽；增大氣隙。同步附加轉(zhuǎn)矩 定子的 次諧波磁場(chǎng)感應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)子的 次諧波，若轉(zhuǎn)子上的 次諧波同定子上的另一個(gè) 次諧波符合下面兩個(gè)條件，就要產(chǎn)生同步附加轉(zhuǎn)矩：n定、轉(zhuǎn)子諧波磁場(chǎng)的次數(shù)相同；n定、轉(zhuǎn)子諧波磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速相等。 同步轉(zhuǎn)矩的大小隨定、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)之間的相對(duì)位置而變化，即 當(dāng) 時(shí)，T為正，使起動(dòng)轉(zhuǎn)矩增大，而當(dāng) 時(shí)，T為負(fù)，妨礙電機(jī)起動(dòng)。所以當(dāng)定、轉(zhuǎn)子的相對(duì)位置變化時(shí)，定轉(zhuǎn)子諧波磁場(chǎng)之間的夾角變化，同步附加轉(zhuǎn)矩的大小和方向都變化，使得單相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)子位置而波動(dòng)。 aaabsinmT T0180180 36015 只要能避免定、轉(zhuǎn)子諧波有相同的極數(shù)，就可避免同步附加