三相異步電機(jī)機(jī)械特性的串聯(lián)電容校正策略

張德孝

三相異步電機(jī)機(jī)械特性的串聯(lián)電容校正策略

張德孝

（渤海船舶職業(yè)學(xué)院，遼寧興城 125105）

三相異步電動機(jī)因其機(jī)械特性為多值函數(shù)這一缺陷，限制了其在波動負(fù)載及大負(fù)載起動工作場合的應(yīng)用。本文采用在轉(zhuǎn)子回路串接電容的校正策略，能夠?qū)θ喈惒诫妱訖C(jī)機(jī)械特性的多值函數(shù)缺陷段進(jìn)行完全校正，從而使得三相異步電動機(jī)的電力拖動指標(biāo)得以顛覆式提升。

三相異步電動機(jī) 機(jī)械特性 多值函數(shù) 起動轉(zhuǎn)矩

0 引言

三相異步電動機(jī)因結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、重量輕、價格便宜，得到了廣泛的應(yīng)用。但同時又具有致命的缺陷：由于三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性=()的起動初始段為多值函數(shù)，便會出現(xiàn)負(fù)載轉(zhuǎn)矩↑→轉(zhuǎn)速↓→電磁轉(zhuǎn)矩↓→轉(zhuǎn)速↓→直至電動機(jī)堵轉(zhuǎn)而燒毀；起動電流很大而起動轉(zhuǎn)矩較小，難以帶負(fù)載起動。

本文旨在通過對三相異步電動機(jī)的主要電氣參數(shù)進(jìn)行顛覆性改變，從而對三相異步電動機(jī)機(jī)械特性的缺陷進(jìn)行徹底校正，從而達(dá)到近乎理想的工作狀態(tài)：1）起動段具有接近恒轉(zhuǎn)矩較軟的機(jī)械特性，起動轉(zhuǎn)矩巨大且適合于重載起動。2）運(yùn)行段具有接近直流電動機(jī)的機(jī)械特性。3）將機(jī)械特性校正成單值函數(shù)，從而避免因負(fù)載波動堵轉(zhuǎn)而燒毀繞組。

采用此校正策略和方案，將會使三相異步電動機(jī)的電力拖動能力得以巨大提升，應(yīng)用前景廣闊。

1 三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性與仿真

1.1 三相異步電動機(jī)的電路模型與機(jī)械特性

三相異步電動機(jī)的電路模型如圖1所示。

圖1 三相異步電動機(jī)的電路模型

依圖1得出三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性為

式中：1-定子相電壓；1-定子電壓頻率；1-定子電源相數(shù)；-定子繞組磁極對數(shù)；-轉(zhuǎn)差率；1-定子繞組相電阻；-定子繞組相漏感抗；-折算到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子相電阻；-折算到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子相漏感抗；-定子繞組相勵磁電流；m-定子繞組相勵磁電阻；m-定子繞組相勵磁感抗；N-轉(zhuǎn)子額定轉(zhuǎn)速。

1.2 三相異步電動機(jī)機(jī)械特性的MATLAB仿真

將式1中的物理量替換為MATLAB編程語言符號格式：1-、1-、1-、-、-、-、N-，并設(shè)定物理量參數(shù)。用MATLAB進(jìn)行編程，應(yīng)用程序如下：

clc

clear

=380;=50;=1.375;=1.2;=2.43;=4.4;=2;=3;=1458;

=60*/;

=2**/;

for=0:;

=(-)/;

=(+/)^2+(+)^2;

=*^2*///;

plot(,,'-')

hold on

end

xlabel('轉(zhuǎn)矩[N,m]]');ylabel('轉(zhuǎn)速[r/min]');

title('機(jī)械特性')

grid on

axis([0 180 0 1600])

運(yùn)行應(yīng)用程序，得出三相異步電動機(jī)機(jī)械特性的仿真曲線如圖2所示，且仿真曲線上的AB段即是其致命缺陷段，三相異步電動機(jī)的諸多缺點(diǎn)均源于此。由圖2可以得出：起動轉(zhuǎn)矩st1≈62 N·m，最大轉(zhuǎn)矩m1≈165 N·m。

2 校正后三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性與MATLAB仿真

2.1 校正后三相異步電機(jī)的電路模型與機(jī)械特性

圖2 三相異步電動機(jī)機(jī)械特性的仿真曲線

校正策略：在典型三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條或轉(zhuǎn)子繞組中串聯(lián)電容。

校正后三相異步電動機(jī)的電路模型如圖3所示。

圖3 校正后三相異步電動機(jī)的電路模型

依圖3得出校正后三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性為

2.2 校正后三相異步電動機(jī)機(jī)械特性的MATLAB仿真

clc

clear

=380;=50;=1.375;=1.2;=2.43;=4.4;=2;=3;=1458;=0.00125;

=60*/; % 額定電壓=380 V；電源頻率=50 Hz；定子繞組電阻=1.375Ω；轉(zhuǎn)子繞組電阻=1.2Ω；定子繞組感抗=2.43Ω；轉(zhuǎn)子繞組感抗=4.4Ω；極對數(shù)=2；相數(shù)=3；轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速=1458 r/min；定子繞組串聯(lián)電容=0.00125 F；同步轉(zhuǎn)速表達(dá)式=60*/

=2**/; % 角頻率設(shè)為

=70/2***; % 設(shè)容抗折算系數(shù)＝電壓比*電流比＝70

for=0:; % 轉(zhuǎn)速變化范圍

=(-)/; % 轉(zhuǎn)差率計算

=(+/)^2+(+x2-)^2; % 單相等效總阻抗簡化計算

=*^2*///; % 電磁轉(zhuǎn)矩

plot(,,'-')

hold on

end

xlabel('轉(zhuǎn)矩[N,m]]');ylabel('轉(zhuǎn)速[r/min]');

title('機(jī)械特性')

grid on

axis([0 600 0 1600])

運(yùn)行應(yīng)用程序，得出校正后三相異步電動機(jī)機(jī)械特性的仿真曲線如圖4所示，可以看出：普通三相異步電動機(jī)機(jī)械特性的致命缺陷得以完全校正，使得三相異步電動機(jī)的諸多缺點(diǎn)得以徹底克服。由圖4可以得出：st2＝m2≈500 N·m，校正后的起動轉(zhuǎn)矩近似為原來的8倍。在具體進(jìn)行仿真時，電容的數(shù)值可以選不同的數(shù)值進(jìn)行校正試驗，直至機(jī)械特性校正到如圖4所示的最佳狀態(tài)為止。

圖4 校正后三相異步電動機(jī)機(jī)械特性的仿真曲線

3 結(jié)論

通過在三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組中串聯(lián)設(shè)定參數(shù)的電容，能夠?qū)θ喈惒诫妱訖C(jī)機(jī)械特性的多值函數(shù)缺陷段進(jìn)行完全校正，機(jī)械特性趨于完美，校正后三相異步電動機(jī)具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1）起動轉(zhuǎn)矩巨大且適合于重載起動；2）起動初始段具有恒轉(zhuǎn)矩的起動特性；3）額定運(yùn)行段具有較硬的機(jī)械特性；4）能夠避免因負(fù)載波動堵轉(zhuǎn)而燒毀電動機(jī)繞組；5）會使三相異步電動機(jī)的電力拖動能力提以巨大提升，應(yīng)用前景廣闊，經(jīng)濟(jì)價值巨大。

[1] 黃群. 電容轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)[J]. 電氣時代, 2006, (3):84-87.

[2] 朱春鴦, 周政新. 三相異步電動機(jī)調(diào)速機(jī)械特性仿真分析[J]. 上海第二工業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2012, (4):288-295.

[3] 洪乃剛. 電力電子、電機(jī)控制系統(tǒng)的建模和仿真[M].機(jī)械工業(yè)出版社, 2010:127-130.

[4] 范影樂. Matlab仿真應(yīng)用詳解(第2版)[M]. 人民郵電出版社, 2002.

Series Capacitor Correction Strategy of Mechanical Properties for Three-Phase Asynchronous Motor

Zhang Dexiao

(Bohai Shipbuilding Vocational College, Xingcheng 125105, Liaoning, China)

TP306

A

1003-4862（2017）05-0024-03

2016-10-15

張德孝（1964-），男，副教授。研究方向：電機(jī)工程。