第七章 单相异步电动机的起动性能计算

1、1第七章 单相异步电动机的起动性能计算 起动性能计算 不计磁路的饱和性，在起动瞬间， 起动时，主绕组等效电路如下所示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 式中主绕组视在起动电阻

2、 主绕组视在起动漏抗为 式中， 不计磁路饱和时，主绕组视在起动总阻抗为 主绕组起动电流为 起动电流相位角为( )( )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 饱和效应及其对漏抗的影响 起动电流大，导致漏磁路铁

3、心部分出现饱和，引起定转子漏抗减小，工程上采用近似的方法。 起动电流初始假定值为 定转子平均每槽磁势为 式中 为主绕组线圈所占槽数。 由 产生的气隙漏磁场虚构磁通密度为 式中 为系数，近似等于1。 越大，漏磁路越饱和，漏抗减小的越多。槽漏抗的减小，通常是等效地看做定转子槽口加宽来加以计算的。()()(1.1 1.2)m stm stII21()()20.707(1)mstm stdpmmmZQATIKa QQmQ()stAT()1.6stLcATBg120.642.5cgttcLB4 齿顶饱和引起齿顶宽度减小示意图如下所示 定子齿顶宽的减小为 转子齿顶宽的减小为 根据定转子齿顶宽的减小，重新计

4、算 谐波漏抗 斜槽漏抗 端部漏抗不受饱和影响。10111101101()1ssZtbCCKtbtb1101()(1)sZCtbK2202()(1)sZCtbK1()sstx2()sstx1()1dstzdxK x2()2dstzdxK x( )sk stz skxK x5 起动时主绕组定子漏抗为 转子漏抗为 主绕组起动漏抗为 主绕组视在起动总漏抗为 主绕组视在起动总阻抗为 主绕组起动电流为 主绕组起动电流的相位角为 副绕组视在起动总电阻为 副绕组视在起动总漏抗为 副绕组视在起动总阻抗为 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 副绕组起动电流为 副绕组起动电流的相位角为 电流的相量图如下所示 总起动电流为 合成电磁功率为 起动转矩和额定转矩分别为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 起动转矩倍数为 电容器上电压为 起动时，转子电流频率很高，转子导条会因挤流效应而使转子电阻增加，转子槽漏抗减小。当单相小功率异步电动机的转子槽形小而浅时，挤流效应不明显。*ststNTTT()()()c sta stca stcUIZIx8挤流效应及其对转子参数的影响挤流效应及其对转子参数的影响 笼型转子感应电动机，转子导条为单根导体，在起动时气隙磁场相对转子速度为同步速，转子频率与定子电源频率相同，此时由于挤流效应，使转子导条中的电流分布不均匀。靠

7、近转子槽口电流密度大，而槽底处电流密度小，如下图所示。9 起动时挤流效应导致转子导条电流分布不均匀，将对转子参数带来如下影响：（1）改变转子槽漏磁的分布，影响其槽漏抗的大小；（2）转子导条通过电流的有效面积减小，使转子电阻增加。 挤流效应引起的转子槽漏抗和电阻的变化系数（又称挤流效应系数）分别用Kx、Kr表示式中 正常运行时不计挤流效应的转子槽漏抗和电阻； 起动时考虑挤流效应的转子槽漏抗和电阻。 0 xxKx0RRKr00,Rx,Rx10 Kx、Kr与转子槽形尺寸、转子电流频率及导条材料的电阻率有关。通常将挤流效应引起槽漏抗和电阻的变化等效认为导条高度的减小。 根据电磁波透入深度的理论，起动时

8、考虑挤流效应的转子导条相对高度为式中 转子导条高度； 转子导条宽度与槽宽之比，对于铸铝转子， ； 导条电阻率；f 转子电流频率，起动时即为定子频率。 BRBBfbbh1987.0BhRBbb1RBbbB11 根据 并考虑不同槽形，由曲线所示挤流效应系数Kx、Kr与的 关系曲线查得相应的Kx、Kr。再由不考虑挤流效应的正常运行时导条电阻和槽漏抗可直接得到起动时的转子电阻和槽抗。所以起动时，定转子总电阻定转子总漏抗起动时总的漏阻抗 *22*)(2RBBBBrstRRlllllKR*)(2*1*ststRRR*)(2*)(1*stststxxX2*2*stststXRZ12单相电容起动异步电动机起动

9、电容的决定13谐波磁场产生的附加转矩及其对起动性能的影响 单相异步电动机中，磁势和磁场在空间并不完全是正弦分布，除基波外还包含一系列谐波，它们各以不同的转速和转向旋转，并产生附加转矩。 在正常工作时，附加转矩很小，分析运行性能时可忽略。但在起动时，在某些转速下，附加转矩可能很大，从而影响电机起动或产生很大的振动，甚至使电机起动不起来。异步附加转矩 定子产生的各次谐波磁场与笼型转子相互作用，在转子导条中感应电势而产生电流，此电流与该次谐波磁场作用产生电磁转矩，称为异步附加转矩。合成转矩的最小值若低于负载转矩，则电动机起动时就加速不上去，停滞在低速上运行，电流大，有可能把电机烧坏。 削弱谐波磁势的

10、方法：采用短距、分布绕组或正弦绕组。14 削弱齿谐波磁场的方法：采用转子斜槽；适当的定转子槽配合；采用半闭口槽，有时还采用闭口槽；增大气隙。同步附加转矩 定子的 次谐波磁场感应产生一个转子的 次谐波，若转子上的 次谐波同定子上的另一个 次谐波符合下面两个条件，就要产生同步附加转矩：n定、转子谐波磁场的次数相同；n定、转子谐波磁场的转速相等。 同步转矩的大小随定、转子磁场之间的相对位置而变化，即 当 时，T为正，使起动转矩增大，而当 时，T为负，妨碍电机起动。所以当定、转子的相对位置变化时，定转子谐波磁场之间的夹角变化，同步附加转矩的大小和方向都变化，使得单相异步电动机的起动转矩随转子位置而波动。 aaabsinmT T0180180 36015 只要能避免定、转子谐波有相同的极数，就可避免同步附加