三相异步电机机械特性的串联电容校正策略

2017-10-14张德孝

船电技术 2017年5期

张德孝

三相异步电机机械特性的串联电容校正策略

张德孝

（渤海船舶职业学院，辽宁兴城 125105）

三相异步电动机因其机械特性为多值函数这一缺陷，限制了其在波动负载及大负载起动工作场合的应用。本文采用在转子回路串接电容的校正策略，能够对三相异步电动机机械特性的多值函数缺陷段进行完全校正，从而使得三相异步电动机的电力拖动指标得以颠覆式提升。

三相异步电动机机械特性多值函数起动转矩

0 引言

三相异步电动机因结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜，得到了广泛的应用。但同时又具有致命的缺陷：由于三相异步电动机的机械特性=()的起动初始段为多值函数，便会出现负载转矩↑→转速↓→电磁转矩↓→转速↓→直至电动机堵转而烧毁；起动电流很大而起动转矩较小，难以带负载起动。

本文旨在通过对三相异步电动机的主要电气参数进行颠覆性改变，从而对三相异步电动机机械特性的缺陷进行彻底校正，从而达到近乎理想的工作状态：1）起动段具有接近恒转矩较软的机械特性，起动转矩巨大且适合于重载起动。2）运行段具有接近直流电动机的机械特性。3）将机械特性校正成单值函数，从而避免因负载波动堵转而烧毁绕组。

采用此校正策略和方案，将会使三相异步电动机的电力拖动能力得以巨大提升，应用前景广阔。

1 三相异步电动机的机械特性与仿真

1.1 三相异步电动机的电路模型与机械特性

三相异步电动机的电路模型如图1所示。

图1 三相异步电动机的电路模型

依图1得出三相异步电动机的机械特性为

式中：1-定子相电压；1-定子电压频率；1-定子电源相数；-定子绕组磁极对数；-转差率；1-定子绕组相电阻；-定子绕组相漏感抗；-折算到定子侧的转子相电阻；-折算到定子侧的转子相漏感抗；-定子绕组相励磁电流；m-定子绕组相励磁电阻；m-定子绕组相励磁感抗；N-转子额定转速。

1.2 三相异步电动机机械特性的MATLAB仿真

将式1中的物理量替换为MATLAB编程语言符号格式：1-、1-、1-、-、-、-、N-，并设定物理量参数。用MATLAB进行编程，应用程序如下：

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('转矩[N,m]]');ylabel('转速[r/min]');

title('机械特性')

grid on

axis([0 180 0 1600])

运行应用程序，得出三相异步电动机机械特性的仿真曲线如图2所示，且仿真曲线上的AB段即是其致命缺陷段，三相异步电动机的诸多缺点均源于此。由图2可以得出：起动转矩st1≈62 N·m，最大转矩m1≈165 N·m。

2 校正后三相异步电动机的机械特性与MATLAB仿真

2.1 校正后三相异步电机的电路模型与机械特性

图2 三相异步电动机机械特性的仿真曲线

校正策略：在典型三相异步电动机的转子导条或转子绕组中串联电容。

校正后三相异步电动机的电路模型如图3所示。

图3 校正后三相异步电动机的电路模型

依图3得出校正后三相异步电动机的机械特性为

2.2 校正后三相异步电动机机械特性的MATLAB仿真

clc

clear

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

=60*/; % 额定电压=380 V；电源频率=50 Hz；定子绕组电阻=1.375Ω；转子绕组电阻=1.2Ω；定子绕组感抗=2.43Ω；转子绕组感抗=4.4Ω；极对数=2；相数=3；转子转速=1458 r/min；定子绕组串联电容=0.00125 F；同步转速表达式=60*/

=2**/; % 角频率设为

=70/2***; % 设容抗折算系数＝电压比*电流比＝70

for=0:; % 转速变化范围

=(-)/; % 转差率计算

=(+/)^2+(+x2-)^2; % 单相等效总阻抗简化计算

=*^2*///; % 电磁转矩

plot(,,'-')

hold on

end

xlabel('转矩[N,m]]');ylabel('转速[r/min]');

title('机械特性')

grid on

axis([0 600 0 1600])

运行应用程序，得出校正后三相异步电动机机械特性的仿真曲线如图4所示，可以看出：普通三相异步电动机机械特性的致命缺陷得以完全校正，使得三相异步电动机的诸多缺点得以彻底克服。由图4可以得出：st2＝m2≈500 N·m，校正后的起动转矩近似为原来的8倍。在具体进行仿真时，电容的数值可以选不同的数值进行校正试验，直至机械特性校正到如图4所示的最佳状态为止。