張德孝

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轉(zhuǎn)子串電容的三相電動機機械特性探究與仿真

張德孝

（渤海船舶職業(yè)學(xué)院， 遼寧興城 125105）

在三相異步電動機的轉(zhuǎn)子繞組串接電容，能夠獲得非常理想的單值函數(shù)的起動機械特性。探究了當(dāng)轉(zhuǎn)子串電阻、降低電源電壓、降低電源頻率時的起動特性，并進行了MATLAB仿真。

三相異步電動機 機械特性 電容 MATLAB仿真

0 引言

三相異步電動機機械特性=()起動初始段為多值函數(shù)，這一缺點可以通過在其轉(zhuǎn)子導(dǎo)條或繞組中串聯(lián)電容的方式進行校正，從而得到接近恒轉(zhuǎn)矩且較軟的機械特性，其起動轉(zhuǎn)矩巨大且適合于重載起動。在此前提下，探究三相異步電動機在轉(zhuǎn)子串電阻、降低電源電壓、降低電源頻率時的起動特性并進行MATLAB仿真，意義重大，能夠使其應(yīng)用場合更加寬廣。在轉(zhuǎn)子回路串接校正電容后的三相異步電動機，以下簡稱為“電容轉(zhuǎn)子三相異步電動機”。

1 電容轉(zhuǎn)子三相異步電動機的電路模型與仿真特性

電容轉(zhuǎn)子三相異步電動機的電路模型如圖1所示。

由圖1可以得出其機械特性為

對上述機械特性進行MATLAB仿真，得出校正后的機械特性如圖2所示，可以得出：傳統(tǒng)三相異步電動機機械特性的缺點能夠得以徹底校正。

在進行機械特性仿真試驗時，可以選電容C的不同數(shù)值來反復(fù)進行校驗，直到機械特性校正到如圖2所示的單值函數(shù)理想狀態(tài)為止。

圖2 電容轉(zhuǎn)子三相異步電動機機械特性

2 電容轉(zhuǎn)子三相異步電動機串電阻時的機械特性

電容轉(zhuǎn)子三相異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻時的機械特性如圖3所示。其MATLAB仿真程序如下：

clc

clear

uN=380;f1=50;r1=1.39;r2=1.22;x1=2.41;x2=4.2;p=2;m1=3;n2=1460;c=0.001226; % 電動機參數(shù)。

n0=60*f1/p; %同步轉(zhuǎn)速

w=2*pi*f1/p; %系數(shù)

x4=68/2*pi*f1*c; %折算到定子側(cè)的容抗

for i=1:4

if i==1

r2=1.2;

elseif i==2

r2=2.4;

elseif i==3

r2=3.6;

elseif i==4

r2=4.8;

end

for n=0:n0

s=(n0-n)/n0;

z=(r1+r2/s)^2+(x1+x2-x4)^2; %折算到定子側(cè)的總阻抗；

t=m1*uN^2*r2/s/w/z; %電動機機械特性；

plot(t,n,'-')

hold on

end

end

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

title('n=f(T)')

grid on

axis([0 650 0 1650])

gtext('r1');gtext('r2');gtext('r3');gtext('r4');gtext('r1

圖3 電容轉(zhuǎn)子三相異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻時的機械特性

特點：起動轉(zhuǎn)矩較大，起動迅速且比較平穩(wěn)，適合起重機類負(fù)載。

3 電容轉(zhuǎn)子三相異步電動機電源電壓降低時的機械特性

電容轉(zhuǎn)子三相異步電動機電源電壓降低時的機械特性如圖4所示。其MATLAB仿真程序如下：

clc

clear

f1=50;r1=1.39;r2=1.22;x1=2.41;x2=4.2;p=2;m1=3;n2=1460;c=0.001226; % 電動機參數(shù)；

n0=60*f1/p; %同步轉(zhuǎn)速；

w=2*pi*f1/p; %系數(shù)；

x4=68/2*pi*f1*c; %折算到定子側(cè)的容抗；

for i=1:4

if i==1

u1=95;

elseif i==2

u1=190;

elseif i==3

u1=285;

elseif i==4

u1=380;

end

for n=0:n0

s=(n0-n)/n0;

z=(r1+r2/s)^2+(x1+x2-x4)^2; %折算到定子側(cè)的總阻抗；

t=m1*u1^2*r2/s/w/z; %電動機機械特性；

plot(t,n,'-')

hold on

end

end

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

title('n=f(T)')

grid on

axis([0 650 0 1650])

gtext('u1');gtext('u2');gtext('u3');gtext('u4');gtext('u1

圖4 電容轉(zhuǎn)子三相異步電動機電源電壓降低時的機械特性

特點：起動轉(zhuǎn)矩隨電壓下降而顯著降低，具有近似恒轉(zhuǎn)矩起動特性，適合風(fēng)機類負(fù)載。

4 電容轉(zhuǎn)子三相異步電動機降低電源頻率時的機械特性

電容轉(zhuǎn)子三相異步電動機降低電源頻率時的機械特性如圖5所示。其MATLAB仿真程序如下：

clc

clear

uN=380;r1=1.39;r2=1.22;x1=2.41;x2=4.2;p=2;m1=3;n2=1460;c=0.001226; % 電動機參數(shù)。

for i=1:4

if i==1

f1=12.5;

elseif i==2

f1=25;

elseif i==3

f1=37.5;

elseif i==4

f1=50;

end

n0=60*f1/p; %同步轉(zhuǎn)速；

w=2*pi*f1/p; %系數(shù)；

x4=68/2*pi*f1*c; %折算到定子側(cè)的容抗；

for n=0:n0

s=(n0-n)/n0;

z=(r1+r2/s)^2+(x1+x2-x4)^2; %折算到定子側(cè)的總阻抗；

t=m1*uN^2*r2/s/w/z; %電動機機械特性；

plot(t,n,'-')

hold on

end

end

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

title('n=f(T)')

grid on

axis([0 650 0 1650])

gtext('f1');gtext('f2');gtext('f3');gtext('f4');gtext('f1

圖5 電容轉(zhuǎn)子三相異步電動機降低電源頻率時的機械特性

特點：頻率較低時起動最大轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)峰值，起動時過載能力強卻會出現(xiàn)機械沖擊，適合恒轉(zhuǎn)矩類負(fù)載。

5 結(jié)論

通過電容轉(zhuǎn)子三相異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻、降低電源電壓、降低電源頻率三種情況的機械特性探究與仿真，可以得出結(jié)論：通過電容轉(zhuǎn)子三相異步電動機的起動特性和調(diào)速特性總體上要明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的非電容轉(zhuǎn)子三相異步電動機。

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

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

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

Zhang Dexiao

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

TP306

A

1003-4862（2017）12-0069-04

2017-09-15

張德孝（1964-），男，副教授。研究方向：電機工程。E-mail: hldzdx@163.com