程小華

(華南理工大學(xué)電力學(xué)院,廣東廣州 510640)

0 引言

本文把“異步電動機”簡稱為“異步機”,把“電磁轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)差率特性”簡稱為“矩差特性”,把“功率因數(shù)”簡稱為“功因”。

異步機的矩差特性是一個非常重要的特性,電機學(xué)文獻(xiàn)[1～13]對之都有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼撌?。然?事情總有另一面。嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牧硪幻?就是太抽象,不直觀,也可以說太數(shù)學(xué)化,不能直視物理本質(zhì)。因此,本文試圖從直觀的角度,亦即物理的角度,來看待異步機的矩差特性,以彌補抽象之不足。

本文先提出異步機的兩個新的等值電路—兩并電路和兩串電路;然后,就這兩個電路分別探討異步機矩差特性的變化規(guī)律;最后,給出異步機矩差特性的直觀描述。

本文僅討論一般的籠式異步機。

1 異步機兩個新的等值電路—兩并電路和兩串電路

異步機兩個新的等值電路——兩并電路和兩串電路,如圖1所示。

圖1 異步機兩個新的等值電路—兩并電路和兩串電路

2 轉(zhuǎn)子高阻階段的各種特征

2.1 高阻階段的轉(zhuǎn)子功因

參見兩并電路,s∈(0,sN],由于s很小,所以有

(1)

2.2 高阻階段的轉(zhuǎn)子有功電流

參見兩并電路,有轉(zhuǎn)子有功電流(腳標(biāo)a代表active,有功的意思)

(2)

(3)

2.3 高阻階段的電磁轉(zhuǎn)矩

由電磁轉(zhuǎn)矩的物理表達(dá)式Tem=CTΦmI2a可知,電磁轉(zhuǎn)矩的變化規(guī)律與轉(zhuǎn)子有功電流的變化規(guī)律相同,即,與轉(zhuǎn)差率成正比。

3 轉(zhuǎn)子低阻階段的各種特征

3.1 低阻階段的轉(zhuǎn)子功因

(4)

由式(5)可知,cosψ2隨s的增大而單調(diào)減小,而且,由于sN很小,在區(qū)間[sN,1]的左端,cosψ2很大,約等于1,在區(qū)間[sN,1]的右端,cosψ2很小。

按文獻(xiàn)[2]第229頁給出的數(shù)據(jù)計算,有

可見,當(dāng)s在區(qū)間[sN,1]內(nèi)從左到右時,cosψ2從近似為1單調(diào)減小到0.2左右。

3.2 低阻階段的轉(zhuǎn)子有功電流

在區(qū)間[sN,1]靠近左端的部分,s仍然很小,cosψ2和I2a仍然延續(xù)高阻階段的特征,即cosψ2約等于1,I2a與s成正比。

在區(qū)間[sN,1]靠近右端的部分,s已經(jīng)很大,cosψ2已經(jīng)變得很小,I2a也變得很小。

這就說明,當(dāng)s在區(qū)間[sN,1]內(nèi)從左到右時,I2a的變化規(guī)律是先增后減,中間某點達(dá)到最大值。

3.3 低阻階段的電磁轉(zhuǎn)矩

由電磁轉(zhuǎn)矩的物理表達(dá)式Tem=CTΦmI2a可知,電磁轉(zhuǎn)矩的變化規(guī)律與轉(zhuǎn)子有功電流的變化規(guī)律相同,即,當(dāng)s在區(qū)間[sN,1]內(nèi)從左到右時,Tem先增后減,中間某點達(dá)到最大值。

4 異步機矩差特性的直觀理解

4.1 總的變化規(guī)律

綜前可知,矩差特性中s從0到1的整個過程,可以分為兩個階段:高阻階段和低阻階段。高阻階段的變化規(guī)律是:線性急升;低阻階段的變化規(guī)律是:上坡下坡,中有坡峰。

綜合前面的討論,可以畫出異步機矩差特性如圖2所示。

圖2 異步機矩差特性的分段直描

4.2 對異步機矩差特性坡峰的直觀理解

第一步,改畫兩串電路。

圖3 異步機兩串電路之改畫

由Tem=CTΦmI2a即知Tmax、I2a·max兩者等價。

(5)

4.3 對異步機起動轉(zhuǎn)矩很低的直觀理解

在靠近起動的低阻階段,由于轉(zhuǎn)子功因很小,雖然轉(zhuǎn)子電流很大,低阻階段越靠近右端,電磁轉(zhuǎn)矩越小。所以,異步機的起動轉(zhuǎn)矩很低。

5 結(jié)語

本文描述了對異步機矩差特性Tem-s的直觀理解,簡言之就是,利用電磁轉(zhuǎn)矩的物理表達(dá)式Tem=CTΦmI2a,把Tem-s特性等價為I2a-s特性,然后,直觀理解I2a-s的變化規(guī)律。具體而言,有如下五點。

(1)按s把矩差特性分為兩段:0到sN的轉(zhuǎn)子高阻階段,sN到1的轉(zhuǎn)子低阻階段。

(5)在靠近起動的低阻階段,由于轉(zhuǎn)子功因很小,雖然轉(zhuǎn)子電流很大,低阻階段越靠近右端,電磁轉(zhuǎn)矩越小。

上述直觀理解,主要基于如下四個要點。

(1)關(guān)于整體變化規(guī)律:抓大放小,分段簡化,把電路的T接化為簡單的并聯(lián)或者串聯(lián),從而應(yīng)用歐姆定律、功因定義等,直接看出Tem變化規(guī)律。