異步電機起動過程中的磁路飽和效應對漏電抗的影響

河北電機股份有限公司 楊秀軍 李亞春

1.引言

在電機理論中，漏磁路一般認為是不飽和的，但當存在半閉口槽或閉口槽時漏磁路飽和不能忽略，由于各部分磁路飽和程度不同，將引起電機參數非線性變化[1]，在工程的仿真及計算中，一般是在認為電機的各阻抗參數是不變的前提下進行的，在穩態的運行情況下，這種處理是可行的。但是在電機起動過程中，由于漏電抗受磁路飽和效應的影響而發生顯著變化，進而影響起動性能。本文在考慮電機磁路飽和基礎上，分析其對漏電抗的影響。

2.飽和效應對定轉子漏電抗影響的理論分析

異步電機主磁通和漏磁通均有各自不同的閉合磁路，但在某些磁路段中兩者有相同的路徑。在計算電機起動情況時，氣隙主磁通在漏磁路的飽和作用可以忽略，原因如下[2]：

1）主磁通密度在起動和制動的情況下只有滿載情況下的50%-60%。

2）從時間相量圖來看，主磁通密度的峰值發生在偏離最大電流的相帶軸45電角度。

由于激磁電抗Xm一般很大，達到2-4個標幺值，當剛起動滑差為1的情況下，總阻抗大約是：X=X1+X2，因此起動電流I=1/X，所以電動機在起動過程式的運作主要取決于漏電抗。

由于起動時定、轉子電流很大，此時定、轉子每槽的安匝很大，是漏磁路中間的鐵心部分出現飽和。一般在漏電抗計算中忽略鐵心部分磁阻，但當磁路出現飽和時鐵心磁阻相對空氣隙磁阻不能忽略，這時由鐵磁材料B-H曲線知道，激磁安匝大一倍，磁通并不能也大一倍，隨著電流增加，磁鏈增加的倍數要比電流增加的倍數小，所以漏電抗隨電流的增大而逐漸減小。這就是當起動電流很大時，漏磁磁路飽和引起定、轉子漏電抗減小的原因。

3.飽和效應對定轉子漏電抗影響的解析計算

3.1 計算方法分析

式中，Z1為定子每槽導線數；Ist'/a1為每根導體的電流，也就是每一支路的電流數值。

其次根據ATst計算BL，忽略漏磁回路中鐵心磁阻，認為ATst全部降落在兩個氣隙上，可得：

式中，βc近似等于1。將槽漏回路中鐵心部分過飽和引起磁阻的增加導致槽漏磁通的減小等效為定子槽口的擴大，引起定子槽漏抗的減小。當BL越大，飽和程度越高，漏電抗減少的也越多。具體計算時，引入一個漏抗變化系數Kz，Kz可根據BL值查圖表而得，Kz小于1，表示由于飽和使齒頂寬度減少為原來的Kz倍[4]。計算起動時齒頂漏磁飽和引起定子齒頂寬度的減少為Cs1，計算式為：

計算起動時齒頂漏磁飽和引起轉子齒頂寬度的減少值為Cs2，計算式為：

式中，b01、b02為定轉子的槽口寬度，定、轉子齒頂寬度分別為(t1-b01)、(t2-b02)。由于齒頂飽和認為齒頂寬減少為原齒頂寬的Kz倍。Cs1、Cs2為齒頂寬度的減少值，起動時定子槽單位漏磁導：

圖1 起動過程中定轉子漏抗

式中，Δλu1為飽和引起定子槽口漏磁導減少的數值；Δλu2為飽和引起轉子槽口漏磁導減少的數值。

起動時定子槽漏抗：

起動時轉子槽漏抗：

由于飽和而引起的槽漏抗的變化，通過以上計算就簡化為定子、轉子槽口加寬后槽漏抗的計算。

綜上，起動時漏抗參數計算如下，起動時定子漏抗為：

起動時轉子漏抗為：

3.2 計算結果

計算得到起動過程中定轉子漏抗如圖1所示，可以看出起動過程中定轉子漏抗均減小，但轉子漏抗減小幅度較大。這是因為轉子漏抗除了受飽和效應影響還受擠流效應影響。

4.結論

本文主要分析了考慮飽和效應對漏電抗參數的影響。結果顯示飽和效應會導致漏電抗降低，這會導致電機起動電流增加，因此，為了降低起動電流，提高電機啟動性能，需要在電機設計中對漏電抗參數進行重點關注。

[1]陳世坤.電機設計[M].機械工業出版社,2008.

[2]胡一民,卓忠疆.考慮主漏磁路飽和影響的異步電機數學模型[J].福州大學學報(自然科學版),2006,18(3):46-52.

[3]P.D.Agawal,P.L.Alger Saturation factor for the leakage reactance of induction motors Trans.AIEE.196l.

[4]李隆年,王寶玲,周汝潢,編著.電機設計[M].清華大學出版社,1992.