諧波對三相異步電機起動的影響

摘 要：為了提高電動機起動性能，一方面要改善電機設計，改進起動方法，降低諧波轉矩對電動機起動的影響，更重要的是通過改善電網電能質量，建設綠色電網，從而減少因電網諧波的存在而引起的其它故障。

關鍵詞：諧波；三相異步電機；影響

諧波起動異步電機定、轉子繞組采用與常規電機不同的特殊設計，具有起動轉矩大、起動電流小、運行性能優良、轉子無滑環、可靠性高等優點，在節能增效、節省設備投資等方面具有顯著優勢。筆者闡述了諧波起動異步電機的工作原理及定、轉子繞組的設計方法，但沒有給出諧波起動異步電機起動性能計算的具體過程。本文對諧波起動異步電機起動性能的計算方法進行分析，通過編制相應的計算機程序，對計算結果進行了驗證。

1、鏈式等效電路的計算模型

采用比T型等效電路更準確的鏈式等效電路，如圖1所示。其中，r1為定子每相的電阻值；x1為定子每相的漏抗值，包括定子側的槽漏抗和端部漏抗；xmv是每相v對極諧波等效電路的激磁電抗值；r2v是折算到定子的轉子每相電阻值；x2v是折算到定子的v對極諧波的轉子每相漏抗值，包括轉子側的槽漏抗、端部漏抗、斜槽漏抗和諧波差漏抗，sv是v對極諧波的轉差率。

2、起動性能計算的數學模型

三相繞組磁勢諧波分析和諧波轉矩的計算諧波起動異步電機設計首先是繞組的設計。電機起動時定子繞組產生的某些磁勢諧波成分是諧波起動異步電機起動性能優越的秘訣和關鍵所在。為了確定定子繞組方案的合理性，了解繞組方案的性能和特點，需要對各種繞組方案進行諧波分析。從電機繞組磁勢的基本定義人手，利用復數解析法，設計出任意繞組的諧波分析程序。程序可以根據給定的任意三相繞組所占的槽號和線圈匝數計算出基波及各次諧波的繞組系數及磁勢幅值大小。諧波起動異步電機起動時定子繞組產生較大的磁勢諧波成分。和常規電機的計算不同，這些諧波產生的作用不能當作漏抗處理，而把這些諧波對電機起動時產生的轉矩當作異步寄生轉矩來計算。本文不考慮各次諧波轉矩之間的相互影響，分別計算出基波和諧波磁勢的電磁轉矩，然后疊加，分析電機起動過程中的轉矩變化情況。

3、等效電路的參數計算

等效電路中各參數的計算方法與常規異步電機基本相同。需要注意以下兩個方面：定子起動繞組的每相串聯匝數和并聯支路數。需分析起動繞組的實際連接情況，運用“串并聯繞組互相轉換理論”等方法，對等效后的繞組進行還原，確定定子起動繞組的每相串聯匝數和并聯支路數。例如，對于“大小雙星聯接法”，每項串聯匝數與定子運行繞組相同，并聯支路數為“大星”所占的等相帶數。對于“雙星聯接法”，每相串聯匝數為定子運行繞組的2倍，并聯支路數為1。轉子繞組的折算值。轉子繞組常采用串聯接法復合線圈組結構。假設復合線圈組采用匝數為ω1，的多匝線圈和ω2的少匝線圈構成。根據諧波起動異步電機的工作原理，基波（p對極）和諧波磁勢（p對極）在轉子繞組中感生的電流流經不同的通路。在基波磁勢下，轉子繞組中感應的電流流經的通路與運行狀態時相同，其對應的轉子電阻r2p，漏抗x2p，實際值也與電機運行狀態時相同。但由于定子繞組相串聯匝數和繞組系數與電機運行狀態時不同，導致折算系數不同。在主、副諧波等非基波極對數倍數次諧波磁勢下，轉子電流僅流過每個復合線圈組的內部。此情況下，可把轉子繞組看成一個Z2相，每相僅有1個復合線圈組構成的多相繞組，Z2為轉子槽數。其每相電阻，漏抗實際值為每個復合線圈組的電阻和漏抗值。根據匝數關系，極對數為v的非基波磁勢轉子電阻。

結束語：諧波起動異步電動機起動性能計算程序是在MATLAB軟件GuI程序開發環境中編制。主界面中包含了電機運行性能計算模塊。實際上，本程序在該主界面中作為諧波起動異步電機電磁計算程序的一個子程序而單獨運行。程序計算結果以各種曲線形式直觀顯示。“詳單輸出”中可以查閱各個過程參數和詳細的計算結果。提出了諧波起動異步電機起動性能計算方法及程序。根據定子起動繞組諧波分析的結果及轉子繞組結構，較準確地計算出起動過程中各次諧波電磁轉矩的變化情況，直觀分析出各次諧波產生的轉矩對于電機起動性能的影響，具有很強的實用性。軟件操作方便、靈活，計算結果準確、直觀，能較好地滿足諧波起動異步電機設計的要求。

參考文獻：

[1]沈文豹，電機理論與運行[M]，北京：水利電力出版社，2010

[2]王雪帆，三相單繞組變極鼠籠式異步電機[J]，華中科技大學學報，2013