轉子串電容的三相電動機機械特性探究與仿真

張德孝

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轉子串電容的三相電動機機械特性探究與仿真

張德孝

（渤海船舶職業學院， 遼寧興城 125105）

在三相異步電動機的轉子繞組串接電容，能夠獲得非常理想的單值函數的起動機械特性。探究了當轉子串電阻、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，這一缺點可以通過在其轉子導條或繞組中串聯電容的方式進行校正，從而得到接近恒轉矩且較軟的機械特性，其起動轉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，能夠使其應用場合更加寬廣。在轉子回路串接校正電容后的三相異步電動機，以下簡稱為“電容轉子三相異步電動機”。

1 電容轉子三相異步電動機的電路模型與仿真特性

電容轉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的不同數值來反復進行校驗，直到機械特性校正到如圖2所示的單值函數理想狀態為止。

圖2 電容轉子三相異步電動機機械特性

2 電容轉子三相異步電動機串電阻時的機械特性

電容轉子三相異步電動機轉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。

n0=60*f1/p; %同步轉速

w=2*pi*f1/p; %系數

x4=68/2*pi*f1*c; %折算到定子側的容抗

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('電磁轉矩[N,m]]');ylabel('轉子轉速[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 電容轉子三相異步電動機轉子串電阻時的機械特性

特點：起動轉矩較大，起動迅速且比較平穩，適合起重機類負載。

3 電容轉子三相異步電動機電源電壓降低時的機械特性

電容轉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；

n0=60*f1/p; %同步轉速；

w=2*pi*f1/p; %系數；

x4=68/2*pi*f1*c; %折算到定子側的容抗；

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('電磁轉矩[N,m]]');ylabel('轉子轉速[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：起動轉矩隨電壓下降而顯著降低，具有近似恒轉矩起動特性，適合風機類負載。

4 電容轉子三相異步電動機降低電源頻率時的機械特性

電容轉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。

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; %同步轉速；

w=2*pi*f1/p; %系數；

x4=68/2*pi*f1*c; %折算到定子側的容抗；

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('電磁轉矩[N,m]]');ylabel('轉子轉速[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矩出現峰值，起動時過載能力強卻會出現機械沖擊，適合恒轉矩類負載。

5 結論

通過電容轉子三相異步電動機轉子串電阻、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，可以得出結論：通過電容轉子三相異步電動機的起動特性和調速特性總體上要明顯優于傳統的非電容轉子三相異步電動機。

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

[2] 朱春鴦, 周政新. 三相異步電動機調速機械特性仿真分析[J]. 上海第二工業大學學報, 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