起動(dòng)導(dǎo)條結(jié)構(gòu)對(duì)電機(jī)起動(dòng)性能的影響探析

王 磊

(黑龍江工業(yè)學(xué)院，黑龍江 雞西 158100)

起動(dòng)導(dǎo)條結(jié)構(gòu)對(duì)電機(jī)起動(dòng)性能的影響探析

王 磊

(黑龍江工業(yè)學(xué)院，黑龍江 雞西 158100)

以一臺(tái)永磁電動(dòng)機(jī)為例，在對(duì)電機(jī)結(jié)構(gòu)、運(yùn)行原理進(jìn)行詳細(xì)敘述的基礎(chǔ)上，對(duì)永磁電機(jī)起動(dòng)過程中的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析研究，并對(duì)影響電機(jī)起動(dòng)性能的相關(guān)影響因素進(jìn)行了對(duì)比分析，對(duì)永磁電機(jī)起動(dòng)性能的提升結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有重要價(jià)值。

永磁電動(dòng)機(jī)；起動(dòng)性能；起動(dòng)導(dǎo)條

永磁電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能與轉(zhuǎn)子側(cè)的起動(dòng)導(dǎo)條的結(jié)構(gòu)關(guān)系密切，因此有必要對(duì)其不同性能影響下的永磁電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的影響情況進(jìn)行分析研究。

由前述的電磁場(chǎng)基本理論，本文采用二維電磁場(chǎng)以及有限元法對(duì)永磁電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)導(dǎo)條結(jié)構(gòu)對(duì)電機(jī)起動(dòng)性能的影響情況進(jìn)行分析研究。分析的進(jìn)行基于以下假設(shè)。

(1)忽略位移電流對(duì)電機(jī)電磁場(chǎng)的影響；

(2)認(rèn)為電機(jī)軸向無限長(zhǎng)，采用二維電磁場(chǎng)對(duì)其進(jìn)行分析；

(3)忽略電機(jī)定子鐵心的渦流效應(yīng)；

(4)材料的溫度效應(yīng)忽略不計(jì)。

本文對(duì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能以及嵌入性能進(jìn)行研究，分別采用三種不同結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條，并對(duì)其進(jìn)行數(shù)值研究，具體的導(dǎo)條結(jié)構(gòu)形式如圖1所示，其中1(a)圖中的1～6分別為電動(dòng)機(jī)的定子鐵心、定子繞組、轉(zhuǎn)子、隔磁環(huán)、磁鋼以及起動(dòng)導(dǎo)條。

a)原始結(jié)構(gòu)

b) 改進(jìn)結(jié)構(gòu)一 c) 改進(jìn)結(jié)構(gòu)二

根據(jù)電磁場(chǎng)基本原理，采用有限元法對(duì)電機(jī)求解域內(nèi)的電磁關(guān)系進(jìn)行數(shù)值分析，針對(duì)三種不同結(jié)構(gòu)方案的永磁電動(dòng)機(jī)，其起動(dòng)特性數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 永磁電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)電流

表2為不同轉(zhuǎn)子導(dǎo)條結(jié)構(gòu)條件下，永磁電動(dòng)機(jī)電抗參數(shù)計(jì)算結(jié)果

表2 不同結(jié)構(gòu)永磁電動(dòng)機(jī)同步電抗參數(shù)計(jì)算值

由表1以及表2的計(jì)算結(jié)果，并結(jié)合計(jì)算結(jié)果的數(shù)值分析可知，隨著永磁電動(dòng)機(jī)交直軸電抗之比值的增加，電機(jī)的牽入轉(zhuǎn)矩隨之增大，失步轉(zhuǎn)矩倍數(shù)則增加甚小，而電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)卻有所降低。

圖2為永磁電動(dòng)機(jī)不同結(jié)構(gòu)下的起動(dòng)特性。

圖2 電機(jī)起動(dòng)特性曲線

由圖2可知，針對(duì)不同結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條，永磁電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能的分布趨勢(shì)具有相似之處，在開始起動(dòng)時(shí)的較短時(shí)間范圍內(nèi)，電機(jī)的速度呈現(xiàn)振動(dòng)上升的特點(diǎn)；但是在此時(shí)間范圍內(nèi)的量值存在一定的差異，主要是由于電機(jī)導(dǎo)條結(jié)構(gòu)不同的原因而導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)交直軸電抗之比值發(fā)生變化造成的，但是電機(jī)最終穩(wěn)定的時(shí)間基本一致。

綜合表1、表2以及圖2可知，要想有效地改善電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)特性，在電機(jī)設(shè)計(jì)之處可以通過降低電動(dòng)機(jī)交直軸電抗之比值的方法實(shí)現(xiàn)，但是同時(shí)也要注意在此條件下電動(dòng)機(jī)的牽入能力以及抗失步能力的降低問題。

圖3 采用合金槽楔及其位置

根據(jù)以上分析可以采用一定的方法和手段來提高電機(jī)的性能。如圖3所示為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子槽楔位置采用合金材料，針對(duì)轉(zhuǎn)子槽楔在電機(jī)起動(dòng)過程中所產(chǎn)生的集膚效應(yīng)，其作用相當(dāng)于起動(dòng)導(dǎo)條，因此如果在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程中不考慮轉(zhuǎn)子起動(dòng)導(dǎo)條的作用，僅僅研究合金特性的槽楔的起動(dòng)性能，則可得電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能如圖4所示。

圖4 槽楔作用時(shí)電機(jī)起動(dòng)特性

由圖4可知，永磁電動(dòng)機(jī)在不考慮轉(zhuǎn)子起動(dòng)導(dǎo)條的作用，而單獨(dú)采用合金材料的槽楔時(shí)，電動(dòng)機(jī)仍然能夠起動(dòng)，只是在電動(dòng)機(jī)牽入同步過程中，沒有取得足夠的牽入轉(zhuǎn)矩將會(huì)處于震蕩情況下，不能夠順利牽入同步運(yùn)行，可見合金槽楔對(duì)電機(jī)的起動(dòng)性能有很好的促進(jìn)作用。

圖5為研究電動(dòng)機(jī)起動(dòng)導(dǎo)條之間的距離L2以對(duì)電動(dòng)

機(jī)起動(dòng)性能的影響情況的電機(jī)定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5 導(dǎo)條距離L2和定子齒距L1結(jié)構(gòu)

為了分析問題的方便，用L2與定子齒距L1之間的比值關(guān)系定義為導(dǎo)條距，并以文中圖1(c)的電機(jī)結(jié)構(gòu)為例，將導(dǎo)條距離劃分為L(zhǎng)2/L1gt;1、L2/L1=1以及L2/L1lt;1三種情況。其中5種不同導(dǎo)條距的條件下電動(dòng)機(jī)均能夠起動(dòng)，而且能夠牽入同步運(yùn)行。隨著導(dǎo)條距地降低，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)時(shí)間縮短，而起動(dòng)特性曲線斜率增加，進(jìn)而可知電機(jī)的起動(dòng)性能得到了改善和提高。

本文通過永磁電動(dòng)機(jī)的基本理論基礎(chǔ)，將電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行了詳細(xì)的研究，通過研究明確了永磁電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能的基本特征以及不同影響因素對(duì)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程的影響以及影響程度。通過本文內(nèi)容，可以為永磁電動(dòng)機(jī)的性能設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)選擇奠定理論基礎(chǔ)。

[1]王秀和，楊玉波，朱常青．異步啟動(dòng)PMSM—理論、設(shè)計(jì)與測(cè)試[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009．

[2]邱 捷．實(shí)心轉(zhuǎn)子永磁同步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)子參數(shù)及起動(dòng)特性的計(jì)算[J]．中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，1999，19(6)：6-10．

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ClassNo.:TM306DocumentMark：A

(責(zé)任編輯：鄭英玲)

EffectsoftheStructureofRotorBarsonStartingPerformanceofMotor

Wang Lei

(Heilongjiang University of Technology, Jixi, Heilongjiang 158100，China)

This paper takes permanent magnet motor as an example to analyze the structure of the rotor bars based on the detailed description of the motor operating principle and the structure of the motor during the process of starting performance of motor and to compare with the related factors affecting the effect of motor starting performance comparison, which has important value for improving structural performance start permanent magnet motor.

permanent-magnet motor；starting performance；rotor bars

王磊，講師，黑龍江工業(yè)學(xué)院。研究方向：電工技術(shù)、電磁理論及物理教育。

1672-6758(2013)09-0050-2

TM306

A