關(guān)于單相異步電動機(jī)運(yùn)行及轉(zhuǎn)子斜槽的研究

梁燕　劉飛航

摘要：從分布繞組電容運(yùn)轉(zhuǎn)單向異步電動機(jī)的運(yùn)行機(jī)理出發(fā)，分析籠形繞組轉(zhuǎn)子斜槽計算方式。

關(guān)鍵詞：分布繞組；諧波；轉(zhuǎn)子斜槽

引言

分布繞組電容運(yùn)轉(zhuǎn)單向異步電動機(jī)主要由工作繞組、起動工作繞組組成，形成橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場，在運(yùn)行過程中，磁場的橢圓度將隨負(fù)載而變，這對電動機(jī)的性能及諧波分布影響很大，必須采取有效措施加以抑制。目前最常使用的控制手段是轉(zhuǎn)子斜槽方式。

1.諧波的特性

對電氣信號，諧波被定義為一個信號量，該信號量的頻率是實際系統(tǒng)頻率（即發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的頻率）的整數(shù)倍。耳朵聽到的噪聲是各頻率波的混合信號。

基波以外的波形大體可以分為諧波和暫態(tài)波，諧波的波形保持不變，暫態(tài)波的波形周期有明顯的變化。對于電氣信號而言，諧波對基頻波的相交關(guān)系在決定波形時是重要的。由不同來源產(chǎn)生的同一諧波，其位置和相對相位之變化可能顯著地改變其總的效應(yīng)。

2.諧波磁場分析

任何以固定周期重復(fù)的連續(xù)函數(shù)，都能以基波分量與一系列頻率為基波頻率的整數(shù)倍的高次諧波分量之和來表示，而我國目前的交流電為正弦波，用傅里葉級數(shù)表達(dá)為：

因此，電動機(jī)只能產(chǎn)生奇數(shù)次諧波。在日常工作中如果碰到批量使用的電機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)偶數(shù)次諧波，首先應(yīng)該查找電機(jī)生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性，其次應(yīng)該查找負(fù)載的穩(wěn)定性。

3.轉(zhuǎn)子斜槽計算

3.1定子齒諧波級次計算

分布繞組電容運(yùn)轉(zhuǎn)單相異步電動機(jī)定子齒諧波的級次 計算公式為：

通過對上式進(jìn)行計算可知，電機(jī)的定子齒諧波次數(shù)全部為奇數(shù)次，同時根據(jù)公式的計算特點可知，當(dāng)K=?1時定子齒諧波次數(shù)最低。

以正弦繞組為例，基波、諧波繞組系數(shù)計算公式如下所示：

由上式可知，當(dāng)定子槽數(shù)確定即每極每相槽數(shù)確定后，電機(jī)的諧波系數(shù)就已經(jīng)確定。齒諧波的特點是它的繞組系數(shù)與基波繞組系數(shù)相同，因此調(diào)整方案只能對電機(jī)諧波的削弱在一定程度有所改善（在基波條件允許的前提下）。

本文所提到的轉(zhuǎn)子斜槽僅能削弱理論上的最強(qiáng)諧波，但由于在生產(chǎn)過程中轉(zhuǎn)子斜率無法達(dá)到絕對計算結(jié)果，以及分布式繞組所產(chǎn)生的諧波還存在于其它頻次，因此只能盡可能降低諧波的影響，而無法全部消除。

電動機(jī)加工過程的不穩(wěn)定也可能造成諧波的產(chǎn)生，如端蓋、定子鐵芯不良造成的靜態(tài)偏心，轉(zhuǎn)子不良造成的動態(tài)偏心、轉(zhuǎn)子動平衡不良造成的機(jī)械振動、傳動件（軸承）自身不良造成的振動、設(shè)計過程中齒槽配合不良帶來的振動、以及裝配過程不穩(wěn)定等因素均可能造成電機(jī)諧波異常。

3.2定子齒諧波強(qiáng)度計算

分布繞組電容運(yùn)轉(zhuǎn)單相異步電動機(jī)定子齒諧波強(qiáng)度：

從上式可以看出，定子槽數(shù)越少、極數(shù)越多，電動機(jī)的諧波強(qiáng)度越大。同時，根據(jù)公式特點可以看出，當(dāng)定子齒諧波次數(shù)最低時諧波強(qiáng)度最大，應(yīng)用諧波級次理論，當(dāng)K=?1時定子齒諧波強(qiáng)度最大。

3.3轉(zhuǎn)子鐵芯斜槽寬度、斜槽數(shù)計算

由經(jīng)驗公式可以求取分布繞組電容運(yùn)轉(zhuǎn)單相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子斜槽寬度SK計算公式為：

然而在實際工程計算中，經(jīng)常使用的參數(shù)并不是轉(zhuǎn)子斜槽寬度SK，而是轉(zhuǎn)子斜槽數(shù)，因此推導(dǎo)出轉(zhuǎn)子斜槽數(shù)SL計算公式：

要算得轉(zhuǎn)子斜槽數(shù)，先求出定子齒諧波次數(shù)γ的分布，再根據(jù)諧波次數(shù)γ求出各次諧波強(qiáng)度 ，然后求出轉(zhuǎn)子斜槽寬度SK，最后根據(jù)轉(zhuǎn)子斜槽寬度求出轉(zhuǎn)子斜槽數(shù)SL。

從諧波調(diào)整經(jīng)驗來看，副相繞組對諧波的影響比較明顯，而且應(yīng)該盡量保證疊厚要厚（在沖片不變的情況下，在沖片可選擇的情況下，可選用定子內(nèi)徑較小的沖片，可使定子軛部尺寸較大，同樣增強(qiáng)定子剛度），保證定子剛度。

3.4轉(zhuǎn)子鐵芯斜槽角度計算

由于轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的特殊性，斜槽寬度與斜槽數(shù)的測量有較大難度，因此為便于斜率測量，可將斜槽轉(zhuǎn)換為角度關(guān)系：

這樣就可以采用角度方法對轉(zhuǎn)子斜槽情況進(jìn)行測量。

4.結(jié)束語

通過研究，得出單相異步電動機(jī)諧波磁場的特點以及削弱諧波的參數(shù)，并且在日常工作中對文中各種計算方式均進(jìn)行了驗證，將理論與實踐有效結(jié)合。

參考文獻(xiàn)：

[1]容建剛，張文亮 .電力系統(tǒng)諧波.華中理工大學(xué)出版社，1994.6.

[2]湯宗武.單向異步電動機(jī).

[3]王永昌.電機(jī)制造工藝學(xué).機(jī)械工業(yè)出版社，1985.11.