三繞組單相電容電動機(jī)運(yùn)行性能的仿真研究.pdf

1、由于受輸、配電系統(tǒng)的限制，城市居民用電和大多數(shù)農(nóng)村及邊遠(yuǎn)地區(qū)的用電為單相交流電。隨著家用電器的普及和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，以單相電源供電的小型電動機(jī)得到了廣泛應(yīng)用。在單相電源供電的電力拖動系統(tǒng)中，由于受到結(jié)構(gòu)的限制，額定功率大于0.5kw時，采用單相感應(yīng)電動機(jī)是不經(jīng)濟(jì)的。三相感應(yīng)電動機(jī)的材料利用率高、性能穩(wěn)定、對稱運(yùn)行時效率較高且開發(fā)時間短以及有較大的功率定額，因此，開發(fā)在單相電源上接近對稱或?qū)ΨQ運(yùn)行的三相感應(yīng)電動機(jī)具有重要意義。

2、 通過連接適當(dāng)?shù)囊葡嘣案淖冸姍C(jī)定子接線方式是三相電機(jī)在單相電源上運(yùn)行的有效途徑。采用電容器作為移相元件，是三相感應(yīng)電動機(jī)在單相電源供電時實(shí)現(xiàn)基本對稱運(yùn)行或?qū)ΨQ運(yùn)行的最簡單而實(shí)用的方法。在單相電源供電時以電容器作為移相元件的三相感應(yīng)電動機(jī)，簡稱三繞組單相電容電動機(jī)。對于上述方法的應(yīng)用，已提出了多種接線方式，有定子繞組的接線為△形，把單相電源和移相器連接到定子△接法不同的相端，使三相感應(yīng)電動機(jī)在單相供電系統(tǒng)下起動和運(yùn)行的所謂“Stein

3、metz”接法，現(xiàn)在習(xí)慣上稱為△形接法；也有定子繞組的接線為Y形，把單相電源和移相器分別接在不同相間的Y形接法；有拆開繞組的采取電容移相器的SemihexTM接法和Smith接法。以上四種接線方法的優(yōu)點(diǎn)較突出，是實(shí)際中常見或可以推廣應(yīng)用的接線方法。 在以往的三繞組單相電容電動機(jī)運(yùn)行性能的研究中，主要是根據(jù)電動機(jī)的穩(wěn)態(tài)等效電路，利用對稱分量法進(jìn)行分析，在一定的條件下來選擇和計(jì)算移相元件的數(shù)值，對電機(jī)的穩(wěn)態(tài)性能進(jìn)行計(jì)算。瞬態(tài)分析的文

4、章則較為少見，已有文獻(xiàn)對三相對稱定子繞組Y接法和△接法接一個移相電容元件的情況，用瞬時對稱分量模型、ABC相坐標(biāo)模型對起動性能進(jìn)行了仿真研究。對SemihexTM接法和Smith接法的三繞組單相電容電動機(jī)的瞬態(tài)過程則很少有人研究。三繞組單相電容電動機(jī)的制動過程、反轉(zhuǎn)運(yùn)行過程、故障運(yùn)行過程、負(fù)載突變、調(diào)速以及電源電壓驟降等瞬態(tài)過程的研究幾乎是空白。 本文綜述了三相感應(yīng)電動機(jī)由單相電源供電運(yùn)行的發(fā)展歷史、實(shí)現(xiàn)途徑以及研究的目的、方法

5、和意義；以對稱分量法和三相感應(yīng)電動機(jī)的瞬態(tài)數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，全面、深入地研究了上述四種接法的三繞組單相電容電動機(jī)的穩(wěn)態(tài)性能和瞬態(tài)性能。主要內(nèi)容有： 對三繞組單相電容電動機(jī)的正常運(yùn)行情況，在最小不平衡電壓條件下，利用對稱分量法和三相感應(yīng)電動機(jī)的等效電路，推導(dǎo)了移相電容的計(jì)算公式；由定子繞組的端點(diǎn)方程，推導(dǎo)出定子繞組端電壓約束條件，建立起靜止坐標(biāo)系下統(tǒng)一的狀態(tài)方程，編制計(jì)算機(jī)程序，通過實(shí)例對起動運(yùn)行和穩(wěn)定運(yùn)行過程進(jìn)行仿真計(jì)算，對仿真結(jié)

6、果進(jìn)行比較分析。其中，對Smith接法的三繞組單相電容電動機(jī)單值電容起動的瞬態(tài)特性進(jìn)行了實(shí)測，驗(yàn)證了數(shù)學(xué)模型的正確性。對Smith接法的三繞組單相電容電動機(jī)提出一個簡單的起動接線方案，進(jìn)行了仿真計(jì)算，并且與雙值電容起動情況作了對比。對雙籠轉(zhuǎn)子的△形接法、SemihexTM接法的三繞組單相電容電動機(jī)的起動過程進(jìn)行了仿真計(jì)算。 提出了三繞組單相電容電動機(jī)交流制動和直流制動的幾種接線方式。根據(jù)定子電路的端電壓約束條件和三相感應(yīng)電動機(jī)在

7、靜止坐標(biāo)系中的混合磁鏈模型建立起三繞組單相電容電動機(jī)交流制動及反轉(zhuǎn)運(yùn)行、直流制動和阻容制動時的狀態(tài)方程。應(yīng)用對稱分量法，推導(dǎo)了交流制動和阻容制動的制動電容計(jì)算的數(shù)學(xué)表達(dá)式。編制計(jì)算機(jī)仿真程序，對三繞組單相電容電動機(jī)交流制動及反轉(zhuǎn)運(yùn)行、直流制動和阻容制動的瞬態(tài)過程進(jìn)行了全面的仿真計(jì)算，給出仿真結(jié)果并進(jìn)行分析。對Scmihex刪接法電機(jī)的直流制動還給出了一個試驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證了數(shù)學(xué)模型的正確性。 推導(dǎo)出了Y接法、△接法、SemihexT

8、M接法和Smith接法的三繞組單相電容電動機(jī)在定子繞組開路、定子繞組短路、電容器開路和電容器短路故障狀態(tài)下的定子繞組端電壓約束條件，建立了在這些故障狀態(tài)下的統(tǒng)一的混合磁鏈型式的數(shù)學(xué)模型。通過實(shí)例對△接法、ScmihcxTM接法和Smith接法的三繞組單相電容電動機(jī)在上述故障狀態(tài)下的運(yùn)行情況進(jìn)行了仿真計(jì)算，對仿真結(jié)果進(jìn)行了分析。對其中的兩種情況還做了實(shí)測，驗(yàn)證了所建立的數(shù)學(xué)模型的正確性。 最后把AC斬波控制器和電氣可調(diào)電容器應(yīng)用于