感应电机起动过程机电磁暂态特性分析

  感应电机的起动过程是一个包含了电磁和机械瞬态变化过程的动态行为,为了定量分析感应电机起动动态行为,传统的稳态解析方法已不能准确求解,需要考虑电磁暂态过程的动态负荷模型,采用数值分析方法来求解,即计及感应电机起动过程中的定子绕组暂态、转子绕组暂态以及转子运动动态过程[15]。本章将通过揭示定转子电流、电磁转矩和转子角速度3个电物理量的瞬态变化规律来详细分析感应电机起动过程中的机、电、磁暂态特性[16]。
  1。1定转子电流三相交流异步电机起动瞬态过程中,相坐标系下定、转子绕组的电压方程可表示为Us=RsIs+pψs =RsIs+LsdIsdt+ω1dLsrdtIr+LsrdIrdt;Ur=RrIr+pψr =RrIr+LrdIrdt+sω1dLTsrdtIs+LTsrdIsdt烅烄烆。
  (1)式中:
  Us、Is、ψs分别为定子绕组的电压、电流和磁链矩阵;Ur、Ir、ψr分别为转子绕组的电压、电流和磁链矩阵;Ls、Lr分别为定、转子绕组的时变系数电感矩阵;Lsr、LTsr分别为定、转子绕组间的互感矩阵及其转置矩阵;上标T为矩阵转置运算符;Rs、Rr分别为定、转子绕组的电阻矩阵;p为微分算子;ω1=2πf1为气隙磁场同步电角速度;s=(ω1-ωr)/ω1为转差率;ωr为转子电角速度。
  在异步电机起动过程中,其短路阻抗随转差率减小迅速增大,在机端电压波动不大时,定子电流幅值将随转速升高逐渐减小,定子电流频率f1保持为电网频率不变。同时,定子电流减小将导致气隙合成磁动势F0和主磁通Φm减小,转子绕组感应电动势和感应电流幅值也相应减小。由于转子电流频率f2等于转差频率sf1,随着电机转速升高,转差率s相应减小,转子电流频率也逐渐降低。
  此外,在感应电机并网时刻,由于电机为感性负载,定转子绕组回路中将产生暂态过渡过程[17]。因此,定转子绕组中不仅含有稳态周期交变电流分量,在起动初期还含有衰减的暂态非周期直流电流分量,后者经历数个时间常数周期之后迅速衰减至0。
  1。2电磁转矩电磁转矩是旋转电机实现机电能量转换的重要物理量,是由转子有功电流与气隙旋转磁场相互作用产生的,用以克服负载制动力矩而拖动转子旋转。
  在此过程中,感应电机从电网吸收有功电功率转化为转子转轴上的机械功率,实现机电能量转换。
  根据虚位移原理,电磁转矩Tem(广义力)可视为电机磁场总能量Wm对转子机械角位移v(广义位移)的偏导数[18],即Tem=Wmv=12ITLvI=p12ITLθrI=465


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