起動導條結構對電機起動性能的影響探析

王 磊

(黑龍江工業學院，黑龍江 雞西 158100)

起動導條結構對電機起動性能的影響探析

王 磊

(黑龍江工業學院，黑龍江 雞西 158100)

以一臺永磁電動機為例，在對電機結構、運行原理進行詳細敘述的基礎上，對永磁電機起動過程中的轉子導條結構進行了分析研究，并對影響電機起動性能的相關影響因素進行了對比分析，對永磁電機起動性能的提升結構設計具有重要價值。

永磁電動機；起動性能；起動導條

永磁電動機的起動性能與轉子側的起動導條的結構關系密切，因此有必要對其不同性能影響下的永磁電動機的起動轉矩的影響情況進行分析研究。

由前述的電磁場基本理論，本文采用二維電磁場以及有限元法對永磁電動機的轉子側導條結構對電機起動性能的影響情況進行分析研究。分析的進行基于以下假設。

(1)忽略位移電流對電機電磁場的影響；

(2)認為電機軸向無限長，采用二維電磁場對其進行分析；

(3)忽略電機定子鐵心的渦流效應；

(4)材料的溫度效應忽略不計。

本文對電動機的起動性能以及嵌入性能進行研究，分別采用三種不同結構的轉子導條，并對其進行數值研究，具體的導條結構形式如圖1所示，其中1(a)圖中的1～6分別為電動機的定子鐵心、定子繞組、轉子、隔磁環、磁鋼以及起動導條。

a)原始結構

b) 改進結構一 c) 改進結構二

根據電磁場基本原理，采用有限元法對電機求解域內的電磁關系進行數值分析，針對三種不同結構方案的永磁電動機，其起動特性數據如表1所示。

表1 永磁電機起動轉矩和起動電流

表2為不同轉子導條結構條件下，永磁電動機電抗參數計算結果

表2 不同結構永磁電動機同步電抗參數計算值

由表1以及表2的計算結果，并結合計算結果的數值分析可知，隨著永磁電動機交直軸電抗之比值的增加，電機的牽入轉矩隨之增大，失步轉矩倍數則增加甚小，而電動機的起動轉矩倍數卻有所降低。

圖2為永磁電動機不同結構下的起動特性。

圖2 電機起動特性曲線

由圖2可知，針對不同結構的轉子導條，永磁電動機的起動性能的分布趨勢具有相似之處，在開始起動時的較短時間范圍內，電機的速度呈現振動上升的特點；但是在此時間范圍內的量值存在一定的差異，主要是由于電機導條結構不同的原因而導致電動機交直軸電抗之比值發生變化造成的，但是電機最終穩定的時間基本一致。

綜合表1、表2以及圖2可知，要想有效地改善電動機的起動特性，在電機設計之處可以通過降低電動機交直軸電抗之比值的方法實現，但是同時也要注意在此條件下電動機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

根據以上分析可以采用一定的方法和手段來提高電機的性能。如圖3所示為電動機轉子槽楔位置采用合金材料，針對轉子槽楔在電機起動過程中所產生的集膚效應，其作用相當于起動導條，因此如果在電動機起動過程中不考慮轉子起動導條的作用，僅僅研究合金特性的槽楔的起動性能，則可得電動機的起動性能如圖4所示。

圖4 槽楔作用時電機起動特性

由圖4可知，永磁電動機在不考慮轉子起動導條的作用，而單獨采用合金材料的槽楔時，電動機仍然能夠起動，只是在電動機牽入同步過程中，沒有取得足夠的牽入轉矩將會處于震蕩情況下，不能夠順利牽入同步運行，可見合金槽楔對電機的起動性能有很好的促進作用。

圖5為研究電動機起動導條之間的距離L2以對電動

機起動性能的影響情況的電機定轉子結構示意圖。

圖5 導條距離L2和定子齒距L1結構

為了分析問題的方便，用L2與定子齒距L1之間的比值關系定義為導條距，并以文中圖1(c)的電機結構為例，將導條距離劃分為L2/L1gt;1、L2/L1=1以及L2/L1lt;1三種情況。其中5種不同導條距的條件下電動機均能夠起動，而且能夠牽入同步運行。隨著導條距地降低，電動機的起動時間縮短，而起動特性曲線斜率增加，進而可知電機的起動性能得到了改善和提高。

本文通過永磁電動機的基本理論基礎，將電動機的轉子導條的結構性能進行了詳細的研究，通過研究明確了永磁電動機的起動性能的基本特征以及不同影響因素對電動機起動過程的影響以及影響程度。通過本文內容，可以為永磁電動機的性能設計、結構選擇奠定理論基礎。

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ClassNo.:TM306DocumentMark：A

(責任編輯：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，黑龍江工業學院。研究方向：電工技術、電磁理論及物理教育。

1672-6758(2013)09-0050-2

TM306

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