异步电机起动过程中的磁路饱和效应对漏电抗的影响

河北电机股份有限公司 杨秀军 李亚春

1.引言

在电机理论中，漏磁路一般认为是不饱和的，但当存在半闭口槽或闭口槽时漏磁路饱和不能忽略，由于各部分磁路饱和程度不同，将引起电机参数非线性变化[1]，在工程的仿真及计算中，一般是在认为电机的各阻抗参数是不变的前提下进行的，在稳态的运行情况下，这种处理是可行的。但是在电机起动过程中，由于漏电抗受磁路饱和效应的影响而发生显著变化，进而影响起动性能。本文在考虑电机磁路饱和基础上，分析其对漏电抗的影响。

2.饱和效应对定转子漏电抗影响的理论分析

异步电机主磁通和漏磁通均有各自不同的闭合磁路，但在某些磁路段中两者有相同的路径。在计算电机起动情况时，气隙主磁通在漏磁路的饱和作用可以忽略，原因如下[2]：

1）主磁通密度在起动和制动的情况下只有满载情况下的50%-60%。

2）从时间相量图来看，主磁通密度的峰值发生在偏离最大电流的相带轴45电角度。

由于激磁电抗Xm一般很大，达到2-4个标幺值，当刚起动滑差为1的情况下，总阻抗大约是：X=X1+X2，因此起动电流I=1/X，所以电动机在起动过程式的运作主要取决于漏电抗。

由于起动时定、转子电流很大，此时定、转子每槽的安匝很大，是漏磁路中间的铁心部分出现饱和。一般在漏电抗计算中忽略铁心部分磁阻，但当磁路出现饱和时铁心磁阻相对空气隙磁阻不能忽略，这时由铁磁材料B-H曲线知道，激磁安匝大一倍，磁通并不能也大一倍，随着电流增加，磁链增加的倍数要比电流增加的倍数小，所以漏电抗随电流的增大而逐渐减小。这就是当起动电流很大时，漏磁磁路饱和引起定、转子漏电抗减小的原因。

3.饱和效应对定转子漏电抗影响的解析计算

3.1 计算方法分析

式中，Z1为定子每槽导线数；Ist'/a1为每根导体的电流，也就是每一支路的电流数值。

其次根据ATst计算BL，忽略漏磁回路中铁心磁阻，认为ATst全部降落在两个气隙上，可得：

式中，βc近似等于1。将槽漏回路中铁心部分过饱和引起磁阻的增加导致槽漏磁通的减小等效为定子槽口的扩大，引起定子槽漏抗的减小。当BL越大，饱和程度越高，漏电抗减少的也越多。具体计算时，引入一个漏抗变化系数Kz，Kz可根据BL值查图表而得，Kz小于1，表示由于饱和使齿顶宽度减少为原来的Kz倍[4]。计算起动时齿顶漏磁饱和引起定子齿顶宽度的减少为Cs1，计算式为：

计算起动时齿顶漏磁饱和引起转子齿顶宽度的减少值为Cs2，计算式为：

式中，b01、b02为定转子的槽口宽度，定、转子齿顶宽度分别为(t1-b01)、(t2-b02)。由于齿顶饱和认为齿顶宽减少为原齿顶宽的Kz倍。Cs1、Cs2为齿顶宽度的减少值，起动时定子槽单位漏磁导：

图1 起动过程中定转子漏抗

式中，Δλu1为饱和引起定子槽口漏磁导减少的数值；Δλu2为饱和引起转子槽口漏磁导减少的数值。

起动时定子槽漏抗：

起动时转子槽漏抗：

由于饱和而引起的槽漏抗的变化，通过以上计算就简化为定子、转子槽口加宽后槽漏抗的计算。

综上，起动时漏抗参数计算如下，起动时定子漏抗为：

起动时转子漏抗为：

3.2 计算结果

计算得到起动过程中定转子漏抗如图1所示，可以看出起动过程中定转子漏抗均减小，但转子漏抗减小幅度较大。这是因为转子漏抗除了受饱和效应影响还受挤流效应影响。

4.结论

本文主要分析了考虑饱和效应对漏电抗参数的影响。结果显示饱和效应会导致漏电抗降低，这会导致电机起动电流增加，因此，为了降低起动电流，提高电机启动性能，需要在电机设计中对漏电抗参数进行重点关注。

[1]陈世坤.电机设计[M].机械工业出版社,2008.

[2]胡一民,卓忠疆.考虑主漏磁路饱和影响的异步电机数学模型[J].福州大学学报(自然科学版),2006,18(3):46-52.

[3]P.D.Agawal,P.L.Alger Saturation factor for the leakage reactance of induction motors Trans.AIEE.196l.

[4]李隆年,王宝玲,周汝潢,编著.电机设计[M].清华大学出版社,1992.