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JMAG单相感应电动机启动性能分析
2024.02.03

  分析目的


单相感应电动机广泛用于家用电器和办公机械的驱动器,如风扇和洗衣机,因为它们可以使用家用电子产品的典型电源—单相交流电。与三相交流电不同的是单相交流电本身不产生旋转磁场,因此它不能自动启动电机。所以需要使用另一种方法来产生旋转磁场来启动电机。


在设计阶段,验证转矩是否为预期旋转方向并持续稳定的旋转是很重要的。为了这一验证,需要正确分析转子根据电磁力机理遵循运动方程并启动的条件。


本文章内容是一个用电容器设置辅助绕组的单相感应电机的实例,并显示其转速与时间的关系,转矩与时间的关系,以及在电机启动后的磁通量密度分布和电流密度分布。


分析目标

分析目标的假设条件、部件、材料、绕组、驱动条件如下图所示:


JMAG单相感应电动机启动性能分析(图1)

假设

本研究的假设如下:

  • 采用鼠笼式感应电动机。

  • 无斜槽,忽略轴向磁通分量。

  • 电机由一个转子和一个定子组成。

  • 定子由定子铁芯、主绕组和辅助绕组组成。

  • 转子铁芯由转子铁芯、导条和转轴组成。

  • 转子是做旋转运动的。

  • 电源为单相正弦电压。

  • 空载运行。


JMAG单相感应电动机启动性能分析(图2)

组件

分析目标的几何形状和各部件的名称如图2.1所示,各部件的规格如表2.1所示。


JMAG单相感应电动机启动性能分析(图3)

图2.1 分析目标


表2.1 模型规格

JMAG单相感应电动机启动性能分析(图4)


JMAG单相感应电动机启动性能分析(图5)

材料

各零件的材料如表 2.2 所示。


表 2.2 材料特性

JMAG单相感应电动机启动性能分析(图6)


JMAG单相感应电动机启动性能分析(图7)

图 2.2 绕线方式


JMAG单相感应电动机启动性能分析(图8)

绕组

线圈规格见表 2.3,分布式绕组模型图见图 2.2。


表 2.3 绕组规格

JMAG单相感应电动机启动性能分析(图9)


JMAG单相感应电动机启动性能分析(图10)

驱动条件

驱动条件规格见表 2.4。


表 2.4 驱动器规格

JMAG单相感应电动机启动性能分析(图11)
JMAG单相感应电动机启动性能分析(图12)


分析结果

本节展示了第2节所述单相感应电机的磁通密度分布、涡流密度分布、转矩随时间图、转速随时间图。有关确认这些结果的信息,请参见第6节。


JMAG单相感应电动机启动性能分析(图13)

磁通密度分布、 涡流密度分布

图4.1为电机刚启动后的磁通密度分布,图 4.2 为二次导条的涡流密度分布。绕组产生的磁通在二次导条中引起涡流,产生旋转磁场。


JMAG单相感应电动机启动性能分析(图14)

图4.1 磁通密度分布

 

JMAG单相感应电动机启动性能分析(图15)

图 4.2 涡流密度分布


JMAG单相感应电动机启动性能分析(图16)

起动性能

图 4.3 为转速随时间变化曲线图,图 4.4 为扭矩随时间变化曲线图。


电机从启动到达到同步转速的时间是由电容器的电容决定的。电机达到同步转速时,滑差非常小,因此平均转矩变为零。


JMAG单相感应电动机启动性能分析(图17)

图 4.3 转速与时间的关系

 

JMAG单相感应电动机启动性能分析(图18)

图 4.4 扭矩与时间的关系


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