启动性能（精选5篇）
启动性能 篇1
摘要：文章讲解了启动器的性能及优点, 介绍了液阻真空电机启动器同时具有安装方便, 操作简单的特性, 尤其适用于矿山、起重设备大型电动机。
关键词：液阻,启动器,绕线式异步电动机
1 前言
随着科技的发展液阻真空电机启动器得到广泛的应用, 进一步代替电机电刷滑环装置。通常情况下, 绕线式异步电动机多采用传统的频敏启动装置, 在转子回路中串入电阻, 以增加电动机机的启动转矩并通过电缆, 连接到电机转子端集电环、电刷、分段切除的金属电阻中。本装置缺点电刷与集电环之间摩擦, 容易发热, 使集电环松动, 同时产生粉尘, 在粉尘的作用下, 易产生火花导致集电环出现灼烧现象, 如果不及时处理, 会引起电动机电动势能不均衡, 电流分布不匀甚至烧毁电机, 因此使事故率提高维修困难, 材料损耗增加。而无刷启动器则完全避免了以上缺点。
无刷启动器构造主要由机壳、启动液、动极板、弹簧、接线柱、安全阀、及排气阀组成, 安装方式如图。
2 启动器性能原理
a.液阻真空电机启动器是采用电机转子旋转时所产生的离心力作为自身动力, 控制起动电阻的大小, 达到减少电机起动电流、增加起动转矩, 使绕线异步电动机实现无刷自控运行的装置。
b.内部串入的电阻在离心力作用下, 其阻值与速度的平方成反比, 具有恒电流、恒转矩起动电机的功能。它的最大特点启动电流在0.6-2.6le、起动转矩在0.6-2.6Me内任意设定, 并使起动电流、起动转矩在起动过程中接近恒定。
c.并可根据机械负载的特性自动改变起动电阻的大小, 调节起动转矩和起动电流, 使电动机处于最佳起动状态。能在保持电机起动转矩不变的情况下, 使起动电流从7Le降到1.6Le, 并能以最大转矩起动电机。
d.液阻真空电机启动器可以通过改变电解液的, 改变起始电阻的大小, 以达到调整电机的起始电流, 满足不同负荷对起始电流和起动转矩的要求, 避免了传统起动装置起动电流不能无级调整这一缺点。
3 启动器的优点
a.无刷液阻真空电机起动器彻底根除使用滑环、碳刷时所造成的各种危害。去掉传统、复杂的起动装置, 操作方便。并可大大减少维修费用。
b.启动器采用转子离心力做为自身动力, 不再需要外接电缆并去掉了传统、繁琐、多触点元件组成的起动装置, 基起动装置的功率损耗及电机的起动时间比定子控制式电机软起动器减少10倍以上, 但起动器的综合价格不及其它软起动器的1/3。电气原理如图所示
c.电机运转过程中, 如出现堵转现象。随着电机转速的降低, 起动器会自动投入运行, 达到增加电机转矩, 减少起动电流的目的。
d.起动控制由起动器根据电机的转矩自动完成。彻底避免了其它起动装置不能根据负载的大小, 自动跟踪电机起动过程而造成电机或起动器损坏等不良现象。
e.起动电阻直接安装在电动机的转轴上, 利用电机旋转时产生的离心力作为动力, 控制电阻的大小, 达到减少电机起动电流、增加起动转矩, 实现无刷自控运行的目的。
f.设置安全排气阀, 在电机转速达到额定转速后, 自动打开排气阀, 保证起动器的安全可靠运行。
g.克服了定子控制式电机软起动器的起动转矩与起动电流的平方成正比这一缺陷, 在降低电机起动电流的同时增加电机起动转矩, 并能以最大转矩起动电机。
h.采用防锈、防变质、防冻 (冰点心-40度) 、防沸 (沸点为120度) 的四防起动液、提高起动器的使用寿命。
4 工程实例
我矿300吨球磨机电机, 原采用集电环碳刷、装置。平均四个月就要更换一次电刷, 主要是集电环发热严重导致松动, 有时出现火花灼伤。经观察分析主要有以下原因:a.电压不稳的情况下, 集电环发热松动。b.负载过大。c.空气粉尘含量较高。d.电刷弹簧压力不均衡。e.电刷电流分布不均匀。因此对碳刷的维护频率较高, 后经研究决定。改成液阻真空电机启动器, 有效提高运转率, 给企业直接带来经济效益。
5 结束语
液阻真空电机启动器结构简单、重量轻、价格低、起动性能优越、运行可靠、维护工作量小。在实际应用中, 避免了以往对电机电刷的频繁维护, 提高设备运转率, 降低成本增加效益。同时避免了启动装置相应的控制电缆及控制柜, 不用考虑设备的安装调试工作。相信在未来的发展中, 液阻真空电机启动器将具有不可限量的光明前景。
参考文献
[1]刘厚刚.无刷液阻真空电机启动器的原理及应用[J].2012.
[2]朱福奶, 马国奶, 屠永平.无刷液阻真空电机启动器[P].中国专利, 201020100991, 2010.
启动性能 篇2
为了研究转笼式悬浮填料生物反应器的启动性能,简化其启动工艺,进行了常温和变温时的反应器的自然挂膜启动实验.实验结果表明,转笼式悬浮填料生物反应器构造的特定微环境有利于自然挂膜,启动比传统生物转盘快10d以上;经过启动参数优化,在水流量为2m3/h,曝气量为3.6m3/h、转笼转速为1.5r/min时,启动效果较好.
作 者：江帆 陈维平吴纯德 Jiang Fan Chen Wei-ping Wu Chun-de 作者单位：江帆,陈维平,Jiang Fan,Chen Wei-ping(华南理工大学机械工程学院,广东,广州,510640)
吴纯德,Wu Chun-de(华南理工大学环境科学与工程学院,广东,广州,510640)
启动性能 篇3
随着汽车车载信息娱乐系统的发展,车载信息系统越来越被广泛应用于新能源汽车的远程监控车载端。而嵌入式操作系统作为整个车载信息系统的核心,将直接影响到车载信息系统的好坏。同时,车载嵌入式操作系统的开发需要针对车载信息系统不同的应用进行相应的定制和设计。因此,车载操作系统作为车载信息系统的核心,得到了越来越多的关注和研究。
目前在国内,车载信息系统仍处在发展阶段,对于车载信息系统操作系统的研究为数不多。而Linux由于具有与生俱来的稳定性、功率节省以及能够根据需要装载设备驱动程序等技术优点,使得Linux非常适合于远程信息处理和驾驶者界面应用,目前约50%的研究车载系统的项目选择Linux作为嵌入式操作系统。虽然Linux系统具有很多优点,但是目前嵌入式Linux在启动速度方面还不能完全满足车载系统快速启动的要求,仍有较多可以提升的空间。因此,亟需对嵌入式Linux的启动性能进行测试和优化。
1 内核阶段启动信息分析
本文通过将Kernel Hacking中的Printk Time功能编译进内核,使得重新编译后的内核在启动过程中会为所有内核信息增加时间戳,一方面通过串口输出至超级终端方便查看,另一方面可以通过dmesg命令将内核启动信息输出到文件,生成详细的启动时间消耗报告,进行汇总分析,从而对嵌入式Linux内核阶段的启动过程进行跟踪,进而完成对各项耗时工作的分析和判断。
通过对嵌入式Linux内核启动输出信息的分析,得到优化前的系统(采用YAFFS2文件系统类型)所测得的Linux内核的启动耗时数据,如图1所示。由图1可以看出,未经优化的Linux内核启动耗时主要集中在设备驱动初始化以及根文件系统的挂载时间过长,分析后得到的结论如下:
(1)U-Boot引导阶段消耗的时间几乎可以忽略(ms级),所以暂不考虑优化U-Boot;
(2)内核核心数据结构的初始化(Timer、IRQ、Cache、Mem Pages等)耗时相对较少,只占总消耗时间的1.7%,况且针对这一部分目前尚没有比较可靠和可行的优化方案,所以暂不考虑。
(3)网络初始化消耗的时间不算多,况且支持多样的网络功能不仅仅是Linux的优势之一,且从车载信息系统的实际需求出发,网络功能有利于未来云技术、车联网等概念的实现。因此,也暂不考虑优化。
(4)设备驱动初始化及根文件系统挂载消耗的时间最多。占总消耗时间的79.7%。如果着眼于设备驱动和文件系统的优化工作,必然可以大大缩短系统的启动消耗时间。
因此,本文决定从文件系统和设备驱动两方面对于嵌入式Linux启动性能的优化进行分析研究并完成相应的测试。
2 目标文件系统的优化
文件系统是嵌入式Linux系统的另一个必不可少的组成部分。Linux系统的运行离不开对文件的操作,原因在于Linux使用文件I/O机制管理硬件设备和数据文件,所以尽管内核是Linux的核心,但文件系统却是用户与操作系统交互所采用的重要工具。
文件系统是对一个存储设备上的数据和元数据进行组织的机制。Linux系统中每个分区都是一个文件系统,都有自己的目录层次结构。Linux会将这些分属不同分区的、单独的文件系统按一定的方式形成一个系统的总的目录层次结构。
不同的文件系统类型有不同的特点,因而根据存储设备的硬件特性、系统需求等有不同的应用场合。有些文件系统性能比较高,另一些文件系统的空间利用率比较高。在嵌入式Linux应用中,主要的存储设备为RAM(DRAM、SDRAM)和Flash存储器,常用的基于存储设备的文件系统类型包括:JFFS2、YA F F S、C R A M F S、R O M F S、R A M D I S K、RAMFS/TMPFS等。根据嵌入式设备的具体需求和应用领域选择部署合适的文件系统对嵌入式操作系统的性能有着很大影响[1,2]。本文中采用基于NAND Flash存储器的文件系统。
在嵌入式Linux下,MTD(存储技术设备)为底层硬件(闪存)和上层(文件系统)之间提供一个统一的抽象接口,即Flash的文件系统都是基于MTD驱动层的。使用MTD驱动程序的主要优点在于,它是专门针对各种非易失性存储器(以闪存为主)而设计的,因而它对Flash有更好的支持、管理和基于扇区的擦除、读/写操作接口。现有的基于Flash闪存的文件系统类型主要有JFFS2、YAFFS2以及UBIFS三种,其性能特点如表1所示。
通过表1不难看出,UBIFS文件系统与JFFS2等系统相比,具有可扩展性好、挂载快速以及可恢复性好等显著优点。因此,本文采用UBIFS文件系统来取代原有的YAFFS2文件系统,从而提高系统启动速度。
根文件系统(Root File System)是存放运行、维护系统所必须的各种工具软件、库文件、脚本、配置文件和其他特殊文件的地方,也可以安装各种软件Linux内核。在系统启动期间进行的最后操作之一就是安装根文件系统。根文件系统是Linux系统不可或缺的组件。创建的根文件系统应该尽可能精简,仅仅包括系统运行所必须的应用程序、库和相关文件的最小集合[1,3]。
对于车载信息系统目标终端来说,在保证文件系统完整的情况下还应尽可能地保持根文件系统的精简。在结构上,应用于嵌入式终端的Linux操作系统的根文件系统可以删减掉很多不必要的目录,达到精简效果。内容上,由于原有的文件系统中包含有丰富的应用程序和临时文件,供有不同需求的开发者使用。但是,这些文件在某种程度上造成了根文件系统的臃肿。于是,在评估了车载信息系统的需求后,对原有文件系统中不必要的应用程序和临时性文件进行了删减。
由于应用于车载信息系统娱乐系统的嵌入式系统不是针对多用户的,所以其根文件系统相较基于PC的Linux系统目录有较大的不同,需要经过一定的裁剪,仅保留必要的目录即可,以避免文件系统过于庞大。一般来说,目录/bin、/dev、/etc、/lib、/proc、/sbin、/usr是必需的。经过精简后,所建立的根文件系统目录结构如图2所示。
3 设备驱动的优化
由于Linux采用单体内核结构(Monolithic),它的另一个不足之处是不利于动态加载内核的新功能。为此,Linux提供了另外一种灵活的机制来弥补这种一体化内核结构的不足,那就是可加载内核模块机制(LMK)。对于嵌入式系统开发来说,这种可以动态加载机制的重要性还体现在:提升系统的现场升级能力,比如可以在系统运行时更新一个驱动模块而不用重启系统;节省存储空间,可以将设备驱动程序模块存储在一个和根设备不同的媒介上[4]。
正是基于可加载内核模块机制,Linux设备驱动程序可以分为可动态加载和卸载的内核模块和静态链接的内核模块。针对不同的驱动加载机制,在编译内核时选择将一些设备驱动程序静态地编译进内核,而另一些不常用的设备驱动则编译成内核设备驱动程序模块,在内核引导完成后手动安装到系统中,这样的布置可以有效地减小内核镜像文件的大小,加速系统的启动速度。
设备驱动程序是作为文件系统的一个模块存在的,在Linux内核源码中占60%以上。它向下负责和硬件设备的交互,向上通过一个通用的接口挂接到文件系统上,从而和系统的内核等联系起来。设备驱动层在整个操作系统架构中的作用如图3所示。
Linux引入了可卸载模块管理机制来弥补其单一内核结构造成的内核文件过大的不足。对于嵌入式系统来说,合理利用可卸载模块管理机制,通过对驱动模块进行分类,从而将不必要的驱动程序编译成模块采用按需动态加载。其实,这样做的最终目的是减小内核镜像文件的大小,省略不必要的初始化步骤,以此来提高启动速度。
Linux设备驱动程序由以下三个部分组成[5]:
(1)自动配置和初始化子程序。初始化子程序首先运行,负责检测硬件设备是否存在和能否正常工作。
(2)服务于I/O请求的子程序(驱动程序的上半部分)。负责在内核和硬件之间交互数据。
(3)中断服务子程序(驱动程序的下半部分)。在Linux系统中并不是直接从中断向量表调用设备驱动程序的中断服务子程序,而是由Linux操作系统来接收硬件触发中断,再由系统调用中断服务子程序并完成清中断操作。
另一方面,将Linux的设备驱动程序加载到系统内核,从而完成驱动硬件的工作,通常有两种方式[6]:
(1)驱动程序直接编译进内核。这种方式的好处是运行时不需要再自己加载驱动,对于开机就需要启动的硬件一般将其驱动程序静态编译进内核。否则,内核镜像会过于庞大而影响系统的启动速度。
(2)驱动程序的模块加载。采用模块加载方式的驱动程序会以模块形式存储在文件系统里,需要时再动态载入内核。这种方式的好处是按需加载驱动程序,不用时节省内存,并且驱动程序独立于内核,升级灵活。驱动程序的模块加载与卸载流程如图4所示。
动态加载模块方式的实现需要借助init_module()和cleanup_module()两个函数,它们的作用分别是当用户调用时注册硬件设备以及完成动作后卸载硬件设备。在终端使用insmod和rmmod命令触发相应驱动程序的init_module()和cleanup_module()函数来实现模块的加载和卸载。
本文针对驱动程序初始化延时,结合车载系统信息系统终端硬件设备和功能需求,将不必要开机启动的设备驱动程序一律以模块的形式编译进内核,以实现减小内核大小,提高启动速度的目的。本文采用的主要配置步骤如下:
(1)对车载信息系统必须的硬件设备必须提供支持。如处理器类型、NAND Flash、串口设备、显示设备以及文件系统等。在编译内核时,这些模块选择
(2)对于可能用到的模块,设置成可加载模块,比如网卡、USB、LED等设备。在编译内核时,这些模块选择
(3)选择需要的文件系统驱动编译进内核。Linux内核支持很多种文件系统类型供开发者使用,在默认情况下是包含在内核中的。由于本文中仅用到了YAFFS2和UBIFS文件系统类型,其他的诸如ext2、ext3、NFS文件系统类型等并不需要,尤其是NFS文件系统,要占几百k B内存,运行时还要多占一倍内存空间,编译时应该选择
(4)针对设备初始化延时,不检测不存在的设备、驱动模块化、驱动管理优化等设备初始化策略。
4 优化前后系统启动速度对比测试
本文中的实验主要装置是桌面PC机和目标开发板。桌面PC机主要用于为目标设备联编内核镜像和应用程序。嵌入式目标开发板为基于三星S3C6410微处理器的开发板。CPU基于ARM1176JZF-S核,主频533MHz,256M DDR RAM内存。3G USB网卡为HUAWEI E1750。
桌面PC机型号为DELL OPTIPLEX 990,CPU为Intel的i3-2100、主3.1GHz、内存DDR2 2GB、操作系统为Fedora 9。它们之间的连接如图5所示,通过直流电给嵌入式主板(Samsung S3C6410)供电5V,3G USB网卡通过USB接口与嵌入式主板连接,台式PC机通过RS-232串行端口线与嵌入式主板的UART0口连接,主板的启动及调试信息通过串口转USB输出到台式PC机终端。
4.1 文件系统优化前后对比测试
本文优化了系统的根文件系统镜像,将原有的YAFFS2类型的文件系统改为UBIFS文件系统,并针对车载信息系统目标终端,在保证文件系统完整的情况下应尽可能地保持根文件系统的精简。在分别
对优化前后的文件系统编译了镜像文件后,对镜像文件大小以及内核启动时间进行了测试和对比,测试结果如图6所示。
由图6可知,在相同的文件结构下,优化后文件系统类型的镜像文件要比优化前的文件系统镜像小得多,体积减小将近45%;反映到内核启动时间上,优化后的文件系统内核启动时间仅为优化前的文件系统的38.7%,缩短了超过六成的时间;在文件系统的挂载时间方面,优化后的系统挂载时间大幅缩短,仅为优化前的系统挂载时间的13%,这不仅仅是镜像文件体积变小的原因造成的,还由于UBIFS是在闪存设备上维护其索引元数据,因此,它不需要在每次挂载时都扫描闪存设备并重新建立索引。
4.2 设备驱动优化前后对比测试
本文结合车载系信息系统终端硬件设备和功能需求,在采用上述优化后的UBIFS文件系统的镜像情况下,对嵌入式Linux的内核进行了重新配置,优化了设备驱动程序,并将优化前后的内核镜像文件z Image大小以及内核启动速度做了测试和对比,测试结果如图7所示。
由图7中数据可见,取消不必要的内核性能、将可能不需要用到的驱动设备程序模块化后,内核镜像z Image的大小减小了25.5%,相应的内核启动时间缩短了近三分之一的时间,提高了2.02s。镜像文件的大小之所以能影响内核的启动时间与文件系统镜像的原理相同,因为内核的初始化之前,首先需要解压镜像文件,镜像文件越小所好用的解压时间也越少。
5 结论
本文通过对嵌入式Linux系统的启动性能进行测试和分析,从文件系统和设备驱动两方面进行了启动性能的优化,经过实验验证本文的优化方案在提高嵌入式Linux系统的启动性能方面有明显效果,这对于嵌入式Linux系统在车载信息娱乐系统方面的应用具有十分重要的借鉴和研究意义。
摘要：随着汽车车载信息娱乐系统的发展,车载操作系统作为车载信息系统的核心得到了越来越多的关注和研究。文章对面向汽车应用的嵌入式Linux系统的启动性能进行了测试和分析,并分别从文件系统和设备驱动两方面对于嵌入式Linux启动性能进行优化。
关键词：嵌入式Linux,启动性能,文件系统,设备驱动
参考文献
[1]老邮局.嵌入式根文件系统的移植和制作详解[EB/OL].http://www.cnblogs.com/hicjiajia/archive/2012/07/10/2582642.html.
[2]姜春茂,段莹,黄春梅.嵌入式Linux文件系统剪裁方法研究[J].计算机科学,2008(9):282-284.
[3]吴娴.嵌入式Linux文件系统的设计和实现[J].计算机工程与应用,2005(9):111-112.
[4]Bovet D P,Cesati M,陈莉君,等.深入理解Linux内核(第二版)[M].北京:中国电力出版社,2004.
[5]李俊.嵌入式Linux设备驱动开发详解[M].北京:人民邮电出版社,2008.
启动性能 篇4
电动机是工农业生产中最重要的拖动设备之一。三相异步电动机由于其结构简单、维护方便等优点, 被广泛应用于工农业生产和其他生产当中。众所周知, 电动机的启动性能是电力拖动系统的一个重要指标。在电动机启动特性中, 最主要的是启动电流和启动转矩。一台三相异步电动机如不采取相应措施直接投入电网启动, 启动电流会很大, 启动瞬间转矩所造成的机械冲击也会影响其本身及其拖动设备的使用寿命, 过大的启动电流还会加速电机的绝缘老化。此外, 电动机启动时会引起较大的电网压降, 这会影响电网供电和其他设备的运行。因此, 在实际应用中促使人们从笼型异步电动机的转子槽型入手, 设法利用“集肤效应” (也称挤流效应) 来实现启动时转子电阻较大而正常运行时转子电阻变小的要求。具有这种启动性能的笼型异步电动机就是深槽式异步电动机和双笼式异步电动机, 下面对它们分别进行分析和研究。
2 深槽、双笼式异步电动机改善启动性能分析
2.1 深槽式笼型异步电动机启动性能分析
深槽式笼型异步电动机的主要结构特点是转子的槽型特别深而窄, 槽的高度与宽度之比一般为10 ~12, 如图1 (a) 所示。首先根据电机学原理研究图1 (a) 中槽底导体1 与槽口导体2 交链磁力线的情况。
对于槽底导体1, 假设其中流过的电流为i, 图1 (a) 中的全部磁力线与之交链, 磁链为 ψ1, 则其对应的电感为:
对于槽口导体2, 假设其中流过的电流为i, 图1 (a) 中只有少数几根磁力线与之交链, 磁链为 ψ2, 则其对应的电感为:
根据电机学原理可知, 电动机启动时, 相当于转子处于堵转状态, 转速n=0, 转差率s=1, 由式 (3) 可以近似地得出转子频率f2与定子频率f1 (即交流电源工频频率) 的关系为:
则f2.= f1, 槽底导体1 与槽口导体2 的电抗分别为:
于是。故越靠近槽底, 各单元导体漏电抗越大, 流过的电流越小;越靠近槽口, 各单元导体漏电抗越小, 流过的电流越大。
由以上分析可知, 深槽式笼型异步电动机是利用转子槽漏电抗分布的不同, 利用所引起的集肤效应来改善其启动性能的。转子导条可看成是由很多沿槽高排列的小导条并联而成的, 各小导条电流的分布取决于它们漏阻抗的大小。启动时, 转差率s=1, 转子频率f2.=f1 (交流电频率) , 这相当于正常运行时f2=1~3Hz, 是比较高的, 转子槽中各并联小导条的漏电抗比电阻大, 电流分配主要取决于漏电抗的大小。由图1 (a) 可见, 沿槽高越靠近槽底的小导条交链的漏磁链越多, 其漏电抗也越大, 所以转子电流主要从槽口处漏电抗较小的小导条通过, 转子导条沿槽高的电流密度分布情况如图1 (b) 所示。这时, 转子电流被“挤”到槽口表面, 这种现象被称之为集肤效应。其结果是, 槽底部分的导条截面内几乎没有电流通过, 相当于转子导条的有效截面减小了, 如图1 (c) 所示, 这使转子电阻增大、启动电流减小而启动转矩增大, 可使电机满载启动。
随着转速升高至启动结束, 转差率s逐渐减小, 根据式 (3) 转子频率逐渐降低, 集肤效应的影响逐渐降低, 各并联小导条的漏电抗也逐渐降低至小于电阻, 这时电流分配主要取决于各并联小导条电阻的大小, 转子电流逐渐均匀地分布在转子导条的整个截面上, 转子电阻逐渐降到正常值。
与普通笼型异步电动机相比, 由于深槽式转子漏磁通增大, 使正常运行时的转子漏抗增大, 因此电动机的功率因数及过载能力会降低。所以, 深槽式异步电动机启动性能的改善是依靠牺牲某些性能指标而取得的。
2.2 双笼型异步电动机启动性能分析
双笼型异步电动机的转子具有最典型的双笼型结构, 在转子中嵌放两套笼型绕组, 即上笼和下笼, 如图2 (a) 所示。其上笼导条截面较小, 且由电阻率较大的黄铜或铝青铜等制成, 因而电阻较大。但它交链的槽漏磁通较少, 故漏电抗小;下笼导体截面较大, 用紫铜制成, 电阻较小, 但它交链的槽漏磁通较多, 漏电抗大。如果上、下笼都用铸铝制成, 则上笼截面远比下笼小得多, 如图2 (b) 所示, 因而上笼电阻比下笼大得多。
启动时转子电流频率高, 集肤效应使电流多被“挤”到上笼, 使上笼起主要作用, 故称其为启动笼。由于上笼电阻大, 故其可以减小启动电流而增大启动转矩。启动结束后, 转子电流频率很低, 下笼漏电抗减小, 其本身电阻又小, 转子电流主要从下笼导条中通过, 下笼在正常运行时起主要作用, 故称其为工作笼。双笼型异步电动机的机械特性是上、下笼机械特性的合成, 如图2 (c) 所示。改变上、下笼导条的材料和面积, 可以得到不同的合成机械特性, 从而满足不同的负载要求。
双笼型异步电动机与深槽式笼型异步电动机一样有很好的启动性能, 可以使电机满载启动, 但前者的一些特性好于后者, 不过深槽式笼型异步电动机制造简单, 也比较便宜。
3 结束语
总之, 深槽式笼型异步电动机是利用转子槽漏磁通所引起的电流集肤效应来改善启动性能的。启动时电流集肤效应使转子电流集中在槽中导条的上部, 其效果就相当于减小了导条的有效截面积, 增大了转子的电阻, 从而改善了启动性能。双笼型异步电动机转子有上、下两套笼型绕组。上笼绕组截面积较小, 具有较大的电阻, 启动时上笼绕组起主要作用, 可以改善启动性能。下笼绕组截面积较大, 电阻较小, 运行时下笼绕组起主要作用, 电动机仍具有较好的运行性能。这两种异步电动机的缺点是功率因数低, 双笼型异步电动机结构复杂、价格较贵, 而深槽式笼型异步电动机结构简单、价格便宜。
参考文献
[1]徐建俊.电机与电气控制[M].北京:清华大学出版社, 2007.
[2]徐君贤.电机与电器制造工艺学[M].北京:机械工业出版社, 2006.
[3]范次猛.机电设备电气控制技术[M].北京:高等教育出版社, 2011.
[4]Gomez Gonzalez M, Jurado F, Pérez I.Shuffled frog-leaping algorithm for parameter estimation of a double-cage asynchronous machine[J].IET Electric Power Applications, 2012, 6 (8) :484-490.
[5]胡岩, 刘涛, 吴伟.复合笼型转子异步电动机启动性能[J].电工技术学报, 2012, 27 (12) :199-204.
[6]胡堃, 何凤有, 薛冰.深槽式笼型转子无刷双馈电机的仿真分析[J].微特电机, 2011, 39 (11) :34-36.
[7]薛冰, 胡堃, 樊贝.深槽式凸极转子无刷双馈电机有限元分析[J].微特电机, 2012, 40 (5) :13-15.
[8]Guimaraes Joao Marcondes Correa, Bernardes Jose Vitor, Hermeto Antonio Eduardo, Bortoni Edson Da Costa.Parameter determination of asynchronous machines from manufacturer data sheet[J].IEEE Transactions on Energy Conversion, 2014, 29 (3) :689-697.
启动性能 篇5
关键词：深槽型鼠笼式转子,普通型鼠笼式转子,三相异步电动机,启动
1 引言
三相异步电动机由于结构简单、价格低廉、维护方便等优点被广泛应用于现代企业中, 根据转子结构划分, 三相异步电动机转子分为鼠笼式和绕线式。由于鼠笼式转子结构无法形成开路状态, 所以在转子回路中无法串入电阻, 只能采取降压启动方法;绕线式转子是在三相异步电动机转子槽中安放绕组, 三相绕组一端短路, 另一端分别连接转子轴上的滑环, 滑环通过电刷连接外电路并可以短接, 能够在绕线式转子回路中串入电阻, 这样即可以采取转子回路串电阻启动方法。绕线式转子三相异步电动机具有更好的启动性能, 但造价高。根据绕线式转子三相异步电动机启动原理并结合普通型鼠笼式转子结构, 开发出深槽型鼠笼式转子三相异步电动机, 下面就深槽型鼠笼式转子与普通型鼠笼式转子三相异步电动机的启动原理及启动性能进行分析。
2 普通型鼠笼式转子三相异步电动机启动原理及特性
普通型鼠笼式转子是在三相异步电动机转子槽中安放铜条, 两侧分别用铜环将铜条端部短路;或者由铸铝一次浇筑而成鼠笼状结构, 故称鼠笼式转子。由于鼠笼式转子结构无法形成开路状态, 所以在转子回路中无法串入电阻, 只能从定子回路入手采取措施改善电动机的启动性能。
2.1 定子回路串电阻或电抗器启动
在电动机定子回路中串入电阻或电抗器, 分担部分电压, 降低电动机定子绕组两端电压, 从而降低电动机的启动电流。
2.2 星--角启动
适用于定子绕组三角接法电动机, 启动时将定子绕组星接, 启动完毕改为角接。该方法使电动机启动过程中电动机定子绕组两端电压降低为额定运行时电压的1/√3, 从而降低电动机的启动电流。
2.3 自耦变压器降压启动
自耦变压器实为降压变压器, 将自耦变压器一次绕组接电源, 二次绕组接电动机定子绕组两端, 降低电动机定子绕组两端电压, 从而降低电动机的启动电流。
2.4 普通型鼠笼式转子三相异步电动机启动方式下电动机输出转矩
以上所述传统的鼠笼式转子三相异步电动机启动方式均属于降压启动范畴, 即通过降低电动机定子绕组两端电压来达到降低启动电流的目的。由于三相异步电动机电磁转矩与电动机定子绕组两端电压的平方成正比例关系, 上述方法在达到降低电动机启动电流的目的同时, 损失了大部分的输出转矩。所以该方法具有局限性, 只适用于空载启动或轻载启动。
3 绕线式转子三相异步电动机启动原理及特性
绕线式转子是在三相异步电动机转子槽中安放绕组, 三相绕组一端短路, 另一端分别连接转子轴上的滑环, 滑环通过电刷连接外电路并可以短接。这样即可以在绕线式转子回路中串入电阻。
3.1 转子回路串电阻启动
在绕线式三相异步电动机转子回路中串入对称电阻, 降低电动机启动电流。启动过程中, 分级切除对称电阻, 从而保证电动机足够的输出转矩。
3.2 转子回路串频敏变阻器启动
频敏变阻器是阻值可以根据转子电频率变化而变化的可变电阻, 将频敏变阻器串入绕线式三相异步电动机转子回路中, 启动初始阶段转子电频率高, 频敏变阻器阻值高, 随着转子转速的逐渐提高, 转子电频率逐渐降低, 频敏变阻器阻值随之降低, 这样既降低了电动机启动电流, 还可以平滑地切除电阻。
3.3 绕线式转子三相异步电动机启动方式下电动机输出转矩
三相异步电动机的输出转矩与转子电流的有功分量成正比例关系, 绕线式三相异步电动机转子回路中串入对称电阻, 降低了启动电流, 但是由于功率因数提高了, 不但没有降低电动机的启动转矩, 反而提升了启动转矩。该方法适用于重载启动, 较比普通鼠笼式三相异步电动机启动性能更为优良。
4 深槽型鼠笼式转子三相异步电动机启动原理及特性
深槽型鼠笼式转子是在普通型鼠笼式转子基础上, 加大了铁芯槽设计深度, 根据金属导电的“趋肤”效应, 三相异步电动机启动时由于电流大, 深槽上部电荷密度远大于下部电荷密度, 增加了转子电阻, 提高了转子电路功率因数, 不但降低了启动电流, 反而提升了启动转矩。随着转子转速的提高, 转子电流逐渐减小, 深槽上部电荷密度随之减小, 转子电阻也逐渐减小, 使电动机平稳地完成启动过程。
5 结束语
深槽型鼠笼式转子三相异步电动机是根据绕线式转子三相异步电动机启动原理并结合普通型鼠笼式转子结构研发出的新型鼠笼式转子电动机, 具有造价低、启动转矩大优点, 可以满足大负载启动需求。体现出良好的启动性能和经济适用性。
参考文献
[1]杨宗豹, 主编.电机及拖动基础.冶金工业出版社.2003.