降低谐波铜耗的变频调速异步电机转子槽设计

作     者：辛本雨 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：廖勇

授予年度：2009年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：变频调速 转子槽设计 谐波铜耗 

摘      要：随着电力电子技术的发展,变频调速异步电机越来越广泛地应用在各种工业领域。由于逆变器提供给电机的电压(电流)中含有大量的高次谐波成分,对电机的转矩、损耗及效率产生负面的影响,因此有必要分析谐波对电机性能的影响,并从电机设计角度采取措施来削弱谐波的影响。异步电机转子谐波铜耗由于集肤效应而集中在导条顶部引起损耗集中和局部发热。因此针对逆变器供电的特殊性设计变频调速异步电机转子槽,不仅在电机设计理论具有创新意义,在工程应用中更具有指导意义。 异步电机转子槽是承接电机机电能量转换的主要载体,在电机电磁能量的传递过程中起着关键作用。逆变器供电与传统正弦供电相比,电机转子槽的设计原则发生很大的变化。传统设计的变频调速异步电机转子槽易引起谐波损耗集中,影响电机运行的稳定性,不能满足异步电机高可靠性的要求。本文所分析、设计的变频调速异步电机转子结构采用国外提出的带U形铁心桥的转子槽,能较好地解决上述问题。 异步电机的转子参数是影响电机性能的重要因素,对电机的转矩、效率及功率因数均有重要影响。由于转子槽结构的特殊性,采用传统路的方式不能准确获得电机的转子电阻及转子漏抗等电磁参数。因此本文将通过电磁场有限元仿真软件Flux的稳态场模型求得电机转子参数,并将分析集肤效应对不同结构转子槽的影响,总结为降低谐波铜耗转子槽应采用的结构。 转子导条谐波铜耗计算的难点在于集肤效应,当转子导条流过非正弦电流时,由于非正弦电流是由多个不同频率的正弦电流组合而成,集肤效应对铜耗的影响就必须考虑。鉴于集肤效应本身属于电磁场的范畴,通过电磁场有限元法计算转子导条集肤效应可解决上述难题。本文将通过电磁场有限元仿真软件Flux的瞬态场模型求得转子导条的谐波铜耗,并将总结带U形铁心桥的转子槽不同尺寸配合与导条谐波铜耗之间的变化规律。 本文最后对一台样机的试验数据进行分析,并与电磁场有限元分析结果进行比较,验证电磁场有限元分析结果的可靠性,以指导电机设计。