异步电动机应用磁性槽楔试验研究总结

异步电动机由于齿槽的存在,带来了气隙磁导的不均匀性,由此引起了磁导谐波。高压电机定子由于工艺的需要,须采用开口槽,这样气隙磁导齿谐波的振幅增大。众所周知,气隙磁导齿谐波的增大,带来转子表面铁损耗和转子齿脉振铁损耗的增加。由于上述的这种铁损耗是在转子上产生的,故鼠笼电机,特别是铸铝笼条转子电机更为严重。这种定子气隙磁导齿谐波在转子表面上     

变频供电条件下异步电机空载磁场及损耗分布特点

以一台空间矢量脉宽调制(SVPWM)供电的5.5 k W异步电机为例,利用时步有限元法分析不同载波频率和调制比下电机定转子铁心磁密变化规律及其对损耗密度分布的影响。结果表明,变频供电时,定转子铁心磁密谐波主要集中在定子齿顶区域,随载波频率增加,电机总铁耗下降,但总体变化较小;调制比增加导致变频器输出电压谐波含量降低,电机内部定子铁心谐波损耗密度减小,电机总损耗随调制比增加而降低。对不同载波频率和调制比空载运行状态进行试验对比,验证了分析的正确性。     

过电压条件下谐波磁场对异步电机附加损耗的影响

为了研究过电压条件下谐波磁场对异步电机附加损耗的影响,以一台Y132S-4、5.5kW电机为例,利用时步有限元法研究了过电压下定转子铁心谐波磁密和转子导条谐波电密在额定负载时的变化规律及产生原因,进一步分析其对附加损耗的影响。结果显示,在附加铁耗方面,过电压引起磁路饱和,导致定子铁心轭部、齿身3次谐波磁场和磁导谐波磁场增加,同时受定转子绕组电流降低的影响,由其产生的齿谐波磁场在定转子铁心齿顶区域引起的附加铁耗降低,两者共同作用导致附加铁耗由380V时的44W降低到420V时的35W;在附加铜耗方面,过电压引起角接绕组3次谐波电流及相应定子附加铜耗增加,受转子绕组电流降低的影响,由其引起的齿谐波磁场在转子导条中感生的高频电流及相应附加铜耗降低。通过满载时不同电压下各项损耗进行实测对比,验证了文中分析正确性。     

笼型异步电动机空载、满载、杂散损耗及反转法试验

多相笼型异步电动机的负载杂散损耗至今很少是在额定电压和满载下进行测量,因其极难达到所需的测试精度,而大都是用反转试验代替。本文主要论述反转试验是否产生代表性结果的问题,并根据磁密空间谐波和转子电流谐波的一系列新研究,确定杂散损耗可预测到何种程度。为此将定子槽半闭口与开口,转子有变数斜槽与直槽的4极11千瓦多相异步电动机,在空载、满载条件下并用反转试验测量其杂散损耗,同时对直槽电机作了计算。定转子空间谐波与转子电流谐波的理论和实验研究见文献。被研究直槽转子电机杂散耗包括下列各项: 谐波电流引起的鼠笼I~2R杂散耗,转子电流谐波的计算已考虑到定转子槽的影响、与定子槽有关的不同频率电流系统的互耦,特别是当转子谐波场有定子齿基波磁密迭加时由于磁饱和引起的气隙磁漏的减     

通风道型定向磁性槽楔在高压电动机上的应用

1982年以来,在厂用高压异步电动机上应用磁性槽楔已达20台,节电效益显著,但是在大容量的给水泵电机上(JKz-200-Z型)改用异型定向磁性槽楔还是首次尝试.高压异步电动机铁芯采用开口槽,整个电动机定转子气隙磁阻不均匀,齿部磁阻小,槽部磁阻大,因而运行中气隙磁密分布很不均匀,使电机转子表面损耗和脉动损耗增加,不但使铁芯和绕组温升增加,而且影响了电机的绝缘寿命.因此改用磁性槽楔后,对降低电动机气隙磁导的不均匀性,减小气隙磁通齿谐波,从而对降低附加损耗是很有效的.但是由于JKz系列电动机设计特殊,即定转子间单边气隙大,约为4mm,且定子槽口留有高约20mm     

同心式转子结构无刷双馈电机的性能分析

无刷双馈电机设计时转子谐波含量较大,影响着电机性能。采用绕线式转子结构并利用齿谐波原理,设计的新型同心式转子结构的无刷双馈电机,能够很好地解决此问题。阐述齿谐波原理,并以一台绕线式无刷双馈电机为例,具体分析同心式转子绕组的磁动势。利用有限元仿真软件建模仿真。对无刷双馈电机发电运行时,电机磁密分布、气隙磁密谐波和不同转速下功率绕组电压波形在仿真和样机实验时的结果进行分析,验证同心式转子绕组能调制磁场和降低气隙谐波,使无刷双馈电机具有良好的性能指标。     

开关磁阻电机两种绕组连接方式的铁心损耗

采用有限元方法对比分析了一台三相12/8结构开关磁阻电机在两种绕组连接方式下的动态磁场分布.在(r, θ)坐标系中细致描述了电机定子铁心和转子铁心特征区域(定子齿、定子轭、转子齿、转子轭)的磁密周期性变化规律,并比较了两种绕组连结方案对电机特性不同磁场的谐波含量及其对铁心损耗的影响,从减少铁心损耗的角度为定子绕组的优化设计提供了理论基础.     

磁性槽楔对永磁电机转子损耗及温度场影响

针对实心转子高压永磁电机定子铁心开槽会导致气隙磁导不均匀,气隙中谐波磁场引起电机转子温度升高,影响永磁体的电磁性能的问题,以一台315 k W,6 k V实心转子高压永磁电机为例,建立了样机的二维电磁场时步有限元模型及三维全域流体与固体耦合传热数学模型,给出了求解域及边界条件,通过求解计算模型,将计算数据与实验数据进行了对比,验证了所建模型的正确性。在此基础上研究了槽楔相对磁导率分别为3、5、7、9时对转子表面涡流损耗的影响,分析了磁性槽楔相对磁导率为不同值时电机转子及定子各部分的温度分布,计算结果表明定子槽楔相对磁导率数值的增加,电机的起动转矩降低,转子铁心涡流损耗逐渐减小,电机定子各部分温度先减小后趋于稳定。     

关于小型三相鼠笼型异步电动机附加损耗与转矩曲线的计算

小型三相鼠笼型异步电动机的定子绕组在气隙空间产生相带谐波磁场和磁势齿谐波磁场,转子绕组也产生一系列磁势谐波磁场,此外,由于气隙两旁存在齿槽,使气隙不均匀,结果形成磁导谐波磁场,它们在电机的定转子表面及绕组中产生高频附加损耗,还在电机中产生谐波转矩。本文介绍上述磁场的各种表达式,叙述了表面涡流损耗、表面磁滞损耗、脉振损耗、转子谐波电流损耗以及谐波转矩的计算公式。     

转子偏心对大型汽轮发电机磁场分布及定子铁耗的影响

指出转子偏心是大型汽轮发电机的主要故障之一,故障发生后可能会改变气隙及铁心的磁场分布,加剧定、转子的振动,导致铁心变形、绕组磨损和绝缘破坏等严重后果。偏心后磁场的计算,传统的数值解析法推导过程复杂,准确度不高。以有限元方法为工具,建立了汽轮发电机二维瞬态场有限元模型,定量分析了发电机转子在偏心率不同时空载和额定负载工况气隙磁密各次谐波的变化情况,研究了定、转子铁心齿部和轭部磁场的分布状况,并在此基础上,讨论了不同偏心率对定子铁心损耗的影响。计算结果表明转子偏心会增加气隙磁密的偶次谐波含量,使转子偏心朝向处的定子磁密增大,反向处的定子磁密减小,导致局部过热,并增加了发电机的定子铁心损耗。     

转子导磁导电槽楔材料对汽轮发电机参数和转子表面损耗影响的研究

在电机定子或转子的槽楔上采用磁性槽楔材料,可以提高电机的效率。该文以150MW空冷汽轮发电机为例,提出了在发电机转子开口槽内嵌入一种高强度的导磁导电的Fe-Cu合金槽楔替代通常的铝合金或硬铝槽楔,通过建立该发电机二维电磁场数学模型,基于时步有限元法计算了发电机转子采用铝合金槽楔和导磁导电槽楔时转子表面损耗,研究了采用两种不同材料时转子表面附加损耗分布和定子铁心铁耗数值的变化,对比了两种不同槽楔时发电机的饱和电抗值。转子采用导磁导电的Fe-Cu合金槽楔,发电机的饱和同步电抗相对于铝合金槽楔对应的饱和同步电抗减小、短路比增加,发电机气隙内谐波含量降低。此外,采用Fe-Cu合金槽楔材料的强度要好于铝合金槽楔强度。     

转子偏心对低速大转矩永磁同步电机损耗与发热的影响

为了研究转子偏心对损耗与发热的影响,以一台400 kW、20 r/min的低速大转矩永磁同步电机为对象,分析并建立了其转子偏心时的二维非线性时变电磁场和三维各向异性温度场模型,并通过有限元分析了转子偏心对该电机电磁性能及损耗、发热的影响.结果表明,随着转子偏心率的增加,反电动势及定子铁耗变化不大,但气隙磁密谐波畸变率、电枢电流、电磁转矩、齿槽转矩、定子铜耗、转子损耗及电机发热明显增加,转子偏心反向侧的局部温升变大;采用强迫风冷代替自然风冷后,可有效降低最高温度并使温升分布更加均匀.     

空压机用高速永磁电机铁心和磁钢损耗的影响因素

高速电机具有电流频率高、定子铁耗和转子涡流损耗大等特点。针对额定功率10 kW、额定转速100 000 r/min空压机用高速永磁电机,对比分析了平行充磁和径向充磁、脉冲振幅调制(PAM)方波驱动和基于SiC的正弦波驱动时对损耗的影响。分析结果表明,平行充磁气隙磁密谐波小,空载定子铁心损耗比径向充磁低约40%;驱动方式对电机损耗尤其是转子损耗影响较大,正弦波驱动时转子损耗几乎可忽略,方波驱动时转子损耗占比可达总损耗的20%。针对方波驱动转子损耗大的问题,在转子表面增加一层铜屏蔽层,分析结果表明可以有效降低转子涡流损耗。对同一台带压缩机负载的高速电机对比测试了2种驱动器控制下的母线输入的有功功率,验证了驱动方式对电机损耗的影响。     

单相电机优化设计中的一个特殊问题

众所周知,单相分马力异步电动机额定工作时气隙旋转磁场几乎总是有椭圆的.该椭圆形旋转磁场使得定子不同齿的齿磁密各不一样,其大小按π电角度周期性变化,轭磁密亦然.当冲片尺寸、绕组参数一定时,最大齿磁密和最大轭磁密所在位置在冲片上也是一定的,这使得我们在电机优化设计时可根据实际需要采取相应措施来避免部分齿、轭磁密的过饱和,从而改善电机性能,降低电机噪声.     

核电汽轮发电机定子内部短路故障对转子涡流损耗影响

针对核电汽轮发电机定子内部短路故障后转子表面涡流损耗的分布问题,结合场路耦合数学模型和涡流损耗计算方法对该问题进行了详细的研究。首先建立了核电汽轮发电机场-路耦合时步有限元数学模型,计算发电机故障前后影响转子表面损耗的气隙磁密,并采用快速傅里叶法对气隙磁密进行谐波分析,进一步研究了故障后各次谐波的瞬态变化以及不同故障工况下气隙磁密各次谐波幅值平均值的变化特性。其次,计算并分析核电汽轮发电机定子绕组短路故障前后,转子表面小齿和槽楔的瞬态涡流损耗与一个周期的平均涡流损耗,并进一步揭示了不同故障工况下,转子表面小齿,大齿和槽楔平均涡流损耗的分布规律,得到一些有意义的结论,为转子温升的计算提供了理论基础。     

定子槽开口对感应电机转子涡流损耗的影响

为了精确计算感应电机转子上的涡流损耗并探讨定子开槽对其产生的影响,对于额定功率为2.2 k W极对数为4的小型铸铝转子感应电机中转子涡流损耗情况进行了详细分析。通过建立不同定子槽开口的电机模型,结合电机内谐波磁场的理论分析与二维有限元的计算方法,研究了电机气隙谐波磁场与定子槽开口的关系,揭示了转子中不同位置的磁密与涡电流分布情况,并对比分析了不同槽开口模型中转子铁心与导条中涡流损耗的大小关系。仿真结果表明:气隙中的谐波磁场以及转子铁心表面的涡电流密度都随着定子槽开口增大而增大;转子铁心及导条中的涡流损耗随定子槽开口的增大呈二次函数的增长趋势。     

实心转子永磁同步电动机气隙长度与性能研究

采用有限元法计算了实心转子永磁同步电动机在不同的气隙长度条件下的气隙磁密、空载反电动势、功率因数、效率和起动转矩,在计算过程中考虑了定转子相对运动及定子斜槽等因素;22 kW实心转子永磁同步电动机的计算和实验结果表明,电机气隙长度对气隙磁密、空载反电势、功率因数、效率和起动转矩均有较大的影响.     

单相异步电动机的槽配合

合理地选择定,转子的槽配合,是一切鼠笼式异步电动机设计中的关键问题之一。如果配合不当,会使电机性能恶化,可能导致附加转矩、附加损耗及振动和噪声的增加,特别是在单相电动机中,还会造成起动转矩随转子位置的不同而发生波动的现象。造成上述电机性能恶化的主要原因是存在谐波磁场。当不计磁路饱和的影响时,单相异步电动机气隙谐波磁场有三种来源:①由定子电流产生的定子谐波磁势;②由定子的基波及高次谐波磁势在转子中感应的电流所产生的转子谐波磁势;③由于气隙磁导不均匀而产生的齿谐波磁导。     

发电机转子两点接地故障分析

本文对发电机转子两点接地及匝间短路时定子电势所出现的二次谐波分量进行了分析。(该谐波分量在大型发电机上用以实现转子两点接地保护)。从基本物理概念出发，分析了正常及故障时转子绕组磁势及气隙磁密分布曲线以及相应的定子谐波电势。文中提出了计算磁密曲线的概念，使分析过程得以清晰和简便。     

绕线转子无刷双馈电机多谐波联合起动过程中磁动势及性能分析

多谐波联合起动绕线转子无刷双馈电机通过改变电机定子绕组联结方式,使得励磁电流在气隙中产生基波磁动势以及与基波同转向的不同极对数谐波磁动势。基波磁动势协同这些谐波磁动势与转子上复合线圈绕组相互作用来降低起动电流和增大起动转矩,进而改善电机的起动性能。该文通过详细的推导建立该电机的定子绕组磁动势数学模型,分析该电机在起动时磁动势谐波含量;分析转子绕组的磁场调制机理及工作特点,并对该电机在起动时的等效电路以及气隙磁通密度进行分析以研究其起动性能。仿真和试验结果表明,采用多谐波联合起动方式使电机的起动电流降低,起动转矩增大,并且使得电机具有良好的起动性能。