定子开口槽感应电机空载损耗分析

论述感应电机空载损耗产生的原因,重点对电机的表面损耗和脉振损耗进行了分析,并对电机定子采用半闭口槽和开口槽两种情况下的转子表面损耗和脉振损耗增加倍数进行了计算。最后结合工程实践经验,对定子开口槽感应电机的设计提出了一些有益的建议。     

不同转子槽形对感应电机性能影响的对比分析

转子槽形选取对电机性能影响重大。根据电机理论,借助ANSYS Maxwell软件,以刀形转子槽与平底转子槽为例,对比分析了两种转子槽形对一台11 k W感应电机性能的影响。在槽面积不变的情况下,计算了每部分损耗,研究了两种转子槽形在空载和满载情况下电机的效率、起动转矩倍数以及起动电流倍数。仿真和实验结果表明,采用转子刀型槽可有效改善电机损耗特性及起动性能。对比分析结果对不同应用场合的感应电机设计具有一定参考价值。     

转子槽口深度和槽配合对异步电机转子损耗的影响

为了分析转子槽口深度及定转子槽配合对三相变频调速异步电动机转子损耗的影响,采用ANSYS Maxwell软件对1台空载损耗异常的10极、1 100 k W三相变频调速异步电动机转子损耗进行详细分析。通过建立不同转子槽口深度和定转子槽配合的电机模型,结合电机内谐波磁场的理论,对比分析了不同槽口深度和定转子槽配合的电机模型转子铁心与转子导条中的损耗。根据仿真分析结果,对该样机进行改进设计。样机试验结果表明仿真计算的正确性,可为相关电机的设计提供参考。     

基于多策略改进麻雀搜索算法的铸铜转子感应电动机优化

铸铜转子技术在提高感应电动机效率的同时会使电机起动性能变差,通过调整定、转子槽形结构参数可使集肤效应和磁饱和得到改善,同时提高起动性能。但感应电动机优化是一个多变量强耦合的规划问题,若选用所有的槽形结构参数做优化变量会导致计算时间过长且易陷入局部最优。为此,采用LASSO模型筛选对起动性能和效率影响大的槽形结构参数,实现优化变量的降维。在优化方法方面提出了多策略融合的改进麻雀搜索算法(ISSA),并通过基准函数实验验证改进的有效性。以提高电动机起动性能和效率为目标,以电机性能满足IE4标准为约束,将上述方法应用于两台铸铜转子感应电动机优化实例中,并分别从定子槽形结构参数优化、转子槽形结构参数优化及定转子槽形结构参数同时优化3个方向进行分析。为了说明所述方法的有效性,将ISSA与循环遍历法及其他仿生算法的优化结果进行了对比。最后,建立了电动机的仿真模型,对改进前后电动机的起动性能、损耗和磁通密度进行仿真分析。     

定转子槽配合对高压异步电动机温升的影响

定、转子槽配合选择不当,会引起电机附加损耗增加和电机内风路不畅,从而导致电机温升过高。从实例进行分析定转子槽配合对高压鼠笼型异步电动机的温升及效率的影响,提出解决问题的方法,并推出优选少槽配合方案。     

基于永磁形状的BLDC永磁电机转矩分析与优化

无刷直流永磁电机因节能高效、便于使用等优势而受到广泛关注。然而,该类电机通常因空载感应电动势波形不理想而具有转矩脉动较大等问题。以24槽4极无刷直流永磁电机为例,基于气隙磁场调制理论分析了转子永磁型无刷直流电机的空载感应电动势等电磁特性,以磁场调制原理中的永磁初始磁动势源为切入点,探讨影响电机空载感应电动势波形系数的因素并揭示感应电动势形成的内在机理。首先,针对24槽4极传统转子永磁无刷直流电机的运行原理和空载气隙磁场进行分析,并根据得出的结论采取永磁体谐波削极的方式优化电机空载感应电动势波形系数,最后通过仿真验证了理论分析和优化方案的合理性。     

转子材料和气隙对实心转子直线弧形感应电机性能影响

做直线运动、旋转运动或螺旋运动的两自由度直驱电机在机械工具、机器人等领域有广阔的应用前景。研究了一种两自由度直驱感应电机的旋转运动部分的转子导电材料和气隙对电机性能的影响,采用传统电磁设计理论和有限元相结合的方法确定实心转子弧形感应电机的参数,并且提出了设计过程中的两个关键因素,分析了转子材料和气隙厚度对实心转子弧形感应电机性能的影响。通过应用不同转子导电层材料和气隙厚度进行计算机仿真,得到在空载及负载条件下运行的转速曲线和转子损耗曲线。结果表明:在使用钢铜复合次级材料时转速波动较小,转子损耗较小;在一定范围内,气隙厚度越大,电机的转速波动越小,转子损耗越小。     

基于槽型元素图组合的感应电机槽型设计计算法

针对传统解析法设计感应电机时,转子槽型的选择受到目前常用槽型结构形式限制的问题,提出了一种基于槽型元素图的组合槽型设计计算法,来构造感应电机一些新的槽型结构,并通过样机的试验验证,取得了预期效果。     

降低谐波损耗的异步电机转子槽设计

在变频调速电机的应用中,电源中的高次谐波电流将引起集肤效应,使转子导条电阻及铜损耗增加,这是造成电机效率降低的根本原因,因此必须针对逆变器供电的特殊性设计异步电机。在对国外提出的一种带U形铁心桥的转子槽进行分析的基础上得出确定其尺寸的表达式,并通过电磁场有限元分析来验证,结果表明,这种转子槽能极大降低转子谐波电流、转子谐波损耗。最后,总结出转子槽尺寸与转子导条谐波损耗之间的变化规律,对以后设计该种转子槽具有指导意义。     

分数槽集中绕组双馈感应电机电磁特性分析

定转子均采用分数槽集中绕组结构的双馈感应电机极槽数接近,气隙中含有丰富的磁动势谐波,谐波极对数磁场相对于转子高速旋转,会引起电机的转矩脉动。为此,通过磁能和虚位移法求解电磁转矩解析表达式,分析不同次数、不同运动方向的谐波磁场对电磁转矩的影响以及转矩脉动的特点;利用编码器的定位测量功能,提出了一种测量样机转子实时位置的方法,从而量化分析感应电压、电磁转矩等参数。最后利用有限元建立样机二维模型,仿真结果表明：转子转速越快,转子感应电压幅值越小,转矩脉动频率越高,转子转速越慢,转子感应电压幅值越大,转矩脉动频率越低,验证了分数槽集中绕组双馈感应电机电磁耦合理论的正确性。     

FLUX DISTRIBUTION AND REACTANCE IN ENCLOSED SLOT SOLID ROTOR INDUCTION MOTOR

ABSTRACT

In this paper flux distribution by finite element method in the solid rotor with enclosed slot induction motor compared with the flux distribution in the laminate core rotor with enclosed slot is examined.

This paper also presents a method of deriving the reactance from the magnetic energy stored at the portion of the rotor surface. The method of calculating the reactance of the slot tip of an induction motor with enclosed slots is examined. The starting performance calculation of this motor are also described.

Explanation is made here in the order as follows: Equivalent circuit of enclosed slot solid rotor induction motor, Flux distribution in the solid rotor with enclosed slots, Method of deriving the reactance from stored and accumulated magnetic energy, Calculation of the flux distribution, Examples of calculations on the reactance of the slot tip, Results of calculation and measurement on characteristics of the tested motor.

The method of deriving the reactance from the magnetic energy stored in the surface region of the core is considered to be utilizable widely in the technology of magnetic circuits involving non-linear magnetic characteristics     

Development of Motor Model of Rotor Slot Harmonics for Speed Sensorless Control of Induction Motor

This paper proposes a novel mathematical dynamic model to represent the steady‐state and transient‐state characteristics of rotor slot harmonics of an induction motor for sensorless control. Although it is well known that the rotor slot harmonics originate from the mechanical structure of the induction motor, a mathematical model that describes the relationship between the stator/rotor currents of the induction motor and the slot harmonics has not yet been proposed. Therefore, in this paper, a three‐phase model of the induction motor that depicts the rotor slot harmonics is developed by taking into consideration the magnetomotive force harmonics and the change in the magnetic air gap caused by the rotor slots. The validity of the proposed model is verified by comparing the experimental results and the calculated values. © 2013 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 186(3): 63–74, 2014; Published online in Wiley Online Library ( wileyonlinelibrary.com ). DOI 10.1002/eej.22478     

转子槽形及材料对复合笼条转子感应电动机运行性能的影响

针对实心转子感应电动机运行性能相对较差这一问题,提出了在转子槽上下层采用两种不同材料的复合笼条转子感应电动机设计方法,其中上层采用导电导磁的合金材料.基于二维正弦时变场计算电机的运行性能,通过改变转子笼条形状和材料的特性,研究使用导电导磁材料和导电不导磁材料对转子槽和齿部磁场的分布及电机性能的影响,并对不同负载运行情况进行了计算.根据计算结果与实测结果的对比分析后表明,转子槽形及材料特性对电机磁场分布和运行性能有一定的影响,为电机优化设计提供参考依据.     

基于二维解析法的光滑表面实心转子感应电机附加损耗的研究

在普通异步电机中，由于附加损耗数值较小，通常按总功率的5%粗略估算。在实心转子感应电机中，附加损耗中的表面涡流损耗数值远大于普通笼型感应电机，不但成为实心转子感应电机附加损耗的主要部分，而且是造成这种电机效率低、电机过热的重要原因，限制了该类电机的应用和发展。文中运用二维解析法及坡印亭定理对实心转子的表面涡流损耗进行了计算，与试验结果比较显示，理论计算在小转差范围(0~0.2)内取得了与实际较为一致的结果，并分析了大转差下产生偏差的原因。在小转差(s=0.107)运行状态，对定子槽口宽度变化和气隙长度变化对转子表面涡流损耗影响进行仿真计算。结果表明，改变槽口宽度对该种电机转子的表面涡流损耗影响不明显，随着气隙长度的增加，附加损耗曲线分为快速下降，缓慢下降两段。在曲线缓慢下降段综合考虑选取气隙长度是合适的。     

Loss calculation of induction motors considering harmonic electromagnetic field in stator and rotor

A method of loss calculation for induction motors is proposed. The combined 3D–2D time‐stepping finite element analysis is carried out to obtain the copper loss and the time variation of the magnetic field in the motor. The iron loss is calculated approximately considering the time variation of the magnetic field direction and the minor hysteresis loops caused by the time‐harmonic fields using practical computer resources. The proposed method is applied to four types of induction motors, which are the solid rotor induction motors with/without slot and the cage induction motors with/without skew. The measured and the calculated total losses and the iron losses agree well in all cases. The differences of the loss distributions of each motor are also compared and investigated. © 2004 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 147(2): 63–73, 2004; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.10305     

考虑铁心饱和的内置式永磁同步电机气隙磁场解析计算

准确分析电机结构以及磁饱和等因素对气隙磁场分布的影响是永磁电机设计、优化的关键。以分数槽集中绕组内置式永磁同步电机(FSCW-IPMSM)为研究对象,根据磁路分析方法和FSCW的分布规律,分别得到了考虑转子磁桥漏磁的空载永磁磁场解析模型和电枢反应磁场的解析表达式。考虑到定子齿槽结构以及转子内部永磁体分布,利用相对气隙磁导,将定子开槽和转子凸极对气隙磁场的影响考虑在内。重点结合定子铁心材料的B-H磁化曲线、定子铁心局部磁饱和特性引入铁心等效磁阻与动态磁导率来考虑定子铁心磁饱和对负载气隙磁场的影响。最后,有限元仿真和样机试验结果验证了理论分析的准确性,为该类电机的电磁设计和性能分析提供了理论基础。     

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。