变频与调速

ξ

EM CA

2009, 36 ( 1 )

1

　优化电磁设计

1. 1　定转子槽配合的优化选择

在变频异步电机槽数设计方面 ,定转子槽配

合的约束得到放宽 ,槽配合时主要考虑避免一阶
定 、

转子齿谐波产生的低阶力波 (

n

= 0, 1, 2, 3,

…) ,这些力波可能与定子的固有频率接近 , 发生

共振

[ 7 ]

。

( 1) 削弱力波的槽配合 。为削弱变频电机齿

谐波产生的力波 ,要求槽配合满足表 1的要求 。

表

1

　变频调速异步电机槽配合

避免力波次数

槽配合要求

0

Z

1

-

Z

2

≠

0

,

2

p

1

Z

1

-

Z

2

≠ ±

1

,

2

p

±

1

2

Z

1

-

Z

2

≠ ±

2

,

2

p

±

2

3

Z

1

-

Z

2

≠ ±

3

,

2

p

±

3

　　表中 :

Z

1

为定子槽数 ,

Z

2

为转子槽数 ,

p

为电

机极对数 。更高次力波引起的振动幅值小 ,一般
中小型电机中可不予考虑 。

( 2) 对笼型电动机 ,定子槽数越多 ,谐波损耗

越少 ,异步附加转矩越小 ;定子槽数大于转子槽数
还可降低杂散损耗 。

( 3) 转子采用奇数槽 ,这样可以减少同步寄

生转矩 ,避免起动时产生堵转 。

( 4) 采用 5 /6短矩系数可大大削弱 5次谐波

和 7 次谐波产生的附加转矩影响 ,对变频电机减
少高次谐波影响起到十分重要的作用 。

1. 2　转子槽形优化设计

( 1) 为了抑制高次谐波损耗的增加 ,异步电

机转子应采用集肤效应小的特殊槽形 ,槽面积尽
可能大 ,槽形宜浅不宜深 ,槽形总体上宽下窄 ;采
用直槽 而 非 斜 槽 转 子 结 构 , 以 减 少 其 负 载 损
耗

[ 8 ]

。

( 2) 采用磁性槽楔 ,不但能减小有效气隙 ,降

低空载电流 ,改善功率因数 ,还能降低气隙谐波磁
势分量 ,减小谐波磁势引起的附加损耗和其他不
良影响 。

( 3) 在定 、

转子槽数相同的情况下 ,可选择不

同的转子槽形 、

尺寸 ,进行效率和功率因数优化设

计 ,从而最终确定高效优化的电磁设计方案 。

1. 3　气隙的优化设计

电机的气隙增大 ,将使励磁电流增加 ,电机功

率因数下降 ,同时气隙中的谐波磁场也将降低 ,附
加损耗减少 ;另外 ,气隙的增大可以使定 、

转子结

构配合部件的加工精度和同心度适当降低 ,减小
加工的难度和时间 。

普通电机气隙通常采用经验公式

δ

=

D

i

100

1

+

9

2

p

式中 :δ———电机的气隙 (mm ) ;

　　

D

i

——

—电机定子内径 ( cm ) ;

　　

p

—

——电机极对数 。

变频电机气隙应比同容量普通电机气隙稍大

一些 。

1. 4　基于模糊自适应设计模型的电磁优化设计

文献 [ 5 ]给出了变频调速异步电机不同定子

槽形的定子设计公式 ,一旦给定定子电密 、

气隙磁

密 、

定子齿轭磁密 (

J

1

、

B

g

、

B

t1

、

B

y1

)等参数 , 定子

结构和主要尺寸就完全确定 , 并随槽形和定子内
外径比值的改变而改变 。这些公式使变频调速异
步电机的设计完全由其电密和磁密的设定值控
制 ,消去了传统设计中的经验参数 ,同时还将这些
电密和磁密的设定与变频调速系统中电机的运行
性能建立了关系 。

文献 [ 5 ]以此为基础进行了基于自适应模型

的电磁优化设计 。在该自适应模型中 ,定子内外
径之比 λ是不确定的 ,这个变量的选取对电机性
能有很大影响 。本设计则将模糊控制应用到系统
设计中 ,建立一个变频调速异步电机模糊自适应
模型 。通过模糊自适应过程不断调整 λ,以达到
同时满足定 、

转子电磁负荷设定的目的 。变频调

速异步电机模糊自适应设计流程见图 1。

图

1

　变频调速异步电机模糊自适应设计流程图

—

4

3

—