辛本雨，廖勇（重慶大學輸配電裝備及系統安全與新技術國家重點實驗室，沙坪壩400044）

摘要：在變頻調速電機的應用中，電源中的高次諧波電流將引起集膚效應，使轉子導條電阻及銅損耗增加，這是造成電機效率降低的根本原因，因此必須針對逆變器供電的特殊性設計異步電機。在對國外提出的一種帶U形鐵心橋的轉子槽進行分析的基礎上得出確定其尺寸的表達式，并通過電磁場有限元分析來驗證，結果表明，這種轉子槽能極大降低轉子諧波電流、轉子諧波損耗。最后，總結出轉子槽尺寸與轉子導條諧波損耗之間的變化規律，對以后設計該種轉子槽具有指導意義。

關鍵詞：諧波損耗；異步電機；轉子槽；設計

中國分類號：TM343；TM302    文獻標志碼：A    文章編號：1001-6848( 2010)01-0038-04

                 

0引  言

  隨著電力電子技術的發展，交流變頻調速得到了飛速發展，在工業各領域，甚至家用電器方面也得到了全面應用。但作為變頻調速的執行機構一三相異步電動機，絕大多數仍采用普通三相異步電動機。研制適合變頻調速的變頻電機成為交流調速領域最重要的課題。當用變頻電源給異步電動機供電^[1-5]，由于電壓（電流）是非正弦的，含有大量的諧波成分，會在電機中產生大量諧波磁場，對電機的損耗、效率、功率因數、轉矩、發熱等產生一系列不利影響。克服這些難題的****方法是改進電動機設計以適應逆變器電源。

    由于高次諧波電流在轉子導條中集膚效應明顯，設計轉子槽和轉子導條時，尤其要減少導條本身的諧波電流損耗。高次諧波電流因集膚效應出現在轉子導條的頂部，如果不為適應變頻電源來特別設計轉子槽和轉子導條，他們會引起局部發熱和在電機軸上產生較大的轉矩脈動。為盡量抑制高次諧波損耗的增加，要應用特殊的轉子槽設計，使逆變器引起的諧波電流帶來的附加損耗和轉矩脈動等不良影響減到最小。

  本文將要分析、設計的這種帶U形鐵心橋的轉子槽^[6-8]，轉子齒側面平行，適合籠型鑄鋁轉子。本文將在對這種帶U形鐵心橋的轉子槽降低諧波電流、諧波損耗進行分析的基礎上，確定轉子槽的尺寸，并對一臺電機的轉子槽進行設計，并通過電磁場有限元分析來進行驗證。

帶U形鐵心橋的轉子槽形狀如圖1所示。轉子槽開口部分1的材料為空氣，轉子槽的主要部分3填充的材料為鋁，轉子槽開口部分1與轉子槽的主要部分3之間有一鐵心橋2連通轉子槽的兩側，鐵心橋的材料為導磁材料硅鋼片：在鐵心橋底部寬度最窄，向外寬度逐漸增大。

    由于這種帶U形鐵心橋的轉子槽在電磁性能上相當于閉口槽，使得轉子槽漏磁路的磁阻減小，轉子槽漏抗顯著增加。這種槽形降低轉子導條諧波損耗的原因如下：

    1)根據文獻，近似認為定、轉子漏電阻與定、轉子漏電抗相比，可以忽略不計，對電壓源逆變器供電的電機來說，電機繞組中的諧波電流I_μ、諧波損耗p_μ表達式為：

    由式(1)、式(2)看出，在逆變器電源輸給電機諧波電壓含量不變的情況下，增加轉子漏抗，能夠有效降低電機諧波電流，從而達到降低電機諧波損耗的目的。

  2)原來轉子槽開口中的鋁現被空氣所取代，降低了因集膚效應而出現在轉子導條頂部的高頻諧波電流損耗。

  帶U形鐵心橋的轉子槽主要尺寸如圖2所示。

  主要關鍵尺寸有鐵心橋橋頂寬t_bu、鐵心橋底部寬t_b開口槽寬b、開口槽高h、轉子槽頂高h_u。

  鐵心橋橋頂寬氣。是決定帶U形鐵心橋的轉子槽尺寸的設計參數之一。t_b大將允許數量很大的磁通通過鐵心橋橋頂，易造成磁通集中在鐵心橋****部，有造成諧波損耗集中在鐵心橋****部之下的鋁導條的可能；tb