磁阻同步電動機轉子結構及電抗折算系數計算
陳隆昌 王正茂 (西安交通大學710049)
【摘 要】介紹幾種常用的轉子結構型式及其特點，導出了各自的直軸和交軸電抗折算系數的計算式，并用數字實例作了比較，指出分段凸極式轉子結構是磁阻同步電動饑較理想的結構型式。
【敘 詞】磁阻電動機同步電動機電抗折算系數計算
l 引言
磁阻同步電動機又稱為同步反應式電動機，其特點是轉子不需要激磁，利用直軸和交軸氣隙磁阻不等而產生同步轉矩，這類電機結構簡單、運行可靠、成本低，在需要恒速傳動的小功率驅動裝置中，得到廣泛的應用。
一般認為磁阻同步電動機的功率因數低、效率低，電機的力能指標遠不如異步電動機。但是研究表明，經過改進后的轉子結構（分段凸極性結構），其性能可以大大提高，無論是運行性能還是起動性能，都可達到相應的異步電動機性能，這就為取代結構較復雜、成本較高的永磁式或磁滯同步電動機創造了條件。
由同步電動機瑚論可知，對磁阻同步電機性能起著主要作用c內系數是直軸和交軸電抗折算系數k和kq，當這兩個系數確定后，然后進一步可以計算同步轉矩及電機的其它各種性能。由于礅阻同步電機是依靠直軸和交軸磁阻不等而工作的，為了提高電機的性能，應合理地設計轉子，盡可能使系數kd與kq的差值增大。因此如何方便地確定系數kd與kq值．對于優化這種電機的結構和性能也具有重要價值。本文分別介紹磁阻同步電動機幾種常用的轉子結構及其系數ka與k。的計算方法。
2幾種轉子結構型式
磁阻同步電動機的定子與一般同步或異步電機相同，在定子鐵心槽中安放電樞繞組，通電后就產生旋轉磁場。轉予結構型式有很多種，但不管何種型式，為了產生轉矩，轉子直軸和交軸磁阻必須不同，圖1表示一臺4極電機常見的三種轉子結構型式。
圖la所示的結構稱為凸極鼠籠轉子，這種轉子與一般異步電機鼠籠轉子的差別僅在于具有與定子極數相等的凸極，以形成直軸與交軸磁阻不等。改變轉子極弧長，可以改變系數kd與kq值。研究表明，它與極距之比，即極弧系數a的****值約等于0.5[1]。轉子中的鼠籠用銅或鋁制成，它既可作為阻尼繞組，削弱電機的震蕩，又可作為起動繞組，使電機異步起動，然后牽入同步。為了提高起動性能，應盡可能保持鼠籠繞組的完整性，因而極弧系數a不應選取太小。這種結構可保持轉子鐵心整體，工藝較簡單。
圖lb的轉子結構稱為分段隱極式結構，它是將一般鼠籠轉子鐵心沿著交軸磁路方向分成與極數相等的段，段間留有一定寬度的間隙，稱為內反應槽，軸與鐵心間通過非磁性套筒隔磁。由于內反應槽存在，使交軸磁通受到很大阻礙，而對直軸磁通卻影響不大，這就使直軸與交軸磁阻的差值增大，電機的運行性能得到提高。從工藝上考慮，轉子鐵心先是整體，內反應槽處的外圓留有很薄的磁橋，當轉子外圓作磨削加工時，再將該磁橋磨去。內反應槽中可灌注非磁性材料鋁（可提高起動性能）或環氧，使鐵心形成整體。可見，這
種轉子工藝簡單，較完整地保持了鼠籠轉子完整性，因而可兼顧得到較好的起動與同步運行性能。研究表明，內反應槽槽口寬與極距之比a可在0.1--0.15范圍內選取。
圖lc所示的轉子結構是前兩種結構的綜合，稱為分段凸極式結構。宦既有內反應槽，在各段中又設有凹槽形成凸極，這樣可更大程度地增大直軸與交軸磁阻的差值，使運行性能得到很大的提高。為了兼顧起動和運行性能，轉子極弧系數口可以加大到0.7～0. 75，內反應槽槽口寬與極距之比az仍可以在0. 1～0. 15范圍內選取。凹槽和內反應槽中可采用鑄鋁，以提高起動性能，這種結構工藝上較前兩種復雜一些。
3電抗折算系數kd ~kq。的實用表達式
對于圖1中的三種結構，實際上可將其最后一種，即圖lc作為基本結構型式。為了清楚起見，改用一臺2極電機來表示該結構轉子的磁路及一些主要幾何尺寸的符號，如圖2所示。可見、，前兩種結構只是它的一種推演，如令氣隙g1=g，即比值cg =g/g1=1，則圖lc就變成圖lb如令內反應槽槽口寬bz=0，就變成圖la，所以著重分析圖lc這種結構的磁路特點，從而導出三種結構的系數kd和kq的計算式。
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