笼型感应电机转子槽肩角对电机性能的影响.doc

笼型感应电机转子槽肩角对电机性能的影响 摘要 槽肩角常见于笼型电机转子的半开口槽中，主要用来改变槽的刚度和电机的性能。然而，在普通电机设计中对于槽肩角的选择并没有一个确定的标准，通常都选用特定的30°角。本文，以平行槽为例讨论了转子槽肩角对于电机性能的影响。通过建立不同角度槽肩角的电机模型，并利用二维有限元时谐场对其进行精确的计算，探讨了槽肩角对于转子导条中集肤效应及导条阻抗的关系，同时也电机转矩、电流与转子铜耗。本文的结果可以为电机设计中槽肩角的选择提供参考和依据。 关键词：交流阻抗 槽肩角 笼型电机 中图分类号：TM315 Influence of Rotor Slot Shoulder Angle on the Performance of Cage Induction Motors Abstract Slot shoulder angle in the rotor semi-open slot is used for improving the slot stiffness and motor’s performance. However there are no strict criteria in choosing the angle’s degree and 30 degrees is the most common angle used in the slot designing. In this paper, parallel slot was used as the example for discussing the influence of rotor slot shoulder angle on motor’s performance. Models of motors with different slot shoulder angles were established in time-harmonic field and precise calculations were carried out by 2-D finite element method. The effect of rotor slot shoulder angle on the bar resistance and leakage inductance, considered the influence of skin effect, was emphatically investigated. And motor’s performances such as torque, current, rotor copper loss, and rotor eddy current loss were also evaluated. The result for this research could provide a reference in choosing the degree for slot shoulder angle. keywords：  1 引言 笼型感应电机由于其结构简单性能稳定被广泛的应用在工业生产和日常生活中。笼型转子的槽形与电机的性能密切相关，以获取更好运行性能为目的的电机槽型的设计一直是国内外研究的热点[1-3]。作为存在于转子非圆型开口槽的一个必不可少的部分，槽肩角的改变可以改变槽的刚度以及电机的性能。 然而，在电机设计中对于槽肩角角度的选择并没有一个精确的标准而且其对电机性能的影响也很少有人关注。 在笼型感应电机中，导条的交流阻抗是一项重要的电路参数，它直接影响了电机的电流、转矩和损耗等性能[4-5]。由于集肤效应的影响，感应电机导条的阻抗在起动和运行状态时有不同数值。根据前人的工作，集肤效应的影响与槽形密切相关[6-7]。对于导条阻抗的计算，有一系列的方法被提出。吴新振介绍了双笼转子导条的计算，电阻增大系数和电抗减小系数可以通过模块法和分层法得到[8]；S. Williamson介绍了一种基于有限元法的考虑齿部饱和和定子磁动势的闭口槽导条电阻和电感计算方法[9]。然而，大多数计算方法都是基于单槽模型的基础上进行研究的，不能考虑电磁场中多槽效应以及高次谐波对导条集肤效应的影响。 本文通过建立电机全模型，计算了考虑谐波及多槽影响时电机起动及运行时导条的电阻与漏感。并通过场路结合法，对电机的转矩、电流、铜耗、涡流损耗等进行了分析。对比不同槽肩角模型的结果，对于槽肩角对电机性能的影响进行了讨论。 2 建模与计算方法 2.1 模型的建立与涡流场计算 本文以一台1000kW、10kV转子平行槽的干式潜水电机为初始模型，建立不同角度槽肩角的电机模型并利用二维涡流场求解器对其进行计算。众所周知，