變頻調速異步電機中電磁優化的相關設計研究

摘 要：變頻調速異步電機廣泛應用在眾多領域中，作為當前的新型電機類型，在具體應用與運行過程中，為了能夠提升其應用效果，需要對變頻調速異步電機中電磁進行優化設計。基于此，相關人員需要全面認識變頻調速異步電機優化的電磁設計，在設計中確保優化的合理性與有效性，不斷提升電機的運行效果。本文針對變頻調速異步典籍中電磁優化的相關設計進行深入性的分析與探究。

關鍵詞：變頻調速;異步電機;電磁優化;設計

引言：立式半直驅永磁電機主要用于立式磨機，其系統效率高、功率因數高、控制性能優良、節省設備安裝空間等諸多優點。現有立磨驅動系統主要采用異步電動機配合多級減速器。此種傳動方式效率低，系統占地空間大。此種立磨大多數為改造項目，如果采用立式直驅永磁電機直接驅動，則有以下兩個缺點，第一，立磨轉速低，如果采用直驅則電機的額定頻率低，變頻器控制較難;第二，直驅永磁電機體積大，原有空間很難滿足安裝。因此，采用立式半直驅永磁電機替換原驅動系統，是一種趨勢，對提升系統效率有很大幫助。

1.變頻調速異步電機的設計問題

（1）電機軸承選型：電機在運行過程中，電機軸承完好，是保證電機能夠長時間穩定運行的前提，此立式半直驅永磁電機第一次生產，需要對軸承進行核驗。（2）定子線圈：此電機采用分數槽繞組、跨距為1，對于高壓電機，以前沒有生產過此類線圈。（3）機座強度校核：雖然電機本身轉矩不大，但是電機加減速器整體轉矩較大，機座不僅要承受自身的扭矩，還要承受星型減速箱傳遞的扭矩，因此必須對電機機座的強度進行校核。

2.變頻調速異步電機的電磁設計

2.1磁路計算方法

在對電機各個部分磁通密度進行校核時，為了明確其選擇是否合理，能否滿足相關標準與要求，需要通過磁路計算的方式獲對電機磁符合的選取工作進行指導[1]。針對變頻調速主鑄銅轉子異步電機，在定子繞組中存在不同的高次諧波，基波和一系列的時間諧波磁勢會同時存在于電機氣隙中。基波、諧波磁勢共同作用下，能夠合成氣隙磁密可用式表示為公式（1）：

2.3.4雜散損耗

變頻調速轉子異步電機的雜散損耗會由于電源中的諧波分量而不斷增加，基于此，需要詳細的計算相關數值。變頻雕塑轉子異步電機的雜散損耗分別由端部、繞組漏磁損耗所組合形成[6]。（1）端部漏磁損耗：在電機端部，基波和各次諧波漏磁進入鐵芯需要沿軸向進入，損耗情況主要是在鐵芯中造成。基波、各次諧波在共同作用下出現定子端部漏磁損耗，但是因為轉子的基波電流頻率相對較低，所以轉子端部漏磁損耗只需要以諧波漏磁損耗進行分析與考慮。（2）繞組漏磁損耗。變頻調速轉子異步電機的繞組損耗因素主要是由槽磁動勢、定子現代空間諧波磁場以及槽磁到諧波引起。

3.電磁優化設計方法

3.1定子設計

在對變頻調速異步電機的電磁進行設計時，需要不斷對此進行優化，而在此方面中定子設計環節是一項重要內容，此項工作主要是為了能夠詳細計算電機中的重要尺寸，以此作為選擇槽數、槽形的重要依據，同時合理計算定子繞組[7]。因此，在定子設計中，尺寸計算作為基本內容之一，必須注重此環節。在計算電機重要尺寸時，主要是計算定子的內外徑，同時合理計算電機軸向長度，根據當前電機主要尺寸的計算確定方式來說，通常情況下都是按照前期積攢的經驗、所獲取的理論而形成統計公式。通過合理計算電機主要尺寸后，有效選擇極對數，在此環節中，必須全面考慮、分析電機的同步轉速，在確保所需頻率能夠滿足相應條件下，可明確電源頻率、電機極對數比值，這一步驟中需要充分按照相應的因素充分考慮對極對數。通常，在選擇極對數時主要以2、3為選擇標準，有機結合實際情況以及相關要求后對最終的極對數進行明確。在此基礎上，需要合理選擇定子槽數，在選擇時可根據定子外槽選擇槽數，并且槽數選擇數量不宜過多，需要優先防止定子齒距較小對定子齒部造成破壞與損壞，避免縮短電機應用壽命和降低槽利用率，使電機工藝受到任何不良影響，但是，定子槽數不可過少，否則會增加諧波，增加附加損耗、附加轉矩，甚至會提升漏抗，不斷降低效率與功率因數，對電機性能造成不良影響。除此以外，在選擇定子槽數時，需要全面考慮繞組平衡，保證槽數選擇的合理性。在明確定子槽數后需要進入定子槽形的選擇中，在這一環節需要注重增加槽形面積，特別是在軛部磁密及齒部磁密允許的條件下增加，以此更好的減少諧波肌膚效應所造成的不良影響。通過增加定子漏抗，更好的抑制高次諧波，在設計定子槽形時，其形狀可充分滿足深而窄的設計需求。為了能夠減少電磁諧波的影響，確保合理性的定子繞組設計，需要明確定子繞組，更好的抑制電磁諧波。

3.2轉子設計

轉子設計的主要內容是明確空氣隙、設計轉子槽、導條。在具體轉子設計過程中，需要合理選擇氣隙，其緊密影響著電機的實際性能。氣隙與勵磁電流之間成正比，前者不斷減小，后者也會因此而得到降低。同時，需要結合具體情況改善、優化功率因素，但是，由于氣隙過小時會增加諧波漏抗，增加雜耗，降低效率，提升溫度，在眾多影響下需要確保氣隙不可過小。基于此，在選擇氣隙時，需要進行全面考慮，特別是對工藝、結構、性能等多方面的因素進行分析。在此基礎上，需要注重設計轉子槽、導條。針對變頻調速異步電機來說，不需要考慮其啟動性能的參數，自轉子槽形設計方面，只需要充分保證在轉子槽形允許范圍內即可，盡可能增加轉子面積。與此同時，還能夠對諧波進行有效的抑制作用，從而降低轉子損耗情況，在具體設計過程中可將其設計為閉口槽。除此以外，變頻調速異步電機的電磁噪聲等情況的發生大部分都是由于各次諧波的因素導致，在對斜槽選擇時會增加漏磁，磁場扭矩損耗會因此而不斷提升，需要合理的選擇直槽，全方面的考慮性能、成本等多方面的實際情況，對此，可通過選擇鑄鋁轉子達到一定效果。在選擇轉子槽數時，相關人員需要綜合性的分析、考慮雜散損耗、噪聲以及齒諧波等多個方面所存在的不良影響。當定子和轉子數量逐漸接近后，會降低所出現的雜散損耗。同時在此種情況下，齒諧波也會降低產生力波的次數，從而使電磁噪聲、損耗會逐漸增加。基于此，在具體設計中，需要綜合上述依據對相關因素進行深入性的分析與考慮，保證合理的設計，充分符合變頻調速異步電機的實際應用要求。

3.3磁路設計

在設計變頻調速異步電機的電磁優化過程中，需要合理確定電機的磁路，此項工作作為變頻調速異步電機電磁優化設計過程中的重要環節，必須加以關注與重視。在明確比那評調速異步電機的電磁時，需要確保相關設計能夠合理計算電機磁路，以此強化電機磁路的有效性與科學性。在選擇電磁磁路的過程中，需要以磁路計算的基本原理為基礎，進行有效的計算，同時，結合磁場分布的對稱特點進行。為了能夠保證磁路計算的效果能夠符合要求，可選擇一對極，在計算磁路時可根據全電流定律完成，以此提升磁路計算的準確性與合理性。在此基礎上，需要根據磁路計算結果，合理分析電機結構的相關參數，明確結構參數，保證整體磁路的設計能夠提升效果，充分達成變頻調速異步電機的有效應用。

結束語

綜上所述，變頻調速異步電機是一種新型電機，其具備著多種的優勢與特點，廣泛應用在生產實踐中。喲與在具體應用時對其提出了新的要求，需要對變頻調速異步電機的運行效率、質量等進行進一步的優化與加強，因此需要對其進行優化設計。在此過程中，相關人員需要在合理優化電磁設計的基礎上，提升變頻調速異步電機整體的應用效果，確保其運行能夠滿足相應的要求，充分發揮變頻調速異步電機的最大作用與優勢。

參考文獻：

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[7]衛延波，李夢楊，喬清廉，等.基于Simulink仿真的異步電機變頻調速系統[J].電子質量，2020（9）：27-32.

作者簡介：唐毅文;1975.05，男，漢族，河南省南陽市人，西南大學，本科學歷，機械設計制造及其自動化專業，從事電動機馬達的維修技術工作。