自起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行鼠籠電流分析
賈宏新1， 符榮2， 竇滿鋒3
（1上海電力學(xué)院，上海200090；2渭南師范院，陜西渭南714000 3西北工業(yè)大學(xué)，陜西西安7100721）
摘要：通過(guò)理論分析和有限元仿真，塒定子繞組采用△聯(lián)接的自起動(dòng)永磁闊步電動(dòng)機(jī)的氣隙磁場(chǎng)、轉(zhuǎn)子阻尼繞組的電流、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、損耗等進(jìn)行分析，可以得出定子繞組采州△聯(lián)接時(shí)，不僅會(huì)大大增加穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)子銅耗，還會(huì)引起轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速的波動(dòng)。因此，定予繞組應(yīng)慎用△聯(lián)接。將△聯(lián)接與聯(lián)接的電機(jī)做了對(duì)比分析。
關(guān)鍵詞：阻尼繞組；稀±永磁同步電動(dòng)機(jī)；轉(zhuǎn)子銅耗
中圖分類號(hào)：tm 351 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a文章編號(hào)：1673-6540(2010)04-0013-04
o 引 言
永磁同步電動(dòng)機(jī)( pmsm)不需要無(wú)功勵(lì)磁電流，可以顯著提高功率兇數(shù)，減少了定子電流和定子電阻損耗，而且在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子損耗小，進(jìn)而可以減小風(fēng)扇（小容量電機(jī)甚至可以去掉風(fēng)扇）和相應(yīng)的風(fēng)摩損耗，效率比同規(guī)格異步電動(dòng)機(jī)高百分之28。同時(shí)，pmsm在百分之25~ 百分之120額定負(fù)載范圍內(nèi)均可保持較高的效率和功率因數(shù)，使輕載運(yùn)行時(shí)節(jié)能效果更為顯著。目前，pmsm主要應(yīng)用在油田、紡織化纖工業(yè)、陶瓷玻璃工業(yè)和年運(yùn)行時(shí)問(wèn)長(zhǎng)的風(fēng)機(jī)水泵等領(lǐng)域。
具有自起動(dòng)能力的稀土pmsm的定子與普通異步電動(dòng)機(jī)的定子相同，轉(zhuǎn)子上同時(shí)裝設(shè)有鼠籠條和稀土磁鋼，異步起動(dòng)同步運(yùn)行。它綜合了異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，起動(dòng)操作方便，運(yùn)行時(shí)效率高、功率因數(shù)高，常用于油田抽油機(jī)。
國(guó)內(nèi)、外的研究大多集中在轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和起動(dòng)性能，對(duì)于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)子損耗，通常認(rèn)
為轉(zhuǎn)子鼠籠條上不產(chǎn)生感應(yīng)電流，印無(wú)穩(wěn)態(tài)電流。而實(shí)際樣機(jī)中，確實(shí)存在轉(zhuǎn)子溫升過(guò)高的問(wèn)題，而且是鼠籠槽部的溫度比齒部的溫度高。這說(shuō)明，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)鼠籠條中一定存在電流，即存在穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)子銅耗。
為了提高每相的電壓，15 kw以上的自起動(dòng)稀土pmsm的定子繞組有時(shí)采用△聯(lián)接方式，這勢(shì)必會(huì)造成3及3倍數(shù)的諧波環(huán)流的存在。本文在文獻(xiàn)[4]的基礎(chǔ)上，對(duì)該類電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的諧波電流進(jìn)行分析。
1 氣隙磁場(chǎng)分析
采用有限元技術(shù)對(duì)某油田抽油機(jī)用稀土pmsm進(jìn)行分析，該電機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。
圖l為該電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖，方塊形的永磁體鑲嵌在轉(zhuǎn)子中。由于永磁體產(chǎn)生的氣隙磁場(chǎng)波形基本上是平頂波，同時(shí)定、轉(zhuǎn)子開(kāi)槽，使得氣隙磁場(chǎng)波形呈鋸齒形方波，其諧波分量很大。因此，pmsm氣隙磁場(chǎng)波形比異步電動(dòng)機(jī)的氣隙磁場(chǎng)差，也比贏流勵(lì)磁的凸極電動(dòng)機(jī)氣隙磁場(chǎng)差。通常凸極同步電動(dòng)機(jī)可以選擇適當(dāng)?shù)臉O靴寬度和不均勻氣隙長(zhǎng)度來(lái)改善氣隙磁場(chǎng)的波形，使之接近正弦波，而pmsm轉(zhuǎn)子就很難加工成不均勻氣隙長(zhǎng)度。
氣隙磁場(chǎng)諧波分量在定子上以nf,頻率交變（n為諧波次數(shù)，工為基波頻率），使定子鐵耗增加，諧波分量在定子繞組中感應(yīng)諧波電動(dòng)勢(shì)，使定子銅耗增加，影響pmsm效率，同時(shí)，氣隙磁場(chǎng)諧波分量還會(huì)產(chǎn)生諧波附加轉(zhuǎn)矩，使起動(dòng)過(guò)程中的電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生振蕩。因此，氣隙磁場(chǎng)諧波分量對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行和起動(dòng)性能不利。
使用有限元軟件magnet分析的空載氣隙磁場(chǎng)分布如圖2(a)歷示，氣隙磁密波形如圖2(b)所示，對(duì)氣隙磁密進(jìn)行諧波分析，得到圖2(c)所示的各次惜波含量，司以看出，氣隙中含有很高的3次諧波含量。含有系列諧波的氣隙磁場(chǎng)在定子繞組中感應(yīng)的反電動(dòng)勢(shì)和諧波分析分別如圖3(a)、3(h)所示，相電勢(shì)中含有較高的三次諧波分量。
2 齒槽轉(zhuǎn)矩分析
齒槽轉(zhuǎn)矩是永磁電機(jī)最重要的性能之一，它的存在會(huì)造成電機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)、振動(dòng)和噪聲。對(duì)于自起動(dòng)pmsm，由于定 |
