辛本雨，廖勇（重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室，沙坪坝400044）

摘要：在变频调速电机的应用中，电源中的高次谐波电流将引起集肤效应，使转子导条电阻及铜损耗增加，这是造成电机效率降低的根本原因，因此必须针对逆变器供电的特殊性设计异步电机。在对国外提出的一种带U形铁心桥的转子槽进行分析的基础上得出确定其尺寸的表达式，并通过电磁场有限元分析来验证，结果表明，这种转子槽能极大降低转子谐波电流、转子谐波损耗。最后，总结出转子槽尺寸与转子导条谐波损耗之间的变化规律，对以后设计该种转子槽具有指导意义。

关键词：谐波损耗；异步电机；转子槽；设计

中国分类号：TM343；TM302    文献标志码：A    文章编号：1001-6848( 2010)01-0038-04

                 

0引  言

  随着电力电子技术的发展，交流变频调速得到了飞速发展，在工业各领域，甚至家用电器方面也得到了全面应用。但作为变频调速的执行机构一三相异步电动机，绝大多数仍采用普通三相异步电动机。研制适合变频调速的变频电机成为交流调速领域最重要的课题。当用变频电源给异步电动机供电^[1-5]，由于电压（电流）是非正弦的，含有大量的谐波成分，会在电机中产生大量谐波磁场，对电机的损耗、效率、功率因数、转矩、发热等产生一系列不利影响。克服这些难题的****方法是改进电动机设计以适应逆变器电源。

    由于高次谐波电流在转子导条中集肤效应明显，设计转子槽和转子导条时，尤其要减少导条本身的谐波电流损耗。高次谐波电流因集肤效应出现在转子导条的顶部，如果不为适应变频电源来特别设计转子槽和转子导条，他们会引起局部发热和在电机轴上产生较大的转矩脉动。为尽量抑制高次谐波损耗的增加，要应用特殊的转子槽设计，使逆变器引起的谐波电流带来的附加损耗和转矩脉动等不良影响减到最小。

  本文将要分析、设计的这种带U形铁心桥的转子槽^[6-8]，转子齿侧面平行，适合笼型铸铝转子。本文将在对这种带U形铁心桥的转子槽降低谐波电流、谐波损耗进行分析的基础上，确定转子槽的尺寸，并对一台电机的转子槽进行设计，并通过电磁场有限元分析来进行验证。

带U形铁心桥的转子槽形状如图1所示。转子槽开口部分1的材料为空气，转子槽的主要部分3填充的材料为铝，转子槽开口部分1与转子槽的主要部分3之间有一铁心桥2连通转子槽的两侧，铁心桥的材料为导磁材料硅钢片：在铁心桥底部宽度最窄，向外宽度逐渐增大。

    由于这种带U形铁心桥的转子槽在电磁性能上相当于闭口槽，使得转子槽漏磁路的磁阻减小，转子槽漏抗显著增加。这种槽形降低转子导条谐波损耗的原因如下：

    1)根据文献，近似认为定、转子漏电阻与定、转子漏电抗相比，可以忽略不计，对电压源逆变器供电的电机来说，电机绕组中的谐波电流I_μ、谐波损耗p_μ表达式为：

    由式(1)、式(2)看出，在逆变器电源输给电机谐波电压含量不变的情况下，增加转子漏抗，能够有效降低电机谐波电流，从而达到降低电机谐波损耗的目的。

  2)原来转子槽开口中的铝现被空气所取代，降低了因集肤效应而出现在转子导条顶部的高频谐波电流损耗。

  带U形铁心桥的转子槽主要尺寸如图2所示。

  主要关键尺寸有铁心桥桥顶宽t_bu、铁心桥底部宽t_b开口槽宽b、开口槽高h、转子槽顶高h_u。

  铁心桥桥顶宽气。是决定带U形铁心桥的转子槽尺寸的设计参数之一。t_b大将允许数量很大的磁通通过铁心桥桥顶，易造成磁通集中在铁心桥****部，有造成谐波损耗集中在铁心桥****部之下的铝导条的可能；tb