转子设计对电动机中转子槽谐波的影响(译文)

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电机定子与转子槽数的关系

电机定子与转子槽数的关系答案：定子槽数决定了定子绕组的谐波次数，而转子槽数的匹配也很重要，不合理的匹配可能导致电机产生谐波转矩，影响电机的启动转矩和最大转矩，增加电机损耗，恶化振动和噪声性能。

在异步电机中，尤其是笼型转子异步电机，定子与转子的槽配合必须选择合适，否则会导致电机起动性能不符合要求，或电机运行时有明显的电磁噪声。

为了达到更高的效率和更佳的性能，定子槽数和转子槽数的比值应尽量接近1:1，虽然对称电机（定子槽数与转子槽数相等）结构简单、容易制造、经济实用，但在特定应用条件下，对称电机不一定是最优的设计方案。

转子槽形与槽数的几何空间局限性较大，多槽转子的槽形为细长型，而少槽转子槽形为扁胖型。

在满足起动性能的前提下，以转子漏抗最小作为转子槽数与槽形匹配的最佳组合，可以获取比较理想的最大转矩。

扩展：一、电机定子与转子的结构和作用电机是将电能转换成机械能的装置，整个电机由定子和转子两大部分组成。

定子是电机的静止部分，一般由硅钢片、线圈和端盖等部分组成。

转子是电机的动态部分，一般由轴、铁芯和导体等部分组成。

电机正常运转时，定子和转子之间产生交变磁场，从而产生力矩，驱动电机的旋转。

二、转子槽数对电机性能的影响转子槽数是指转子铁芯上排列的导体槽数，它对电机性能有重要影响。

通常来说，转子槽数越多，电机的性能越好。

1. 转矩：转子槽数越多，电机转矩也越大。

这是因为在转子上的导体数目增加后，可承载电流就增加了，从而增加了磁场力矩。

2. 效率：转子槽数的增加也会提高电机的效率。

这是因为在转子上的导体数目增加后，电机转速可以更快地跟随电源的变化，从而减少了损耗。

3. 噪音：转子槽数对电机噪音也有影响。

当转子槽数增加时，电机的叶轮产生的谐波幅度就会变大，从而导致噪音增加。

4. 动平衡：添加转子槽数目对电机的动平衡影响不大，但一定程度上会影响电机的制造难度。

总之，在电机设计中，需要考虑转子槽数对电机性能的影响，以便根据具体需求和条件进行合理的设计和优化。

不同转子槽形对感应电机性能影响的对比分析

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设计分析 esign and analysis
詪摇
不同转子槽形对感应电机性能影响的对比分析
应凯文,赵朝会
( 上海电机学院电气学院,上海 201306)
摘摇要:转子槽形选取对电机性能影响重大。根据电机理论,借助 ANSYS Maxwell 软件,以刀形转子槽与平底转子槽为例,对比分析了两种转子槽形对一台 11 kW 感应电机性能的影响。在槽面积不变的情况下,计算了每部分损耗,研究了两种转子槽形在空载和满载情况下电机的效率、起动转矩倍数以及起动电流倍数。仿真和实验结果表明,采用转子刀型槽可有效改善电机损耗特性及起动性能。对比分析结果对不同应用场合的感应电机设计具有一定参考价值。
就转子槽形而言,采用铸铝转子的中小型电动机,一般采用平底槽、凸形槽、闭口槽、双笼槽、刀形槽等。其中平底槽强度较高,主要用于功率较大的电机;平行槽的集肤效应比平底槽的槽形显著,对改善电机起动性能有利;凸形槽的集肤效应显著,能降低电机起动电流,改善起动性能,但是形状复杂,冲模加工困难;闭口槽可减少电机的附加损耗,但是增加了转子的槽漏抗;双笼槽可以得到较好的起动和运行特性;刀形槽保留了凸形槽的优点,也方便了冲模加工[1] 。
詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪詪
D 摇摇
摇摇 2019 年第 47 卷第 11 期摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇
分
为例,建立了 Maxwell 有限元电机模型,选取了平底析

电机参数对永磁同步发电机电流谐波的影响

电机参数对永磁同步发电机电流谐波的影响发布时间：2021-05-28T01:51:15.134Z 来源：《中国电业》（发电）》2021年第4期作者：吴刚[导读] 永磁同步发电机具有结构简单，功率密度高、效率高等优点，在新能源发电和电力驱动领域得到了广泛应用。

淮南平圩发电公司安徽省淮南市 232033摘要：永磁同步发电机具有结构简单，功率密度高、效率高等优点，在新能源发电和电力驱动领域得到了广泛应用。

定子电流谐波是影响发电机性能的一个重要性能指标，本文从电机本体出发，利用Ansys软件建立了表贴式和内置式两种转子类型的电机有限元模型，并在上述基础上分析了永磁同步电机不同转子结构和永磁体厚度对电感参数的影响进而结合仿真分析了电机参数对永磁同步电机电流谐波的影响。

关键词：永磁同步发电机；电机参数；谐波永磁同步发电系统中发电机内部磁场主要包括两个部分：一部分是与电机转子同步旋转的主磁场；另一部分是电机内不与转子同步旋转的磁场即谐波磁场。

产生谐波磁场的因素有：电机铁心开槽引起的气隙磁导不均匀而产生的齿谐波存在的磁场；PWM变流器调制使定子电流含有时间谐波而产生的磁场；定子绕组空间分布不均匀产生的空间谐波磁场。

对于传统的永磁同步电机，常常忽略谐波磁场，在可控永磁同步发电系统中，尤其是对于频率较高的电机，其内部常常含有一系列的高频谐波分量，在电机内产生谐波损耗，温度升高导致发电机性能下降，影响发电效率，严重时损坏整个系统。

因此，对可控永磁同步发电系统中的谐波进行分析和抑制显得尤为重要。

一、谐波的危害PWM变流器的应用，为电力电子装置在提高效率和可靠性、减小体积和重量、节省材料、降低成本等各方面提供了有利的条件，并为机电一体化、智能化奠定了坚实的基础。

随着PWM变流器应用的日益广泛，也使得电力电子装置成为最大的干扰源。

由于受控制技术及开关频率的限制，其输出的电压电流波形中谐波含量较高，主要是由各种电力电子装置、变压器等产生的，由此带来的谐波污染问题也日渐加重[1]。

电机转子槽形设计

电机转子槽形设计一、引言电机转子槽形设计是电机设计中的重要环节之一，它直接影响到电机的性能和效率。

合理的转子槽形设计不仅可以提高电机的效率和功率密度，还可以减小振动噪声和温升等问题。

因此，本文将从转子槽形设计的基本原理、常见类型、优化方法等方面进行详细介绍。

二、基本原理1. 转子槽的作用转子槽是电机转子上用来安装线圈的凹槽，其作用主要有以下几个方面：（1）固定线圈：将线圈安装在转子槽内，使其与磁场相互作用。

（2）导体通路：通过导体将电流传送到线圈中。

（3）降低感应损耗：通过合理的转子槽形状降低感应损耗。

2. 转子槽形状对电机性能的影响（1）功率密度：合理的转子槽形状可以提高电机功率密度，从而使得同样尺寸下的电机输出更大功率。

（2）效率：合理的转子槽形状可以降低铜损和铁损，从而提高电机效率。

（3）振动噪声：转子槽形状对电机的振动噪声有直接影响，合理的转子槽形状可以减小振动噪声。

（4）温升：合理的转子槽形状可以降低电机内部的温升，延长电机使用寿命。

三、常见类型1. 直线槽直线槽是最简单、最常见的一种转子槽形式。

它具有制造工艺简单、线圈容易安装等优点。

但是，直线槽存在一些缺点，如感应损耗较大、容易产生谐波和噪声等问题。

2. 斜槽斜槽是一种比较常见的转子槽形式。

它具有降低感应损耗、减小谐波和噪声等优点。

但是，斜槽也存在一些缺点，如制造工艺较为复杂、线圈安装难度较大等问题。

3. 弯曲槽弯曲槽是一种比较新颖的转子槽形式。

它具有降低感应损耗、减小谐波和噪声、提高功率密度等优点。

但是，弯曲槽也存在一些缺点，如制造工艺较为复杂、线圈安装难度较大等问题。

四、优化方法1. 感应损耗优化（1）采用斜槽或弯曲槽形式，降低感应损耗。

（2）增加转子槽深度，减小感应损耗。

2. 噪声优化（1）采用斜槽或弯曲槽形式，减小谐波和噪声。

（2）增加转子槽深度，减小谐波和噪声。

3. 功率密度优化（1）采用弯曲槽形式，提高功率密度。

（2）增加转子槽深度和宽度，提高功率密度。

电机定转子槽型参数

电机定转子槽型参数
电机是现代工业中不可或缺的重要设备，而电机的性能直接受到定转子槽型参数的影响。

定转子槽型参数是指电机定子和转子的槽型设计参数，包括槽形、槽数、槽宽、槽深等。

这些参数的选择对电机的性能、效率和稳定性都有着重要的影响。

首先，定转子槽型参数对电机的电磁特性有着直接的影响。

槽型参数的选择会影响电机的磁场分布和磁阻特性，进而影响电机的工作效率和输出特性。

合理的槽型设计可以使电机在不同负载下都能保持稳定的性能表现。

其次，定转子槽型参数还对电机的机械特性有着重要的影响。

槽型参数的设计会影响电机的机械结构和散热性能，从而影响电机的可靠性和使用寿命。

合理的槽型设计可以使电机具有更好的散热性能和机械强度，提高电机的稳定性和可靠性。

此外，定转子槽型参数还对电机的噪音和振动特性有着重要的影响。

槽型参数的选择会影响电机的运行平稳性和噪音水平，合理的槽型设计可以降低电机的噪音和振动水平，提高电机的工作环境和舒适性。

综上所述，定转子槽型参数的选择对电机的性能、效率、稳定性、可靠性和舒适性都有着重要的影响。

因此，在设计和制造电机时，需要充分考虑定转子槽型参数的选择，以确保电机具有优秀的性能和可靠的工作表现。

交流电动机转子结构对电机性能的影响研究

交流电动机转子结构对电机性能的影响研究电动机是现代工业中常见的动力装置，广泛应用于各个领域。

而其中一个重要的组成部分就是电动机的转子结构。

转子结构对电机性能有着重要的影响，包括效率、输出功率等方面。

本文将对交流电动机转子结构对电机性能的影响进行研究和探讨。

首先，交流电动机的转子结构对电机的效率有着直接的影响。

转子是电动机中旋转的部分，承载着输送能量的任务。

转子的结构设计合理与否，直接决定了电机的效率水平。

合理的转子结构能够减少能量的损耗和浪费，提高电机的效率。

其次，转子结构也对电机的输出功率有着重要的影响。

通过改变转子的结构和材料，可以调整转子的转动惯量和质量分布，从而影响电机的输出功率。

合理设计的转子结构可以降低电机的转动惯量，提高电机的动态响应性能，使得电机能够更加高效地输出功率。

除此之外，转子结构还会影响电机的启动特性和负载能力。

对于高起动力矩要求的应用场景，合理的转子设计可以提供足够的起动力矩，确保电动机能够可靠启动。

同时，良好的转子结构还可以提高电机的负载能力，使其能够承受更高的负载，保证电机在实际工作中的稳定性和可靠性。

此外，转子结构也决定了电动机的机械振动和噪声产生程度。

在电动机运行过程中，转子结构的失衡、不平衡等问题会导致机械振动和噪声的产生。

因此，通过优化转子结构的设计，可以减少电机的机械振动和噪声，提高电机的工作平稳性和舒适性。

对于不同应用领域和场景，电动机的转子结构的设计要求也会有所差异。

例如，对于空调压缩机等需要长时间连续运行的电动机，转子结构的可靠性和散热性能会成为重要的考虑因素。

而对于高速电机等需要提供较大输出功率的电动机，转子结构的动平衡和机械刚度会成为关键的设计要求。

总结起来，交流电动机的转子结构对电机性能有着重要的影响。

合理的转子结构设计可以提高电机的效率、输出功率、启动特性和负载能力，减少机械振动和噪声产生。

在不同的应用领域和场景下，转子结构的设计要求也会有所差异。

永磁同步风力发电机设计参数对齿槽转矩的影响

永磁同步风力发电机设计参数对齿槽转矩的影响邓秋玲，等
永磁同步风力发电机设计参数对齿槽转矩的影响
邓秋玲，黄守道，刘婷
（．湖南工程学院电气与信息工程系，湘潭４１０；２１１１１．湖南大学电气与信息工程学院，长沙４０８）１０２摘要：研究了２ＭＷ永磁同步风力发电机的某些设计参数对齿槽转矩的影响。研究表明槽数和极数配合对齿槽
关键词：齿槽转矩；永磁；同步发电机；电机设计
中图分类号：Ｔ１；Ｔ１Ｍ３５Ｍ３３文献标志码：Ａ文章编号：１０ —８８２１）７００－４０１６４（０００ —０９０
ＩｌｎｅｏｓｇｒｍｅｅｓｏｇｉｒｕｎｎｆｕｅｃｆＤｅｉｎＰａａｔｒｎＣｏｇｎｇＴｏｑｅｉＰｅｍａｅｔＭａｎｅｎｈｒｎｏｉｗｅｎｅａｏｒｎｎｇ 96或160齿槽转矩大大的降低了在其它结构参数相同占额定转矩的80多120极电机的齿槽转矩达179970占额定转矩的24如图2b所示而将极数改为96齿槽转矩只有179247所示不到额定转矩的1若将极弧系数变为07590极电机的齿槽转矩仍高达414693120极电机的齿槽转矩为13227396极的电机的齿槽转矩只有634503因为此电机的极数与槽数的最小公倍数为1440齿槽转矩的频率增加了齿槽转矩的频率越高幅值越小才使得它的齿槽转矩比整数两个齿距内的齿槽波形图一般说来最小公倍数越少齿槽转矩的幅值将越小
Ａｂｓｒｃｔａｔ：Ｔｈｅｉｆｕｅｃｆｃｒａｎｄｓｇｒｍｅｅｓｏｏｇｎｏｑｅｄｖｌｐｄｂｎｌｎｅｏｅｔｉｅｉｎｐａａｔｒｎｃｇｉｇｔｒｕｅｅｏｅｙ２ＭＷｅｍａｅｔｍａ — ｐｒｎｎｇ

转子冲片槽型对电机性能的影响

转子冲片槽型对电机性能的影响首先，转子冲片槽型对于电磁性能有着直接的影响。

在电机中，转子冲片槽主要用于安装绕组线圈，通过绕组线圈中的电流与磁场相互作用来实现电机的转动。

因此，转子冲片槽的形状会直接影响电流分布和磁场分布，从而影响电机的电磁性能。

首先是对电流分布的影响。

转子冲片槽的形状会决定绕组线圈的空间布局和线圈间的相对位置。

不同的冲片槽型会导致绕组线圈中的电流分布不同。

例如，V型转子冲片槽相对于U型转子冲片槽来说，其线圈的纵向分布相对更密集，可以提高电流的分布均匀性，减小电流密度的梯度。

这可以降低绕组线圈的热量和损耗，提高电机的效率和负载能力。

其次是对磁场分布的影响。

转子冲片槽的形状也会直接影响磁场在转子中的分布情况。

不同的冲片槽型会改变磁链和磁场的通道，从而影响磁场的分布情况。

例如，V型转子冲片槽相对于U型转子冲片槽来说，其形状更有利于引导磁场的流动，减小了磁场的泄露和漏磁现象，提高了磁场的利用率和电机的磁化强度。

这可以提高电机的动作精度和输出扭矩，降低电机的振动和噪音。

另外，转子冲片槽型对于电机的机械性能也有着重要的影响。

首先是对机械强度的影响。

转子冲片槽是转子的关键部件之一，其形状和尺寸会直接影响转子的机械强度和刚度。

因此，在设计转子冲片槽时需要考虑转子冲片槽的强度、刚度和防护性能，以确保电机在运行时能够承受正常的机械载荷和振动载荷。

其次是对冷却效果的影响。

转子冲片槽也可以起到一定的冷却作用，通过冷却介质的流动，降低绕组线圈的温度，提高电机的工作效率和寿命。

不同的冲片槽型会影响冷却介质的流动速度、方向和路径。

例如，V型转子冲片槽相对于U型转子冲片槽来说，其边角相对更突出，可以增加冷却介质的流动速度和流动路径长度，提高冷却效果。

综上所述，转子冲片槽型对电机性能的影响主要体现在电磁性能和机械性能两个方面。

通过合理选择转子冲片槽的形状和尺寸，可以优化电机的电磁性能和机械性能，进而提高电机的效率、负载能力、动作精度和可靠性。

转子的设计与制造对2极电机振动的影响

在设计电机时 , 如果电动机的转子为刚性转子 ,则电机的临界转速大于或等于工作转速的 1. 3倍 ,即可满足电机振动需求 ; 电动机转子为挠性
转子时 ,要求电机的临界转速应在 0. 6～0. 7倍的
工作转速 ;考虑到挠性转子平衡比较困难 ,该公司
生产的 2极电机采用了刚性转子的设计方案。
影响临界转速的因素主要有以下几个方面。
(2) 轴各段的直径 : πd4
J i = 64 式中 : J i ———每段轴的惯性矩 , cm4 ;
d———每段轴的直径 , cm。
通过加粗轴段的直径 ,也可以增大临界转速。
(3) 轴承距 : α
bb
=
L2 2
Kab
+
3 ×E
L2 1
Kcb
×L2
式中 :αbb ———转轴在 b点的柔度系数 , cm / kg;
2009, 36 (10)
工艺与材料 ξ EM CA
转子的设计与制造对 2极电机振动的影响
许晓华 (横店集团联宜电机有限公司 ,浙江东阳 322118)
摘要 : 结合生产实践 ,从设计和制造工艺方面阐述了 2极中型异步电动机产生振动的原因 ,并提出了可行的处理方法。
(1) 电机的单边磁拉力 :
P0
= 0. 1δ3δDL
B2 7 000
式中 : P0 ———单边磁拉力 , kg; δ, D ,L , B ———分别为单边平均气隙 ,转子外
径 ,有效铁心长度 ,气隙磁密 , cm。
因此 ,在电磁设计时 ,应合理地增大气隙 ,降
低气隙磁密 ,减小单边磁拉力对临界转速的影响。电机由于转轴挠度和转子不平衡等因素 , 使得转子的重心不可能与转子的旋转轴线完全吻合 ,在转子旋转时产生一种周期性变化的离心力 , 当该力的变化频率与转子的固有频率相等时 ,转子会出现剧烈振动 ,轴的弯曲度明显增大 ,长时间运行会造成轴的严重弯曲变形 ,甚至折断。一般将等于转子固有频率时的转速称为临界转速 ,转子的振幅在临界转速时达到最大值 ,称为“共振 ”。

转子冲片槽型对电机性能的影响

转子冲片槽型对电机性能的影响首先，我们来看一下转子冲片槽的结构特点。

转子冲片槽是指转子上的一系列凹凸槽位，通常由径向槽和轴向槽组成。

转子冲片槽的存在主要是为了增加磁通交换的面积，从而提高电机的输出性能。

转子冲片槽的具体形状和尺寸可以根据电机的工作条件和性能要求进行设计，常见的有直槽、斜槽、弯槽等形式。

首先是提高电机的转矩密度。

转子冲片槽可以增加磁通交换的面积，提高电机的磁链传递效率，进而提高电机的转矩密度。

转矩密度的提高意味着在相同体积和重量的情况下，电机可以输出更大的转矩，从而具备更高的功率输出能力。

其次是提高电机的效率。

转子冲片槽的存在可以有效降低转子铁心的磁滞损耗和涡流损耗，从而减小电机的铁损耗。

另外，转子冲片槽也可以减小转子和定子之间的磁阻，降低电机的铜损耗。

综合起来，转子冲片槽可以提高电机的效率，减少能量的损耗，提高电机的能量利用率。

再次是改善电机的热特性。

转子冲片槽的存在可以增加转子的表面积，增强了对换热的能力，从而能够更快地将转子的热量散发出去。

这样可以有效降低电机的温升，提高电机的热稳定性，增强电机的耐高温能力，延长电机的使用寿命。

此外，转子冲片槽还对电机的振动和噪音产生一定的影响。

转子冲片槽的存在可以改变电机的磁场分布，从而影响电机的磁力和力矩的分布。

如果转子冲片槽设计不合理，会导致电机产生一些不稳定的力矩矩阵，引起电机的机械振动和噪音。

因此，在进行转子冲片槽的设计时，需要综合考虑正弦曲线、余弦曲线等相关数学工具，使得转子冲片槽的结构满足电机的要求，降低电机的振动和噪音水平。

优化转子冲片槽的方法主要包括以下几点。

首先是通过数学建模和仿真分析来优化槽形。

可以利用有限元分析等数学建模和仿真软件，对不同的转子冲片槽形状进行分析和比较。

通过对比不同槽形的电机性能指标，选择最优的槽形设计。

其次是结合电机的实际工作条件和要求来确定转子冲片槽的尺寸和结构。

根据电机的功率、转速、工作温度等参数，结合转子冲片槽的设计原理和经验，确定转子冲片槽的尺寸和结构。

「分析」转子槽形对笼型电机附加损耗的影响，公式计算简单清楚

「分析」转子槽形对笼型电机附加损耗的影响，公式计算简单清楚摘要电机的附加损耗影响着电机的温升与效率，其数值大小受电机铁心结构的影响。

本文详细讨论了笼型电机附加损耗的产生原因及计算方法，分析了通过改变槽形降低附加损耗的可能。

文中通过建立多个不同转子槽形的电机模型，并利用二维有限元法分别对各个模型的定转子铁心与导条中的附加损耗进行了计算和分析。

对比其结果发现，电机的附加损耗值随着转子槽形的改变而变化，尤其是转子槽宽对其影响显著。

这意味着合理的优化转子槽形可以作为降低附加损耗的一项有效措施。

1 引言节能减排是当今社会面临的重要课题，而电机的耗电量占全国总用电量的60%左右，所以提高电机效率、降低电机损耗是电机发展的必然趋势[1-2]。

分析电机的各个损耗发现，在不改变电机其他性能的基础上提高电机效率，降低电机的附加损耗是一个可行的突破点。

并且各种附加损耗是引起电机运行过程中的局部过热的重要原因之一，所以对于降低电机附加损耗的研究具有重要的意义。

附加损耗主要由电机内的谐波和漏磁在铁心、绕组以及端部金属部件中产生[3]。

而定转子槽形结构的改变可以抑制电机中的谐波并改善铁心涡流与漏磁路径，从而降低电机的附加损耗。

因此，本文将重点研究以降低电机附加损耗为目的的转子槽形设计。

转子槽形除了对转子铜耗和电机温升有很大影响外，还与电机的起动转矩、起动电流、最大转矩和转差率等密切相关。

有很多文献对于转子槽形尺寸对于电机性能的影响进行了研究：文献[4]通过建立转子槽形尺寸与电流频率的动态参数模型，提出了基于笼型转子槽尺寸的起动力矩解析式，实现了对于深槽转子的优化；文献[5]通过合理的设计变频调速异步电机的转子槽尺寸实现了对于电机中谐波铜耗的降低；文献[6]分析了转子槽肩角对于笼型感应电机性能的影响。

根据文献[7-8]研究表明，趋肤效应和转子槽形密切相关，因此在转子槽形设计时，更应当注意合理的设计槽形尺寸比。

本文主要以干式潜水电机为例研究转子槽形对电机附加损耗的影响。

实心转子永磁同步电机电枢反应磁场的谐波式解析解 -回复

实心转子永磁同步电机电枢反应磁场的谐波式解析解-回复实心转子永磁同步电机是一种采用永磁体作为励磁源的电机，其特点是具有高效率、高功率因数、高控制精度和良好的动态特性。

在实际应用中，电枢反应磁场对电机的性能和控制具有重要影响。

为了深入了解这一问题，本文将以实心转子永磁同步电机电枢反应磁场的谐波式解析解为主题，逐步探讨其影响因素、数学表达和工程应用。

首先，我们来了解电枢反应磁场的影响因素。

电枢反应磁场主要是由于电流通过电枢线圈时产生的磁场与永磁体磁场之间的相互作用导致的。

影响电枢反应磁场的因素包括电流大小、电流波形、磁路结构和永磁体磁场分布等。

其次，我们来推导电枢反应磁场的数学表达式。

根据电路理论和电磁感应原理，可以得到电枢反应磁场的谐波式解析解。

具体而言，可以利用阿姆佐计算定律和电机坐标系转换，得到电枢反应磁场的解析表达式。

然后，我们来分析电枢反应磁场对电机性能的影响。

电枢反应磁场会引起电机的励磁磁场变化，从而影响电机的磁力和转矩。

另外，电枢反应磁场还会导致电机的自感和电阻发生变化，从而影响电机的电流和功率因数。

因此，了解电枢反应磁场对电机性能的影响是优化电机设计和控制的重要基础。

最后，我们来讨论电枢反应磁场的工程应用。

实心转子永磁同步电机广泛应用于工业和交通领域，其性能和控制要求越来越高。

在电机设计和控制过程中，需要考虑电枢反应磁场对电机性能的影响，通过合理选择电流大小、电流波形和磁路结构等参数，优化电机的性能和控制特性。

此外，还需要结合电机的实际工作条件和要求，进行电机系统的建模、仿真和实验验证。

综上所述，实心转子永磁同步电机电枢反应磁场的谐波式解析解为我们深入了解电枢反应磁场的影响因素、数学表达和工程应用提供了重要基础。

通过对电枢反应磁场的深入研究，可以优化电机设计和控制，提高电机的性能和效率，推动电机技术的发展和应用。

阶梯形转子对双定子磁通反向电机齿槽转矩的影响

2021年第49卷第3期D设计分析esign and analysis 邹定琛等阶梯形转子对双定子磁通反向电机齿槽转矩的影响11　收稿日期:2020-01-13阶梯形转子对双定子磁通反向电机齿槽转矩的影响邹定琛,曹江华(华南理工大学电力学院,广州510641)摘　要:针对双定子磁通反向电机存在齿槽转矩过高,引起噪声振动的问题,采用阶梯形转子代替传统转子来削弱齿槽转矩㊂基于磁共能法,推导了双定子磁通反向电机齿槽转矩的解析模型,解释了阶梯形转子抑制齿槽转矩的原理㊂应用有限元方法,分别研究了各层阶梯块极弧系数对齿槽转矩和反电动势的影响㊂以齿槽转矩最小㊁反电动势谐波最小㊁反电动势幅值最大为综合优化目标,采用遗传算法,对不同层阶梯块的参数进行优化㊂结果表明,优化后的电机齿槽转矩降低了95.7%,额定负载时转矩波动从32%降低到2.4%,而平均转矩只下降了14.5%㊂关键词:双定子磁通反向电机;阶梯形转子;齿槽转矩;遗传算法中图分类号:TM352 文献标志码:A 文章编号:1004-7018(2021)03-0011-06Effect of Stepped Rotor on Cogging Torque of Double Stator Flux Reversal Machine ZOU Ding -chen ,CAO Jiang -hua(School of Electrical Power,South China University of Technology,Guangzhou 510641,China)Abstract :Aiming at the problems of high vibration and noise caused by high cogging torque in double stator flux rever⁃sal machine(DS-FRM),the method of using stepped rotor instead of traditional rotor to reduce cogging torque was investi⁃gated.An analytical expression of cogging torque for DS-FRM was derived based on co-energy method,the reasons for the reduction of cogging torque by using stepped rotor was explained based on the cogging torque expression.The influence of the width of each layer of the stepped rotor on the cogging torque and back electromotive force were investigated respectively by using finite element method.Multi-objective optimization of the parameters of different stepped blocks by genetic algo⁃rithm was used to achieve the smallest cogging torque,the smallest back-EMF harmonic,and the largest back-EMF ampli⁃tude.The results indicate that the optimized cogging torque is reduced by 95.7%,the torque ripple at rated load is reducedfrom 32%to 2.4%,while the average torque is only reduced by 14.5%.Key words :double stator flux reversal machine(DS-FRM),stepped rotor,cogging torque,genetic algorithm0　引　言双定子磁通反向电机是一种新型双凸极电机,由传统的磁通反向电机演变而来,具有结构简单㊁容错性强㊁转动惯量小等特点,在电动汽车㊁航空航天㊁风力发电等场合具有广阔应用前景[1-2]㊂传统的磁通反向电机的永磁体和绕组放在同一侧定子上,而双定子磁通反向电机的永磁体和绕组分别放置在内㊁外定子上㊂在结构上,双定子结构有助于增大定子绕组的放置空间,减小永磁体的用量,提高对电机内腔的利用率;在电磁性能上,双定子结构能够进一步减少漏磁,提升转矩密度;在散热上,由于永磁体和绕组分离放置在静止的两侧定子上,更方便散热管理[3],从而降低永磁体退磁风险[4]㊂但是,由于其结构特殊,双定子磁通反向电机的齿槽转矩也比较大[5-6],作为电动机使用时,会影响输出转矩的平稳度,作为发电机使用时,会导致起动困难,同时齿槽转矩还会引起噪声和振动,尤其是在低速情况下,这种影响更为严重㊂因此,必须对该类电机的齿槽转矩加以重视,到目前为止,已经有学者对其进行了研究,并取得了一定的成果[7]㊂目前,削弱齿槽转矩的主要方法有:分数槽绕组㊁极弧系数匹配㊁斜极或斜槽㊁永磁体分段㊁开辅助槽等[8-10]㊂文献[7]基于磁共能-磁势模型,推导了传统的磁通反向电机齿槽转矩解析模型,采用改变定转子齿宽配合的方法来降低齿槽转矩;文献[10-11]研究了永磁体削角㊁转子开辅助槽和斜槽对磁通反向电机的影响;文献[12-13]提出转子大小齿间隔加分段结构来减小齿槽转矩;文献[14]研究了不同的定转子极数配合对双定子磁通反向电机齿槽转矩的影响;文献[15-17]提出了采用偏心角削齿结构来削弱齿槽转矩;文献[18]提出采用阶梯齿转子来削弱磁通切换电机的齿槽转矩,在大幅度削弱齿槽转矩的同时能保持其电磁性能,但并未深入研究阶梯齿参数对电机齿槽转矩和电磁性能的影响㊂D设计分析esign and analysis 2021年第49卷第3期邹定琛等阶梯形转子对双定子磁通反向电机齿槽转矩的影响12　我国对磁通反向电机齿槽转矩的研究起步较晚[7],对于双定子磁通反向电机的研究更是凤毛麟角,深入分析双定子磁通反向电机齿槽转矩关键参数迫在眉睫㊂本文基于磁共能法,以12/10极双定子磁通反向电机为例,推导了双定子磁通反向电机在传统转子下的齿槽转矩解析模型,提出采用阶梯形转子来抑制齿槽转矩,阐释了阶梯形转子抑制齿槽转矩的原因㊂在此基础上,利用有限元方法,研究了阶梯形转子各层阶梯的极弧系数对齿槽转矩和电磁性能的影响㊂最后,将全局优化算法与有限元法相结合,对阶梯形转子参数进行优化,结果表明,该方法可以有效地削弱齿槽转矩并改善电磁性能㊂1　阶梯形转子削弱齿槽转矩的原理1.1　12/10极双定子磁通反向电机工作原理图1给出了12/10极传统双定子磁通反向电机的结构,其工作原理与传统磁场调制电机相同㊂图1　传统双定子磁通反向电机截面图图2　阶梯形转子双定子磁通反向电机截面图表贴在内定子上的永磁体经过转子块的调制作用,形成旋转的磁场;外定子通入三相对称电流,形成旋转的磁动势,二者相互作用,产生恒定的电磁转矩㊂对于不同类型的磁场调制电机,都具有相同的运行规则[3]:θe =Q ㊃θm (1)f =Q ㊃n60(2)式中:θe 和θm 分别为转子位置的电角度和机械角度;Q 为转子块数;n 为转速;f 为频率㊂1.2　双定子磁通反向电机齿槽转矩由于双定子磁通反向电机具有两层气隙结构,而气隙中的电磁能量大部分集中在靠近永磁体侧的内气隙,为了简化分析,暂且忽略外层气隙对齿槽转矩的影响,只对其内气隙建立齿槽转矩解析模型并进行定性分析㊂根据能量法,齿槽转矩可以表示为定子绕组不通电时,电机内部的磁共能W 和相对位置角α的负导数,即:T cog=-∂W ∂α=πQL 4μ0㊃(R 22-R 21)㊃∑¥n =1B r nQ 2p Λg n sin(nQα)(3)式中:L 为电机轴向长度;R 2为电机转子块内半径;R 1为内定子外半径;n 为谐波次数;p 为永磁体极对数;B r nQ 2p 和Λg n 分别为永磁体剩磁和气隙磁导的第n 次谐波幅值㊂从式(3)可以看出,在忽略外层气隙能量的情况下,齿槽转矩的谐波周期数为LCM(q ,2p ),这是双定子磁通反向电机与传统电机最大的不同之处,齿槽转矩的谐波次数由永磁体极数和转子块数决定,而与外定子极数无关㊂因此,齿槽转矩的周期为2πLCM(q ,2p ),对于2p =12,q =10的双定子磁通反向电机来说,其齿槽转矩周期应为机械角度6°㊂(a)永磁体和传统转子相对位置(b)永磁体和阶梯形转子相对位置图3　阶梯形转子双定子磁通反向电机截面图对于传统转子,其气隙磁导可以用傅里叶展开:Λn =Λg0+∑¥n =1Λg n ㊃cos(nQθ)(4) 由图3(a)可以得出,传统转子的有效气隙长度在一个转子块的周期内的分布函数:g (θ,α)=g θ∈(0,θ0)¥ θ∈(θ0,T -θ0)g θ∈(T -θ0,T ìîíïïï)(5)由此可得:Λn =(h m h m +g (θ,α))2=(h m h m +g )2　θ∈(0,θ0)0 θ∈(θ0,T -θ0)(h m h m +g )2　θ∈(T -θ0,T ìîíïïïïïï)(6) 对式(6)进行傅里叶展开,可得传统转子气隙磁导谐波幅值:Λg n =2n π㊃Λ21㊃sin(nQθ0)(7)式中:Λ1=h mh m +g㊂ 2021年第49卷第3期 D设计分析esign and analysis 邹定琛等阶梯形转子对双定子磁通反向电机齿槽转矩的影响13　根据式(3)和式(7),若在不改变永磁体参数的情况下减小齿槽转矩,必须想办法减小Λg n ㊂为了减小Λg n ,可以使用阶梯形转子来代替传统转子,如图2所示㊂对于阶梯形转子,由图3(b)可以得出,其有效气隙长度在一个转子块周期内的分布函数:g ′(θ,α)=g θ∈(0,θ1)g +h 1 θ∈(θ1,θ2)g +h 1+h 2 θ∈(θ2,θ3)¥ 　θ∈(θ3,T -θ3)g +h 1+h 2　θ∈(T -θ3,T -θ2)g +h 1θ∈(T -θ2,T -θ1)g θ∈(T -θ1,T ìîíïïïïïïïïïï)(8)由此可得,阶梯形转子的气隙磁导:Λ′n =(h m h m +g ′(θ,α))2= (h m h m +g )2 θ∈(0,θ1)(h mh m +g +h 1)2 θ∈(θ1,θ2)(h mh m +g +h 1+h 2)2θ∈(θ2,θ3)0 θ∈(θ3,T -θ3)(h m h m +g +h 1+h 2)2θ∈(T -θ3,T -θ2)(h m h m +g +h 1)2 θ∈(T -θ2,T -θ1)(h m h m+g )2 θ∈(T -θ1,T ìîíïïïïïïïïïïïïïïïïïï)(9) 对式(9)进行傅里叶展开,可得阶梯形转子气隙磁导谐波幅值:Λ′g n =2n π㊃[(Λ21-Λ22)㊃sin(nQθ1)+ (Λ22-Λ23)㊃sin(nQθ2)+Λ23㊃sin(nQθ3)](10)式中:Λ1=h m h m +g ,Λ2=h m h m +g +h 1,Λ3=h m h m +g +h 1+h 2,且Λ1>Λ2>Λ3㊂对比式(7)和式(10)可知,采用阶梯形转子后,会影响齿槽转矩表达式中的气隙磁导谐波幅值,而式(7)和式(10)忽略了外气隙磁场能量的影响,因此只能作为定性分析;而且磁路的非线性也会导致气隙磁导函数的不准确㊂但是,只要合理选取阶梯形转子的参数,使Λ′g n <Λg n ,即可削弱双定子磁通反向电机的齿槽转矩㊂1.3　传统转子和阶梯形转子齿槽转矩有限元验证如图3所示,定义转子块的极弧系数:αr i =2θiT i =0,1,2,3(11)式中:T =2π/Q 为转子块的周期㊂传统双定子磁通反向电机的样机参数如表1所示,对于阶梯形转子的参数,取各层阶梯的极弧系数αr1=0.44,αr2=0.56,αr3=0.67=αr0,每层阶梯的厚度相等h 1=h 2=h 3=h r3=1.33mm,阶梯块的总厚度与传统转子厚度相同㊂表1　传统双定子磁通反向电机样机参数参数数值参数数值内定子外半径Φiso /mm 23外定子内半径Φosi /mm 32外定子外半径Φoso /mm 45铁心轴向长度l /mm 55内气隙长度l i /mm0.5外气隙长度l o /mm 0.5转子块极弧系数αr00.67转子块个数Q10转子块厚度h r /mm5永磁体充磁方向径向永磁体剩磁密度B r /T1.2永磁体极弧系数1永磁体相对回复磁导率μr 1.1永磁体极对数p 6定子槽数12额定功率P /W 100额定转速n /(r㊃min -1)300额定频率f /Hz 50 图4为某一时刻下,不同转子下内㊁外层气隙磁密的对比图㊂通过图4可以看出,在保证阶梯形转子外层阶梯块极弧系数和传统转子极弧系数相等,即αr3=αr0时,外层气隙磁场基本没有变化,说明此时阶梯形转子对外层气隙磁场能量没有影响;而内层磁场由于气隙磁导改变,磁场发生了改变㊂(a)内气隙磁场对比(b)外气隙磁场对比图4　不同转子作用时内外气隙磁场对比图5给出了不同转子下齿槽转矩的波形图和谐波图㊂可以看出,对于不同形状的转子,齿槽转矩的周期都为机械角度6°,与上述分析一致,说明齿槽转矩主要由内层磁场能量决定,证明了以上定性分析方法是合理的㊂通过对比两个不同转子的齿槽转矩谐波可知,双定子磁通反向电机的齿槽转矩主要由前两次谐波构成;传统转子电机的齿槽转矩的幅值为439mN㊃m,为额定转矩的13.8%;而在阶梯形转子作用下,齿槽转矩的幅值减小到200mN㊃m,其主要原因是齿槽转矩的基波幅值被大幅度削弱㊂说D设计分析esign and analysis 2021年第49卷第3期邹定琛等阶梯形转子对双定子磁通反向电机齿槽转矩的影响14　明使用阶梯形转子时能够降低内层气隙磁导幅值,从而降低齿槽转矩的幅值㊂(a)电机齿槽转矩波形(b)电机齿槽转矩谐波图图5　双定子磁通反向电机的齿槽转矩及其谐波图2　各层阶梯极弧系数对电机性能的影响基于上述分析可知,阶梯形转子能够影响气隙磁导从而改变齿槽转矩的大小,针对三层阶梯转子,仍令h 1=h 2=h 3=1.33mm,保证阶梯形转子总厚度不变,研究各层转子极弧系数对双定子磁通反向电机齿槽转矩和电磁性能的影响㊂在电机其他参数不变的情况下,只改变各层阶梯块的极弧系数,在改变αr i (i =1,2,3)时,保持αr j =0.67=αr 0(j =1,2,3,j ≠i ),这里取0.3<αr i (i =1,2,3)<0.95㊂2.1　各层阶梯块极弧系数对齿槽转矩的影响图6为齿槽转矩幅值随各层阶梯块极弧系数的变化曲线㊂可以看出,只改变内层阶梯块极弧系数αr1时,齿槽转矩幅值的波动较大,当αr1=0.41,0.55,0.73,0.89时对齿槽转矩有较好抑制作用,其中当αr1=0.89时对齿槽转矩的削弱程度最大,此时齿槽转矩降低到33mN㊃m,降低了92.5%;只改变中层阶梯块极弧系数αr2时,对齿槽转矩的影响不是很大,只有当αr2>0.6时齿槽转矩略减;只改变外层阶梯块极弧系数αr3时,对齿槽转矩的影响也很大,当αr3=0.4,0.47时对齿槽转矩的抑制效果较好,其中当αr3=0.4时齿槽转矩的抑制效果最佳,此时齿槽转矩降低到52mN㊃m,降低了88%㊂图6　各层极弧系数对齿槽转矩的影响可见,当只改变一个阶梯层的极弧系数时,内层和外层阶梯块对齿槽转矩的抑制作用较强,合理选择内层阶梯块和外层阶梯块的极弧系数时,能够有效抑制齿槽转矩;而中层阶梯块极弧系数αr2应大于0.6,否则起不到抑制齿槽转矩的作用,反而会使齿槽转矩进一步增大㊂2.2　各层阶梯块极弧系数对反电动势的影响图7给出了反电动势基波幅值随各层阶梯块极弧系数的变化曲线㊂可以看出,每层阶梯块对反电动势基波幅值的影响都呈现出相同的规律,都是随着极弧系数的增大先增后减㊂这是因为极弧系数很小时,通过转子调制块的磁通就少,从而与外定子电枢绕组匝链的磁通就少,因此反电动势就低;随着极弧系数的增大,通过转子调制块和外定子电枢绕组的磁通也随之增加;而当极弧系数增加到一定程度时,相邻的两个转子调制块的距离就会减小,导致相邻两块转子调制块的磁阻减小,此时,通过该块转子调制块的磁通会有一部分流向相邻的转子调制块,原本应该全部流向外定子的磁通被相邻的转子调制块分流,从而增大了漏磁,减小了与外定子绕组匝链的磁通,使反电动势再次减小㊂三层阶梯块中,反电动势基波幅值随外层阶梯块极弧系数αr3的变化幅度最大,当αr1,αr2,αr3的取值在0.67左右时,对反电动势的影响不会很大㊂图7　各层极弧系数对反电动势基波幅值的影响因此,在选择极弧系数时,应使αr3稍大,否则反电动势幅值会大幅度降低,影响电机出力,而αr1和αr2的选择自由度相对较高㊂图8给出了反电动势谐波含量随各层阶梯块极弧系数的变化曲线㊂可以看出,内层阶梯块极弧系数αr1对反电动势谐波含量的影响很小,随着αr1的增大,反电动势的谐波含量都保持在4%左右;中层阶梯块极弧系数αr2对反电动势谐含量的影响较大,随着αr2的增大而减小;而外层阶梯块极弧系数αr3对反电势谐波的影响则更加复杂,当αr3=0.86时,反电动势谐波降低到1%㊂因此,要想降低反电动势的谐波含量,αr2,αr3应大于0.6,αr1的选择自由度较高㊂图8　各层极弧系数对反电动势谐波幅值的影响综上可知,采用三层等厚的阶梯形转子时,单一 2021年第49卷第3期 D设计分析esign and analysis 邹定琛等阶梯形转子对双定子磁通反向电机齿槽转矩的影响15　改变内㊁外层阶梯块的极弧系数能够有效地削弱齿槽转矩,与此同时,反电动势的变化也比较大,这将影响到电机负载时的输出转矩大小和转矩波动程度㊂因此,必须结合全局优化方法和有限元方法来获得使电机性能最好时的各层阶梯块的参数㊂3　遗传算法优化设计3.1　遗传算法遗传算法是一类基于生物界自然选择的进化规律演化而来的搜索优化方法㊂相较于传统算法,遗传算法具有较强的鲁棒性,对目标函数不作连续性要求,具有全局优化的特点[19]㊂遗传算法的基本原理是适者生存,优胜劣汰㊂求解过程中采用适应度函数来评价种群中每个个体的适应度,一方面采用每代最优个体进行迭代,另一方面又按照自然界基因的交叉和变异来产生新的个体,经过若干次种群的迭代逐步去寻找最优的参数组合[20]㊂遗传算法的基本流程如图9所示㊂图9　遗传算法流程图3.2　目标函数的选取目标函数的建立是电机全局优化过程中最重要的步骤之一,合理的目标函数对实际优化效果有着决定性的作用,一方面要确定正确的优化方向,另一方面也要考虑电机设计的实际需求㊂对于双定子磁通反向电机,一方面要求齿槽转矩小,另一方面又希望反电动势基波幅值大,正弦度高㊂本文将需要优化的多个目标函数通过加权方式,转化为单目标优化,设定目标函数:Z =T cog ㊃THD emfE 1式中:T cog 为齿槽转矩幅值;THD emf 为反电势谐波含量;E 1为反电动势基波幅值㊂3.3　优化变量的选取基于上文的分析,可以看出,内层阶梯块极弧系数αr1的选择自由度较高,而中层㊁外层阶梯块的极弧系数αr2和αr3应大于0.6,否则会影响反电动势谐波含量和基波幅值;同时,上文并未分析各层阶梯块厚度对电机性能的影响㊂在这里采用全局优化的方法来研究各层阶梯块极弧系数和厚度对双定子磁通反向电机综合性能的影响㊂选取αr1,αr2,αr3,h 1,h 2,h 3作为优化变量,并保证阶梯形转子总厚度不变,综合考虑之下,各变量的取值范围及约束条件:0.3<α1<0.90.6<α2,α3<0.90.3<h 1,h 2,h 3<5h 1+h 2+h 3=5mm =h üþýïïïïïr 3.4　优化算法的实现取交叉概率P c =0.65,变异概率P b =0.1,种群数量N P =80,迭代次数G =100进行优化,使目标函数最小㊂可得遗传算法的迭代进化图如图10所示㊂其最优解αr1=0.36,αr2=0.84,αr3=0.87,h 1=0.36mm,h 2=2.48mm,h 3=2.16mm㊂图10　遗传算法迭代进化图图11为阶梯形转子优化后齿槽转矩和传统转子齿槽转矩对比图㊂可以看出,优化后的齿槽转矩从439mN㊃m 降低为19mN㊃m,降低了95.7%,相对于原电机模型齿槽转矩削弱效果显著㊂图11　传统转子和优化阶梯形转子齿槽转矩波形比较图12为阶梯形转子优化后与传统转子的反电动势波形和谐波对比图㊂比较可知,优化后的反电动势基波从13.7V 降低到了11.7V,降低了14.6%;但是反电动势谐波含量从4%降低到了1%,更有助于提升负载时转矩的平稳性㊂(a)反电动势波形比较(b)反电动势谐波比较图12　传统转子和优化阶梯形转子反电动势及谐波比较D设计分析esign and analysis 2021年第49卷第3期邹定琛等阶梯形转子对双定子磁通反向电机齿槽转矩的影响16　3.5　优化前后负载性能对比图13给出了优化后的阶梯形转子和传统转子在通入三相正弦额定电流时的负载转矩㊂可以看出,原电机负载平均转矩为3.24N㊃m,转矩波动为32%;而采用阶梯形转子进行优化后的平均转矩为2.77N㊃m,转矩波动为2.4%㊂对比可知,优化后平均转矩虽然只降低了约14.5%,但是转矩波动从32%降低到了2.4%㊂阶梯形转子在牺牲一部分输出转矩的情况下能够大幅度地削弱转矩脉动,提升转矩的平稳性㊂图13　传统转子与阶梯形转子的负载转矩比较4　结　语为了降低双定子磁通反向电机的齿槽转矩,本文采用阶梯形转子来代替传统转子,以12/10极的双定子磁通反向电机为研究对象,研究了不同层阶梯块极弧系数对电机齿槽转矩和电机性能的影响㊂研究结果表明,不同层阶梯块的极弧系数对双定子磁通反向电机的齿槽转矩和反电动势的影响不同㊂其中内㊁外层阶梯块的极弧系数对齿槽转矩的影响很大;中㊁外层阶梯块的极弧系数对反电动势谐波含量和基波幅值的影响很大㊂在保证阶梯形转子总厚度不变的情况下,采用遗传算法对不同层阶梯块的极弧系数和厚度进行综合优化得到最优解,不仅极大程度地削弱了齿槽转矩,还提高了反电动势的正弦度以及负载时的电磁转矩平稳度㊂在空载下,齿槽转矩降低了95.7%;在额定负载下,转矩波动从32%下降到2.4%,而平均转矩仅下降了14.5%,证明了该方法的有效性㊂参考文献[1]　程明,张淦,花为.定子永磁型无刷电机系统及其关键技术综述[J].中国电机工程学报,2014,34(29):5204-5220.[2]　WANG C,NASAR S A,BOLDEA I.Three-phase flux reversal ma⁃chine(FRM)[J].IEE Proceedings of Electric Power Applica⁃tions,1999,146(2):139-146.[3]　ZHU Z Q,WU Z Z,EVANS D J,et al.Novel electrical machineshaving separate pm excitation stator [J].IEEE Transactions on Magnetics,2015,51(4):1-9.[4]　VAHAJ A 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每极一个槽实心转子有端环永磁电机额定运行时的谐波转矩

极数：永磁电机定子铁芯上磁极的个数，决定了电机的转速和输出扭矩。
槽数：永磁电机定子铁芯上开凿的槽数，用于放置绕组和磁极。
槽数和极数的关系：槽数与极数之比称为槽极比，影响电机的性能和效率。
槽数和极数的选择：根据电机的应用场合和性能要求，选择合适的槽数和极数。
实心转子的特点
结构简单：实心转子由一个圆柱形铁芯和两个端环组成，结构简单，易于制造和维护。
性能稳定：实心转子由于其结构简单，性能稳定，不易受到外界干扰。
效率高：实心转子由于其结构简单，能量损耗较小，效率较高。
成本较低：实心转子由于其结构简单，制造成本较低，适合大规模生产。
端环的作用
固定转子：端环将转子固定在电机内部，使其保持稳定。
导磁：端环具有导磁性，可以引导磁力线，提高电机效率。
散热：端环可以传导热量，帮助电机散热，延长使用寿命。
保护转子：端环可以保护转子不受外界冲击和磨损，提高电机的可靠性。
谐波转矩的产生
2
谐波转矩的定义
谐波转矩的危害：引起电机振动、噪声、发热等问题，影响电机性能和寿命
影响因素：转子转速、定子绕组结构、转子齿槽形状等
产生原因：转子齿槽和定子绕组之间的磁拉力不平衡
谐波转矩：由转子齿槽和定子绕组相互作用产生的转矩
调整控制参数：根据电机运行状态调整控制参数，如电流、电压、转速等
采用谐波抑制技术：使用滤波器、谐波抑制器等设备，减少谐波转矩的产生
优化电机设计：改进电机结构，如采用双转子、多转子等结构，降低谐波转矩
材料选择优化
选择合适的永磁材料，如钕铁硼等
优化转子结构，如采用多槽结构、增加转子长度等
优化定子结构，如采用斜槽结构、增加定子长度等
谐波转矩的研究对于电机设计和制造具有重要意义

谐波的影响

[编辑本段]谐波的影响谐波对供配电线路的影响：1、导致继电设备的误动作或拒动2、加在中性线电统，降低电网电压谐波对电力设备的影响：1、在电压发生畸变的配电网络中，电容器有可能产生谐波谐振和谐波放大；加速电容器的老化；导致电容器鼓肚、击穿或爆炸等现象的发生。

]2、变压器的铜耗、铁耗及其它的杂散损耗增加，降低变压器的使用寿命。

谐波对用电设备的影响；1、降低电动机的效率，增加附加损耗，严重时发生过热及振动等现象。

2、影响电力检测仪器的测量准确性。

3、对于低压开关设备来，可以产生开关设备的误动作。

4、对弱电系统的干扰。

谐波的影响1）变压器对变压器而言，谐波电流可导致铜损和杂散损增加，谐波电压则会增加铁损。

与纯正基本波运行的正弦电流和电压相较，谐波对变压器的整体影响是温升较高。

须注意的是; 这些由谐波所引起的额外损失将与电流和频率的平方成比例上升，进而导致变压器的基波负载容量下降。

而当你为非线性负载选择正确的变压器额定容量时，应考虑足够的降载因子，以确保变压器温升在允许的范围内。

还应注意的是用户由于谐波所造成的额外损失将按所消耗的能量(仟瓦一小时)反应在电费上，而且谐波也会导致变压器噪声增加。

2）电力电缆在导体中非正弦波电流所产生的热量与俱有相同均方根值的纯正弦波电流相较，则非正弦波会有较高的热量。

该额外温升是由众所周知的集肤效应和邻近效应所引起的，而这两种现象取决于频率及导体的尺寸和间隔。

这两种效应如同增加导体交流电阻，进而导致I2Rac损耗增加。

3）电动机与发电机谐波电流和电压对感应及同步电动机所造成的主要效应为在谐波频率下铁损和铜损的增加所引起之额外温升。

这些额外损失将导致电动机效率降低，并影响转矩。

当设备负荷对电动机转矩的变动较敏感时，其扭动转矩的输出将影响所生产产品的质量。

例如: 人造纤维纺织业和一些金属加工业。

对于旋转电机设备，与正弦磁化相比，谐波会增加噪音量。

像五次和七次这种谐波源，在发电机或电动机负载系统上，可产生六次谐波频率的机械振动。

转子设计对电动机中转子槽谐波的影响（译文）

转子设计对电动机中转子槽谐波的影响（译文）转子设计对电动机中转子槽谐波的影响1 序言现代矢量控制技术在AC驱动中得到了广泛的应用并使性能得到了显著的提高；然而，此技术通常需要一台编码器。

近年来，研究主要集中在无传感器驱动上。

无传感器速度测定可通过直接或间接的方法实现。

通常间接的方法取决于可能会误导转子速度评估的感应机械的参数。

直接的无传感器速度的测量方法是根据定子电压或电流频谱进行。

转子槽谐波实际上是指电机电压和电流的频谱分量。

磁极铁心中的槽产生槽部磁导谐波并调制气隙磁场。

这些谐波中的第一个的极数等于槽数的两倍，所以为气隙磁导引入了高空间频率分布这一概念。

当转子旋转时就产生了高频槽谐波。

转子槽数影响频率、极数和这些谐波的大小。

此外，槽组合、槽开度或形状、斜度、静止偏心度、饱和级以及负荷也会影响RSH的的大小。

所有这些的影响的相互作用使对影响的评估更复杂。

这里所用的计算模式可以说明这些因素对RSH大小的重要性。

所有这些信息有助于选择满意的、采用RSH的无传感器速度控制驱动的电动机。

2计算模式计算模式是基于使用多年的磁动势-磁导谐波分析技术。

这种方法在过去通常是被选择性地用来识别具体的谐波以深入而不是直接到分析谐波分量的级。

如果需准确地测量出全部的气隙磁导谐波，那么某些特征如主磁通路线、漏磁引起的槽桥饱和以及偏心度就必须进行合并。

槽桥饱和使问题更加复杂化，这是因为它因电机的不同而变化，随槽电流的改变而改变。

本文使用的方法是有限元（FE）分析，简易磁阻网孔分析以及伪三维（3D）模型方法（将电机轴向地分成若干个部分）三种方法。

3影响槽谐波大小和频率的因素通常认为，转子设计（如斜度）可以用来消除槽谐波效应。

应先对槽谐波效应进行确定以便更好地理解已发生的磁动势-磁导相互作用。

3.1 斜度效应普遍认为，n次空间谐波的斜度因素为（1）若转子槽的斜度为任一空间谐波的2π电弧度，那么在转子棒中的由定子感应产生的电压应被抵消。

变频异步电动机转子槽研究综述

变频异步电动机转子槽研究综述为了提高变频异步电动机的性能，除了变频器本身不断改进提高外，变频电机的改进设计也在不断的研究中。

文章主要综述了在变频异步电动机中的槽配合、槽形选择、槽形尺寸设计以及各种常用转子槽形的特点，接着对目前转子槽的研究热点进行了探讨，并展望转子槽的研究方向。

标签：变频异步电动机；转子槽数；转子槽形引言变频电源供电的异步电动机与工频正弦波供电的异步电动机的主要区别为两方面。

一方面是变频电源供电的异步电动机是在低频到高频的宽频范围内运行的，另一方面是变频电源输出波形是非正弦的。

电源输出波形中除了基波外还有谐波分量。

由于变频供电谐波对异步电动机的影响较大，为了提高变频异步电动机的性能，除了变频器本身不断改进提高外，变频电机的改进设计也在不断的研究中。

其中，转子槽是电机机电能量转换的主要载体，在变频异步电动机中起着关键作用。

在电机运行时，变频电源中的各次谐波会在导体中产生集肤效应，使导体有效截面积减少，电阻增大，造成损耗增大。

电源高次谐波产生的旋转磁场与转子的转差较大，所以由于谐波引起的集肤效应转子损耗是不可忽略的，再加上变频异步电动机采用降频降压软起动方式。

所以变频异步电动机中转子槽的设计思想不仅发生变化，而且变得尤为重要。

1 转子槽数设计的变化在变频异步电机中，从异步和同步附加转矩的方面来考虑，谐波电流的存在对定转子槽数配合的选择没有影响，仍可采用普通异步电机的槽数配合来减小同步和异步附加转矩。

同步附加转矩的槽配合如表1。

异步附加转矩的槽配合为选择恰当的定、转子槽数间的比值或者斜槽来降低KvKskv2的积值。

其中Kv为v 次空间谐波转子的耦合系数，K■=■，Kskv为v次空间谐波转子的斜槽系数。

不过，选择实现5/6短矩系数的槽数，可以大大削弱5次谐波和7次谐波产生的附加转矩影响。

从脉动转矩方面来考虑，虽然脉动转矩的平均值为零，但是它会使电机的角速度发生波动，使电机产生振动和噪声，特别是低频时，电动机甚至有步进感。

降低谐波铜耗的变频调速异步电机转子槽设计

降低谐波铜耗的变频调速异步电机转子槽设计随着电力电子技术的发展,变频调速异步电机越来越广泛地应用在各种工业领域。

由于逆变器提供给电机的电压(电流)中含有大量的高次谐波成分,对电机的转矩、损耗及效率产生负面的影响,因此有必要分析谐波对电机性能的影响,并从电机设计角度采取措施来削弱谐波的影响。

异步电机转子谐波铜耗由于集肤效应而集中在导条顶部引起损耗集中和局部发热。

因此针对逆变器供电的特殊性设计变频调速异步电机转子槽,不仅在电机设计理论具有创新意义,在工程应用中更具有指导意义。

异步电机转子槽是承接电机机电能量转换的主要载体,在电机电磁能量的传递过程中起着关键作用。

逆变器供电与传统正弦供电相比,电机转子槽的设计原则发生很大的变化。

传统设计的变频调速异步电机转子槽易引起谐波损耗集中,影响电机运行的稳定性,不能满足异步电机高可靠性的要求。

本文所分析、设计的变频调速异步电机转子结构采用国外提出的带U形铁心桥的转子槽,能较好地解决上述问题。

异步电机的转子参数是影响电机性能的重要因素,对电机的转矩、效率及功率因数均有重要影响。

由于转子槽结构的特殊性,采用传统路的方式不能准确获得电机的转子电阻及转子漏抗等电磁参数。

因此本文将通过电磁场有限元仿真软件Flux的稳态场模型求得电机转子参数,并将分析集肤效应对不同结构转子槽的影响,总结为降低谐波铜耗转子槽应采用的结构。

转子导条谐波铜耗计算的难点在于集肤效应,当转子导条流过非正弦电流时,由于非正弦电流是由多个不同频率的正弦电流组合而成,集肤效应对铜耗的影响就必须考虑。

鉴于集肤效应本身属于电磁场的范畴,通过电磁场有限元法计算转子导条集肤效应可解决上述难题。

本文将通过电磁场有限元仿真软件Flux的瞬态场模型求得转子导条的谐波铜耗,并将总结带U形铁心桥的转子槽不同尺寸配合与导条谐波铜耗之间的变化规律。

本文最后对一台样机的试验数据进行分析,并与电磁场有限元分析结果进行比较,验证电磁场有限元分析结果的可靠性,以指导电机设计。

定子不变，转子槽数对电机的哪些性能有影响？

定子不变，转子槽数对电机的哪些性能有影响？
在前面的多篇文章中，我们谈过可控电源对于转子部分设计的影响，即通过变频控制来抑制电机谐波转矩对起动性能的负作用，设计中几乎不需要电机的起动问题。

转子槽形决定了转子单槽的电阻值，与槽数相关联才能综合评价转子电阻随槽形尺寸变化的总体趋势，也就是我们今天要讨论关于转子槽数的话题。

相对于定子部分，转子槽形与槽数的几何空间局限性较大，多槽转子的槽形为细长型，而少槽转子槽形为扁胖型。

在满足起动性能的前提下，以转子漏抗最小作为转子槽数与槽形匹配的最佳组合，同时可以获取比较理想的最大转矩。

当转子槽数增加时，电机的槽形变得窄而长，槽漏抗增大，无功电流中漏抗电流相对于励磁电流的比例加大，导致额定运行时电流大、电阻损耗增加，功率因数指标恶化、效率降低。

另外，因为趋肤效应的作用也因槽形变得窄且长而增强，转子电阻变大，转子损耗也是增加的趋势，叠加了又一项效率变差的因子。

实际上，电机的效率、功率因数与转子槽数也有一个最佳契合点，设计时转子槽数的选择除了定转子槽配合对起动、噪声和振动的影响外，就是要应综合考量运行性能与转子槽数的关联情况。

电机转子槽可以采用圆底型、平底型、梨型和梯形等许多种型式。

大量的数据统计和分析发现，不同的槽形对于电机性能的影响倾向不同：平底槽更有利于电机效率的改善，梨形槽则有利于电机功率因数的改善，但这一切都是基于某一固定的转子槽数。

电机的实际设计过程一般以相对固定的定子为前提，通过变换适配转子槽数进行计算、模拟，求得最为理想的性能指标。

对于可控电源条件下的设计，槽数选取的自由度更大一些，因而电机性能优化的空间也会相对宽松。

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降低谐波损耗的异步电机转子槽设计

降低谐波损耗的异步电机转子槽设计
辛本雨;廖勇
【期刊名称】《微电机》
【年(卷),期】2010(043)001
【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.
【总页数】5页(P38-41,53)
【作者】辛本雨;廖勇
【作者单位】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;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
【正文语种】中文
【中图分类】TM343;TM302
【相关文献】
1.槽配合对单绕组双速直槽异步电动机空载磁场及损耗的影响 [J], 安俊义;赵海森;刘晓芳;孙明骁;肖成东;张鑫磊
2.绕线型异步电机转子波绕组同槽跳接线的槽位确定 [J], 张晓谨
3.次谐波降低对分数槽集中绕组电机转子损耗的影响 [J], 宋骄;吴晓
4.转子槽口深度和槽配合对异步电机转子损耗的影响 [J], 李祥成;王迎春;黄新宇;孙强
5.异步电机转子感应非正弦电流时的导条损耗 [J], 吴新振;王祥珩;罗成
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