【正文】 同的、條件下，增加便可減小，若維持一定軛部磁通密度，則可減小定子及轉(zhuǎn)子的軛部高度。故在相同的下，增大可減小定子外徑，節(jié)省硅鋼片及機(jī)座材料、減輕重量、減小加工工時(shí)。同時(shí)，由于轉(zhuǎn)子軛部厚度減薄，減輕了轉(zhuǎn)子重量，因此減小了轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，改善了動(dòng)態(tài)性能。此外，由于轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)軸之間距離的增加，可增大轉(zhuǎn)子通風(fēng)孔的面積，改善通風(fēng)散熱條件。 (4)在允許的功率管最大電流條件下，電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩，因此在一定的下增加極對(duì)數(shù)，可減小氣隙，使勵(lì)磁電流減小、功率因數(shù)提高。但由于機(jī)械結(jié)構(gòu)及工藝水平的限制，有一定的下限值，因而也就有一定的上限值。 (5)若較大，則逆變器功率管換流次數(shù)增加，使功率管換流損耗增加。此外，由于換流頻率的增加，也增加了定子齒部及軛部的損耗。由于以上兩因素的制約，因此的取值也有一定的上限。 (6)但也不能太小，若取=l，由于二極電動(dòng)機(jī)定轉(zhuǎn)子軛高度增加，使電動(dòng)機(jī)外徑及中心高增大，重量增加。此外，由于兩極電動(dòng)機(jī)定子嵌線時(shí)位置的限制，定子繞組必須采用較短節(jié)距的繞組。這樣，一方面電動(dòng)機(jī)材料得不到充分利用，另一方面繞組會(huì)產(chǎn)生較多份量的空間高次諧波，這就使得在變頻電源供電下，已經(jīng)有較大份量時(shí)間高次諧波的變頻電動(dòng)機(jī)的損耗、噪聲、脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩和噪聲等問題更嚴(yán)重和復(fù)雜。因此，在一般情況下，對(duì)于變頻電動(dòng)機(jī)盡量取1。如最高轉(zhuǎn)速為3000r/min，則宜選用=2，100Hz頻率。 綜上所述，變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)不宜取=1，也不宜太大，即不宜大于4(只有少數(shù)容量較大，最高轉(zhuǎn)速較低的電動(dòng)機(jī)才取=4)。通常變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)選2或3。中小型變頻變壓調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)在部級(jí)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中統(tǒng)一定為=2。 此外還應(yīng)指出的是，極對(duì)數(shù)的選擇還與逆變器類型有關(guān)。一般說來，對(duì)電壓型逆變器供電的電動(dòng)機(jī)，應(yīng)選較小的極對(duì)數(shù)；對(duì)電流型逆變器供電的電動(dòng)機(jī)，應(yīng)選較大的極對(duì)數(shù)。例如，一臺(tái)700kW電壓型異步牽引電動(dòng)機(jī)，所選極對(duì)數(shù)=3；而另一臺(tái)容量比之小得多(80kW)的電流型異步牽引電動(dòng)機(jī)，其極對(duì)數(shù)也取=3。(一)各種諧波轉(zhuǎn)矩及其對(duì)電動(dòng)機(jī)的影響由于電流中諧波磁場(chǎng)的存在，不僅會(huì)在電動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生一系列諧波損耗，影響效率和溫升，還會(huì)產(chǎn)生一系列諧波轉(zhuǎn)矩。這些諧波轉(zhuǎn)矩分為兩類：一類是大小和方向不變的恒定諧波轉(zhuǎn)矩；另一類是交變諧波轉(zhuǎn)矩。當(dāng)電動(dòng)機(jī)端電壓中有種電壓波時(shí)，就形成了個(gè)轉(zhuǎn)矩，其中包括一個(gè)基波轉(zhuǎn)矩、(—1)個(gè)恒定諧波轉(zhuǎn)矩和()個(gè)交變諧波轉(zhuǎn)矩。 1．恒定諧波轉(zhuǎn)矩恒定諧波轉(zhuǎn)矩，是由氣隙諧波磁通和由它感應(yīng)出的轉(zhuǎn)子諧波電流相互作用而產(chǎn)生的。其產(chǎn)生原理與定轉(zhuǎn)子基波磁通及電流產(chǎn)生基波轉(zhuǎn)矩的原理相同。其結(jié)果是：11……次恒定諧波轉(zhuǎn)矩反轉(zhuǎn)，11……次恒定諧波轉(zhuǎn)矩正轉(zhuǎn)。這兩類正反轉(zhuǎn)諧波轉(zhuǎn)矩相互抵消后，僅剩一個(gè)很小的反向轉(zhuǎn)矩，使異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩略有減小，對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行影響不大。2．交變諧波轉(zhuǎn)矩交變諧波轉(zhuǎn)矩，是由氣隙磁通波與該磁通波次數(shù)不同的轉(zhuǎn)子諧波電流相互作用產(chǎn)生的。每一氣隙諧波磁通，均可和與它次數(shù)不同的任一次轉(zhuǎn)子諧波電流作用產(chǎn)生一交變諧波轉(zhuǎn)矩。但主要的交變諧波轉(zhuǎn)矩是由基波磁通，與113次轉(zhuǎn)子諧波電流相互作用產(chǎn)生的。由于磁通波次數(shù)與轉(zhuǎn)子諧波電流次數(shù)不同，所 以轉(zhuǎn)矩的方向半周內(nèi)為正，另半周內(nèi)為負(fù)，轉(zhuǎn)矩是交變的，因而一周內(nèi)的平均值為零。 諧波轉(zhuǎn)矩對(duì)異步電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行雖然影響不大，但在基波頻率很低的情況下，當(dāng)換流頻率過低時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩會(huì)產(chǎn)生換流頻率下的劇烈脈動(dòng)。這種由于在兩次換流之間轉(zhuǎn)子電流過分衰減而造成的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩，會(huì)使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速發(fā)生一連串的步進(jìn)現(xiàn)象。當(dāng)傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械慣性較小時(shí)，尤其如此。因此，低頻下的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)使電動(dòng)機(jī)的最低轉(zhuǎn)速有一個(gè)下限，這就縮小了電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍。此外，諧波及其轉(zhuǎn)矩還產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲。因此為了減小電動(dòng)機(jī)中的諧波轉(zhuǎn)矩，必須在電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)采取一些特殊措施。 (二)軸電壓產(chǎn)生的原因、對(duì)電動(dòng)機(jī)的影響及防止對(duì)策在一定條件下電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子軸與軸端之間，或軸與軸承(大地)之間會(huì)有軸電壓產(chǎn)生。這種情況在工頻電源供電時(shí)很少發(fā)生。但在變頻電源供電情況下，由于高次諧波的影響，軸 圖3—3 轉(zhuǎn)子閉口及特殊槽形電壓產(chǎn)生的機(jī)會(huì)則有增加 圖3—3 轉(zhuǎn)子閉口及特殊槽形的趨向。軸電壓隨著頻率的增加而增加，軸與軸端間或軸與軸承之間的軸電壓如超過允許值時(shí)，則油膜或潤滑脂因軸電壓通人使之遭到破壞，最終使軸或軸承受損傷。1．由于磁不對(duì)稱產(chǎn)生軸電壓 磁不對(duì)稱引起的軸電壓，系因磁阻不對(duì)稱引起交鏈交變磁通而產(chǎn)生的，它在軸與軸端之間引起軸電壓。2．由于靜電感應(yīng)產(chǎn)生軸電壓 由變頻電源供電時(shí)，輸出電壓中的脈動(dòng)電壓通過靜電感應(yīng)會(huì)使電動(dòng)機(jī)軸與軸承之間產(chǎn)生軸電壓。特別是在變頻調(diào)速中采用脈沖電壓控制時(shí)，電動(dòng)機(jī)的軸電壓將顯著增加。理論和實(shí)踐證明，電動(dòng)機(jī)容量越大，軸電壓的值也就越大。因此容量越大的電動(dòng)機(jī)，越要采取措施防止軸電壓。 由于轉(zhuǎn)子籠條與軸之間、軸與軸承之間均存在分布電容，就是通過分布電容的分壓作用，使軸對(duì)地間產(chǎn)生靜電感應(yīng)軸電壓。3．變頻電源供電時(shí)的軸電壓經(jīng)理論分析及實(shí)踐證明，變頻電源供電時(shí)的軸電壓有以下特點(diǎn)：1)與工頻正弦供電時(shí)相比，軸與軸間的軸電壓要大20％～50% 2)運(yùn)行頻率增加，軸與軸間的軸電壓也增大。 3)與正弦工頻電源供電時(shí)一樣，軸與軸間的軸電壓基本與負(fù)載大小無關(guān)。 4)與工頻正弦電源供電相比，軸與大地之間的軸電壓增大100％～200％。4．對(duì)軸電壓的防止對(duì)策 1)對(duì)由磁不對(duì)稱引起的軸電壓的消除，主要從工藝結(jié)構(gòu)上著手，在組裝上防止產(chǎn)生磁路的不平衡，也可采取在結(jié)構(gòu)上斷開軸電流一部分回路的方法加以防止。 2)對(duì)于軸與軸承之間的軸電壓通常在軸承架內(nèi)插入非磁性體，使磁路磁阻增加，或增加補(bǔ)償繞組，以降低磁通勢(shì)，減小磁通，防止軸電流。由于軸電流是在軸與軸承部分局部范圍內(nèi)循環(huán)的，因此加強(qiáng)軸承金屬或軸承座的絕緣是毫無意義的。 3)抑制變頻電源中的高次諧波脈動(dòng)成分。 4)中、大型電動(dòng)機(jī)采用旁路電容接地。(三)浪涌電壓的產(chǎn)生及其對(duì)策 1．浪涌電壓的產(chǎn)生及危害 變頻電源的輸出電壓在換流時(shí)將與產(chǎn)生的浪涌電壓疊加，使電動(dòng)機(jī)繞組絕緣承受較高的電壓。浪涌電壓的反復(fù)沖擊，加上浪涌電壓引起的電暈放電，會(huì)使電動(dòng)機(jī)絕緣加速老化，壽命縮短。 浪涌電壓施加于線圈之間的負(fù)擔(dān)不均勻，電動(dòng)機(jī)出線端附近線圈電壓分布集中，第一個(gè)線圈分擔(dān)達(dá)60％。 一般一臺(tái)400V的電壓級(jí)的電動(dòng)機(jī)其允許的浪涌電壓的校準(zhǔn)是： (3—31)式中 ——浪涌電壓的峰值； ——絕緣的允許值，其中，當(dāng)取PAM型時(shí)，的取值范圍為2．5～25V/；當(dāng)取PWM型時(shí)，的取值范圍為2000～3000V/。2．浪涌電壓的防止對(duì)策 1)從變頻電源內(nèi)部來說，主要采取吸收或抑制的方法。通常采用吸收管，減振器及過電壓削波器等對(duì)浪涌電壓加以吸收或抑制。插入串聯(lián)電抗器也是防止浪涌電壓的一種方法。 2)對(duì)電動(dòng)機(jī)內(nèi)部來說，主要是在電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)強(qiáng)化電動(dòng)機(jī)絕緣，使其能最大限度地承受可能出現(xiàn)的浪涌電壓。 (五)其它特殊考慮 1)定子繞組采用多膠漆包圓線并繞，以減小定子集膚效應(yīng)。 2)槽口采用磁性槽楔，以增加槽漏抗。 3)選擇合適的定轉(zhuǎn)子槽數(shù)配合，以減小電磁振動(dòng)與噪聲。 4)轉(zhuǎn)子不用斜槽，以避免由于斜槽產(chǎn)生的漏磁通引起損耗。 5)對(duì)大容量電動(dòng)機(jī)，在轉(zhuǎn)子導(dǎo)條采用銅條時(shí)，可采用換位措施以減小雜散損耗。 6)采用H或F級(jí)絕緣，提高電動(dòng)機(jī)溫升等級(jí)。7)對(duì)氣隙長度進(jìn)行優(yōu)化選擇，以減低噪聲。第4章 變頻電機(jī)結(jié)構(gòu)和電磁參數(shù)計(jì)算計(jì)算參數(shù)： 型號(hào)：YGP200L4 極數(shù)：4 功率：15KW 轉(zhuǎn)速:1440 功率因數(shù)： 額定電壓:220V 效率：1． 額定功率： 2． 額定電壓： 3． 功電流： 4． 效率：5． 功率因素：6． 極對(duì)數(shù)：7． 定轉(zhuǎn)子槽數(shù) 每相每極槽數(shù)取整數(shù) 則 并采用斜肩平底槽 9．確定電機(jī)電機(jī)主要尺寸 主要尺寸來確定和 計(jì)算功率 初選，由圖102可取，取，假定。 取 則 按定子內(nèi)外徑比求出定子沖片外徑 取 鐵心的有效長度：10．氣隙的確定 轉(zhuǎn)子外徑轉(zhuǎn)子內(nèi)徑： 11．極距 12．定子齒距 轉(zhuǎn)子齒距 13．節(jié)距y=814．為了削弱齒諧波磁場(chǎng)的影響，轉(zhuǎn)子采用斜槽，一般斜一個(gè)定子齒距，于是轉(zhuǎn)子斜槽寬 每槽導(dǎo)體數(shù) 初選定子電密，計(jì)算導(dǎo)線并繞根數(shù)和每根導(dǎo)線截面積的乘積。 其中定子電流初步估計(jì)值 18. 槽在面積 ，h=2mm,d=，槽絕緣占面積。 槽滿率 19 . 鐵芯長l鐵芯有效長 無徑向通風(fēng)道 lgff =l+2g=200=凈鐵芯長 無徑向通風(fēng)道 LFe =KFel==20. 繞組系數(shù) 其中 每相有效串聯(lián)導(dǎo)體數(shù) 預(yù)計(jì)轉(zhuǎn)子導(dǎo)條電流： 其中由表1010查出。 初步取轉(zhuǎn)子導(dǎo)條電密，于是導(dǎo)條的截面積： 導(dǎo)條截面積（轉(zhuǎn)子槽面積）估計(jì)端環(huán)電流 端環(huán)所需面積 其中 端環(huán)電密得端環(huán)所需面積為磁路計(jì)算22. 滿載電勢(shì) 初設(shè) 23. 每極磁通 為計(jì)算磁路各部分磁密，需先計(jì)算磁路中各部分的磁導(dǎo)截面24. 每極下齒部截面積 25. 定子軛部高度 轉(zhuǎn)子軛部高度26. 一極下空氣隙截面積 27. 波幅系數(shù) 29. 定子齒部磁密： 其中氣隙系數(shù)為 AT=ATT1+ATT2+ATC1+ATC2+ATg=++++=： 46. 線圈平均半匝長 雙層線圈 lc=lB+Kcτy=240+2lB= lt+2d1=240+220=240mmCS=τy/2cosa==τy =π[Dil+2(h0+h11)+h21+r21]β/p=π[205+3++]β/68/9=47．雙層線圈端部平均長 lE =2d1+ Kcτy=2+=48．漏抗系數(shù)4449．定子槽比漏磁導(dǎo) λs1= Ku1λu1+KL1λL1=+=λu1=其中Ku1= KL1=50．定子槽漏抗 Xs1*=2m1pl′t1λs1 Cx/Z1 Kdp12lef= 20036Cx/54= Cx 51．定子諧波漏抗 == 其中S=10252．定子端部漏抗單層交叉式繞組的端部漏抗與分組的單層同心式繞組相近 則：==53．定子漏抗 Cx=（++）== 54．轉(zhuǎn)子槽比漏磁導(dǎo) = =h/b2=， b1/b2=查表得λL=55．轉(zhuǎn)子槽漏抗 ==56．轉(zhuǎn)子諧波漏抗 == Cx 查表得R=57．轉(zhuǎn)子端部漏抗 XE2* == Cx58．轉(zhuǎn)子斜槽漏抗 ==59．轉(zhuǎn)子漏抗 =(+++)Cx= 60．總漏抗 = 61．定子直流電阻 R1===62．定子相電阻標(biāo)幺值 R1*= == 63．有效材料 定子導(dǎo)線重量 =54341105= kg式中C為考慮導(dǎo)線絕緣和引線重量的系數(shù)，為導(dǎo)線密度 硅鋼片重量 GFe ==2902103= kg 式中為沖剪余量，取5103m64．轉(zhuǎn)子電阻導(dǎo)條電阻折算值 RB′=== 式中KB是疊片不整齊造成導(dǎo)條電阻增加的系數(shù)端環(huán)電阻折算值 RR′===導(dǎo)條電阻標(biāo)幺值 RB*= == 端環(huán)電阻標(biāo)幺值 RR*= == 轉(zhuǎn)子電阻標(biāo)么值 R2* =RB* +RR*= 性能計(jì)算65. 滿載時(shí)定子電流有功分量標(biāo)么值 I1p*= 66. 滿載時(shí)轉(zhuǎn)子電流無功分量標(biāo)么值Ix*=* I1p*2[1+(* I1p*)2]=()2[1+()2] = =1+ == 67．滿載時(shí)定子電流無功分量標(biāo)么值I1Q* =Im*+ Ix*=+= 68 滿載電勢(shì)標(biāo)么值KE=1－=1－(I1p*R1 *+ I1Q* *)=1－(+)= 與22項(xiàng)初設(shè)值KE相符69. 空載時(shí)電勢(shì)標(biāo)么值 1－=1－Im* *=1－ = 70. 空載