自起動永磁同步電動機穩(wěn)態(tài)運行鼠籠電流分析
賈宏新1， 符榮2， 竇滿鋒3
（1上海電力學院，上海200090；2渭南師范院，陜西渭南714000 3西北工業(yè)大學，陜西西安7100721）
摘要：通過理論分析和有限元仿真，塒定子繞組采用△聯(lián)接的自起動永磁闊步電動機的氣隙磁場、轉子阻尼繞組的電流、轉矩、轉速、損耗等進行分析，可以得出定子繞組采州△聯(lián)接時，不僅會大大增加穩(wěn)態(tài)運行時的轉子銅耗，還會引起轉矩、轉速的波動。因此，定予繞組應慎用△聯(lián)接。將△聯(lián)接與聯(lián)接的電機做了對比分析。
關鍵詞：阻尼繞組；稀±永磁同步電動機；轉子銅耗
中圖分類號：tm 351 文獻標識碼：a文章編號：1673-6540(2010)04-0013-04
o 引 言
永磁同步電動機( pmsm)不需要無功勵磁電流，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)定運行時轉子損耗小，進而可以減小風扇（小容量電機甚至可以去掉風扇）和相應的風摩損耗，效率比同規(guī)格異步電動機高百分之28。同時，pmsm在百分之25~ 百分之120額定負載范圍內均可保持較高的效率和功率因數(shù)，使輕載運行時節(jié)能效果更為顯著。目前，pmsm主要應用在油田、紡織化纖工業(yè)、陶瓷玻璃工業(yè)和年運行時問長的風機水泵等領域。
具有自起動能力的稀土pmsm的定子與普通異步電動機的定子相同，轉子上同時裝設有鼠籠條和稀土磁鋼，異步起動同步運行。它綜合了異步電動機和同步電動機的優(yōu)點，起動操作方便，運行時效率高、功率因數(shù)高，常用于油田抽油機。
國內、外的研究大多集中在轉子結構和起動性能，對于穩(wěn)態(tài)運行時的轉子損耗，通常認
為轉子鼠籠條上不產生感應電流，印無穩(wěn)態(tài)電流。而實際樣機中，確實存在轉子溫升過高的問題，而且是鼠籠槽部的溫度比齒部的溫度高。這說明，穩(wěn)態(tài)運行時鼠籠條中一定存在電流，即存在穩(wěn)態(tài)轉子銅耗。
為了提高每相的電壓，15 kw以上的自起動稀土pmsm的定子繞組有時采用△聯(lián)接方式，這勢必會造成3及3倍數(shù)的諧波環(huán)流的存在。本文在文獻[4]的基礎上，對該類電機穩(wěn)態(tài)運行時的諧波電流進行分析。
1 氣隙磁場分析
采用有限元技術對某油田抽油機用稀土pmsm進行分析，該電機的主要技術參數(shù)如表1所示。
圖l為該電機的轉子結構示意圖，方塊形的永磁體鑲嵌在轉子中。由于永磁體產生的氣隙磁場波形基本上是平頂波，同時定、轉子開槽，使得氣隙磁場波形呈鋸齒形方波，其諧波分量很大。因此，pmsm氣隙磁場波形比異步電動機的氣隙磁場差，也比贏流勵磁的凸極電動機氣隙磁場差。通常凸極同步電動機可以選擇適當?shù)臉O靴寬度和不均勻氣隙長度來改善氣隙磁場的波形，使之接近正弦波，而pmsm轉子就很難加工成不均勻氣隙長度。
氣隙磁場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諧波電動勢，使定子銅耗增加，影響pmsm效率，同時，氣隙磁場諧波分量還會產生諧波附加轉矩，使起動過程中的電磁轉矩產生振蕩。因此，氣隙磁場諧波分量對電動機運行和起動性能不利。
使用有限元軟件magnet分析的空載氣隙磁場分布如圖2(a)歷示，氣隙磁密波形如圖2(b)所示，對氣隙磁密進行諧波分析，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在定子繞組中感應的反電動勢和諧波分析分別如圖3(a)、3(h)所示，相電勢中含有較高的三次諧波分量。
2 齒槽轉矩分析
齒槽轉矩是永磁電機最重要的性能之一，它的存在會造成電機的轉矩波動、振動和噪聲。對于自起動pmsm，由于定 |
