中小型變頻電機優(yōu)化電磁設計軟件開(kāi)發(fā)

O 引 言
變頻調速異步電機由變頻裝置供電，由于變頻器的輸出電壓和電流中包含一系列的高次諧波，將使電機效率降低，溫升升高，低速運行時(shí)產(chǎn)生轉矩脈動(dòng)，高速運行時(shí)產(chǎn)生較大的振動(dòng)和噪聲。
變頻調速異步電機的諧波抑制方法一直是傳動(dòng)領(lǐng)域中一個(gè)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。
該文以抑制變頻調速異步電機的諧波為目的，從改動(dòng)和優(yōu)化變頻調速異步電機設計出發(fā)，提出了變頻電機的優(yōu)化電磁設計方法。文獻提出了變頻調速異步電機自適應設汁模型優(yōu)化電磁設計方法，本文將模糊控制應用至電磁優(yōu)化設計中，得到模糊自適應設計模型，可進(jìn)一步提高設計電機的性能。
文獻研發(fā)的變頻三相感應電動(dòng)機設計CAD系統功能強大，操作方便，但該系統設計前需輸入變頻器控制參數，不同變頻器參數不同，使設計的電機應用范圍受到限制。該設計將利用Visual Basic6．0開(kāi)發(fā)變頻調速異步電機的電磁設計軟件，設計時(shí)只需從主窗口輸入電機在額定狀態(tài)下的主要性能參數，即可通過(guò)計算機自動(dòng)優(yōu)化，得到氣隙、定轉子槽形尺寸、電機損耗效率等輸出性能參數。

l 優(yōu)化電磁設計
1．1 定轉子槽配合的優(yōu)化選擇
在變頻異步電機槽數設計方面，定轉子槽配合的約束得到放寬，考慮槽配合時(shí)，主要考慮避免一階定、轉子齒諧波產(chǎn)生的低階力波(n=0，1，2，3，…)，這些力波可能與定子的固有頻率接近，發(fā)生共振。
(1)削弱力波的槽配合
為削弱變頻電機齒諧波產(chǎn)生的力波，要求槽配合滿(mǎn)足表1要求。

表1中：Z1為定子槽數，Z2為轉子槽數，p為電機極對數。
更高次力波引起的振動(dòng)幅值小，一般中小型電機中可不予考慮。
(2)對籠型電動(dòng)機，定子槽數越多、諧波損耗越少、異步附加轉矩越小，定子槽數大于轉子槽數，還可以降低雜散損耗。
(3)轉子采用奇數槽，這樣可以減少同步寄生轉矩，避免起動(dòng)時(shí)產(chǎn)生堵轉。
(4)采用5／6短矩系數可大大削弱5次諧波和7次諧波產(chǎn)生的附加轉矩影響，對變頻電機減少高次諧波影響起到十分重要的作用。
1．2 轉子槽形優(yōu)化設計
(1)為了抑制高次諧波損耗的增加，異步電機轉子應采用集膚效應小的特殊槽形，槽面積盡可能大，槽形宜淺不宜深，槽形總體上寬下窄；采用直槽而非斜槽轉子結構以減少其負載損耗。
(2)采用磁性槽楔，不但能減小有效氣隙，降低空載電流，改善功率因數，還能降低氣隙諧波磁勢分量，減小諧波磁勢引起的附加損耗和其他不良影響。
(3)在定、轉子槽數相同的情況下，可選擇不同的轉子槽形、尺寸，進(jìn)行效率和功率因數優(yōu)化設計，從而確定高效優(yōu)化的最終電磁設計方案。
1．3 氣隙的優(yōu)化設計
電機的氣隙增大，將使勵磁電流增加，電機功率因數下降，同時(shí)氣隙中的諧波磁場(chǎng)也將降低，附加損耗減少。另氣隙的增大可以使定轉子結構配合部件的加工精度和同心度適當降低，減小了加工的難度和時(shí)間。
普通電機氣隙通常采用經(jīng)驗公式：

其中：δ為電機的氣隙(mm)；Di為電機定子內徑(cm)；p為電機極對數。
變頻電機氣隙應比同容量普通電機氣隙稍大一些。
1．4 基于模糊自適應設計模型的電磁優(yōu)化設計
文獻給出了變頻調速異步電機不同定子槽形的定子設計公式，一旦給定定子電密、氣隙磁密、定子齒軛磁密(J1，Bg，Bt1，By1)等參數，定子結構和主要尺寸就完全確定，并隨槽形和定子內外徑比值的改變而改變。這些公式使變頻調速異步電機的設計完全由其電密和磁密的設定值控制，不僅消去了傳統設計中的經(jīng)驗參數，而且使這些電密和磁密的設定與變頻調速系統中電機的運行性能建立密切關(guān)系。