定子軸向通風(fēng)孔對(duì)牽引電機(jī)電磁性能的影響

謝正輝

[摘 要]在本文之中，主要是針對(duì)了定子軸向通風(fēng)孔對(duì)牽引電機(jī)電磁性能的影響進(jìn)行了相應(yīng)的分析研究，并且在這個(gè)基礎(chǔ)之上提出了下文中的內(nèi)容，希望能夠給與同行業(yè)進(jìn)行工作的人員提供出一定價(jià)值的參考。

[關(guān)鍵詞]定子軸向；通風(fēng)孔；牽引電機(jī)；分析

中圖分類號(hào)：TM922.71 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2017）27-0101-01

1 牽引電機(jī)特點(diǎn)及原理

1.1 原理

隨著交流變頻調(diào)速技術(shù)的日益成熟，可以對(duì)交流牽引電機(jī)進(jìn)行平穩(wěn)可靠的無(wú)級(jí)調(diào)速，牽引電機(jī)調(diào)速范圍可達(dá)1：1000，比直流調(diào)速范圍更大，尤其是沒有了直流電機(jī)換向器的存在，因而克服了直流電機(jī)的許多弊端，交流牽引電機(jī)與直流電機(jī)相比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、體積小、重量輕，更適合車輛對(duì)電機(jī)的安裝空間和重量等方面的要求，更重要的是交流牽引電機(jī)因具有功率大、過載能力強(qiáng)、噪聲小、調(diào)速范圍寬（0～5000r/min左右）、再生制動(dòng)力巨大、可防止車輪打滑、可靠性高、維護(hù)方便、平穩(wěn)舒適、節(jié)電20～30%等優(yōu)點(diǎn)，成為現(xiàn)代城市軌道交通牽引機(jī)車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的首選產(chǎn)品：一是城市軌道交通用交流牽引電機(jī)。二是輕電車軌用交流牽引電機(jī)。三是地鐵用交流牽引電機(jī)。

1.2原理

牽引電機(jī)通常采用變頻器供電。對(duì)試驗(yàn)測(cè)試設(shè)備的功能及性能指標(biāo)提出了較高的要求：一是要求測(cè)試設(shè)備具有較寬的帶寬，并且在較寬的頻率范圍內(nèi)均能獲取較高的測(cè)量精度；二是部分試驗(yàn)基波頻率可能低于5Hz，常規(guī)測(cè)量?jī)x表不能穩(wěn)定讀數(shù)；三是變頻器開關(guān)頻率較低，諧波含量豐富，且信號(hào)不是嚴(yán)格的周期信號(hào)，傅里葉變換時(shí)，需要較長(zhǎng)的時(shí)間窗。要正確測(cè)量牽引變頻器輸出的基波電壓有效值，必須注意：首先采用正確的變頻電量測(cè)量裝置。電壓、電流傳感器及儀表應(yīng)該有合理的帶寬、正確的測(cè)量模式（基波有效值模式）、輸出頻率下滿足準(zhǔn)確級(jí)要求等等。其次牽引變頻器顯示的基波有效值（接近理論值）與實(shí)際測(cè)量結(jié)果一致的前提是開關(guān)頻率（載波頻率）足夠高（至少大于基波頻率的20倍）。實(shí)際上，牽引變頻器的開關(guān)頻率往往比較低，一般低于1KHz，而基波頻率較高，所以并不滿足該條件。最后要對(duì)基波有效值進(jìn)行準(zhǔn)確的、穩(wěn)定的測(cè)量，前提是變頻器輸出為周期信號(hào)（傅里葉變換針對(duì)周期信號(hào)）。

2 計(jì)算結(jié)果與分析

2.1 實(shí)際結(jié)構(gòu)下的電磁場(chǎng)

本文電機(jī)軸向通風(fēng)孔的實(shí)際尺寸為孔距Φ720mm、孔徑Φa 25mm。通過分析可以得出，在負(fù)載運(yùn)行時(shí)，大功率機(jī)車牽引電機(jī)定子齒頂處磁密最飽和，在靠近氣隙的定子鐵心齒頂處，連續(xù)7個(gè)齒的磁密都在1.7T以上，轉(zhuǎn)子鐵心齒處的磁密也比較飽和，連續(xù)5個(gè)齒的磁密都在1.6T以上，定子軛部平均磁密為1.064T，兩通風(fēng)孔間最大磁密為1.16T。

2.2 定子通風(fēng)孔位置對(duì)電磁場(chǎng)的影響

由圖1可以看出，孔徑不變，孔距減小到780m m后，電機(jī)內(nèi)的磁密分布趨勢(shì)基本不變，但定子鐵心軛部磁密更為飽和。定子軛部平均磁密為1.215T，比孔距為720mm時(shí)增加了0.151T；兩通風(fēng)孔間最大磁密為1.83T，比孔距為720mm時(shí)增加了0.67T。

2.3 通風(fēng)孔直徑對(duì)電磁場(chǎng)的影響

由圖2可以看出，孔距不變，孔徑增大為35m m后，定子鐵心軛部磁密也更加飽和；定子軛部平均磁密為1.413T，比孔徑為25m m時(shí)增加了0.349T；兩通風(fēng)孔間最大磁密為2T，比孔徑為25mm時(shí)增加了0.84T。

2.4 直徑和位置對(duì)電磁場(chǎng)的影響

由圖3可以看出，隨孔距的增加和孔徑的減小，定子電流呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)，且隨著孔距逐漸增加和孔徑的逐漸減小，其電流變化趨勢(shì)逐漸變緩，這是由于通風(fēng)孔的磁阻要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于硅鋼片的磁阻，磁力線大部分由兩個(gè)通風(fēng)孔之間通過。當(dāng)通風(fēng)孔孔距增大時(shí)，相當(dāng)于等效定子軛部增加，使總的磁阻減小，從而定子無(wú)功電流減小，則定子電流亦減小。隨著定子孔距的減小，定子電流的減小亦因上面分析的原因。

通過以上分析，通風(fēng)孔對(duì)電機(jī)定子電流的影響，主要體現(xiàn)在對(duì)定子等效軛部的影響，如圖4。隨著定子軛部平均磁密的減小，定子電流也減小，當(dāng)定子軛部平均磁密小于1.3T后，定子電流基本沒有變化，可見當(dāng)定子軛部平均磁密小于1.3T后，通風(fēng)孔對(duì)電機(jī)的電磁性能影響已非常小了。

3 結(jié)論

通過上述分析可以得出，首先定子電流隨著定子軸向通風(fēng)孔孔距的的增加和孔徑的減小而減小，當(dāng)通風(fēng)孔孔距增加或孔徑減小到一定范圍后，定子電流減小的程度放緩，可見軸向通風(fēng)孔對(duì)電機(jī)電磁性能的影響減弱。其次定子軸向通風(fēng)孔的孔距和孔徑變化對(duì)電機(jī)電磁性能的影響是通過影響定子等效軛部實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)定子軛部平均磁密小于1.3T后，定子軸向通風(fēng)孔對(duì)電機(jī)電磁性能可認(rèn)為不構(gòu)成影響，所以合理的選擇定子軸向通風(fēng)孔的孔距和孔徑可使得定子軸向通風(fēng)孔對(duì)電機(jī)的性能無(wú)影響。

參考文獻(xiàn)

[1] 王冬梅.定子軸向通風(fēng)孔對(duì)牽引電機(jī)電磁性能的影響[J].電機(jī)技術(shù)，2012，01：8-11.

[2] 鄧日江，王冬梅.定子軸向通風(fēng)孔對(duì)三相異步牽引電機(jī)溫度場(chǎng)的影響[J].防爆電機(jī)，2012，02：30-33.endprint