双屏蔽复合转子电机涡流损耗分析

　　0 引言

　　双屏蔽复合转子电动机是一种具有特殊结构型式的屏蔽电机。其定子铁心和绕组结构与普通异步电机完全相同，实心转子与转轴一体，增加了转子机械强度。为提高电机性能，在转子表面开槽后加笼型铜条，同时，在电机的定转子气隙中加入由耐腐蚀、高强度、高电阻率且不导磁的不锈钢板材制成的定、转子屏蔽套。由于屏蔽套的引入，旋转磁场切割屏蔽套所产生的涡流将在屏蔽套内形成涡流损耗[1-2]。由于增加了电机的工作气隙长度，电

　　机的效率和功率因数都会受到一定影响。实心开槽转子结构、转子斜槽以及定转子屏蔽套的存在均增加了分析计算的难度，传统的采用磁路方式的电机设计分析方法已无法满足实际设计需要，必须通过磁场分析计算才能得到较好地解决。

　　目前，国内外从磁场角度计算屏蔽电机及复合转子电机的性能大多基于二维磁场，忽略了电机的斜槽效应[3-9]。为了分析斜槽对电机性能的影响，文献[10-13]采用联立求解的二维多截面法来计算斜槽电机的磁场分布;文献[14-17]虽然采用三维有限元法计算，但只建立了一个齿槽距模型，不能全面、准确地反应电机内磁场的实际情况，尤其是转子本体和屏蔽套中涡流的分布情况。本文提出了考虑定、转子屏蔽套和斜槽效应的双屏蔽复合转子电动机三维非线性涡流场数学模型，以一台 210 kW 双屏蔽复合转子电机为例，对起动及负载等工况进行了详细的分析计算，得到了电机的磁场分布及各结构件上的涡流电流密度和涡流损耗分布;定量分析了斜槽对电机电磁性能的影响及定转子屏蔽套材料电磁特性对转子涡流损耗的影响。

　　1 物理模型和数学模型

　　1.1 物理模型及基本假定

　　双屏蔽复合转子电机结构如图 1 所示。定子有2 套绕组，分别为 2 极和 6 极，彼此单独运行;转子采用斜槽式实心结构，斜一个转子齿槽距，其槽型为开口矩形槽，直接嵌入铜条形成鼠笼绕组。因该样机主要工作在 2 极工况，电磁设计也以 2 极为主，故仅计算了 2 极时的电机涡流及损耗分布。

　　双屏蔽复合转子电机的端部结构复杂。为减小计算模型及有限元剖分，本文不建立端部模型，其端部效应用端部电阻，端部漏抗来等效[18]。由于定子外层屏蔽套影响较小，建模时予以忽略。采用周期边界条件，建立一个极下模型，并做如下假设：

　　1)不计位移电流，忽略电网电压中的高次谐波分量及定子绕组中的集肤效应;2)所有场量均按正弦规律变化;3)不计定子硅钢片的涡流损耗和磁滞损耗，设铁芯材料各向同性，严格递增的磁化曲线，引入有效磁导率考虑非线性效应;4)忽略温度对电导率的影响，假定计算温度为 75℃。