变频调速感应电机损耗分析

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1、ELECTRONICSWORLD・探索与观察变频调速感应电机损耗分析中车永济电机有限公司赵春祥黄娜杜光辉宋佩利【摘要】感应电机转子有铜条，导条电导率较高，谐波在转子导体中易产生大量的涡流损耗，给感应电机损耗的准确计算带来了很大的困难，针对以上问题，本文基于一台400kW变频调速感应电机，采用有限元法对空载和负载下的电机损耗进行了计算，并进行了实验验证，结果表明：本文所采用的计算方法可以准确的考虑谐波在转子产生的涡流损耗，为感应电机损耗分析和设计提供了参考。【关键词】感应电机；转子损耗；有限元法；涡流损耗1引言随着变频技术的飞速发展,交流调速系统得到越来越广泛的应用。交流调速感应电机相比于永

2、磁电机，转子上无永磁，可以承受较高的温度，且在高速弱磁区，永磁电机存在空载反电图1有限元计算模型势高的问题，因此感应电机具有更高的可靠性，在各种工业、[1-2]军工等调速领域都占有绝对的位置。随着技术的发展，对变频调速电机性能、体积等要求越来越高，传统的损耗计算和[3]分析方法已不能满足设计的要求。由于感应电机转子上有导体，导体具有高的电导率，时间和空间谐波会在转子导体上产生大量的涡流损耗，而传统的计算方法无法计算谐波对损耗的[4]影响，对电机的精细化设计带来了困难。针对以上问题，本文基于一台400kW感应电动机，采用了有限元法对不同工况下的损耗进行了分析，该计算方法可以考虑谐波对各部分损

3、耗的影响，并进行了试验验证。2感应电机损耗分析本文所采用的变频调速感应电机额定功率为400kW，额定电压为2400V，电机定子槽数为36槽，转子槽数为44槽，定子为矩形槽，转子导体为铜条。2.1空载损耗分析本文建立了有限元模型，如图1所示，对50Hz空载状况进行了有限元分析，分析结果如图2所示。50Hz空载运行时，定子空载电流为60A，定子铁耗为1460W，谐波造成的转子导体涡流损图250Hz空载仿真结果耗为1560W，此部分损耗只是涡流在转子导体所产生的损耗，2.2负载损耗分析不包括端环部分，由于涡流主要集中在导体中，而同时空载时利用有限元法对50Hz负载状况进行了分析，分析结果如图转子

4、中的电流几乎为0，因此转子端环部分的损耗可以忽略。3所示。50Hz负载运行时，定子空载电流为130A，对于感应电•26•万方数据ELECTRONICSWORLD・探索与观察机，空载和负载时定转子铁耗基本不变，因此主要分析负载时的转子铜耗，负载时转子导体的损耗为4950W，此部分损耗也4结论不包括端环部分的损耗，根据端环的电阻和电流，端环部分的损耗为1350W，因此转子铜耗为6300W。本文基于一台400kW变频调速感应电机，利用有限元法对不同运行工况下的定转子损耗进行了仿真分析，并与实验结果进行了对比分析，结果显示，利用本文所采用的有限元法，可以充分考虑谐波对定转子损耗的影响，尤其是转子导

5、体损耗，计算结果更加接近真实值，为变频调速感应电机的设计与分析提供了参考。参考文献[1]段敏,徐长明,刘江天,等.三相鼠笼感应电机损耗分析[J].辽宁工业大学学报(自然科学版),2012,32(5):317-320.[2]李娟.高效感应电机的仿真研究[D].杭州:浙江大学,2015.[3]王晓迪,谢卫,沈业成,等.基于Ansoft的大功率感应电动机的设计与分析[J].上海大中型电机,2016(4):12-15.[4]孔晓光.高速永磁电机定子损耗和温升研究[D].沈阳：沈阳工业大学，2011.作者简介：图350Hz负载仿真结果赵春祥（1982—），男，辽宁鞍山人，硕士，工程师，研究方向：特种

6、电机设计与分析。3试验分析黄娜（1987—），女，陕西西安人，硕士，工程师，研究方向：特种电机设计与分析。对50Hz空载和负载下的变频感应电机的总损耗进行了实验杜光辉（1987—），男，河南驻马店人，博士，研究方测试，利用本文有限元法的计算结果与实验结果进行了对比分向：特种电机设计与分析。2析，如表1所示。表1中定子铜耗是根据Pcu=3*I*R计算得出，宋佩利（1983—），女，内蒙古商都人，大学本科，工程风摩耗是根据电机空载试验分离得出，其他损耗为有限元计算师，研究方向：电机控制。得出。从表1可以看出，本文所采用的有限元法与实验结果非常接近，可以充分考虑谐波对转子损耗的影响。表150Hz

7、时损耗计算值与实验值对比空载负载损耗计算值实测值计算值实测值电流(A)6057130131铁耗(kW)1.46—1.46—定子铜耗(kW)1.26—5.6—转子铜耗(kW)1.56—6.3—风摩耗(kW)0.15—0.15—总损耗(kW)4.434.513.5114•27•万方数据