谐波转矩对三相异步电动机的起动影响

王运英

鹤壁丰鹤发电有限责任公司，河南鹤壁 458000

异步电动机的气隙中除了存在基波磁场之外，还有一系列谐波磁场，这些谐波磁场对电机有多方面的影响，比如，产生附加损耗和谐波转矩，引起电机的振动和噪声等，本文主要讨论高次空间谐波磁场的产生及由此产生的谐波转矩，又称为附加转矩或寄生转矩，分析其对电机起动的影响及削弱其影响所采取的相应措施。

1 异步电机的高次空间谐波磁场产生的主要原因

1.1 绕组分布非正弦引起的谐波磁场

三相绕组对称分布流入三相对称电流，由于绕组磁动势为阶梯波，而非正弦波分布，因此，合成磁动势除有基波分量，还有一系列高次空间谐波磁动势。其ν次谐波磁动势的振幅和转速表达式如下：

谐波磁动势的振幅与谐波次数ν成反比与谐波的绕组因素KNν成正比。因此，次数较低的奇次谐波5次和7次谐波磁动势较强，而较高次谐波中2mqk±1次谐波也有较大磁动势，这是因为2mqk±1次谐波的绕组因数与基波绕组因数相同，比其它谐波的绕组因数大的多。

1.2 定、转子齿槽存在引起磁导齿谐波

定子铁芯内圆和转子铁芯外圆各有齿槽存在，引起气隙磁导不均匀，面对齿部磁导较大，面对槽口磁导较小，在这种情况下，即使气隙磁动势按正弦分布，由于齿槽磁导变化也会引起谐波磁场，为与绕组谐波相区别，称由磁导变化引起的谐波为磁导齿谐波。

在分析磁导齿谐波时，为了简化通常假设定子内圆或转子外圆的表面仅其中一面存有齿槽，而另一面光滑，定子有齿槽，而转子表面光滑，且由定子齿槽引起的磁导变化，只考虑了一阶磁导波，可见在每对极基波极面下，磁导波变化了次，则气隙磁导波可以表示为

可求得转子齿谐波磁场，其一阶齿谐波次数、极对数和转速为

式中：“+”号表示相对于（n1-n）方向旋转；“—”表示相对于（n1-n）反方向旋转。

2 高次谐波磁场产生的谐波转矩及其对起动的影响

由高次谐波磁场所产生的谐波转矩，按性质可以分为附加转矩和同步附加转矩。

2.1 异步附加转矩

定子旋转磁场与其磁场感应的转子电流共同产生的转子磁场互相作用而形成的转矩是异步转矩，并且只有极对数数目一致的那些磁场才会出现异步转矩。如定子基波磁场只与转子基波磁场产生异步转矩，而与转子上感应相应的谐波电流而形成相应谐波磁场，其中也只有次数相同的那些磁场才能产生平均转矩，即异步附加转矩。

用叠加原理将基波和各谐波的异步附加转矩加起来得到总的转矩，合成的曲线T=f（s），在n=-和n=周围出现鲜明下凹陷的谷点，它是因异步附加转矩而造成的，称之为异步谷。在n=时的谷点，对电动机的起动非常不利，若负载转矩不小于其谷点左右转矩，则使转子在谷点附近低速“ 爬行”，而不能继续加速到正常运行转速。同样，n=-处的谷点，对制动区的正常运行也是有害的。

2.2 同步附加转矩

由独立来源的极对数数目一致的两个磁场，以同方向且同等转速旋转而形成的转矩是同步附加转矩。假若其非同步旋转，则其平均转矩为零。

在异步电机中，定子齿谐波和转子齿谐波是两个独立来源的谐波磁场，且磁场较强，如果定、转子的槽数配合不当，有可能使它们齿谐波磁场满足极对数相同条件，在某一特定转速时形成较强的同步转矩。异步电动机由于“异步谷”或“同步谷”的存在，使其起动过程有一个转矩的最小值，成为“最小转矩”，它也是考核电动机起动性能的一个指标。

3 削弱和消除附加谐波转矩的措施

1）绕组采用分布和适当短距以减弱绕组谐波磁场，特别是对起动影响较大的7次谐波和5次谐波，通常是；

2）转子斜槽是削弱齿谐波作用的一个有效的方法。定子齿谐波磁场在同一转子导条中各部分感应电动势相互抵消，合成谐波感应电动势为零，感应电流很小，从而消除由定子齿谐波产生的异步附加转矩。如果不是转子斜槽，而是定子斜槽，效果相同。斜槽后，电机的漏抗将稍有增加；

3）选择合理的定、转子槽配合后，可消除或削弱齿谐波转矩；

4）减少气隙磁导变化削弱磁导齿谐波，如定、转子采用半闭口槽，小电机转子用闭口槽等；

5）增大气隙能有效地削弱高次谐波和齿谐波磁场，随之减少附加转矩，但是过大的气隙使励磁电流增加，功率因数下降，一般不宜采用这种方法。

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