双转子异步电动机节能分析

熊家新 刘 丽 高欢欢 孙喜奎

（1．长春理工大学机电工程学院，吉林 长春130022；2．德惠市实验中学，吉林 长春130300；3．长春新星宇建筑安装有限公司，吉林 长春130062）

0 引言

普通电动机无论何种结构均只有一个机械端口，这制约了它的应用范围。而双转子电动机是一种高效节能的新型特种电动机，本文主要阐述双转子异步电动机相比普通电动机的节能性和高效性。

1 双转子异步电动机的工作原理

目前，理论较成熟的双转子电动机主要有4种：双转子同—异步电动机、鼠笼式双转子电动机、对转双转子永磁电动机和永磁无刷双转子电动机。双转子同—异步电动机在有的文献中被称为双转子异步电动机［1］。一个定子和内外两个转子组成双转子异步电动机，其中外侧转子被称为杯形转子。双转子异步电动机可看作内、外两个电动机组成的复合电动机，即异步电动机和同步电动机。

定子三相对称绕组加以三相对称电流，产生旋转磁场，励磁转子相对于定子以转速n0与旋转磁场同步运行。而杯形转子相对于定子以转速n旋转，故存在转速差Δn，转子绕组切割旋转磁场，产生感应电动势和电流，从而产生电磁转矩驱动负载。

气隙旋转磁场以同步转速n0相对于定子铁芯旋转，此时定子旋转磁势的幅值为F1：

式中，w1为定子绕组每相串联的匝数；kw1为定子的基波绕组系数；p为磁极对数。

转子旋转磁势的幅值为F2：

式中，I2为导条中的电流；w2为转子绕组每相串联的匝数；kw2为转子的基波绕组系数。

2 双转子异步电动机损耗分析

双转子异步电动机输入电功率为P1，P1中的一部分消耗在定子绕阻上，称为定子铜耗PCu1，P1中还有一部分用于建立旋转磁场消耗于定子铁芯中，定义为定子铁耗PFe，余下的功率借助于气隙旋转磁场由定子传送给转子，这部分电功率称作双转子异步电动机的电磁功率Pe。

转子回路电阻上消耗的电功率称作转子铜耗，用PCu2表示。由于双转子异步电动机稳态运行时，转子与气隙旋转磁场的相对速度很小，以致转子铁芯中磁通变化率很低，因此转子铁耗往往忽略不计。忽略转子铁耗的情况下机械功率PΩ可表示为：

因为铁损和铜损这两种损耗与定、转子电流和磁链有着密切联系，为了使可控损耗在稳态运行时尽可能小，人们可以通过一定的节能控制策略对其进行控制，因此合称这两种损耗为可控损耗。

电动机运行时，转子克服轴承摩擦和风阻等阻力转矩所消耗的功率称为机械损耗，用Pm表示；附加损耗用Pad表示，双转子电动机中，Pad≈（1%～3%）PN。这两部分损耗都与电动机的实际工况有直接关系，即与电动机所带负载的大小以及转速的快慢有关系，因此很难控制，常常把机械损耗和附加损耗合称为不可控损耗。

转子获得的机械功率PΩ扣除机械损耗Pm和附加损耗Pad就是电动机转轴上可以输出给机械负载的机械功率，即电动机的输出功率：

综上所述，把定／转子铜损、定子铁损、机械损耗与杂散损耗之和称作变频调速系统中双转子异步电动机的总损耗，其表达式为：

3 双转子异步电动机等效电路的建立

双转子异步电动机的等效电路如图1所示，E0为定子绕组中感应出感应电势，且为反电势。

图1 双转子异步电动机等效电路

当双转子异步电动机以转速n稳定运行时，从电源输入的功率为P1：

在笼型转子支路中有两个电阻，r′2消耗的损耗为笼型转子的铜损耗PCu2＝3I′22r′2，故：

由于普通异步电动机无电势电枢E0，所以对双转子异步电动机而言，励磁电流会比较小，当内转子欠励磁时，因内转子和转轴不固定，所以内转子磁势（磁通）与定子旋转磁场的夹角很小，因此功率因数就会很低［2］。

由以上分析可知，双转子异步电动机定子励磁电流比普通异步电动机小，所以在相同的转差率情况下，定子电流减小，电动机功率因数就会得到提高。尤其是轻载时，由于E0的存在导致电动机定子的铜耗减少，所以效率提高明显。

4 结语

本文主要阐述了双转子异步电动机的工作原理，对电动机的损耗进行了分析，最后建立了双转子异步电动机的等效电路。由分析可知，对于同一个负载，转差率较小，那么转差的功率损耗就会减小，同时由于定子电流的减小，电动机铜损就会减少，所以与普通电动机相比，双转子异步电动机总损耗明显较小，效率得到提高，尤其是轻载时，由于E0的存在使电动机的定子铜耗明显减少，所以效率提高得特别明显。

［1］冯浩，李玉军，钟德刚，等．双转子异步电动机的研究［J］．中小型电机，2002，39（1）

［2］王朔．双转子异步电动机的研究［D］．浙江工业大学，2007