变频调速异步电机中电磁优化的相关设计研究

摘 要：变频调速异步电机广泛应用在众多领域中，作为当前的新型电机类型，在具体应用与运行过程中，为了能够提升其应用效果，需要对变频调速异步电机中电磁进行优化设计。基于此，相关人员需要全面认识变频调速异步电机优化的电磁设计，在设计中确保优化的合理性与有效性，不断提升电机的运行效果。本文针对变频调速异步典籍中电磁优化的相关设计进行深入性的分析与探究。

关键词：变频调速;异步电机;电磁优化;设计

引言：立式半直驱永磁电机主要用于立式磨机，其系统效率高、功率因数高、控制性能优良、节省设备安装空间等诸多优点。现有立磨驱动系统主要采用异步电动机配合多级减速器。此种传动方式效率低，系统占地空间大。此种立磨大多数为改造项目，如果采用立式直驱永磁电机直接驱动，则有以下两个缺点，第一，立磨转速低，如果采用直驱则电机的额定频率低，变频器控制较难;第二，直驱永磁电机体积大，原有空间很难满足安装。因此，采用立式半直驱永磁电机替换原驱动系统，是一种趋势，对提升系统效率有很大帮助。

1.变频调速异步电机的设计问题

（1）电机轴承选型：电机在运行过程中，电机轴承完好，是保证电机能够长时间稳定运行的前提，此立式半直驱永磁电机第一次生产，需要对轴承进行核验。（2）定子线圈：此电机采用分数槽绕组、跨距为1，对于高压电机，以前没有生产过此类线圈。（3）机座强度校核：虽然电机本身转矩不大，但是电机加减速器整体转矩较大，机座不仅要承受自身的扭矩，还要承受星型减速箱传递的扭矩，因此必须对电机机座的强度进行校核。

2.变频调速异步电机的电磁设计

2.1磁路计算方法

在对电机各个部分磁通密度进行校核时，为了明确其选择是否合理，能否满足相关标准与要求，需要通过磁路计算的方式获对电机磁符合的选取工作进行指导[1]。针对变频调速主铸铜转子异步电机，在定子绕组中存在不同的高次谐波，基波和一系列的时间谐波磁势会同时存在于电机气隙中。基波、谐波磁势共同作用下，能够合成气隙磁密可用式表示为公式（1）：

2.3.4杂散损耗

变频调速转子异步电机的杂散损耗会由于电源中的谐波分量而不断增加，基于此，需要详细的计算相关数值。变频雕塑转子异步电机的杂散损耗分别由端部、绕组漏磁损耗所组合形成[6]。（1）端部漏磁损耗：在电机端部，基波和各次谐波漏磁进入铁芯需要沿轴向进入，损耗情况主要是在铁芯中造成。基波、各次谐波在共同作用下出现定子端部漏磁损耗，但是因为转子的基波电流频率相对较低，所以转子端部漏磁损耗只需要以谐波漏磁损耗进行分析与考虑。（2）绕组漏磁损耗。变频调速转子异步电机的绕组损耗因素主要是由槽磁动势、定子现代空间谐波磁场以及槽磁到谐波引起。

3.电磁优化设计方法

3.1定子设计

在对变频调速异步电机的电磁进行设计时，需要不断对此进行优化，而在此方面中定子设计环节是一项重要内容，此项工作主要是为了能够详细计算电机中的重要尺寸，以此作为选择槽数、槽形的重要依据，同时合理计算定子绕组[7]。因此，在定子设计中，尺寸計算作为基本内容之一，必须注重此环节。在计算电机重要尺寸时，主要是计算定子的内外径，同时合理计算电机轴向长度，根据当前电机主要尺寸的计算确定方式来说，通常情况下都是按照前期积攒的经验、所获取的理论而形成统计公式。通过合理计算电机主要尺寸后，有效选择极对数，在此环节中，必须全面考虑、分析电机的同步转速，在确保所需频率能够满足相应条件下，可明确电源频率、电机极对数比值，这一步骤中需要充分按照相应的因素充分考虑对极对数。通常，在选择极对数时主要以2、3为选择标准，有机结合实际情况以及相关要求后对最终的极对数进行明确。在此基础上，需要合理选择定子槽数，在选择时可根据定子外槽选择槽数，并且槽数选择数量不宜过多，需要优先防止定子齿距较小对定子齿部造成破坏与损坏，避免缩短电机应用寿命和降低槽利用率，使电机工艺受到任何不良影响，但是，定子槽数不可过少，否则会增加谐波，增加附加损耗、附加转矩，甚至会提升漏抗，不断降低效率与功率因数，对电机性能造成不良影响。除此以外，在选择定子槽数时，需要全面考虑绕组平衡，保证槽数选择的合理性。在明确定子槽数后需要进入定子槽形的选择中，在这一环节需要注重增加槽形面积，特别是在轭部磁密及齿部磁密允许的条件下增加，以此更好的减少谐波肌肤效应所造成的不良影响。通过增加定子漏抗，更好的抑制高次谐波，在设计定子槽形时，其形状可充分满足深而窄的设计需求。为了能够减少电磁谐波的影响，确保合理性的定子绕组设计，需要明确定子绕组，更好的抑制电磁谐波。

3.2转子设计

转子设计的主要内容是明确空气隙、设计转子槽、导条。在具体转子设计过程中，需要合理选择气隙，其紧密影响着电机的实际性能。气隙与励磁电流之间成正比，前者不断减小，后者也会因此而得到降低。同时，需要结合具体情况改善、优化功率因素，但是，由于气隙过小时会增加谐波漏抗，增加杂耗，降低效率，提升温度，在众多影响下需要确保气隙不可过小。基于此，在选择气隙时，需要进行全面考虑，特别是对工艺、结构、性能等多方面的因素进行分析。在此基础上，需要注重设计转子槽、导条。针对变频调速异步电机来说，不需要考虑其启动性能的参数，自转子槽形设计方面，只需要充分保证在转子槽形允许范围内即可，尽可能增加转子面积。与此同时，还能够对谐波进行有效的抑制作用，从而降低转子损耗情况，在具体设计过程中可将其设计为闭口槽。除此以外，变频调速异步电机的电磁噪声等情况的发生大部分都是由于各次谐波的因素导致，在对斜槽选择时会增加漏磁，磁场扭矩损耗会因此而不断提升，需要合理的选择直槽，全方面的考虑性能、成本等多方面的实际情况，对此，可通过选择铸铝转子达到一定效果。在选择转子槽数时，相关人员需要综合性的分析、考虑杂散损耗、噪声以及齿谐波等多个方面所存在的不良影响。当定子和转子数量逐渐接近后，会降低所出现的杂散损耗。同时在此种情况下，齿谐波也会降低产生力波的次数，从而使电磁噪声、损耗会逐渐增加。基于此，在具体设计中，需要综合上述依据对相关因素进行深入性的分析与考虑，保证合理的设计，充分符合变频调速异步电机的实际应用要求。

3.3磁路设计

在设计变频调速异步电机的电磁优化过程中，需要合理确定电机的磁路，此项工作作为变频调速异步电机电磁优化设计过程中的重要环节，必须加以关注与重视。在明确比那评调速异步电机的电磁时，需要确保相关设计能够合理计算电机磁路，以此强化电机磁路的有效性与科学性。在选择电磁磁路的过程中，需要以磁路计算的基本原理为基础，进行有效的计算，同时，结合磁场分布的对称特点进行。为了能够保证磁路计算的效果能够符合要求，可选择一对极，在计算磁路时可根据全电流定律完成，以此提升磁路计算的准确性与合理性。在此基础上，需要根据磁路计算结果，合理分析电机结构的相关参数，明确结构参数，保证整体磁路的设计能够提升效果，充分达成变频调速异步电机的有效应用。

结束语

综上所述，变频调速异步电机是一种新型电机，其具备着多种的优势与特点，广泛应用在生产实践中。哟与在具体应用时对其提出了新的要求，需要对变频调速异步电机的运行效率、质量等进行进一步的优化与加强，因此需要对其进行优化设计。在此过程中，相关人员需要在合理优化电磁设计的基础上，提升变频调速异步电机整体的应用效果，确保其运行能够满足相应的要求，充分发挥变频调速异步电机的最大作用与优势。

参考文献：

[1]吴菲菲，厲彦玉，刘中伟.水利设施中变频调速异步电机结构的优化设计研究[J].中国水能及电气化，2021（7）：23-26.

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[4]王晓梅，刘安芳，张兢，等.对三相交流异步电动机变频变压转差频率控制调速系统的探讨[J].数码设计（下），2021，10（3）：64-65.

[5]宋雨.大型变频调速异步电机的设计[J].防爆电机，2020，55（4）：65-66，74.

[6]袁洁仪，仲毅凯，蒋小辉.基于STM32单片机控制的异步电机变频调速设计[J].通信电源技术，2020，37（15）：71-73.

[7]卫延波，李梦杨，乔清廉，等.基于Simulink仿真的异步电机变频调速系统[J].电子质量，2020（9）：27-32.

作者简介：唐毅文;1975.05，男，汉族，河南省南阳市人，西南大学，本科学历，机械设计制造及其自动化专业，从事电动机马达的维修技术工作。