引 言
异步电机的转子损耗包括转子基本铜耗、转子基本铁耗和附加损耗。附加损耗主要由气隙谐波磁通引起。这些谐波在转子铁心中产生高频谐波铁耗，在笼型转子中产生高频谐波铜耗。转子铁心铁耗与谐波磁场的幅值与频率有关，而幅值和频率与定转子槽配合及定、转子的槽数多少有关，转子铁心表面铁耗损耗随转子槽数增加而增加 。转子铁心脉振损耗取决于谐波波长与对应的齿节距的比例，而这一比例与定、转子槽数的相对值，即槽配合有关 。当定、转子槽数很接近时，转子齿顶的宽度将接近定子齿谐波的波长，故转子齿中由定子齿谐波磁通引起的脉振较小，脉振损耗也较小 。因此，异步电机设计中一般都采用少槽和近槽配合。转子槽口深度对转子冲片的强度及笼型转子中高频谐波铜耗均有影响。气隙中的高次谐波在转子导条上产生高频谐波铜耗。由于集肤效应，转子导条上部谐波电流密度比导条下部大，高频谐波电流主要集中在转子导条靠近转子槽口位置。转子槽口深度越浅，气隙中的高次谐波在转子导条靠近转子槽口部位产生的高频谐波铜耗就越明显。
本文主要从分析定转子槽配合、转子槽口深度对电机气隙谐波磁场的影响角度出发，针对公司研制的 10 极、1 100 kW 三相变频调速异步电动机，通过对不同定转子槽配合、转子槽口深度的电机模型进行有限元分析，得到气隙谐波磁场以及转子导条中的谐波电流随定转子槽配合、转子槽口深度的变化情况，并计算了转子铁心高频铁耗与导条上的铜耗。根据仿真结果提出了针对故障电机的改进设计措施。改进后的型式试验结果表明，改进设计在样机中取得了良好效果。
1 谐波磁场对转子损耗的影响
转子中的高频谐波铁耗和高频谐波铜耗主要是由定子磁势谐波磁场以及由定、转子开槽引起的气隙磁导齿谐波磁场感生的。定子绕组的磁势谐波分为相带谐波磁势及齿谐波磁势。
2 工程实例分析
本文以公司研制的一台 10 极、1 100 kW 三相变频调速异步电动机为实例进行分析。该电机采用机座水冷方式，电机转子带离心风扇形成电机内部二次风路。内部循环风路和机座水冷的结构是为了增强低速大转矩工况下转子散热能力。在样机试制过程中进行试验时发现电机空载电流和空载损耗明显大于计算值，电机负载效率偏低。负载试验过程中出现功率因数不断上升、效率不断下降的现象。
3 仿真分析
为了分析 10 极、1 100 kW 三相变频调速异步电动机空载损耗异常的原因，从定转子槽配合及转子槽口深度对三相变频调速异步电动机转子损耗的影响出发，对 10 极、1 100 kW 三相变频调速异步电动机槽配合为 90/114 时，转子槽口深度H r0 在 1．5～3．5 mm、每隔 0．5 mm 取一个值进行建模，其他参数保持不变。对槽配合为 90/80、转子槽口深度 H r0 为 3．5 mm 的电机进行建模，建模时槽配合 90/80 与 90/114 转子槽深相同，转子部分有效铜面积相同。总共建立了 6 个模型，对 6 个模型分别进行空载气隙磁密、转子电流、转子铜耗、转子铁耗等分析。
4 样机改进设计及试验
根据有限元仿真分析结果，对故障的 10 极、1 100 kW 三相变频调速异步电动机进行改进设计。在新电机的设计中，主要采取措施来降低转子中的高频谐波电流损耗。具体改进措施为: 槽配合由 90/114 改 成 90/80; 转 子 槽 口 深 度 由1．5 mm 改成 3．5 mm。改进后的样机进行空载试验和负载试验。电机温升试验持续时间 6 h，热稳定后定子绕组温升66 K，电机其他性能参数均满足技术协议要求。
5 结 语
本文通过 ANSYS Maxwell 二维有限元软件仿真计算了 10 极、1 100 kW 三相变频调速异步电动机空载气隙磁密、空载转子电流，并对空载气隙磁密、空载转子电流进行傅里叶分解，分析了空载工况不同转子槽深度、槽配合转子导条铜耗数据，得到转子槽口深度与空载转子铜耗之间的变化关系。样机的改进试验结果验证了仿真分析的正确性。本文的研究对于电机设计以及工程应用中考虑转子槽口深度及槽配合对转子损耗的影响具有一定的参考意义。
