定子轴向通风孔对牵引电机电磁性能的影响

谢正辉

[摘 要]在本文之中，主要是针对了定子轴向通风孔对牵引电机电磁性能的影响进行了相应的分析研究，并且在这个基础之上提出了下文中的内容，希望能够给与同行业进行工作的人员提供出一定价值的参考。

[关键词]定子轴向；通风孔；牵引电机；分析

中图分类号：TM922.71 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）27-0101-01

1 牵引电机特点及原理

1.1 原理

随着交流变频调速技术的日益成熟，可以对交流牵引电机进行平稳可靠的无级调速，牵引电机调速范围可达1：1000，比直流调速范围更大，尤其是没有了直流电机换向器的存在，因而克服了直流电机的许多弊端，交流牵引电机与直流电机相比，结构简单可靠、体积小、重量轻，更适合车辆对电机的安装空间和重量等方面的要求，更重要的是交流牵引电机因具有功率大、过载能力强、噪声小、调速范围宽（0～5000r/min左右）、再生制动力巨大、可防止车轮打滑、可靠性高、维护方便、平稳舒适、节电20～30%等优点，成为现代城市轨道交通牵引机车驱动电机的首选产品：一是城市轨道交通用交流牵引电机。二是轻电车轨用交流牵引电机。三是地铁用交流牵引电机。

1.2原理

牵引电机通常采用变频器供电。对试验测试设备的功能及性能指标提出了较高的要求：一是要求测试设备具有较宽的带宽，并且在较宽的频率范围内均能获取较高的测量精度；二是部分试验基波频率可能低于5Hz，常规测量仪表不能稳定读数；三是变频器开关频率较低，谐波含量丰富，且信号不是严格的周期信号，傅里叶变换时，需要较长的时间窗。要正确测量牵引变频器输出的基波电压有效值，必须注意：首先采用正确的变频电量测量装置。电压、电流传感器及仪表应该有合理的带宽、正确的测量模式（基波有效值模式）、输出频率下满足准确级要求等等。其次牵引变频器显示的基波有效值（接近理论值）与实际测量结果一致的前提是开关频率（载波频率）足够高（至少大于基波频率的20倍）。实际上，牵引变频器的开关频率往往比较低，一般低于1KHz，而基波频率较高，所以并不满足该条件。最后要对基波有效值进行准确的、稳定的测量，前提是变频器输出为周期信号（傅里叶变换针对周期信号）。

2 计算结果与分析

2.1 实际结构下的电磁场

本文电机轴向通风孔的实际尺寸为孔距Φ720mm、孔径Φa 25mm。通过分析可以得出，在负载运行时，大功率机车牵引电机定子齿顶处磁密最饱和，在靠近气隙的定子铁心齿顶处，连续7个齿的磁密都在1.7T以上，转子铁心齿处的磁密也比较饱和，连续5个齿的磁密都在1.6T以上，定子轭部平均磁密为1.064T，两通风孔间最大磁密为1.16T。

2.2 定子通风孔位置对电磁场的影响

由图1可以看出，孔径不变，孔距减小到780m m后，电机内的磁密分布趋势基本不变，但定子铁心轭部磁密更为饱和。定子轭部平均磁密为1.215T，比孔距为720mm时增加了0.151T；两通风孔间最大磁密为1.83T，比孔距为720mm时增加了0.67T。

2.3 通风孔直径对电磁场的影响

由图2可以看出，孔距不变，孔径增大为35m m后，定子铁心轭部磁密也更加饱和；定子轭部平均磁密为1.413T，比孔径为25m m时增加了0.349T；两通风孔间最大磁密为2T，比孔径为25mm时增加了0.84T。

2.4 直径和位置对电磁场的影响

由图3可以看出，随孔距的增加和孔径的减小，定子电流呈现减小的趋势，且随着孔距逐渐增加和孔径的逐渐减小，其电流变化趋势逐渐变缓，这是由于通风孔的磁阻要远远大于硅钢片的磁阻，磁力线大部分由两个通风孔之间通过。当通风孔孔距增大时，相当于等效定子轭部增加，使总的磁阻减小，从而定子无功电流减小，则定子电流亦减小。随着定子孔距的减小，定子电流的减小亦因上面分析的原因。

通过以上分析，通风孔对电机定子电流的影响，主要体现在对定子等效轭部的影响，如图4。随着定子轭部平均磁密的减小，定子电流也减小，当定子轭部平均磁密小于1.3T后，定子电流基本没有变化，可见当定子轭部平均磁密小于1.3T后，通风孔对电机的电磁性能影响已非常小了。

3 结论

通过上述分析可以得出，首先定子电流随着定子轴向通风孔孔距的的增加和孔径的减小而减小，当通风孔孔距增加或孔径减小到一定范围后，定子电流减小的程度放缓，可见轴向通风孔对电机电磁性能的影响减弱。其次定子轴向通风孔的孔距和孔径变化对电机电磁性能的影响是通过影响定子等效轭部实现的，当定子轭部平均磁密小于1.3T后，定子轴向通风孔对电机电磁性能可认为不构成影响，所以合理的选择定子轴向通风孔的孔距和孔径可使得定子轴向通风孔对电机的性能无影响。

参考文献

[1] 王冬梅.定子軸向通风孔对牵引电机电磁性能的影响[J].电机技术，2012，01：8-11.

[2] 邓日江，王冬梅.定子轴向通风孔对三相异步牵引电机温度场的影响[J].防爆电机，2012，02：30-33.endprint