计及趋肤效应的双鼠笼电动机转子稳态电流分布(1).pdf

第44卷 第“期 2018年9月 工矿自动化 Industry and Mine Automation Vol. 44 No. 9 Sep. 2018 文章编号671-251X201809-0044-07 D O I 10. 13272/j. issn. 1671-251x. 2018030031 计 及 趋 肤 效 应 的 双 鼠 笼 电 动 机 转 子 稳 态 电 流 分 市 王彦文、郭林、赵峰、杨晓洲2 1.中国矿业大学北京）机电与信息工程学院， 北 京 100083; 2.抚顺煤矿电机制造有限责任公司， 辽 宁 抚 顺 113122 摘要 为了在计及趋肤效应情况下有效研究双鼠笼电动机转子稳态电流分布情况， 对独立端环型和共端 环型双鼠笼电动机转子支路进行了等效变换， 利用分层法对上下笼导条支路进行分层处理， 得到了在计及趋 肤效应情况下同时适用于计算独立端环型和共端环型双鼠笼电动机转子稳态电流分布的方法。算例分析结 果表明， 独立端环型和共端环型双鼠笼电动机转子上下笼电流分布基本一致， 频率越高的电流在上笼中的分 布较下笼越密集％工频供电下， 电动机正常运行时， 独立端环型和共端环型双鼠笼电动机转子基频电流分布 基本一致； 工频供电下， 电动机堵转时， 共端环型双鼠笼电动机趋肤效应比独立端环型双鼠笼电动机更明显； 相同电流频率下， 共端环型双鼠笼电动机上下笼电流比值较独立端环型双鼠笼电动机大。 关键词 双鼠笼电动机；转子电流分布；趋肤效应；独立端环；共端环；转子稳态电流 中图分类号TD614 文献标志码 A 网络出版地址http //kns. cnki. net/kcms/detail/32. 1627. TP. 20180824. 1051. 002. html 收稿日期2018-03-09 ;修回日期2018-08-19 ;责任编辑 盛男。 基金项目 中央高校基本科研业务费基金资助项目（2017QJ10。 作者简介王 彦 文 （1962-，男，河 北 唐 山 人，教 授，博 士，博 士 研 究 生 导 师，研究方向为矿山电气安全、 电力系统微机监控等，E-mail wyw 。 引用格式王彦文， 郭 林 ， 赵 峰 ， 等.计 及 趋 肤 效 应 的 双 鼠 笼 电 动 机 转 子 稳 态 电 流 分 布 工 矿 自 动 化 ，2018,449 44-50. WANG YanwenGUO LinZHAO Fenget al. Rotor steady-state current distribution of double squirrel cage motor considering skin effect[J]. Industry and Mine Automation,2018,449 44-50. using non-iocai means [C ]//IE E E International [19] GOODARZI M H， ZAEIM A， SHAHABI A S. International Conference on Imaging Systems and Techniques， Macau， 2015.[18] W A N G A J， JEONG J ， JEON G. Deinterlacing algorithm with an advanced non-local mean filter [J]. Optical Engineering，2012，514 301-311. 2015, 411231-34. [15] ERTA SM ， AKAN A ， YILDIRIM I， et l An iterative reconstruction for tomosynthesis imaging Conference on Imaging Systems and Techniques ProceedingsSantorini2 014. 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Industry and Mine Automation， 2 0 1 8 年 第 9 期王 彦 文 等 计 及 趋 肤 效 应 的 双 鼠 笼 电 动 机 转 子 稳 态 电 流 分 布45 Rotor steady-state current distribution of double squirrel cage motor considering skin effect W A N G Yanwen1, G U O Lin1 , Z H A O Feng1 , Y A N G Xiaozhou2 1. School of Mechanical Electronic and Ination Engineering, China University of Mining and TechnologyBeijing , Beijing 100083, China; 2.Fushun Coal Mine Motor Manufacturing Ltd. , Fushun 113122, China Abstract In order to effectively research rotor steady-state current distribution of double squirrel cage motor in case of skin effect, equivalent transation of rotor branch of independent end-ring type and common end-ring type double squirrel cage motor were carried out, layering was used to deal with upper and lower bar branches, and for calculating rotor steady-state current distribution of independent end-ring type and common end-ring type double squirrel cage motor in case of skin effect was presented. The analysis results show that current distribution of rotor upper and lower cage of independent end-ring type and common end-ring type double squirrel cage motor is basically the same, the higher the frequency, the more dense the current is distributed in upper cage than that in lower cage; under power frequency supply, rotor basic frequency current distribution of independent end-ring type and common end ring type double squirrel cage motor is basically the same when the motor is running normally, and skin effect of common end-ring type double squirrel cage motor is more obvious than that of independent end ring type double squirrel cage motor when the motor is short-circuit running； current ratio of upper and lower cage of common end-ring type double squirrel cage motor is larger than that of independent end-ring type double squirrel cage motor at the same current frequency. Key words double squirrel cage motor; rotor current distribution； skin effect; independent end-ring； common end-ring； rotor steady-state current 〇 引言 双鼠笼电动机利用趋肤效应[12]增大电动机启 动电阻、 提高电磁转矩、 降低启动电流， 可通过改变 上下笼尺寸和材料， 灵活调整上下笼参数， 使电动机 具有不同的启动和运行性能， 以满足各种负载的不 同需求[3]。受趋肤效应影响， 双鼠笼电动机堵转或 启动时， 电流向上笼汇集、 分布不均匀， 致使上下笼 导条各部位受力与发热不均匀， 这是造成双鼠笼电 动机鼠笼断条的主要原因[];正常运行时， 特别是 脉冲电源供电时， 各次谐波电流主要集中于上笼， 由 谐波电流引起的热损可能达到整个转子热损的一半 以上[6]， 从而影响转子热分布。因此， 有必要研究双 鼠笼电动机转子电流分布特性， 以便为进一步研究 双鼠笼电动机转子热分布、 受力分布、 断条故障等提 供理论基础。 双鼠笼电动机根据转子端部结构可分为独立端 环型和共端环型。独立端环型双鼠笼电动机的2 套 鼠笼由各自的端环构成独立回路， 2 套鼠笼间仅有 磁路而无实际电路连接； 共端环型双鼠笼电动机的 2 套鼠笼共用1 套公共端环， 2 套鼠笼间存在电路连 接 ， 可认为是结构特殊的深槽型电动机。文献）]针 对趋肤效应使得导条电流沿槽高方向分布不均勻的 规律， 使用分层法） ]计算了双鼠笼电动机启动时的 转子电阻增大系数和漏电感减小系数， 然而研究主 要基于共端环型双鼠笼电动机转子模型， 能否适用 于独立端环型双鼠笼电动机有待进一步验证。 本文在研究双鼠笼电动机r型等效电路的基 上 ， 对 立端 端 动机 子 支路进行等效变换， 在计及趋肤效应情况下， 利用分 层法得到同时适用于计算独立端环型和共端环型双 鼠笼电动机转子稳态电流分布的方法， 并通过算例 分析独立端环型和共端环型双鼠笼电动机转子稳态 分布 。 1双鼠笼电动机等效电路 独立端环型双鼠笼电动机上下笼导条一般采用 铜条制成， 上笼铜条电阻率大， 具有较大的启动转矩 及启动电阻） ]。独立端环型双鼠笼电动机r型等效 电路如图1 所示[10]图中转子侧参数已归算到定子 侧 S为电动机转差率；r1 和 rm和 分 别 为 励 磁 侧 电 阻 和 电 抗 x ud* 上下笼导条互感漏抗； xz为转子谐波漏 抗 Lup和 分 别 为 上 下 笼 第 户 ，层槽 漏感为转子电流角频率;xz为转子谐波漏抗。 图4独 立 端 环 型 双 鼠 笼 电 动 机 转 子 支 路 等 效 分 层 Fig. 4 Rotor branch equivalent layering of independent end-ring type double squirrel cage motor 1. 2 共端环型双鼠笼电动机转子支路等效变换及 图2共 端 环 型 双 鼠 笼 电 动 机r型 等 效 电 路 Fig. 2 r type equivalent circuit of common end ring type double squirrel cage motor 1. 1 独立端环型双鼠笼电动机转子支路等效变换 及分层处理 使用分层法， 首先要假设分层后的导条各层端 电压相同[11]， 但独立端环型双鼠笼电动机上下笼端 环电阻分别对上下笼各层进行分压， 上下笼导条分 层后， 不能简单认为各层导体的端电压相同， 同时， 上下笼端环电阻的分压将影响趋肤效应对电流分布 的作用。 将 图 1 中转子支路分为槽内支路与槽外支路， 可得转子支路等效电路， 如 图 3 所示。虚线框内为 槽内支路， 包括上下笼导条支路阻抗;虚线框外为槽 外支路， 包括上下笼各自端环支路阻抗;用受控电压 分层处理 端 动机 作 端 并联 立端 动 机 ， 子 效 如 图 5 所示， 与独立端环型双鼠笼电动机转子支路等 效电路不同之处在于上下笼导条端电压相同。 J2u ■ 匕 , 2’d 图5 端 动 机 子 效 Fig. 5 Rotor branch equivalent circuit of common end-ring type double squirrel cage motor 共端环型双鼠笼电动机转子支路等效分层如 图 6 所示（ 图中转子侧参数未归算到定子侧 其中 艮和又分别为公共端环电阻和电抗。 2 0 1 8 年 第 9 期王 彦 文 等 计 及 趋 肤 效 应 的 双 鼠 笼 电 动 机 转 子 稳 态 电 流 分 布 图 共端环型双鼠笼电动机转子支路等效分层 Fig. 6 Rotor branch equivalent layering of common end-ring type double squirrel cage motor 2双鼠笼电动机转子稳态电流分布数值计算 一般双鼠笼电动机上笼采用圆柱型导条， 下笼 采用长方体型导条， 如 图 7 所示。斯 ， 和Zli， /l3 分别为上下笼槽口宽度和高度；W和 、 分别为下 笼槽宽和槽高； 和b分别为上笼半径和槽高。本 文以该转子槽型结构为例， 计算转子稳态电流分布。 图7双鼠笼电动机转子槽型结构 Fig. 7 Rotor slot structure of double squirrel cage motor 2. 1 独立端环型双鼠笼电动机转子稳态电流分布 计 设下笼层高为心， 图 4 中 下 笼 第 1 2 , ，n层 电流分别为Idi，d， ， 1。根据磁导分析原理[12]， 下笼第g层与第g m i层磁链差为 0dq，0d g1 E 6t c -R* I * dn 6 T* R* 6 T* 1 R * z edj ch L h * 、 2t3 t 2t* Id c h* 6t* R * 由式（ 6可得关于的递推式 下 ⑴ 工频供电下， 电动机 时 ， 共端 电动机趋肤效应 立端 动机更明 ， ， 端 动机上 集 。 3上下笼电流比值与电流频率之间基本呈线 性 关 系 频率下， 共端 动机上 值 立 端 动机 大 。 50 工 矿 自 动 化2 0 1 8 年 第 4 4 卷 0 200 400 600 800 1 000 频 率/Hz 图1 1 双鼠笼电动机转子上下笼电流比值 Fig. 11 Current ratio of upper and lower cage of double squirrel cage motor 2 *赵凯华， 陈熙谋.电磁学[M] . 3 版.北京 高等教育出 版社， 2011. 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