Асинхронные двигатели: меры противодействия подавлению гармоник высшего-порядка

Асинхронные двигателишироко применяются в промышленном производстве и повседневной эксплуатации благодаря простой конструкции, надежности работы и низкой стоимости производства. Однако гармонические помехи всегда были ключевым фактором, ограничивающим эксплуатационные характеристики и срок службы асинхронных двигателей. Собственные структурные характеристики двигателей в основном вызывают генерацию гармоник более высокого-порядка. Наличие зубцов и пазов на сердечниках статора и ротора, не-синусоидальное пространственное распределение магнитодвижущей силы обмотки, а также неравномерная степень насыщения системы внутреннего магнитопровода в совокупности будут искажать магнитное поле воздушного-зазора. В результате внутри двигателя генерируются гармонические магнитные поля различной степени-порядка, которые серьезно влияют на стабильную работу асинхронных двигателей.

Гармонические магнитные поля более высокого-порядка будут создавать дополнительные паразитные моменты, ухудшающие общую производительность двигателя, которые в основном делятся на асинхронный паразитный момент и синхронный паразитный момент. Что касается асинхронного паразитного крутящего момента, наиболее заметное неблагоприятное воздействие оказывают гармонические магнитные поля 5-го и 7-го -порядков. Такое искажение крутящего момента напрямую деформирует характеристическую кривую крутящего момента двигателя и значительно ухудшает пусковые характеристики асинхронного двигателя. На практике гармоническое магнитное поле ротора, индуцированное гармоническим током статора, может иметь то же число пар полюсов, что и другое гармоническое магнитное поле статора. При определенных условиях скорости вращения два магнитных поля с одинаковыми парами полюсов будут синхронно вращаться в воздушном зазоре и поддерживать относительно статическое состояние, образуя таким образом синхронный паразитный крутящий момент, аналогичный крутящему моменту синхронных двигателей. В частности, если синхронный паразитный крутящий момент возникает при нулевой скорости, двигатель не сможет нормально завершить процесс запуска и даже приведет к сбою при запуске.

Чтобы эффективно устранить неблагоприятное воздействие паразитного крутящего момента и гармоник более высокого-порядка на работу двигателя, все меры по оптимизацииасинхронные двигателинаправлены на снижение и подавление гармоник высшего-порядка при проектировании и производстве двигателей.

Перекошенные пазы статора и ротора являются одной из наиболее распространенных мер подавления. Учитывая удобство производства и технологии обработки, в реальном производстве более широко используются перекошенные пазы ротора, что позволяет добиться значительного эффекта подавления электромагнитных шумов двигателя, вызванных гармониками. Тем не менее, перекошенная структура паза приведет к увеличению реактивного сопротивления рассеяния двигателя, что приведет к неизбежным побочным эффектам, таким как снижение коэффициента мощности и уменьшение максимального выходного крутящего момента.

Регулировка воздушного зазора статора-ротора — еще одна простая и осуществимая мера по улучшению. Оптимизируя однородность воздушного зазора между статором и ротором или соответствующим образом увеличивая ширину воздушного зазора, можно эффективно улучшить искажение магнитного поля воздушного-зазора и значительно уменьшить содержание гармоник более высокого-порядка. Однако этот метод увеличит ток намагничивания двигателя, что также приведет к ухудшению коэффициента мощности и снижению общего КПД двигателя.

На этапе проектирования электромагнитного двигателя оптимизация структурных параметров является фундаментальным способом подавления гармоник. Разработчикам следует по возможности избегать применения дробных-щелевых обмоток. Разумное применение обмоток с коротким-шагом и встроенных-щелевых обмоток может эффективно ослабить и устранить 5-ю и 7-ю основные гармоники более высокого-порядка. Кроме того, научное и разумное соответствие номеров пазов статора и ротора может принципиально устранить неблагоприятное влияние синхронного паразитного крутящего момента, чтобы обеспечить эффективную и стабильную работуасинхронные двигатели.