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(沈陽工業(yè)大學(xué)，遼寧沈陽 110870)

0 引言

低速大轉(zhuǎn)矩永磁電機具有高效率、高功率因數(shù)、低維護量等優(yōu)點。在礦山、石油、船舶等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。而隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，社會對低速大轉(zhuǎn)矩電機需求量日益增大。然而，在實際生產(chǎn)中，由于生產(chǎn)加工與裝配工藝等原因。永磁電機定轉(zhuǎn)子中心線不能完全重合，不同程度的存在轉(zhuǎn)子偏心問題。

通常情況下，電機偏心分為三類：靜態(tài)偏心、動態(tài)偏心和混合偏心。靜態(tài)偏心是由定子鐵心橢圓、定子或轉(zhuǎn)子不正確的安裝位置等因素引起的。靜態(tài)偏心的特點是,電機最大氣隙和最小氣隙位置不隨時間改變。動態(tài)偏心的原因是轉(zhuǎn)軸彎曲、軸承磨損、極限轉(zhuǎn)速下的機械共振等因素。動態(tài)偏心的特點是最小氣隙位置隨轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)一起轉(zhuǎn)動?；旌掀臑殡姍C同時存在靜態(tài)和動態(tài)偏心情況。

本文著重研究轉(zhuǎn)子靜態(tài)偏心后對電機氣隙磁密、反電勢、鐵耗的影響，為轉(zhuǎn)子偏心的研究提供了一定的參考價值。

1 氣隙磁密

轉(zhuǎn)子偏心后，電機氣隙不再對稱，如圖1所示。電機偏心后，轉(zhuǎn)子中心偏移，出現(xiàn)轉(zhuǎn)子偏向側(cè)和轉(zhuǎn)子偏離側(cè)。電機氣隙長度由原來的均勻分布，變成了不均勻分布。

圖1 轉(zhuǎn)子靜態(tài)偏心示意圖

為了后文的分析方便，這里定義偏心率的定義。偏心率e為

(1)

式中，OO′—電機偏心距離；L—未偏心時的氣隙長度。

電機靜態(tài)偏心后，電機在不同偏心率下的氣隙磁密如圖2所示。

圖2 不同偏心率下的氣隙磁密分布

為了更好的對比分析不同偏心率下的氣隙磁密，依次對不同偏心率下的磁密波形進行傅里葉分解，得到如圖3所示的各次諧波分布情況。偏心后的奇數(shù)次諧波分布相比于未偏心時的分布，基本變化不大。主要是偶數(shù)次諧波出現(xiàn)增多趨勢。其中，以二次諧波的變化最為明顯。圖4為二次諧波在不同偏心率下的百分比含量。隨著偏心率的加大，二次諧波明顯增多。

圖3 不同偏心率下的各次諧波

圖4 不同偏心率下的諧波

永磁電機在未偏心時，氣隙磁密在空間上相互對稱，主要存在奇數(shù)次諧波。偏心后，偶數(shù)次諧波的增加，將會使電機磁密波形變得更差。表1為不同偏心率下的諧波畸變率，從表中得知。隨著偏心率的增加，電機的諧波畸變率不斷增大。偏心率在75%時，相比于未偏心時的氣隙磁密諧波畸變率增加了3.29%。

表1 不同偏心率下的氣隙磁密諧波畸變率

2 空載反電勢

轉(zhuǎn)子靜態(tài)偏心后，氣隙磁密的改變會對電機空載反電勢有直接影響?？蛰d反電勢直接影響著電機空載電流、功率因數(shù)、空載損耗等電機重要參數(shù)。為此分析轉(zhuǎn)子靜態(tài)偏心對電機反電勢的影響有很大意義。圖5為不同偏心率下的反電勢波形，依次對不同偏心率下的反電勢波形進行傅里葉分解得到表2。由表2可知，隨著偏心率的增大，偏心率為75%時，反電勢僅下降了0.28%，基本認(rèn)為不變。反電勢不受轉(zhuǎn)子靜態(tài)偏心影響。

圖5 不同偏心率下的反電勢波形

表2 不同偏心率下的反電勢諧波畸變率

3 電機損耗

通過以上分析可得知，轉(zhuǎn)子偏心后，電機氣隙磁密受到改變。而電機鐵耗直接與電機氣隙磁密相關(guān)。圖6為不同偏心距離下的鐵耗仿真對比，從圖中可以看出，隨著偏心距離的增加，電機鐵耗變化不大。 圖7為不同偏心距離下的鐵耗值，偏心距離在1.2mm時，電機鐵耗相比于未偏心時，僅增加了0.9%。電機轉(zhuǎn)子靜態(tài)偏心對電機鐵耗影響不大。

圖6 不同偏心距離下的鐵耗仿真對比

圖7 不同偏心距離下的鐵耗值

圖8為電機在不同偏心距離下的渦流損耗值，電機轉(zhuǎn)子在偏心0.5mm時，相比于轉(zhuǎn)子未偏心時，電機渦流損耗增加了8.3%，電機渦流損耗受轉(zhuǎn)子偏心更為明顯。

由于電機靜態(tài)偏心后，電機的最小和最大氣隙位置不隨時間改變。在轉(zhuǎn)子的任一點位表面處，都要經(jīng)歷氣隙長度大小的變化。電機主磁通的不斷改變作用在轉(zhuǎn)子表面上，造成渦流損耗的增加。偏心距離的加大，將會加劇主磁通變化，進而造成渦流損耗的進一步增大。

圖8 不同偏心距離下的渦流損耗

4 結(jié)語

本文主要介紹了轉(zhuǎn)子靜態(tài)偏心時，電機氣隙磁密的變化趨勢。以及磁密變化后對電機性能參數(shù)的影響。研究結(jié)果表明：(1)轉(zhuǎn)子靜態(tài)偏心后，電機氣隙磁密中偶數(shù)次諧波增多，奇數(shù)次基本不變。電機氣隙磁密的波形畸變率增大；(2)轉(zhuǎn)子靜態(tài)偏心對低速大轉(zhuǎn)矩永磁電機反電勢沒有影響；(3)電機轉(zhuǎn)子偏心對電機鐵耗影響不大，對渦流損耗影響較大。

[1] 冀博，王秀和，王道涵，等．轉(zhuǎn)子靜態(tài)偏心的表面式永磁電機齒槽轉(zhuǎn)矩研究[J]．中國電機工程學(xué)報，2004，9(24)：188-191．

[2] 鮑曉華，呂強．感應(yīng)電機氣隙偏心故障研究綜述及展望[J]．中國電機工程學(xué)報，2013，6(33)：93-100．

[3] 岳二團，甘春標(biāo)，楊世錫．氣隙偏心下永磁電機轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動特性分析[J]．振動與沖擊，2014，33(8)：29-34．

[4] 蔣山.轉(zhuǎn)子偏心狀態(tài)下永磁同步電機電磁性能分析[D].哈爾濱：哈爾濱理工大學(xué)，2017-3.

[5] 劉笑天，蔣超奇，江丙云，等.ANSYS Worbench有限元分析.北京：中國鐵道出版社，2017.