導(dǎo)磁導(dǎo)電復(fù)合籠條轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)性能計算

曹君慈， 李偉力， 錢榮超

(1．北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院，北京100044;2．中國電子科技集團(tuán)公司第二十一研究所，上海200233)

導(dǎo)磁導(dǎo)電復(fù)合籠條轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)性能計算

曹君慈1， 李偉力1， 錢榮超2

(1．北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院，北京100044;2．中國電子科技集團(tuán)公司第二十一研究所，上海200233)

為了研究既導(dǎo)磁又導(dǎo)電的復(fù)合材料作為高功率電機(jī)的轉(zhuǎn)子材料時對其性能的影響，對37kW感應(yīng)電動機(jī)進(jìn)行了復(fù)合材料和普通鑄鋁材料的對比分析。采用二維電磁場有限元計算方法，建立了37kW感應(yīng)電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型和物理模型進(jìn)行分析。在考慮工藝可行性的情況下，優(yōu)化設(shè)計了三種適合復(fù)合籠條嵌入的轉(zhuǎn)子槽型，分析復(fù)合材料放置位置對電機(jī)起動性能和運行性能的影響。同時，改變轉(zhuǎn)子槽內(nèi)合金材料的寬度，分析復(fù)合材料放置面積對電機(jī)起動和運行性能的影響，并與采用相同機(jī)座號的普通鑄鋁材料的感應(yīng)電動機(jī)進(jìn)行性能比較，證明了復(fù)合籠條轉(zhuǎn)子應(yīng)用于37kW感應(yīng)電動機(jī)具有優(yōu)越的起動性能和良好的運行性能，為新型感應(yīng)電機(jī)設(shè)計和電工材料的選取提供一定的可行參考。

感應(yīng)電動機(jī);復(fù)合籠條轉(zhuǎn)子;有限元;起動性能

0引言

目前游梁式抽油機(jī)、抽油用螺桿泵電動機(jī)、磨煤機(jī)等，在起動時要求起動轉(zhuǎn)矩大、起動電流小，而運行時要求有較好的運行性能。相對而言，普通籠型感應(yīng)電動機(jī)的運行性能較好，起動性能略差。而實心轉(zhuǎn)子電動機(jī)起動性能較好，運行性能較差。為找到一種能夠兼顧二者性能優(yōu)點的感應(yīng)電動機(jī)，提出了復(fù)合籠條轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)設(shè)計思路。通過改進(jìn)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和導(dǎo)條材料得到的復(fù)合籠條轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)滿足了高起動轉(zhuǎn)矩、低起動電流的要求，同時運行性能也較好。

本文在3 kW復(fù)合籠條轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)［1－10］研究的基礎(chǔ)上，對37 kW復(fù)合籠條感應(yīng)電動機(jī)和普通籠型感應(yīng)電動的起動性能［1－8］和運行性能［11］進(jìn)行計算與分析，探究了復(fù)合籠條轉(zhuǎn)子在高功率感應(yīng)電動機(jī)中應(yīng)用前景，為今后復(fù)合籠條感應(yīng)電動機(jī)應(yīng)用于大中型電機(jī)打下了基礎(chǔ)。

1 復(fù)合籠條轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)的結(jié)構(gòu)

復(fù)合籠條轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)的合金材料具有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)磁性。經(jīng)測試，磁導(dǎo)率約μA≈20μ0，電導(dǎo)率σA=(1.4～1.5)σFe，澆鑄后的合金材料如圖1所示。

復(fù)合籠條轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子槽內(nèi)材料由兩種構(gòu)成:上部分是合金材料和少量鑄鋁材料，下部分為鑄鋁材料。由該合金試件嵌入轉(zhuǎn)子導(dǎo)條內(nèi)制成的3kW兩極感應(yīng)電動機(jī)已經(jīng)過測試并正常運行，其實驗裝置如圖2所示。

該3kW兩極復(fù)合籠條感應(yīng)電動機(jī)樣機(jī)的起動性能參數(shù)的計算值與實測值相吻合［1］，充分證明了計算方法的可行性，具體數(shù)據(jù)見表1。

在此基礎(chǔ)上，將復(fù)合籠條轉(zhuǎn)子的設(shè)計思路推廣到37kW兩極感應(yīng)電動機(jī)中，將其轉(zhuǎn)子槽上層一側(cè)嵌入復(fù)合材料導(dǎo)條。以其中一種轉(zhuǎn)子槽型電機(jī)為例，37kW兩極復(fù)合籠條感應(yīng)電動機(jī)的模型如圖3所示。

2 復(fù)合籠條轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)的電磁場分析

在電機(jī)電磁場求解過程中，為了簡化分析，做出如下假設(shè)［12］:

1)電機(jī)氣隙相對于磁極極距的尺度較小，且是均勻的，其磁感應(yīng)強(qiáng)度或磁場強(qiáng)度一般認(rèn)為沿電機(jī)的軸向是不變的，為建模和計算方便，電機(jī)鐵心軸向有效長度內(nèi)的電磁場按二維場來處理，鐵心外緣的散磁忽略不計;

2)定子載流導(dǎo)體和鐵心中集膚效應(yīng)忽略不計;

3)場域內(nèi)各處的場量均隨時間正弦變化(包括磁場強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度、向量磁位、電流密度等)。

取整個電機(jī)為求解區(qū)域(如圖3)，在求解域模型的邊界定子外圓(s1)及轉(zhuǎn)子內(nèi)圓(s2)上的向量磁位Z方向分量為零，則求解域的邊值問題［12］為

式中:σ為轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的電導(dǎo)率(S/m);νε為鐵心有效磁阻率;為不計渦流時的外加電流密度(A/m2)。

感應(yīng)電動機(jī)的T形等效電路［13］如圖4所示。

計算。式中:p為極對數(shù);nc為每個線圈的匝數(shù);lef為鐵心的有效長度;a為并聯(lián)支路數(shù);為每相總磁通;各點的向量磁位值通過求解二維渦流場獲得。轉(zhuǎn)子端環(huán)電阻的影響計入導(dǎo)條電導(dǎo)率的修正［12］，即

整個計算過程中有兩個迭代，一是電流迭代，二是轉(zhuǎn)差率迭代。定子電流迭代以電壓方程(式(6))為約束條件，轉(zhuǎn)差率迭代以功率方程(式(7))為約束條件，兩種迭代同時進(jìn)行，直到電壓和功率誤差同時小于規(guī)定值為止，進(jìn)而求取其他物理量。

迭代完成后，可計算起動時電磁功率PM就等于轉(zhuǎn)子銅耗，故起動轉(zhuǎn)矩TM為［12］

式中:E1、E2分別為轉(zhuǎn)子槽內(nèi)鑄鋁和復(fù)合材料的單元數(shù);為導(dǎo)條內(nèi)各單元的感應(yīng)電密;Δe為單元面積;lb為導(dǎo)條實際長度;ΩS為同步角速度;分別為鑄鋁和復(fù)合材料的電導(dǎo)率。

運行時的額定轉(zhuǎn)矩通過式(8)，以及電機(jī)中各功率及轉(zhuǎn)差率關(guān)系可以求得［13］。

為了證明以上方法的準(zhǔn)確性，計算了普通Y系列37 kW兩極與37 kW八極感應(yīng)電動的起動和運行性能，計算結(jié)果與同機(jī)座號的普通Y系列異步電動機(jī)性能數(shù)據(jù)基本吻合，具體數(shù)據(jù)見表2。

3 37 kW兩極復(fù)合籠條轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)起動性能和運行性能的分析

復(fù)合籠條轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)通過復(fù)合材料的嵌入(理想化為復(fù)合材料與鑄鋁材料之間無縫隙接觸)

3.2 復(fù)合材料放置面積對電機(jī)起動性能的影響和改變轉(zhuǎn)子槽型得到較好的起動性能。本文對37kW兩極復(fù)合籠條轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)進(jìn)行分析，設(shè)計了三種適合復(fù)合籠條嵌入的轉(zhuǎn)子槽型，分別為:復(fù)合材料單邊放置的槽型、復(fù)合材料雙邊放置的槽型和復(fù)合材料整個上層放置的槽型，分別將槽型編號為X、Y、Z，如圖5所示。

3.1 復(fù)合材料放置位置對電機(jī)起動性能和運行性能的影響

取相同槽寬情況下，分別計算3種槽型對應(yīng)電機(jī)的起動性能［15－17］和運行性能［11］，計算結(jié)果見表3。

從表3中可以看出，Z槽型的轉(zhuǎn)差率明顯大于其他槽型電機(jī)。這是由于復(fù)合材料的電阻率大，取相同槽寬時，三種槽型中Z槽型導(dǎo)條電阻最大。根據(jù)轉(zhuǎn)子電阻變化時的機(jī)械轉(zhuǎn)矩－轉(zhuǎn)差率曲線［13］可知，轉(zhuǎn)子電阻的增大會使額定轉(zhuǎn)差率增大。繼而，大轉(zhuǎn)差率會使轉(zhuǎn)子頻率上升，導(dǎo)致Z槽型電機(jī)導(dǎo)條內(nèi)電流增大，其定子電流也隨之增大。

Z槽型電機(jī)上層全部為高磁導(dǎo)率的復(fù)合材料，漏磁路上磁導(dǎo)率增加，使得Z槽型的槽漏抗［18－20］比同形狀X槽型的大。而Z槽型轉(zhuǎn)子槽漏抗的增大，會導(dǎo)致其起動電流減小、起動轉(zhuǎn)矩減小和功率因數(shù)的減小。綜上，Z槽型的綜合性能不佳，而且其制造工藝?yán)щy、復(fù)合材料用料多，相對而言X、Y槽型能更為理想的提高復(fù)合籠條電機(jī)性能。

電機(jī)起動時的起動電流大，以致漏磁路的鐵心部分出現(xiàn)過度飽和的現(xiàn)象，使得轉(zhuǎn)子槽漏抗［21］減少到Kz(起動時漏磁飽和系數(shù))倍。在設(shè)計槽型時，槽的各個尺寸對Kz有不同的影響［2－3］，主要體現(xiàn)在定轉(zhuǎn)子槽斜肩平均長度

式中:bs1為定子槽肩寬;b01為定子槽口寬;br2為轉(zhuǎn)子槽寬(如圖5所示);b02為轉(zhuǎn)子槽口寬。

復(fù)合材料放置面積是隨著轉(zhuǎn)子槽寬br2的變化而變化的。改變br2會改變l，間接影響到Kz以及電機(jī)的起動性能。在37 kW兩極感應(yīng)電動機(jī)中，定子側(cè)保持不變，使br2在5.5～9.5 mm之間變化，分別計算各個槽型電機(jī)的起動性能，計算結(jié)果如圖6、7所示。當(dāng)br2為7～8mm時，單邊與雙邊槽型電機(jī)的起動電流、起動轉(zhuǎn)矩曲線很相近，曲線1、2基本重合。將重合的曲線局部放大，分別用A、B、C來表示重合曲線在原圖與放大圖里的對應(yīng)位置。

經(jīng)過計算，圖6所示的起動電流曲線隨著br2的增加而增大。從文獻(xiàn)［2］的圖2中看出，KZ(起動時漏磁飽和系數(shù))是隨著定轉(zhuǎn)子槽斜肩平均長度增大而減小的［2－3］。故在復(fù)合籠條轉(zhuǎn)子中，隨著br2的增加會導(dǎo)致KZ減小、起動時槽漏抗減小。最終，槽漏抗的減小使得起動電流增大［13］。

圖7為電機(jī)起動轉(zhuǎn)矩隨br2的變化曲線。起動轉(zhuǎn)矩近似與導(dǎo)條電阻成正比，與槽漏抗成反比。故起動轉(zhuǎn)矩隨br2的變化取決于br2的對導(dǎo)條電阻和槽漏抗的綜合影響。圖7中可以看出，X、Y、Z槽型中br2的增加基本對起動轉(zhuǎn)矩沒有影響;相比之下普通感應(yīng)電動機(jī)的刀型槽的槽漏抗小，在br2增加的過程中，導(dǎo)條電阻減小的作用更大，故起動轉(zhuǎn)矩會減小。

在圖6、7中曲線的重合部分，起動電流與起動轉(zhuǎn)矩的變化規(guī)律是一致的:A點X槽型電機(jī)大;B點Y槽型電機(jī)大;C點二者基本相同。

3.3 復(fù)合材料放置面積對電機(jī)運行性能的影響

轉(zhuǎn)子槽寬的變化會改變轉(zhuǎn)子槽參數(shù)［22－23］，這對電機(jī)運行性能也有影響。經(jīng)計算，其主要影響電機(jī)額定轉(zhuǎn)差率，圖8為3種槽型電機(jī)以及普通感應(yīng)電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)差率s隨br2變化的曲線圖。

圖8中可以看出，3種槽型電機(jī)額定轉(zhuǎn)差率s都隨br2的增加而減小。由于槽寬br2的增加、槽面積的增大，導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)子導(dǎo)條電阻R2減小。同時，轉(zhuǎn)差率與R2成正比關(guān)系［13］，所以轉(zhuǎn)差率s減小。另外，轉(zhuǎn)子槽寬每增加0.5mm，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條損耗減小不足40 W，對電機(jī)的效率與功率因數(shù)影響很小。

3.4 轉(zhuǎn)子導(dǎo)條復(fù)合材料內(nèi)的磁密分布

新型37 kW感應(yīng)電動機(jī)轉(zhuǎn)子導(dǎo)條內(nèi)嵌入高磁導(dǎo)率的材料、設(shè)計了新的轉(zhuǎn)子槽型，會使起動時轉(zhuǎn)子槽內(nèi)磁場分布發(fā)生變化。將3種槽型取相同的槽寬(br2=7.5mm)，研究復(fù)合材料內(nèi)的磁場分布［11］。

選取起動時轉(zhuǎn)子導(dǎo)條內(nèi)復(fù)合材料內(nèi)磁密最大槽來分析，如圖9所示，分別列出了3種槽型復(fù)合籠條感應(yīng)電動機(jī)起動時轉(zhuǎn)子復(fù)合材料內(nèi)的磁密分布圖，A、B、C、D分別對應(yīng)著復(fù)合材料導(dǎo)條的4個頂點。同時，沿著復(fù)合材料導(dǎo)條的四邊AB、BC、CD、DA做出磁密B的變化曲線，以此來描述復(fù)合導(dǎo)條內(nèi)磁場分布情況。

由圖9可知，復(fù)合材料的高磁導(dǎo)率引起了電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)磁場的畸變。在復(fù)合材料內(nèi)集膚效應(yīng)更加明顯，靠近轉(zhuǎn)子齒頂位置的復(fù)合材料內(nèi)磁密最大?？傮w看來，沿DC、BC磁密減小，C點為復(fù)合材料內(nèi)最小磁密處;沿著BA、DA磁密增大，A點為復(fù)合材料內(nèi)最大磁密處。但由于復(fù)合材料放置位置的不同，其內(nèi)部磁密最大值有差異。圖9中的磁力線圖可以看出，c)圖的Z槽型電機(jī)復(fù)合材料內(nèi)磁力線在上層最為集中，在三種槽型中磁密最大，飽和程度最高。起動時刻復(fù)合材料內(nèi)的磁密飽和程度大小依次為: Z槽型最大，X槽型其次，Y槽型最小。

4 37 kW八極復(fù)合轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)起動性能和運行性能的分析

工程中，一般以六極或八極感應(yīng)電動機(jī)作為游梁式抽油機(jī)的拖動電機(jī)，為了更接近實際應(yīng)用，以37 kW兩極感應(yīng)電動機(jī)為實驗與計算的橋梁，將復(fù)合轉(zhuǎn)子嵌入37 kW八極的感應(yīng)電機(jī)中。分別計算轉(zhuǎn)子槽型為X和Y的復(fù)合轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)的起動和運行性能。表4為兩種槽型下37 kW八極復(fù)合籠條感應(yīng)電動機(jī)與同機(jī)座號普通Y系列37 kW八極感應(yīng)電動機(jī)起動和運行性能的比較［24］。

選取的X、Y這兩種槽型的導(dǎo)條中復(fù)合材料用量相同，在工藝上Y槽型略為困難。然而，從表4中可以看出，Y槽型電機(jī)除了起動電流比X槽型電機(jī)大以外，其他各項性能均處于優(yōu)勢。計算結(jié)果說明，復(fù)合籠條轉(zhuǎn)子在37 kW八極感應(yīng)電動機(jī)電機(jī)中也可以改善起動性能，使起動電流降低、起動轉(zhuǎn)矩增大，只是運行性能會稍差。

5結(jié)論

1)將復(fù)合籠條轉(zhuǎn)子推廣到37 kW兩極感應(yīng)電動機(jī)中，選取3種適合復(fù)合材料嵌入的轉(zhuǎn)子槽型進(jìn)行分析，并得出有意義結(jié)論，以此來證明復(fù)合籠條應(yīng)用于高功率感應(yīng)電動機(jī)是可行的。

2)在選取的3種槽型中，單邊和雙邊復(fù)合材料放置槽型的電機(jī)能夠降低起動電流、增大起動轉(zhuǎn)矩，同時運行性能也優(yōu)越。其中雙邊復(fù)合材料放置的槽型轉(zhuǎn)差率可以降低0.0005～0.001，而且仍保持效率89%左右、功率因數(shù)0.87～0.89。

3)對3種槽型導(dǎo)條內(nèi)磁密進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)Z槽型電機(jī)起動時刻復(fù)合導(dǎo)條內(nèi)飽和程度最大。

4)以37 kW兩極復(fù)合籠條轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)為實驗和計算的橋梁，將復(fù)合轉(zhuǎn)子推廣到37 kW八極感應(yīng)電動機(jī)中。與同機(jī)座號普通感應(yīng)電動機(jī)相比，復(fù)合轉(zhuǎn)子的嵌入仍然可以降低起動電流、增大起動轉(zhuǎn)矩，同時運行性能也較好。

［1］ LIWeili，CAO Junci，ZHANG Xiaochen．Electrothermal analysis of induction motor with compound cage rotor used for PHEV［J］．IEEE Transaction on Industrial Electronics，2010，57(2):660－668．

［2］ 羅應(yīng)立，陳希強(qiáng)．感應(yīng)電機(jī)飽和漏抗和擠流效應(yīng)的改進(jìn)算法(1)［J］．哈爾濱電工學(xué)院學(xué)報，1995，18(1):34－40．LUO Yingli，CHEN xiqiang．An improved method of saturated leakage reactance and skin effect calculation for induction motors (1)［J］．HIET Journal，18(1):34－40．

［3］ 羅應(yīng)立，董超奎，陳希強(qiáng)．感應(yīng)電機(jī)飽和漏抗和擠流效應(yīng)的改進(jìn)算法(2)［J］．哈爾濱電工學(xué)院學(xué)報，1995，18(2):137－142．LUO Yingli，DONG Chaokui，CHEN Xiqiang．Improving computation for saturated leakage and skin effect of induction motors(2)［J］．HIET Journal，18(2):137－142．

［4］ 曹君慈，李偉力，齊歌，等．復(fù)合籠條轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)不同轉(zhuǎn)子材料特性對起動性能的影響［J］．中國電機(jī)工程學(xué)報，2005，25(14):103－108．CAO Junci，LIWeili，QIGe，etal．The Influence of Differentmaterial Characteristic in Compound Cage Rotor of Induction Motor on Starting Performance［J］．Proceedings of the CSEE，2005，25 (14):103－108．

［5］ 林瑞光，王毓東．復(fù)合轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)的研究［J］．電工技術(shù)學(xué)報，1995(1):6－11．LIN Ruiguang，WANGYudong．Study of composite-rotor induction motor［J］．Transactions of China Electrotechnical Society，1995，(1):6－11．

［6］ 張明玉，唐孝鎬，林金銘．復(fù)合轉(zhuǎn)子異步電機(jī)的等值電路及其參數(shù)計算［J］．華中理工大學(xué)學(xué)報，1993，21(6):57－61．ZHANG Mingyu，TANG Xiaogao，LIN Jinming．The equivalentcircuit and parameter computation for an induction Motor with a Composite Rotor［J］．J．Huazhong Univ．of Sci．＆Tech．，1993，21(6):57－61．

［7］ 李偉力，曹君慈，丁樹業(yè)，等．復(fù)合籠型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)起動性能的數(shù)值計算［J］．電工技術(shù)學(xué)報，2004，19(7):26－31．LIWeili，CAO Junci，DING Shuye，et al．Numerical calculation of starting performance of the induction motor with compound cage rotor［J］．Transactions of China Electrotechnical Society，2004，19(7):26－31．

［8］ 張明玉，潘綿英，夏東偉，等．具有環(huán)形槽的復(fù)合轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)的電磁場分析及端部系數(shù)計算［J］．中國電機(jī)工程學(xué)報，1995，15(4):239－246．ZHANG Mingyu，PAN Mianying，XIA Dongwei，et al．Electro magnetic field analysis calculation and end coefficient of induction motor withring slotted composite rotor［J］．Proceedings of the CSEE，1995，15(4):239－246．

［9］ 唐孝鎬，寧玉泉，傅豐禮．實心轉(zhuǎn)子異步電機(jī)及其應(yīng)用［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1991．

［10］ 唐任遠(yuǎn)．特種電機(jī)［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1998．

［11］ 曹君慈，李偉力，程樹康，等．轉(zhuǎn)子槽形及材料對復(fù)合籠條轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)運行性能的影響［J］．電機(jī)與控制學(xué)報，2007，11(6):97－103．CAO Junci，LI Weili，CHENG Shukang，et al．Numerical analysis on the electromagnetic performance of a induction motor with low harmonic windings［J］．Electric Machines and Control，2007，11(6):97－103．

［12］ 湯蘊璆．電機(jī)內(nèi)的電磁場(第二版)［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1998．

［13］ 湯蘊璆，史乃．電機(jī)學(xué)［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1999．

［14］ 陳世元．交流電機(jī)磁場的有限元分析［M］．哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué)出版社，1998．

［15］ 謝德馨．用有限元法計算鼠籠型感應(yīng)電動機(jī)的起動電流［J］．哈爾濱電工學(xué)院學(xué)報，1981，4(3):55－66．

［16］ 嚴(yán)登俊，劉瑞芳，胡敏強(qiáng)，等．鼠籠異步電機(jī)起動性能的時步有限元計算［J］．電機(jī)與控制學(xué)報，2003，7(3):177－181，190． YAN Dengjun，LIU Ruifang，HU Minqiang，et al．Transient starting performance of squirrel cage induction motor with timestepping FEM［J］．Electric Machines and Control，2003，7(3): 177－181，190．

［17］ 邱捷，勵慶孚．實心轉(zhuǎn)子永磁同步電動機(jī)的動態(tài)轉(zhuǎn)子參數(shù)及起動特性的計算［J］．中國電機(jī)工程學(xué)報，1999，19(6):6－10．QIU Jie，LI Qingfu．Determination of dynamic parameters and performance analysis for sol id-rotor pm synchronousmotor［J］．Proceedings of the CSEE，1999，19(6):6－10．

［18］ 謝德馨．用有限元法計算鼠籠轉(zhuǎn)子凸形槽的運行和起動槽參數(shù)［J］．哈爾濱電工學(xué)院學(xué)報，1981，14(2):37－45．

［19］ 傅豐禮．異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子刀型槽的參數(shù)計算(1)［J］．中小型電機(jī)，1989，16(1):2－7．

［20］ 寧玉泉．實心轉(zhuǎn)子異步電機(jī)的磁場分析及參數(shù)計算［J］．華中理工大學(xué)學(xué)報，1990，18(4):39－46．NING Yuquan．A field analysis and parameter calculation for an induction motorwith a solid rotor［J］．J．Huazhong Univ of Sci＆Tech，1990，18(4):39－46．

［21］ 錢?。蠡\型異步電機(jī)飽和漏抗的計算［J］．東南大學(xué)學(xué)報，1990，20(4):102－110．QIANWei．Calculation of saturable leakage reactance of squirrel cage asynchronous motors［J］．Journal of Southeast University，1990，20(4):102－110．

［22］ 孟立成，龐淳良．用分層法計算異步電機(jī)籠型轉(zhuǎn)子凸形槽起動時比漏磁導(dǎo)［J］．中小型電機(jī)，1997，24(1):23－25．

［23］ 謝德馨．用有限元法計算矩形槽內(nèi)載流導(dǎo)體的集膚效應(yīng)［J］．哈爾濱電工學(xué)院學(xué)報，1981，4(1):7－23．

［24］ 胡恩球，陳賢珍，周克定，等．電磁場有限元計算后驗誤差估計與自適應(yīng)新方法［J］．中國電機(jī)工程學(xué)報，1997，17(2): 78－83．HU Enqiu，CHEN Xianzhen，ZHOU Keding etal．A new posteriorierror estimate and adaptivity approach for electromagnetic field finite element computations［J］．Proceedings of the CSEE，1997，12(2):78－83．

(編輯:于智龍)

Calculation of performance in induction motor w ith compound cage rotor of permeability and conductivematerial

CAO Jun-ci1， LIWei-li1， QIAN Rong-chao2
(1．School of Electrical Engineering，Beijing Jiaotong University，Beijing 100044，China; 2．The 21th Research Institute of China Electronic Technology Group Corporation，Shanghai200233，China)

A new type of compound material，both electric and magnetic，was applied to the rotor bar of the high power density induction motor．To investigate the influence of the new material on the performance，themachine was analyzed by comparing with a 37kW conventionalmotor，ofwhich the rotor bar is manufactured by cast aluminum．Themathematical and physicalmodels were established and calculated by using two-dimensional finite elementmethod(2D FEM)．Considering the technological feasibility，three slots，which are suitable for the installation of the compound squirrel-cage bars，were designed，and then the influence of the location area of the compound material on the stating and operating performance of themotorwas analyzed．Compared with the conventional inductionmotors，it shows that the new motor fabricated by using compoundmaterial has great starting and operating performances than the conventional machines．The studies providesmeaningful references for the design of the novel induction motor and the selection of the electric materials．

induction motors;compound cage rotor;finite element;stating performance

10．15938/j．emc．2015．06．005

TM 343

A

1007－449X(2015)06－0028－07

2014－01－16

國家自然科學(xué)基金(50907015);高等學(xué)校博士學(xué)科點專項科研基金(20102303110001);中央高校基本科研業(yè)務(wù)費專項資金資助項目(2013JBM016、2015RC016)

曹君慈(1979—)，男，博士，副教授，研究方向為電動機(jī)的性能分析和優(yōu)化;

李偉力(1962—)，男，博士，教授，博士生導(dǎo)師。研究方向為大型電機(jī)綜合物理場和特種電機(jī)理論;

錢榮超(1986—)，女，碩士，工程師，研究方向為特種電機(jī)的性能分析。

錢榮超