怎样提高异步电机的恒功率调速范围?

汽车驱动电机的调速范围往往比较宽，但最近接触了个工程车辆项目感觉客户要求很苛刻。具体数据咱这里不太方便说，大体就是额定功率大几百千瓦，额定转速n(N)，恒功率最高转速n(max)是n(N)的约3.6倍；电机在最高转速时不考核功率，本文暂不讨论。

通常的办法是适当提高额定转速，这样恒功率转速范围就变小了。缺点是原额定转速点的电压降低电流变大；不过考虑到车辆在低速大转矩时电流更大，所以一般情况下这样偏移额定转速点是可以接受的。但是呢，可能是电机这个行业太卷了吧，客户要求整个恒功率范围内电流应基本不变，这样我们不得不考虑其它办法。

首先想到的是，既然超出恒功率最高转速点n(max)后输出功率达不到额定功率，那我们适当降低额定功率，n(max)就会增加（感觉意思有点像某NBA巨星“打不过就加入”，或者既然考试得了58分不及格，那就把及格线定在50分呗），这就是通过增加电机的容量来提高超速能力。比如咱设计一款100kW的电机，然后把额定功率标为50kW，这样恒功率范围不就大幅提高了？如果100kW可以超速2倍的话，按50kW至少超速3倍没问题吧。

当然这个想法只能停留在想的阶段。大家都知道车用电机的体积限制的厉害，几乎没有做大功率的空间，而且成本控制也很重要。所以这个办法还是解决不了实际问题。

让我们认真考虑下这个拐点意味着什么。在n(max)，最大功率即为额定功率，即最大转矩倍数k(T)=1.0；如果某转速点的k(T）>1.0，就表示有恒功率扩速能力。那么是不是k(T)越大，扩速能力也越强呢？只要把额定转速n(N)点的k(T)设计的足够大，就能满足3.6倍的恒功率调速范围？

当电压确定后，若漏抗不变，最大转矩与转速成反比，转速增加最大转矩减小；实际上漏抗随着转速也在变，这个稍后再说。

而电机的额定功率（转矩）与绝缘等级散热条件等多种因素关系较大，一般情况下最大转矩是额定转矩的2~2.5倍，即k(T)≈2~2.5，随着电机容量的增加，k(T)有变小的趋势。当在转速n(N)~n(max)保持恒功率时，根据T=9550*P/n，额定转矩与转速也是反比例的关系。所以说，如果（注意这里是虚拟语气）漏抗不随转速变化，最大转矩倍数k(T)是不变的。

实际上我们都知道，电抗等于电感与角速度的乘积嘛。电机做好后，电感（漏感）几乎是不变的；电机转速升高，定子、转子漏抗成正比加大，所以会使最大转矩变小的速度比额定转矩要快。直到n(max)，k(T)=1.0。

以上讨论了这么多，就是想说明，电压不变时，转速上升的过程，就是kT逐渐变小的过程。要想增加恒功率转速范围，就是增加额定转速时的k(T)。本文例子n(max)/n(N)=3.6，并不意味着额定转速时k(T)=3.6就可以。因为高速时的风摩损耗和铁心损耗更大，所以需要k(T)≥3.7才行。

可从以下几个方面着手：

1、 减少定子每相串联导体数或铁心长度，对定子、转子漏抗都显著有效，应优先考虑；

2、 增加定子槽数，减小定子槽（端部、谐波）比漏磁导，对定子漏抗有效，但涉及的制造工艺较多，且可能影响其它性能，建议慎重；

3、 对于绝大多数使用的笼型转子，增加转子槽数，减小转子比漏磁导（尤其是转子槽比漏磁导），对转子漏抗有效，可充分利用。

具体计算公式，请参考教材《电机设计》，此处不再重复。

中大功率的电机，往往匝数较少，稍作调整对性能影响很大，所以从转子侧进行微调是比较可行的。另一方面，为降低频率上升对铁心损耗的影响，通常选用较薄的高牌号硅钢片。

按照以上思路设计方案，计算值达到了客户的技术要求。