[發(fā)明專利]非正弦供電多相感應(yīng)電機(jī)的磁路設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810236641.1
• 申請(qǐng)日: 2008-12-01
• 公開（公告）號(hào): CN101420157A
• 公開（公告）日: 2009-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王東;吳新振;馬偉明;郭云珺;陳俊全;劉德志
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍海軍工程大學(xué)
• 主分類號(hào): H02K15/00
• 分類號(hào): H02K15/00;H02K15/02;G06F17/50
• 代理公司: 武漢開元專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 潘 杰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于感應(yīng)電機(jī)的分析設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其涉及一種非正弦供電 多相感應(yīng)電機(jī)的磁路設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

變頻器供電多相感應(yīng)電機(jī)具有高可靠性和高轉(zhuǎn)矩密度等特點(diǎn)，現(xiàn) 已成為電力推進(jìn)領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外研究的重點(diǎn)。由于多相感應(yīng)電機(jī)中無效諧 波磁勢(shì)大量減少，定子可以采用整距集中繞組并用非正弦電壓供電， 其目的在于提高鐵心材料利用率以及改善電機(jī)性能指標(biāo)，電磁設(shè)計(jì)是 研制開發(fā)非正弦供電多相感應(yīng)電機(jī)的基礎(chǔ)。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法中，已知 轉(zhuǎn)差率時(shí)對(duì)感應(yīng)電機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)需要進(jìn)行兩層迭代，外層迭代是壓降系 數(shù)，里層迭代是飽和系數(shù)。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法中的這兩層迭代歸結(jié)為磁路 設(shè)計(jì)，其本質(zhì)是確定計(jì)及飽和的激磁電抗。在已知激磁電抗和定轉(zhuǎn)子 其它參數(shù)的情況下，才可用等值電路對(duì)感應(yīng)電機(jī)進(jìn)行性能計(jì)算。由于 涉及到兩重迭代，用有限元法進(jìn)行非線性磁路設(shè)計(jì)會(huì)耗時(shí)過多，尤其 是優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中更難使用。

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法中的磁路設(shè)計(jì)是在計(jì)算尺、計(jì)算器等計(jì)算工具落后 的情況下發(fā)展起來的，其中涉及到波幅系數(shù)、軛部校正系數(shù)的查表， 而軛部校正系數(shù)又與電機(jī)極數(shù)、軛部最大磁密、軛部高度與極距比值 有關(guān)，查表方法用計(jì)算機(jī)處理既不準(zhǔn)確又很麻煩，并且這種計(jì)算方法 只能得到氣隙磁密、齒部磁密和軛部磁密的最大值。為彌補(bǔ)現(xiàn)有磁路 方法在計(jì)算精度上和方便程度上的不足，根據(jù)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理能力和 運(yùn)算速度已大幅提高的實(shí)際情況，可以從電機(jī)運(yùn)行的物理本質(zhì)出發(fā)重 新考慮磁路設(shè)計(jì)方法。尤為重要的是，非正弦供電多相感應(yīng)電機(jī)定轉(zhuǎn) 子合成磁勢(shì)為非正弦分布磁勢(shì)，磁勢(shì)波形接近于平頂波，現(xiàn)有以正弦 磁勢(shì)為基礎(chǔ)的磁路設(shè)計(jì)方法已無法使用，這是磁路設(shè)計(jì)必須采用新方 法的根本原因。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種非正弦供電多相感應(yīng)電機(jī)的磁路設(shè)計(jì) 方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的不足。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的方法包含以下步驟：

第一步驟：取感應(yīng)電機(jī)半個(gè)極距為分析計(jì)算區(qū)域，由基波激磁電 流與諧波激磁電流寫出各自的磁勢(shì)表達(dá)式，空間上任意位置點(diǎn)的疊加 磁勢(shì)等于該點(diǎn)基波磁勢(shì)與諧波磁勢(shì)的代數(shù)和，磁勢(shì)疊加滿足線性關(guān)系；

第二步驟：在感應(yīng)電機(jī)半個(gè)極距模型中進(jìn)行磁路分析分區(qū)，共分 為5個(gè)區(qū)：其中I為氣隙區(qū)，II和III分別為定子齒部區(qū)和軛部區(qū)，IV 和V分別為轉(zhuǎn)子齒部區(qū)和軛部區(qū)；作出多條通過圓心并使相鄰兩條所 夾圓心角相等的射線，用這些射線把電機(jī)半個(gè)極距分析計(jì)算區(qū)域沿圓 周方向等間隔分成了若干塊；

第三步驟：認(rèn)為氣隙中各節(jié)點(diǎn)的磁密波形與磁勢(shì)波形相似，以此 確定氣隙磁密初值；

第四步驟：根據(jù)磁通連續(xù)性原理，計(jì)算各節(jié)點(diǎn)處定子齒部磁密、 轉(zhuǎn)子齒部磁密、定子軛部磁密、轉(zhuǎn)子軛部磁密；

第五步驟：由各節(jié)點(diǎn)處的定子齒部磁密、轉(zhuǎn)子齒部磁密、定子軛 部磁密、轉(zhuǎn)子軛部磁密查鐵芯磁化曲線得到相應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度；

第六步驟：在已知磁場(chǎng)強(qiáng)度的情況下，計(jì)算各節(jié)點(diǎn)處氣隙區(qū)、定 子齒部區(qū)、定子軛部區(qū)、轉(zhuǎn)子齒部區(qū)、轉(zhuǎn)子軛部區(qū)的磁壓降，這5個(gè) 區(qū)的磁壓降相加為總磁壓降；

第七步驟：經(jīng)過氣隙中心線上各節(jié)點(diǎn)的閉合磁路總磁壓降均要等 于該節(jié)點(diǎn)處的磁勢(shì)，若該條件不滿足，重新確定氣隙中心線上各節(jié)點(diǎn) 氣隙磁密的初值，重復(fù)上述第四步驟至第六步驟的過程，直到各節(jié)點(diǎn) 處磁壓降與磁勢(shì)的相對(duì)誤差平方和小于給定精度，最終得到各節(jié)點(diǎn)處 的磁密；

第八步驟：把求解范圍從半個(gè)極距拓至一對(duì)極區(qū)域，根據(jù)奇、偶 對(duì)稱性得到在氣隙中心線上各節(jié)點(diǎn)的氣隙磁密值，進(jìn)行傅立葉分解求 出氣隙基波磁密幅值和諧波磁密幅值；

第九步驟：由氣隙基波磁密幅值和諧波磁密幅值得到基波感應(yīng)電 勢(shì)和諧波感應(yīng)電勢(shì)，感應(yīng)電勢(shì)與激磁電流之比即為激磁電抗，求出激 磁電抗則磁路設(shè)計(jì)結(jié)束。

本發(fā)明將磁場(chǎng)和磁路兩種分析方法的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起，既避免了 磁場(chǎng)分析法的龐大計(jì)算量，又提高了傳統(tǒng)磁路計(jì)算法的精度并突破了 傳統(tǒng)方法中對(duì)磁勢(shì)正弦的限制。本發(fā)明與現(xiàn)有磁路設(shè)計(jì)方法一個(gè)重要 不同之處在于，分析設(shè)計(jì)不僅僅得到氣隙磁密最大值，而是能得到氣 隙中心線上各節(jié)點(diǎn)氣隙磁密值，此為傅立葉分解奠定了基礎(chǔ)。本發(fā)明 通過空載實(shí)驗(yàn)測(cè)量激磁電抗并與計(jì)算值進(jìn)行了比較，結(jié)果較為一致說 明了本發(fā)明的有效性和準(zhǔn)確性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明感應(yīng)電機(jī)半個(gè)極距磁路模型與徑向分區(qū)圖。