[發明專利]一種非正弦供電多相電機的磁勢分析方法

有效

• 申請號: 201310587530.6
• 申請日: 2013-11-20
• 公開（公告）號: CN103560737A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 王東;吳新振;陳俊全;鄭曉欽
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍工程大學
• 主分類號: H02P21/14
• 分類號: H02P21/14
• 代理公司: 武漢東喻專利代理事務所(普通合伙) 42224
• 代理人: 方可

技術領域

本發明屬于電機分析設計技術領域，更具體地，涉及一種非正弦供電多相電機的磁勢分析方法。

背景技術

多相電機具有高可靠性、高功率密度和高轉矩密度等諸多優勢，現已成為電力推進電機國內外研究的重點。為克服正弦供電電機中鐵芯沒有得到充分利用之缺點，多相電機定子可以采用整距集中繞組并以非正弦電源供電，以使諧波磁勢得到利用，并能提高電機鐵芯的利用率和轉矩密度。而在注入諧波電流的多相電機中，氣隙磁場的分析是有效諧波磁勢利用的基礎，進而成為電機性能計算及設計優化的關鍵。

多相電機的另一個重要優勢是其具有較強的容錯性能。當系統有一相或幾相出現開路故障時，電機仍能正常起動并降功率容錯運行，但此時的氣隙磁場會出現大量空間諧波磁勢，必然帶來轉矩脈動分量和損耗的增加。故需要對缺相后的定子電流進行調制，以抑制大量有害的空間諧波磁勢，此種情況下對磁勢進行分析計算也很重要。

因此，無論電機是在正常運行時還是在發生缺相故障時，準確且有效的磁勢分析是電機性能分析及控制策略確定的必要前提。

在傳統的磁勢分析法中，先用傅立葉級數將定子繞組中非正弦電流分解為基波電流和一系列高次諧波電流，分別計算每相各次時間諧波電流所產生的各次空間諧波脈振磁勢，將各次脈振磁勢分解為一正一反旋轉磁勢，再進行疊加，得到多相電流合成的諧波磁勢。對于單相、三相等相數不多的電機，傳統的磁勢分析法比較方便，能體現其清晰的物理本質，但對于多相電機（如附圖1所示），在分析諧波電流與所產生的諧波磁勢關系時，傳統方法計算量較大，繁瑣耗時。為彌補現有磁勢分析方法的不足，從產生磁勢的物理本質出發重新考慮其分析方法。尤其是非正弦供電多相電機在出現缺相故障情況時，氣隙磁勢會隨故障情況而發生變化，現有的磁勢分析方法無法提供簡便、統一的計算過程，這是發明磁勢分析新方法的根本原因。

發明內容

本發明的目的在于為非正弦供電多相電機提供一種多種工況下的統一的磁勢分析方法。

本發明提出的新的磁勢分析方法可以稱為等值序電流法。等值序電流法引入等值正序電流與等值反序電流的新概念，將合成的正轉圓形旋轉磁場與反轉圓形旋轉磁場分別看作由等值正序電流與等值反序電流產生，將各次諧波電流表示為指數形式的電流相量，以磁勢等效為基礎，得到各次諧波磁勢所對應的諧波等值序電流，再直接求相應的空間諧波正轉磁勢與反轉磁勢。從電機學基本原理出發，概念清晰，避免了傳統方法將每相各次諧波磁勢疊加的龐大計算。該磁勢分析方法包含以下步驟：

(1)將電機運行時流過繞組的多相非正弦電流進行傅立葉分解，得到各奇數次諧波分量，并用相量的指數形式表示電流各奇次諧波，各奇次諧波電流對應的相位角不同，在指數式中用不同幅角表示；

(2)選取參考繞組，假定等值正序電流與等值反序電流為參考繞組中流過的電流，取參考繞組位置作為空間電角度的坐標原點，各相繞組的空間電角度也以指數形式表示，各奇次空間諧波對應的不同空間電角度在指數式的幅角中體現；

(3)根據空間磁勢合成法則，所有相電流產生磁勢的合成正轉磁勢、反轉磁勢分別等于基準繞組中等值正序電流產生的正轉磁勢、等值反序電流產生的反轉磁勢；在計算針對某一正序等值電流、反序等值電流時，將反映各相繞組空間電角度的指數式作為元素組成行向量矩陣，該矩陣的列數等于多相繞組的相數；再將指數式表示的各相電流相量作為元素組成列向量矩陣，該矩陣的行數等于多相繞組的相數；

(4)將空間電角度行向量矩陣擴展為多行矩陣，其各行依次對應各奇次空間諧波磁勢，該矩陣行數由所求空間諧波磁勢次數所定；再將電流列向量矩陣擴展為多列矩陣，其各列依次對應各奇次時間諧波電流，該矩陣列數由所取時間諧波電流次數所定；將上述兩個矩陣相乘就得出各奇次諧波電流產生各奇次諧波磁勢所對應等值正序電流幅值與相角、等值反序電流幅值與相角；

(5)由求得的各次諧波等值正序電流、等值反序電流得到對應的各次諧波正、反轉磁勢。

進一步地，由求得的各次諧波等值正序電流得到對應的各次諧波正轉磁勢具體為：

其中，f_pνμ是μ次諧波電流產生的ν次諧波正轉磁勢,F_pνμ是正轉磁勢f_pνμ的幅值，I_pνμ是等值正序電流的模，是的幅角，Nk_wν是參考繞組ν次諧波有效匝數，ω是電流時間角速度，θ是磁勢旋轉空間角速度，p是極對數。