[發(fā)明專利]低壓交流異步電機(jī)高速轉(zhuǎn)矩優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510016272.5
• 申請日: 2015-01-13
• 公開（公告）號: CN104836399B
• 公開（公告）日: 2018-01-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉和平;陳紅巖;劉慶;許興平;王路平;張煜昕;涂郁瀟穎;鄧力;余傳祥;鄭群英
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號: H02K17/02
• 分類號: H02K17/02;H02K15/02
• 代理公司: 重慶大學(xué)專利中心50201
• 代理人: 王翔

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及低壓交流異步電機(jī)在變頻中的應(yīng)用，具體涉及高頻電磁轉(zhuǎn)矩的優(yōu)化。

背景技術(shù)

低壓交流異步電機(jī)在變頻應(yīng)用中，由于逆變器的輸出電壓有限，隨著供電頻率的升高，感應(yīng)電勢增大，會使定子側(cè)的饋入電流減小，同時由于磁通的減小，電機(jī)在高頻時的電磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)一步減小，使得低壓交流異步電機(jī)的高頻轉(zhuǎn)矩特性變差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是解決低壓交流異步電機(jī)的高頻轉(zhuǎn)矩特性差的問題。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的而采用的技術(shù)方案是這樣的，一種低壓交流異步電機(jī)高速轉(zhuǎn)矩優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：

1)待優(yōu)化參數(shù)為低壓交流異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子槽數(shù)為Z₂；

根據(jù)待優(yōu)化電機(jī)參數(shù)，通過ansoft等磁路計(jì)算軟件或公式，獲得所述低壓交流異步電機(jī)在高頻運(yùn)行時的定子繞組電阻R₁、定子漏感L_1σ、勵磁電感L_m、轉(zhuǎn)子折算槽漏感L′_2s、轉(zhuǎn)子折算端部漏感L′_2e、轉(zhuǎn)子折算諧波漏感L′_2d和轉(zhuǎn)子折算斜槽漏感L′_2sk；

所述異步電機(jī)由0～300Hz的變頻電源供電，獲得待優(yōu)化的低壓交流異步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T_max：

其中，m₁為定子繞組相數(shù)，P為電機(jī)的極對數(shù)，U₁為定子側(cè)的輸入電壓，R′₂為轉(zhuǎn)子折算電阻，ω_s為定子側(cè)的供電角頻率，L′_2σ為轉(zhuǎn)子折算漏感，L′_2σ＝L′_2s+L′_2e+L′_2sk+L′_2d，σ₁為系數(shù)，Z_m為勵磁阻抗，Z_1σ為定子漏阻抗,T_max為電磁轉(zhuǎn)矩的最大值。

考慮轉(zhuǎn)子槽數(shù)對轉(zhuǎn)子折算漏感的影響，分析轉(zhuǎn)子槽數(shù)對電磁轉(zhuǎn)矩的影響，并推導(dǎo)其公式：

轉(zhuǎn)子漏感包括端部漏感、槽漏感、諧波漏感和斜槽漏感。改變轉(zhuǎn)子槽數(shù)，同時保證，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條總的截面積不變，轉(zhuǎn)子的折算電阻、折算槽漏感和折算端部漏感近似不變，當(dāng)轉(zhuǎn)子斜槽角度不變時，斜槽折算諧波漏感也近似不變，而折算諧波漏感與轉(zhuǎn)子槽數(shù)的平方成反比關(guān)系。因此，可以通過增加轉(zhuǎn)子槽數(shù)來減小轉(zhuǎn)子的折算漏感，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)提高低壓交流異步電機(jī)的高速轉(zhuǎn)矩特性。

轉(zhuǎn)子阻抗的折算系數(shù)

轉(zhuǎn)子折算電阻

轉(zhuǎn)子折算諧波漏感

其中，N₁為定子每相串聯(lián)匝數(shù)，L_B為轉(zhuǎn)子導(dǎo)條長度，D_R為轉(zhuǎn)子端環(huán)平均直徑，A為轉(zhuǎn)子導(dǎo)條總截面積，ρ為轉(zhuǎn)子導(dǎo)條電阻率，A_R為轉(zhuǎn)子端環(huán)截面積,C為常系數(shù)，m₁為定子繞組相數(shù)，K_dq1為定子基波繞組系數(shù)，D₂為轉(zhuǎn)子外徑，f為電機(jī)定子側(cè)的供電頻率，μ₀為真空中的磁導(dǎo)率，L_ef為軸向有效長度，σ_ef為有效氣隙長度。

那么電磁轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)子槽數(shù)的表示關(guān)系為：

其中，L′_2s為轉(zhuǎn)子折算槽漏感，L′_2e為轉(zhuǎn)子折算端部漏感，L′_2d為轉(zhuǎn)子折算諧波漏感，L′_2sk為轉(zhuǎn)子折算斜槽漏感；

2)建立優(yōu)化目標(biāo)：minW(x)

以電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速的電磁轉(zhuǎn)矩T_max作為優(yōu)化對象，電磁轉(zhuǎn)矩的改變量ΔT_max(i)＝T_max(Z₂+i+1)-T_max(Z₂+i)，其中T_max(Z₂+i)表示當(dāng)轉(zhuǎn)子槽數(shù)為(Z₂+i)時的電磁轉(zhuǎn)矩。以為優(yōu)化目標(biāo)，令x＝Z₂+i,i＝0,1……n,n為正整數(shù)，化簡目標(biāo)函數(shù)W(x)如下所示，

3)約束條件：W(x)≥a，a為常數(shù)，0.002≤a≤0.01。