[發明專利]一種直線雙饋電機同心籠次級磁密分析方法及系統

在審

• 申請號: 202210697408.3
• 申請日: 2022-06-20
• 公開（公告）號: CN114977964A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 徐偉;張婭平;葛健;包振;李偉業;何明杰;羅英露
• 申請（專利權）人: 華中科技大學;襄陽中車電機技術有限公司
• 主分類號: H02P23/14
• 分類號: H02P23/14;H02P25/062
• 代理公司: 武漢華之喻知識產權代理有限公司 42267
• 代理人: 李君;廖盈春

本發明提供了一種直線雙饋電機同心籠次級磁密分析方法及系統，屬于直線雙饋電機領域，方法包括：根據直線雙饋電機氣隙中同心籠次級分布周期性特征，構建所分析時刻同心籠次級繞組函數；將同心籠次級進出直線雙饋電機氣隙時自感及互感系數變化過程線性化，計算同心籠次級電感矩陣；根據直線雙饋電機初級繞組函數計算氣隙磁密初級分量，結合同心籠次級運動速度以及籠環位置分布，計算籠環感應電勢；將電機運行時間離散化，基于同心籠次級感應電勢以及同心籠次級電感矩陣，采用遞推方法計算次級電流矩陣；基于同心籠次級繞組函數及次級電流矩陣，求解次級磁動勢及其對應的氣隙磁密分量。本發明實現了對直線雙饋電機同心籠次級磁密的數值求解。

技術領域

本發明屬于直線雙饋電機領域，更具體地，涉及一種直線雙饋電機同心籠次級磁密分析方法及系統。

背景技術

直線雙饋電機是一種擁有兩套饋電端口的能量轉換裝置，次級直線運動且無需單獨饋電，初級擁有兩套不同容量的繞組，可通過合理分配兩套繞組電壓、電流以控制整機輸出能力。直線雙饋電機運行模式多樣且控制靈活，可彌補傳統直線感應電機功效低、牽引能力不強(尤其在高速區域)等問題，并可有效減少所需車載變頻器容量，從而提高列車空間利用率。直線雙饋電機在軌道交通等長行程應用場合具有較高的應用價值，具有成本低、可靠性高、功率因素和效率高等優點。

區別于旋轉無刷雙饋電機，直線雙饋電機各相繞組的磁導不對稱，導致其磁鏈、電感以及三相電流不對稱，使得氣隙中存在逆序磁場和零序脈振磁場。即使給電機初級繞組施加三相對稱電流激勵，氣隙磁場除了包含正序行波磁場之外，仍含有零序脈振磁場。且無論是否考慮次級的磁場調制效應，氣隙磁場皆均含有脈振磁場分量。此外，在動態端部效應作用下，直線雙饋電機次級同心籠電流存在暫態變化過程，導致氣隙磁場畸變。因同心籠結構特殊性，傳統方法難以準確分析這種影響。

考慮縱向端部效應的影響，在直線雙饋電機初級復雜的諧波磁場下，同心籠次級的電流暫態變化過程和次級磁密暫無較為準確的分析方法。因此，有必要提供一種直線雙饋電機同心籠次級磁密分析方法以準確計算出氣隙磁密次級分量的分布情況及其特征。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種直線雙饋電機同心籠次級磁密分析方法，旨在解決現有的分析直線雙饋電機次級磁密時，未考慮縱向邊端效應的影響及次級電流的暫態變化過程，僅僅沿用傳統旋轉感應電機技術手段，分析結果不準確且難以反映氣隙磁密次級分量的分布情況及其特征的技術問題。

一方面，本發明提供了一種直線雙饋電機同心籠次級磁密分析方法，包括以下步驟：

根據直線雙饋電機氣隙中同心籠次級分布周期性特征，構建所分析時刻同心籠次級繞組函數；

將同心籠次級進出直線雙饋電機氣隙時自感及互感系數變化過程線性化，根據同心籠次級繞組函數及同心籠周期性分布特征，計算同心籠次級電感矩陣；

根據直線雙饋電機初級繞組函數計算氣隙磁密初級分量，結合同心籠次級運動速度以及籠環位置分布，計算籠環感應電勢；

設入端同心籠環初始電流為0，將電機運行時間離散化，基于同心籠次級感應電勢以及同心籠次級電感矩陣，采用遞推方法計算次級電流矩陣；

基于同心籠次級繞組函數及次級電流矩陣，求解次級磁動勢及其對應的氣隙磁密分量。

進一步優選地，同心籠次級繞組函數為：

其中，y_n為籠環跨距，v為諧波極對數，L為直線雙饋電機氣隙縱向長度；v_max為待分析的最大諧波極對數；k_Λ為短初級直線電機靜態端部磁導修正系數；m為同心籠巢數量；v_r為同心籠次級運動速度；x_c0為入端籠環中線的初始位置；τ_r為同心籠巢跨距；t_r為表征同心籠在t時刻的位置。