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定子电励磁无刷同步电机藕合能力研究

来源:用户上传      作者: 何宗芝 李文娜

  摘 要 采用转子磁场调制作用进行间接耦合,定子上嵌有两套不同极数绕组,机电能量转换的效果就越好,转子“极数转换器”的作用越强。本文采用有限元的方法,确定最优转子的结构和参数,分析不同参数对电机性能的影响,对电极进行特性仿真,解决参数的计算问题。转子结构和参数的选取是提高电机运行性能和效率的关键。
  【关键词】转子 电机耦合能力 定子
  常规交流电机具有较大不同,两套定子绕组形成的磁场并不是之间耦合的。特别是结构上与的新型无刷电励磁同步电机,绕组的电阻计算相对容易,电感的计算相对复杂,转子的结构影响该种电机的耦合能力,两套定子绕组的极数配合,采用绕组函数法对磁障转子和复合转电感参数进行计算。
  1 励磁绕组极数对电机藕合能力
  1.1 两套不同极数的定子绕组
  控制绕组常用的极数配合,根据无刷双馈电机功率绕组,选取对电机的耦合能力的影响,电机定子电励磁无刷同步电机励磁绕组极数,针对电机的耦合能力和性能有着重要的影响,两套绕组极数的配合会产生160%的基波幅值的6极磁场分量。通过有限元计算,磁场分量定义为有用谐波,电枢绕组极对数相同次数,相同次数的磁场分量定义为基波,励磁绕组极对数单独激励,极弧系数对电机有用谐波含量的影响,并对径向气隙磁密度的傅里叶分解,不同极弧系数下电机径向气隙磁密,得到在励磁绕组单独激励。
  1.2 励磁绕组
  电机给定转速均为750r/min,针对励磁绕组的傅里叶分解,得到了某一时刻的径向气隙磁场,电枢绕组断路时,励磁绕组单独激励。6极最大磁场分量和2极磁场分量产生了较大电机气隙,2极励磁绕组单独激励时,产生了较大的2极磁场分量。电机的气隙中产生6极最大磁场分量,6极励磁绕组单独激励。针对不同极数绕组作为励磁绕组进行了仿真,电机给定转速是500r/min,电机某一时刻的气隙磁密度产生125%基波幅值的8极磁场分量。随着极弧系数不断的增大,减小转子的等效极弧系数,磁障转子中还需要加入磁障,较小的极弧系数会增加转子磁路的饱和程度。电机有用次磁场分量含量越大,极弧系数越小,电机有用谐波占基波百分比逐渐减小。
  2 励磁绕组极数对电机藕合实验结果及分析
  2.1 实验结果
  本文分别对8+4极定子和6+2极定子电励磁无刷同步电机进行了仿真,两台电机的主要参数如表1、表2所示。从仿真结果可以看出,复合转子的起动时间比,起动转矩更大。异步运行时,8+4极气隙中其他无用次谐波的含量要低于6+2极。
  通过对表1、表2气隙磁场进行傅里叶分解可以看出,励磁绕磁场的间接耦合,实现电枢绕组磁场,产生了较大的与电枢绕组极对数相同次数的磁场分量,励磁磁场经过转子的磁场调制作用,进而实现机电能量的转换。电机起动结束以后,定子进入异步稳定运行,其转速接近同步转速。6+2极磁障转子起动所需的时间约为1.5s,而复合转子起动时间约为0.4s。电机异步稳定运行时,磁障转子和复合转子径向气隙磁密及其频谱图。6极磁场分量的含量最大,其次是2极磁场分量含量。复合转子其他次谐波的含量略大于磁障转子,测试磁场调制作用结果。
  2.2 实验分析
  励磁绕组单独激励时电机的耦合能力越好,产生电枢绕组极对数次数的磁场分量越大越好。由此可以得出,电机的耦合能力越强,当少极数作为励磁绕组时。复合转子两个转子共同作用效果叠加,复合转子的磁场调制作用可以等效磁障转子,因此,复合转子数学模型可以写成磁障转子和笼型转子作用叠加。
  3 结论
  磁场是通过转子进行间接耦合,针对电机的电感参数进行计算,建立了不同转子结构该种电机的电感参数计算模型,研究了不同定转子参数对电机耦合能力的影响,采用有限元方法电机的耦合能力直接关系。
  参考文献
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  作者简介
  何宗芝(1973-),女,安徽省六安市人。大学本科学历。现为六安市微特电机有限责任公司生产部部长(初级工程师)。研究方向为电动机制造。
  作者单位
  六安市微特电机有限责任公司生产部 安徽省六安市 237000
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