復合實心轉(zhuǎn)子磁阻電動機起動性能分析
程 明 (東南大學)
【摘要】運用狀態(tài)變量法,建立磁阻電動機暫態(tài)性能的數(shù)學模型,導出了磁阻電動機狀態(tài)方程的直接表達式,并采用定步長四階龍格一庫塔法對復合實心轉(zhuǎn)子磁阻電動機的起動性能進行數(shù)字仿真計算,所得結(jié)果與試驗值較為一致。與凸極實心轉(zhuǎn)子磁阻電動機相比,復合實心轉(zhuǎn)子磁阻電動機轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速脈動小,暫態(tài)過程短。
【敘詞】磁阻電動機,實心轉(zhuǎn)子,狀態(tài)方程,數(shù)學模型,起動,性能,數(shù)字仿真
引 言
磁阻電動機具有結(jié)構(gòu)簡單、牢固耐用、運行可靠和價格低等優(yōu)點,近年來國內(nèi)外學者作了大量深入的理論和試驗研究,提出了多種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu),電機性能指標明顯提高。到目前為止,磁阻電機的轉(zhuǎn)子型式歸納起來主要有凸極式、分塊式、磁障式等幾種。其中,凸極式結(jié)構(gòu)******,但電機性能較差,分塊式和磁障式電機的性能較好,但結(jié)構(gòu)較復雜。通常,磁阻電動機的轉(zhuǎn)子由硅鋼片疊成。b.j.chalmersn首次在磁阻電動機中采用了實心轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。與疊片轉(zhuǎn)子磁阻電機相比實心轉(zhuǎn)子磁阻電動機不僅結(jié)構(gòu)更簡單、牢固,而且易于加工,電機的起動特性好。但是,當電機極數(shù)大于4時,實心轉(zhuǎn)子只宜呆用凸極式結(jié)構(gòu),因此電機穩(wěn)態(tài)性能不佳。本文在綜合分析磁障式轉(zhuǎn)子和實心轉(zhuǎn)子特點的基礎(chǔ)上,提出了在凸極實心轉(zhuǎn)子外面再套一個薄壁鋼套,構(gòu)成所謂的復合實心轉(zhuǎn)子,結(jié)構(gòu)如圖l所示。
復合實心轉(zhuǎn)子磁阻電機既保留了實心轉(zhuǎn)子電機的優(yōu)點,又具有磁障式磁阻電機的主要特點,電機損耗減小,效率較高,牽入轉(zhuǎn)矩較大。由于在實際應用中,不僅要求磁阻電機具有良好的穩(wěn)態(tài)性能,在暫態(tài)性能方面也應滿足可靠運行的要求。因此,本文對復合實心轉(zhuǎn)子磁阻電機的起動特性進行分析,這對復合實心轉(zhuǎn)子磁阻電機的研制、開發(fā)和使用有著實際的意義。
1數(shù)學模型
在a、b、c座標系下,磁阻電機的電機電壓方程為:
據(jù)此不難導出磁阻電機在a,b,c座標系下的狀態(tài)方程,但是,電機繞組的自感和互感系數(shù)皆為轉(zhuǎn)子位置角日的周期性函數(shù),這樣會給分析計算帶來一定困難,為此,引入如上的dqo變換。
對電流和磁鏈有類似的變換關(guān)系。經(jīng)運算可得
磁鏈方程為
將式(4)代入式(3),整理后可得剄dqo座標系下磁阻電機的電壓狀態(tài)方程
電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子運動方程為
式(5)、(7)、(8)即組成dqo座標中磁阻電動機的狀態(tài)方程。可用定步長四階龍格一庫塔法進行求解。
為了直觀,便于同試驗結(jié)果比較,定子d,q軸電流應轉(zhuǎn)換為a、b、c相電流輸出,其逆變換為
在對稱運行情況下.fo=0,則口相電流為
2計算結(jié)果及分析
一臺550w,380v.2a,5hz,y連接,3相4極的復合實心轉(zhuǎn)子磁阻電動機,其轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)如圖1所示,它的主要參數(shù)為
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