復合實心轉子磁阻電動機
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子磁阻電動機的起動性能進行數(shù)字仿真計算，所得結果與試驗值較為一致。與凸極實心轉子磁阻電動機相比，復合實心轉子磁阻電動機轉矩、轉速脈動小，暫態(tài)過程短。
【敘詞】磁阻電動機，實心轉子，狀態(tài)方程，數(shù)學模型，起動，性能，數(shù)字仿真
引 言
磁阻電動機具有結構簡單、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，提出了多種轉子結構，電機性能指標明顯提高。到目前為止，磁阻電機的轉子型式歸納起來主要有凸極式、分塊式、磁障式等幾種。其中，凸極式結構******，但電機性能較差，分塊式和磁障式電機的性能較好，但結構較復雜。通常，磁阻電動機的轉子由硅鋼片疊成。b．j．chalmers首次在磁阻電動機中采用了實心轉子結構。與疊片轉子磁阻電機相比，實心轉子磁阻電動機不僅結構更簡單、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，實心轉子只宜采用凸極式結構，因此電機穩(wěn)態(tài)性能不佳。本文在綜合分析磁障式轉子和實心轉子特點的基礎上，提出了在凸極實心轉子外面再套一個薄壁鋼套，構成所謂的復合實心轉子，結構如圖l所示。
復合實心轉子磁阻電機既保留了實心轉子電機的優(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，本文對復合實心轉子磁阻電機的起動特性進行分析，這對復合實心轉子磁阻電機的研制、開發(fā)和使用有著實際的意義。
l數(shù)學模型
在a、b、c座標系下，磁阻電機的電壓方程為
中磁阻電動機的狀態(tài)方程�？捎枚ú介L四階龍格一庫塔法進行求解。
為了直觀，便于同試驗結果比較，定子d，q軸電流應轉換為a、b、c相電流輸出，其逆變換為
在對稱運行情況下,io=0，則a相電流為
2計算結果及分析
一臺550w，380v，2a，5hz，y連接，3相4極的復合實心轉子磁阻電動機，其轉子結構如圖1所示，它的主要參數(shù)為
r1=9．32ω，x1=14．6ω，xd=189ω
xq=69ω xad=174.4ω,xaq=54．4ω
rω=3．513x 10-4n·m·s／rad
轉子轉動慣量jr=1．988×10-3kg·m2對于疊片式轉子電機，在起動性能數(shù)值計算中通常認為轉子參數(shù)保持某一定值不變。但對實心轉子磁阻電動機來說，這一假設將會導致明顯誤差。由圖2可見，實心轉子電機的轉子參數(shù)均為轉差率s的函數(shù)，不再為常數(shù)。在電機起動性能仿真計算中應考慮這一影響。
數(shù)值計算開始δ=l，由圖中曲線查得相應的轉子參數(shù)，計算起動特性，然后由計算得到的新的s值查取新的轉子參數(shù)，計算第2點，如此逐點計算。
圖3為tl=o，j=jr時復合實心轉子磁阻電動機起動性能的數(shù)字仿真計算結果和試驗曲線。由圖中可知，仿真計算結果與試驗曲線吻合較好，如果在起動性能計算中，使電機的轉子阻抗保持不變，則計算結果與試驗結果明顯不符，如圖4所示。
還對一臺凸極實心轉子磁阻電機的起動性能進行了仿真計算。該電機與前述復合實心轉子磁阻電機的差別在于轉子為無鋼套的凸極轉子，可由圖l中令鋼套壁厚d為零而得，其余結構參數(shù)與圖l相同。起動性能曲線如圖5所示。比較圖3和圖5可知，凸圾實心轉子磁阻電機起動后，轉矩和轉速的脈動分量較大，電機需較長時間才能達到穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài)。說明復合實心轉子中的鋼套可有效地改善電機的起動性能。
|
