磁阻同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)及電抗折算系數(shù)計(jì)算
陳隆昌 王正茂 (西安交通大學(xué)710049)
【摘 要】介紹幾種常用的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)型式及其特點(diǎn)，導(dǎo)出了各自的直軸和交軸電抗折算系數(shù)的計(jì)算式，并用數(shù)字實(shí)例作了比較，指出分段凸極式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)是磁阻同步電動(dòng)饑較理想的結(jié)構(gòu)型式。
【敘 詞】磁阻電動(dòng)機(jī)同步電動(dòng)機(jī)電抗折算系數(shù)計(jì)算
l 引言
磁阻同步電動(dòng)機(jī)又稱為同步反應(yīng)式電動(dòng)機(jī)，其特點(diǎn)是轉(zhuǎn)子不需要激磁，利用直軸和交軸氣隙磁阻不等而產(chǎn)生同步轉(zhuǎn)矩，這類電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、成本低，在需要恒速傳動(dòng)的小功率驅(qū)動(dòng)裝置中，得到廣泛的應(yīng)用。
一般認(rèn)為磁阻同步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)低、效率低，電機(jī)的力能指標(biāo)遠(yuǎn)不如異步電動(dòng)機(jī)。但是研究表明，經(jīng)過改進(jìn)后的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)（分段凸極性結(jié)構(gòu)），其性能可以大大提高，無論是運(yùn)行性能還是起動(dòng)性能，都可達(dá)到相應(yīng)的異步電動(dòng)機(jī)性能，這就為取代結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、成本較高的永磁式或磁滯同步電動(dòng)機(jī)創(chuàng)造了條件。
由同步電動(dòng)機(jī)瑚論可知，對(duì)磁阻同步電機(jī)性能起著主要作用c內(nèi)系數(shù)是直軸和交軸電抗折算系數(shù)k和kq，當(dāng)這兩個(gè)系數(shù)確定后，然后進(jìn)一步可以計(jì)算同步轉(zhuǎn)矩及電機(jī)的其它各種性能。由于礅阻同步電機(jī)是依靠直軸和交軸磁阻不等而工作的，為了提高電機(jī)的性能，應(yīng)合理地設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子，盡可能使系數(shù)kd與kq的差值增大。因此如何方便地確定系數(shù)kd與kq值．對(duì)于優(yōu)化這種電機(jī)的結(jié)構(gòu)和性能也具有重要價(jià)值。本文分別介紹磁阻同步電動(dòng)機(jī)幾種常用的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)及其系數(shù)ka與k。的計(jì)算方法。
2幾種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)型式
磁阻同步電動(dòng)機(jī)的定子與一般同步或異步電機(jī)相同，在定子鐵心槽中安放電樞繞組，通電后就產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)予結(jié)構(gòu)型式有很多種，但不管何種型式，為了產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子直軸和交軸磁阻必須不同，圖1表示一臺(tái)4極電機(jī)常見的三種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)型式。
圖la所示的結(jié)構(gòu)稱為凸極鼠籠轉(zhuǎn)子，這種轉(zhuǎn)子與一般異步電機(jī)鼠籠轉(zhuǎn)子的差別僅在于具有與定子極數(shù)相等的凸極，以形成直軸與交軸磁阻不等。改變轉(zhuǎn)子極弧長(zhǎng)，可以改變系數(shù)kd與kq值。研究表明，它與極距之比，即極弧系數(shù)a的****值約等于0.5[1]。轉(zhuǎn)子中的鼠籠用銅或鋁制成，它既可作為阻尼繞組，削弱電機(jī)的震蕩，又可作為起動(dòng)繞組，使電機(jī)異步起動(dòng)，然后牽入同步。為了提高起動(dòng)性能，應(yīng)盡可能保持鼠籠繞組的完整性，因而極弧系數(shù)a不應(yīng)選取太小。這種結(jié)構(gòu)可保持轉(zhuǎn)子鐵心整體，工藝較簡(jiǎn)單。
圖lb的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)稱為分段隱極式結(jié)構(gòu)，它是將一般鼠籠轉(zhuǎn)子鐵心沿著交軸磁路方向分成與極數(shù)相等的段，段間留有一定寬度的間隙，稱為內(nèi)反應(yīng)槽，軸與鐵心間通過非磁性套筒隔磁。由于內(nèi)反應(yīng)槽存在，使交軸磁通受到很大阻礙，而對(duì)直軸磁通卻影響不大，這就使直軸與交軸磁阻的差值增大，電機(jī)的運(yùn)行性能得到提高。從工藝上考慮，轉(zhuǎn)子鐵心先是整體，內(nèi)反應(yīng)槽處的外圓留有很薄的磁橋，當(dāng)轉(zhuǎn)子外圓作磨削加工時(shí)，再將該磁橋磨去。內(nèi)反應(yīng)槽中可灌注非磁性材料鋁（可提高起動(dòng)性能）或環(huán)氧，使鐵心形成整體�？梢姡@
種轉(zhuǎn)子工藝簡(jiǎn)單，較完整地保持了鼠籠轉(zhuǎn)子完整性，因而可兼顧得到較好的起動(dòng)與同步運(yùn)行性能。研究表明，內(nèi)反應(yīng)槽槽口寬與極距之比a可在0.1--0.15范圍內(nèi)選取。
圖lc所示的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)是前兩種結(jié)構(gòu)的綜合，稱為分段凸極式結(jié)構(gòu)�；录扔袃�(nèi)反應(yīng)槽，在各段中又設(shè)有凹槽形成凸極，這樣可更大程度地增大直軸與交軸磁阻的差值，使運(yùn)行性能得到很大的提高。為了兼顧起動(dòng)和運(yùn)行性能，轉(zhuǎn)子極弧系數(shù)口可以加大到0.7～0. 75，內(nèi)反應(yīng)槽槽口寬與極距之比az仍可以在0. 1～0. 15范圍內(nèi)選取。凹槽和內(nèi)反應(yīng)槽中可采用鑄鋁，以提高起動(dòng)性能，這種結(jié)構(gòu)工藝上較前兩種復(fù)雜一些。
3電抗折算系數(shù)kd ~kq。的實(shí)用表達(dá)式
對(duì)于圖1中的三種結(jié)構(gòu)，實(shí)際上可將其最后一種，即圖lc作為基本結(jié)構(gòu)型式。為了清楚起見，改用一臺(tái)2極電機(jī)來表示該結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子的磁路及一些主要幾何尺寸的符號(hào)，如圖2所示�？梢�、，前兩種結(jié)構(gòu)只是它的一種推演，如令氣隙g1=g，即比值cg =g/g1=1，則圖lc就變成圖lb如令內(nèi)反應(yīng)槽槽口寬bz=0，就變成圖la，所以著重分析圖lc這種結(jié)構(gòu)的磁路特點(diǎn)，從而導(dǎo)出三種結(jié)構(gòu)的系數(shù)kd和kq的計(jì)算式。
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