復(fù)合實(shí)心轉(zhuǎn)子磁阻電動(dòng)機(jī)起動(dòng)性能分析
程 明 （東南大學(xué)）
【摘要】運(yùn)用狀態(tài)變量法，建立磁阻電動(dòng)機(jī)暫態(tài)性能的數(shù)學(xué)模型，導(dǎo)出了磁阻電動(dòng)機(jī)狀態(tài)方程的直接表達(dá)式，并采用定步長四階龍格一庫塔法對(duì)復(fù)合實(shí)心轉(zhuǎn)子磁阻電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能進(jìn)行數(shù)字仿真計(jì)算，所得結(jié)果與試驗(yàn)值較為一致。與凸極實(shí)心轉(zhuǎn)子磁阻電動(dòng)機(jī)相比，復(fù)合實(shí)心轉(zhuǎn)子磁阻電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速脈動(dòng)小，暫態(tài)過程短。
【敘詞】磁阻電動(dòng)機(jī)，實(shí)心轉(zhuǎn)子，狀態(tài)方程，數(shù)學(xué)模型，起動(dòng)，性能，數(shù)字仿真
引 言
磁阻電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、牢固耐用、運(yùn)行可靠和價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，近年來國內(nèi)外學(xué)者作了大量深入的理論和試驗(yàn)研究，提出了多種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，電機(jī)性能指標(biāo)明顯提高。到目前為止，磁阻電機(jī)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(jī)性能較差，分塊式和磁障式電機(jī)的性能較好，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。通常，磁阻電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子由硅鋼片疊成。b.j.chalmersn首次在磁阻電動(dòng)機(jī)中采用了實(shí)心轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。與疊片轉(zhuǎn)子磁阻電機(jī)相比實(shí)心轉(zhuǎn)子磁阻電動(dòng)機(jī)不僅結(jié)構(gòu)更簡單、牢固，而且易于加工，電機(jī)的起動(dòng)特性好。但是，當(dāng)電機(jī)極數(shù)大于4時(shí)，實(shí)心轉(zhuǎn)子只宜呆用凸極式結(jié)構(gòu)，因此電機(jī)穩(wěn)態(tài)性能不佳。本文在綜合分析磁障式轉(zhuǎn)子和實(shí)心轉(zhuǎn)子特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了在凸極實(shí)心轉(zhuǎn)子外面再套一個(gè)薄壁鋼套，構(gòu)成所謂的復(fù)合實(shí)心轉(zhuǎn)子，結(jié)構(gòu)如圖l所示。
復(fù)合實(shí)心轉(zhuǎn)子磁阻電機(jī)既保留了實(shí)心轉(zhuǎn)子電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，又具有磁障式磁阻電機(jī)的主要特點(diǎn)，電機(jī)損耗減小，效率較高，牽入轉(zhuǎn)矩較大。由于在實(shí)際應(yīng)用中，不僅要求磁阻電機(jī)具有良好的穩(wěn)態(tài)性能，在暫態(tài)性能方面也應(yīng)滿足可靠運(yùn)行的要求。因此，本文對(duì)復(fù)合實(shí)心轉(zhuǎn)子磁阻電機(jī)的起動(dòng)特性進(jìn)行分析，這對(duì)復(fù)合實(shí)心轉(zhuǎn)子磁阻電機(jī)的研制、開發(fā)和使用有著實(shí)際的意義。
1數(shù)學(xué)模型
在a、b、c座標(biāo)系下，磁阻電機(jī)的電機(jī)電壓方程為：
據(jù)此不難導(dǎo)出磁阻電機(jī)在a，b，c座標(biāo)系下的狀態(tài)方程，但是，電機(jī)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(huì)給分析計(jì)算帶來一定困難，為此，引入如上的dqo變換。
對(duì)電流和磁鏈有類似的變換關(guān)系。經(jīng)運(yùn)算可得
磁鏈方程為
將式(4)代入式(3)，整理后可得剄dqo座標(biāo)系下磁阻電機(jī)的電壓狀態(tài)方程
電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程為
式(5)、(7)、(8)即組成dqo座標(biāo)中磁阻電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)方程�？捎枚ú介L四階龍格一庫塔法進(jìn)行求解。
為了直觀，便于同試驗(yàn)結(jié)果比較，定子d，q軸電流應(yīng)轉(zhuǎn)換為a、b、c相電流輸出，其逆變換為
在對(duì)稱運(yùn)行情況下．fo=0，則口相電流為
2計(jì)算結(jié)果及分析
一臺(tái)550w，380v．2a，5hz，y連接，3相4極的復(fù)合實(shí)心轉(zhuǎn)子磁阻電動(dòng)機(jī)，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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