小功率開關(guān)磁阻電動機(jī)靜特性的計(jì)算與測試
劉良成,李忠杰,李紅梅
(合肥工業(yè)大學(xué),安徽 合肥 230009)
摘 要:介紹了一種用于洗衣機(jī)開關(guān)磁阻電動機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),并采用有限元方法計(jì)算電機(jī)的靜特性,將所計(jì)算的矩
角特性值與實(shí)測值進(jìn)行比較,結(jié)果表明,兩者具有較好的一致性。
關(guān)鍵詞:開關(guān)磁阻電動機(jī);有限元法;矩角特性
中圖分類號:tm352 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:a 文章編號:1001-6848(2000)04-0006-03
l 引 言
開關(guān)磁阻電動機(jī)(簡稱sr電機(jī)),由于具有結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)速范圍廣、工作可靠和系統(tǒng)效率高等優(yōu)點(diǎn),近20年一直是世界電機(jī)工程研究與開發(fā)的熱點(diǎn)。國內(nèi)也發(fā)表了多篇論著和小批量產(chǎn)品出現(xiàn),但還沒有形成氣候,可以與傳統(tǒng)的交直流電機(jī)相抗衡,其主要原因在于功率變換器和控制部分的性價比及可靠性不夠高,電動機(jī)本身的港力發(fā)掘不夠和噪聲較高所致。近年國外小功率及分馬力范圍sr電機(jī)已大批量涌現(xiàn),在家電、醫(yī)療器械等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用,國內(nèi)也已開始關(guān)注這一動向。本文是我們開發(fā)洗衣機(jī)用小型開關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)(簡稱srd)基礎(chǔ)研究之一。
sr電機(jī)結(jié)構(gòu)與磁阻式步進(jìn)電動機(jī)相似,但由于控制驅(qū)動方式不同,兩者追求的性能指標(biāo)相距甚遠(yuǎn)。在步進(jìn)電動機(jī)研究中將電機(jī)不改變通電狀態(tài)稱為靜態(tài)運(yùn)行[4],靜態(tài)運(yùn)行的重要特性為矩角特性,因其與驅(qū)動電源無關(guān),是電機(jī)的最本質(zhì)特性。同樣sr電機(jī)靜特性——矩角特性也是電機(jī)電磁設(shè)計(jì)及電源設(shè)計(jì)時應(yīng)把握的重要特性。
sr電機(jī)靜態(tài)電磁轉(zhuǎn)矩及矩角特性計(jì)算已有多篇文章介紹,由于該種電機(jī)磁路較為飽和,定轉(zhuǎn)子又是雙凸結(jié)構(gòu),運(yùn)行時存在邊緣效應(yīng),磁通分布不均勻及局部高飽和現(xiàn)象,而這些現(xiàn)象又隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動作周期性變化,故要精確計(jì)算這種電機(jī)矩角特性還是采用電磁場有限元法較合適。本文介紹小功率三相sr電機(jī)電磁場有限元計(jì)算的求解區(qū)域、部分及計(jì)算所得的磁化曲線族和矩角特性,通過計(jì)算與實(shí)測矩角特性對比,兩者較為吻合。
2 電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與電磁場有限元計(jì)算
2,1 毫機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
本文討論的開關(guān)磁阻電動機(jī)定轉(zhuǎn)子極齒的結(jié)構(gòu)為12/8,見圖1。
這種結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是,(1)相數(shù)為可雙向起動的最小值,但分辨率(每轉(zhuǎn)步數(shù))及步距角與四相8/6結(jié)構(gòu)相同。(2)每相繞組由定子上相距90度的4個極上的線圈構(gòu)成。因此產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩在圓周上場均勻分布,由磁路和電流不平衡造成的單邊磁拉力小,振動和運(yùn)行的噪聲也較小。(3)定子的2對極線圈可以串聯(lián)也可以并聯(lián),便于適用不同電壓等級。這些優(yōu)點(diǎn)在小功率分馬力sr電機(jī)中特別突出。
2.2 電磁場有限元計(jì)算模型
該種結(jié)構(gòu)的電機(jī)具有完全的對稱性。在有限元分析時的模型只要取電動機(jī)的1/4即可,如圖2所示。在二維有限元計(jì)算時作下列假設(shè):
a.忽略電機(jī)端部磁場效應(yīng),磁場沿電機(jī)軸向均勻分布。
b.鐵心沖片材料各向同性,具有單一的b-h曲線。
c.忽略電機(jī)的外部磁場,定子外徑圓周位零矢量磁位線。
采用二維磁場計(jì)算的數(shù)學(xué)模型為:
2.3 有限元的剖分
有限元的單元剖分是有限元計(jì)算的關(guān)鍵,它要求在剖分時把不同的媒質(zhì)劃到不同的單元中,因此采用三角形剖分比較適合。
圖3中的(a)為22.5。的剖分,(b)為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過5。時的剖分圖,(c)為(b)中隙處剖分e的放大圖,本文對氣隙只剖分兩個部分(至少兩個部分,當(dāng)然可以更多),這樣可以使得不 |